Αριθμητική διερεύνηση της επιρροής της διαπερατότητας του εδάφους στην μηχανοποιημένη εκσαφή σηρραγών

Δούλκας, Γεώργιος; Doulkas, Georgios

dc.contributor.author	Δούλκας, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Doulkas, Georgios	en
dc.date.accessioned	2017-05-31T08:30:37Z
dc.date.available	2017-05-31T08:30:37Z
dc.date.issued	2017-05-31
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/44943
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.6380
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Σχεδιασμός και Κατασκευή Υπογείων Έργων ”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Αριθμητική Ανάλυση	el
dc.subject	Επιρροή Διαπερατότητας	el
dc.subject	EPB TBM	el
dc.subject	Ρηχές σήραγγες	el
dc.subject	Επιφανειακές καθιζήσεις	el
dc.subject	FEM Analysis	en
dc.subject	Permeability	el
dc.subject	EPB TBM	el
dc.subject	Shallow tunnel	el
dc.subject	Surface settlements	el
dc.title	Αριθμητική διερεύνηση της επιρροής της διαπερατότητας του εδάφους στην μηχανοποιημένη εκσαφή σηρραγών	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Tunneling	en
heal.classification	Μηχανοποιημένη Εκσκαφή Σηράγγων	el
heal.classification	FEM Finite Element Analysis	en
heal.classification	Πεπερασμένα Στοιχεία	el
heal.classification	Σήραγγες	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-02-28
heal.abstract	Η παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία πραγματεύεται την επιρροή της διαπερατότητας του εδάφους, σε συνδυασμό με την εφαρμοζόμενη στο μέτωπο εκσκαφής πίεση υποστήριξης, στην εκδήλωση επιφανειακών καθιζήσεων κατά την διάνοιξη σήραγγας με την μέθοδο της μηχανοποιημένης εκσκαφής σε μικρό σχετικά βάθος. Η διερεύνηση συντελείται σε αριθμητικό προσομοίωμα, με χρήση του κώδικα ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων Simulia Abaqus v.6.13. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το πραγματικό πρόβλημα, ο σκοπός της εργασίας και επιγραμματικά η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια ανασκόπηση των μηχανημάτων ολομέτωπης κοπής (TBMs) και παρουσιάζονται οι διαφορετικοί τύποι μηχανήματος, καθώς και οι διαφορετικές γεωλογικές συνθήκες όπου βρίσκει χρήση ο κάθε τύπος. Εκτενέστερα περιγράφονται οι τύποι μηχανήματος εξισσορόπησης πίεσης γαιών (EPBM) – που προσομοιώθηκε στην παρούσα εργασία - και πολφού μπεντονίτη (Slurry TBM). Το κεφάλαιο αυτό εστιάζει στην βασική αρχή λειτουργίας αυτών των τύπων και στις ιδιαίτερες μηχανολογικές τους διατάξεις. Ο μηχανισμός ανάπτυξης εδαφικών μετακινήσεων καθώς και οι βασικοί ορισμοί και παράμετροι που συσχετίζονται με το φαινόμενο περιγράφονται στο τρίτο κεφάλαιο. Έπειτα, λαμβάνει χώρα μια βιβλιογραφική ανασκόπηση αναλυτικών και εμπειρικών μεθόδων υπολογισμού των εδαφικών μετακινήσεων, που χρησιμοποιούνται έως σήμερα. Τέλος, παραθέτονται ορισμένες διδιάστατες (2D) και τριδιάστατες (3D) αριθμητικές μέθοδοι, οι οποίες έχουν προταθεί στη διεθνή βιβλιογραφία, αποτελούν ορόσημα στην προσομοίωση διάνοιξης σηράγγων με αριθμητικά μέσα και χρησιμοποιήθηκαν ως οδηγοί στην παρούσα εργασία. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφεται διεξοδικά το αριθμητικό προσομοίωμα που χρησιμοποιήθηκε. Γίνεται μια εκτενής αναφορά στις τεχνικές προσομοίωσης που υιοθετήθηκαν, ώστε να εκφρασθούν με ακρίβεια όλες οι πτυχές της μηχανοποιημένης όρυξης σηράγγων, όπως η αλληλεπίδραση της ασπίδας του μηχανήματος με το έδαφος και η πίεση υποστήριξης του μετώπου, και περιγράφονται τα διαδοχικά βήματα της ανάλυσης. Το πέμπτο κεφάλαιο αποτελεί το κύριο μέρος της εργασίας. Παρουσιάζονται τα αποτελέσματα δεκατριών (13) αριθμητικών αναλύσεων, δέκα (10) εκ των οποίων συζευγμένες. Οι παράμετροι για τις οποίες εξετάζεται η επιρροή τους είναι (i) ο συντελεστής περατότητας Ks, (ii) η πίεση υποστήριξης του μετώπου εκσκαφής εκφραζόμενη μέσω μιας παραμέτρου Α και (iii) ο ρυθμός προχώρησης του μηχανήματος εκσκαφής. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται με τη μορφή διαγραμμάτων μεταβολής της πίεσης του νερού των πόρων του εδάφους, προφίλ κατανομής επιφανειακών καθιζήσεων και απεικονίσεων των δημιουργούμενων πλαστικών παραμορφόσεων στο μέτωπο και στην περιφέρεια της διατομής. Επιπρόσθετα, γίνεται μια σύγκριση των αποτελεσμάτων των συζευγμένων αναλύσεων με αυτά των τριών (3) αναλύσεων που δεν λαμβάνουν υπόψιν το υδραυλικό πρόβλημα. Στο τελευταίο κεφάλαιο περιγράφονται τα εξαγώμενα από την ερμηνεία των αποτελεσμάτων. Το κύριο συμπέρασμα είναι πως η διαπερατότητα του εδάφους έχει σημαντική επιρροή στης εδαφικές μετακινήσεις στην επιφάνεια, ιδιαίτερα σε συνθήκες μη επαρκούς υποστήριξης του μετώπου, ενώ σε υψηλές τιμές της πίεσης υποστήριξης οι συνθήκες περατότητας δείχνουν να μην είναι καθοριστικές στην εξέλιξη του φαινομένου. Επιπλέον, ο μη υπολογισμός του υδραυλικού μέρους παράγει αποτελέσματα, τα οποία αποκλίνουν αισθητά απο αυτά των συζευγμένων αναλύσεων. Δούλκας Χ. Γεώργιος Πολιτικός Μηχανικός Α.Π.Θ. Αθήνα, Φεβρουάριος 2017	el
heal.abstract	This postgraduate thesis deals with the influence of the permeability of the soil, combined with different values of the applied face pressure, on the development of surface settlements during the construction of a relatively shallow tunnel by an EPB machine in cohesive soils. The investigation is conducted on a numerical model, using the Simulia Abaqus v.6.13 finite element analysis code. The actual problem is briefly described in the very first pages along with the scope of this thesis and the methodology that was followed. In the second chapter, an extensive review of the tunnel borig machine technology takes place, where different types of TBMs and the geological conditions for which each type is more suitable are described. Furthermore, the chapter focuses on the Earth Pressure Balance Machines (EPBMs) and Slurry TBMs, their basic principle of operation and special mechanical equipment and utilities. The mechanics behind the development of soil deformations and the basic terms and parameters that relate with this phenomenon are given in the third chapter. Moreover, a literature review of the most commonly used analytical and empirical methods is presented, followed by some 2D and 3D numerical analysis methods, that serve as guidelines in the present research. The 3D numerical model that is being used in this thesis is thoroughly described in the fourth chapter. The several modelling techniques, that have been adapted to accurately simulate all the aspects of the mechanized shield tunneling, such as the interaction between the TBM shield and the surrounding soil and the applied face pressure, are given in detail. The steps of the numerical analysis are explained here as well. The main body of the investigation takes place in the fifth chapter, where the results of the thirteen (13) parametric analyses, of which ten (10) are coupled, are presented through diagrams and contoured depictions. The parameters, the influence of which is examined, are (i) the coefficient of permeability Ks, (ii) the applied face support, expressed through the parameter A, and (iii) the rate of advance of the machine. Additionally, a comparison between the results of the coupled analyses and the results of the ones that do not take the hydraulic problem into consideration is executed. The outcomes of the aforementioned investigation are highlighted in the sixth and last chapter of this thesis. It is noted that, the permeability state of the soil has a great influence on the development of surface settlements, especially in low face pressure scenarios, where the undrained state seems to be more favourable and the drained state is deemed as the most unfavourable. In high face pressure scenarios, where the full horizontal geostatic stresses are being counterbalanced, the effect of the permeability of the soil is minimized. Moreover, different rates of advance do not seem to affect the settlements at the surface, when the excavation takes place in impermeable soils. However, significant differences regarding the excess pore pressures around the tunnel can be observed. In addition to the above, proof is given that the results of the coupled analyses are more accurate, as far as the effect of the permeability is considered. Doulkas C. George, Civil Engineer Aristotle University of Thessaloniki. Athens, February 2017	en
heal.advisorName	Καββαδάς, Μιχαήλ	el
heal.committeeMemberName	Καββαδάς, Μιχαήλ	el
heal.committeeMemberName	Τσιαμπάος, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Σοφιανός, Αλέξανδρος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	184 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true