Αριθμητική διερεύνηση της επιρροής της πίεσης υποστήριξης στο μέτωπο εκσκαφής σε μηχανοποιημένη όρυξη σηράγγων

Βουτσάς, Γεώργιος; Voutsas, George

dc.contributor.author	Βουτσάς, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Voutsas, George	en
dc.date.accessioned	2017-06-12T10:08:33Z
dc.date.available	2017-06-12T10:08:33Z
dc.date.issued	2017-06-12
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45025
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.6556
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Σχεδιασμός και Κατασκευή Υπόγειων 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	Σήραγγες	el
dc.subject	Γεωτεχνικά έργα	el
dc.subject	TBM-EPB	el
dc.subject	Αβαθείς σήραγγες	el
dc.subject	Πεπερασμένα στοιχεία	el
dc.subject	Tunnels	en
dc.subject	Geotechnical structures	en
dc.subject	TBM-EPB	en
dc.subject	Shallow tunnels	en
dc.subject	Finite elements	en
dc.title	Αριθμητική διερεύνηση της επιρροής της πίεσης υποστήριξης στο μέτωπο εκσκαφής σε μηχανοποιημένη όρυξη σηράγγων	el
dc.title	3D analysis of face pressure effectives on EPB bored tunnels	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ	el
heal.classification	GEOTECHNICAL ENGINEERING	en
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/cb16f7de16f322f2114874eda44f02fe72165c84
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/cb16f7de16f322f2114874eda44f02fe72165c84
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-02-28
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη της επιρροής της πίεσης υποστήριξης στο μέτωπο της εκσκαφής και της ανάπτυξης ενεργών τάσεων στον πολφό, στην ανάπτυξη των καθιζήσεων κατά τη διάνοιξη σήραγγας, με τη χρήση μηχανήματος EPB, σε πλήρως κορεσμένο αργιλικό έδαφος. Συγκεκριμένα, εκτελούνται παραμετρικές αναλύσεις, στόχος των οποίων είναι η διερεύνηση της επίδρασης που έχει η πίεση υποστήριξης καθώς και η αύξηση των ενεργών τάσεων στον πολφό, σε συνδυασμό με την εδαφική αντοχή στην εξέλιξη και τις τελικές τιμές των καθιζήσεων. Η προαναφερθείσα διερεύνηση συντελέστηκε μέσω 10 (δέκα) τριδιάστατων συζευγμένων αριθμητικών αναλύσεων με το λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων Abaqus. Για την προσομοίωση των εδαφικών προφίλ, χρησιμοποιήθηκε το κριτήριο αστοχίας Mohr-Coulomb. Επίσης, στο προσομοίωμα περιλαμβάνονται σημαντικές λεπτομέρειες που επηρεάζουν τη διάνοιξη, όπως η κωνικότητα της ασπίδας, η υπερεκσκαφή που εκτελεί το EPB και η πίεση ενεμάτωσης. Για τη σωστή προσομοίωση της πίεσης υποστήριξης στο μέτωπο της σήραγγας απαιτείται ο ανεξάρτητος έλεγχος, της ολικής τάσης και των υδραυλικών συνοριακών συνθηκών που ασκούνται στο μέτωπο εκσκαφής. Τόσο η ολική τάση στο μέτωπο της εκσκαφής, όσο και η πίεση των πόρων ελέγχονται και επιβάλλονται ξεχωριστά. Η ασκούμενη πίεση μετώπου λαμβάνει τραπεζοειδή κατανομή για πυκνότητα του υλικού εκσκαφής, η οποία θεωρήθηκε 13 kN/m3. Η τιμή αναφοράς στη στέψη της σήραγγας εκφράστηκε ως συνάρτηση της υδροστατικής πίεσης μέσω μιας αδιάστατης παραμέτρου Α. Βασική παραδοχή των αναλύσεων είναι πως το υλικό εκσκαφής συμπεριφέρεται ως ιξώδες ρευστό λόγω της χρήσης ρυθμιστικών προσθέτων το οποίο από γεωτεχνικής απόψεως σημαίνει ότι δεν αναπτύσσονται ενεργές τάσεις στο θάλαμο και άρα η ασκούμενη πίεση (ολική) «μεταφράζεται» ως συνοριακή πίεση πόρων στο μέτωπο εκσκαφής. Επειδή η προαναφερθείσα θεώρηση παραπέμπει σε ιδανικές συνθήκες βελτίωσης του εκσκαπτόμενου υλικού διενεργήθηκε μια ομάδα αναλύσεων όπου εξετάστηκε η επιρροή της ανάπτυξης ενεργών τάσεων στο υλικό. Τα πιο σημαντικά συμπεράσματα στα οποία αξίζει να αναφερθούμε επιγραμματικά αφορούν στην εξώθηση του μετώπου, στις καθιζήσεις και τις πιέσεις πόρων. Αρχικά, η πίεση υποστήριξης στο μέτωπο της εκσκαφής είναι καθοριστικός παράγοντας για την εξώθηση του μετώπου και για την ανάπτυξη των καθιζήσεων, καθώς όσο μειώνεται η τιμή της πίεσης υποστήριξης, τόσο αυξάνεται η εξώθηση του μετώπου και η ανάπτυξη καθιζήσεων. Οι πιέσεις των πόρων δείχνουν να επηρεάζονται από την πίεση υποστήριξης, αλλά σε μικρότερο βαθμό. Συγκεκριμένα, σε εδάφη χαμηλής αντοχής η επιρροή της πίεσης υποστήριξης στην πίεση των πόρων είναι σημαντική, καθώς όσο αυξάνεται η πίεση υποστήριξης μειώνεται σημαντικά το χρονικό διάστημα επιρροής της πίεσης των πόρων πριν και μετά την εκσκαφή. Αντίθετα, η αύξηση των ενεργών τάσεων στον πολφό στο μέτωπο της εκσκαφής, παρόλο που δείχνει να είναι εξαιρετικά ευεργετική στην εξώθηση του μετώπου, δείχνει να μη βελτιώνει καθόλου τις καθιζήσεις και τις πιέσεις των πόρων. Πιο συγκεκριμένα, η αύξηση των ενεργών τάσεων επηρεάζει την πίεση των πόρων μόνο στα πρώτα μέτρα του πυρήνα προώθησης της σήραγγας, διότι λόγω της μικρής περατότητας του σχηματισμού δεν επιτρέπεται ροή. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα οι μεταβολές πίσω από το μέτωπο εκσκαφής να εξελίσσονται πολύ αργά, σε σχέση με το ρυθμό προχώρησης της σήραγγας.	el
heal.abstract	The present diploma thesis deals with the issue of the influence of support face pressure technology and effective stress acting on the excavated muck, in the development of the surface settlements during the construction of a tunnel by an EPB machine in a saturated clay. To be more specific, a set of parametrical analyses were carried out in order to investigate the effect of the face pressure as well as the increase of effective stress in muck, combined with the undrained shear strength parameter in the progress of the surface settlements. The aforementioned investigation was conducted through numerical 3D-coupled analyses in the Finite Element code Abaqus. The constitutive law adopted for the soil behavior was the elastic-perfectly plastic Mohr-Coulomb yield criterion. Furthermore, the model includes important details that affect the tunnel’s excavation, such as the shield’s conicity, the cutterhead’s overcut and the grout injection’s pressure. In order to achieve the exact simulation of face pressure the independent determination of the total stress and the hydraulic boundary conditions that applied to the tunnel face is required The total stress and the pore pressure are controlled and applied separately. The applied face pressure is formulated via trapezoidal distribution for density of the excavated material, which was assumed to be 13 kN/m3.The applied face pressure was correlated with the hydrostatic pressure at the crown of the shield. One of the basic modelling assumptions that had to be made in order to define the hydraulic boundary conditions of the problem, concerns the muck’s condition. The muck was assumed to act as a viscous fluid due to effective soil conditioning. The latter means, in terms of modelling, that the applied face pressure (total pressure values) coincides with pore pressure values at each node of the face. However, because such approach referred to the perfect conditions of excavation material, a group of analysis is conducted, where the influence of development of effective stresses in the muck is taken into account and examined. The most important conclusions that are extracted by the present thesis are presented in terms of face extrusion, settlements and pore pressures. Firstly, the face pressure has a crucial impact on the progress of the face extrusion and the surface settlements. Particularly, the decrease of the face pressure value, leads to the increase of face extrusion and development of larger settlements. The pore pressure is less affected by the face pressure. Specifically, in soils with a low strength, the influence of the face pressure is important to the pore pressure; as the supporting pressure is increased, the time of influence of the pore pressure after and before the tunnel’s excavation is reduced significantly. Conversely, the increase of effective stress in the muck in front of excavation’s face, although it seems to be extremely beneficial in the face extrusion, it doesn’t improve the settlements and pore pressures. In more details, the increase of effective stress affects the pore pressure, only in the start of tunnel face core because due to the low permeability of the soil profile, the water flow wasn’t permitted. As the result, the changes behind the tunnel face are evolved very slowly, compared with the tunnel’s rate of advance.	en
heal.advisorName	Καββαδάς, Μιχάλης	el
heal.committeeMemberName	Σοφιανός, Αλέξανδρος	el
heal.committeeMemberName	Τσιαμπάος, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	156 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true