Μηχανική συμπεριφορά της σήραγγας Όθρυος κατά την διάνοιξή της

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη της διάνοιξης και της υποστήριξης της σιδηροδρομικής σήραγγας Όθρυος που βρίσκεται στο νομό Φθιώτιδας μεταξύ Λιανοκλαδίου και Δομοκού. Ύστερα από μία σύντομη εισαγωγή, όπου δίνονται βασικά χαρακτηριστικά της υπό μελέτη σήραγγας και αναπτύσσεται το αντικείμενο της παρούσας, ακολουθεί το δεύτερο κεφάλαιο, όπου παραθέτονται σε λεπτομέρεια τα γενικά στοιχεία για την σήραγγα Όθριος. Τα στοιχεία αυτά αφορούν την γεωλογία-υδρογεωλογία και τεκτονική της γενικότερης περιοχής του έργου. Επιπλέον γίνεται μια σύντομη αναφορά στον τρόπο εκσκαφής και υποστήριξης της σήραγγας καθώς και στα διάφορα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για το πέρας των εργασιών. Τέλος υπάρχουν στοιχεία σχετικά με τις μεθόδους παρακολούθησης του έργου κατά την κατασκευή. Στο κυρίως μέρος της εργασίας, που αποτελείται από τα Κεφάλαια 3 έως 6, πραγματοποιείται λεπτομερής ανάλυση και μελέτη μιας εκ των διατομών που προβλέπει ο μελετητής της σήραγγας κατά την διάνοιξη του έργου, της κατηγορίας προσωρινής αντιστήριξης Α1. Η κατηγορία αυτή αντιστήριξης αφορά καλές κατηγορίες βραχομάζας σε βάθος έως και 375 m. Σκοπός της μελέτης μας για την κατηγορία αυτή ήταν η διερεύνηση των απαιτήσεων για εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Οι αναλύσεις που πραγματοποιήθηκαν έγιναν με την βοήθεια των προγραμμάτων RocSupport και Phase2. Επιπλέον πραγματοποιήθηκαν δοκιμές για την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με την αντοχή του σκυροδέματος της επένδυσης μέσω της υπερφόρτισης λόγω γεωλογικών παραγόντων. Στο κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται οι προκαταρκτικές αναλύσεις που πραγματοποιήθηκαν με το πρόγραμμα RocSupport. Οι αναλύσεις αυτές είχαν ως στόχο την εκτίμηση με αναλυτικές μεθόδους των μετατοπίσεων που συμβαίνουν στη σήραγγα σε διάφορα βάθη. Από τα αποτελέσματα αυτά προέκυψε η δυσμενέστερη περίπτωση βάθους για την συγκεκριμένη κατηγορία υποστήριξης. Επιπλέον, με τη βοήθεια του προγράμματος RocSupport και σχετικού αξισυμμετρικού μοντέλου του προγράμματος Phase2 εκτιμήθηκαν οι συντελεστές αποτόνωσης που πρέπει να χρησιμοποιηθούν σε μία πολυσταδιακή ανάλυση της διάνοιξης και υποστήριξης της σήραγγας. Το κεφάλαιο 4 αναφέρεται στο πρόγραμμα Phase2. Παρουσιάζεται εκτενώς ο τρόπος λειτουργίας του προγράμματος και ο τρόπος ανάλυσης των αποτελεσμάτων. Περιγράφεται πλήρως η μεθοδολογία δημιουργίας ενός μοντέλου, με βάση την κατηγορία αντιστήριξης Α1, με το πρόγραμμα Phase2 και παρουσιάζεται το τελικό αποτέλεσμα. Τέλος από μία πληθώρα μοντέλων του Phase2 συγκεντρώνονται τα αποτελέσματα που αφορούν τις μετατοπίσεις του έργου και συγκρίνονται με αυτές του μελετητή. Επιπλέον, μία σειρά από διαφοροποιήσεις του αρχικού μας μοντέλου, καταλήγουν σε εκτιμήσεις της επίδρασης του τρόπου προσομοίωσης στα αποτελέσματα του προγράμματος. Στη συνέχεια το επόμενο κεφάλαιο σχετίζεται με την μελέτη της δυνατότητας αντιστήριξης που προσφέρει το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα στη συγκεκριμένη κατηγορία υποστήριξης. Αφού πραγματοποιηθούν ορισμένες δοκιμές υπερφόρτισης με την τοποθέτηση σφηνών διαφόρων μεγεθών, συλλέγονται τα αποτελέσματα που αφορούν την φόρτιση του σκυροδέματος και υπολογίζεται η ποσότητα χαλύβδινων ινών (για το ινοπλισμένο) και χαλύνδινων πλεγμάτων (για το οπλισμένο) που απαιτούνται για την ανάληψη των ασκούμενων εφελκυστικών φορτίων. Στο τελικό στάδιο έχουμε την πιο λεπτομερή διερεύνηση των αιτιών που προκαλούν την αστοχία του οπλισμού μας από την παρουσία της σφήνας. Στο κεφάλαιο 6, που είναι και το τελευταίο κεφάλαιο της διπλωματικής μου εργασίας, αναπτύσσονται τα συμπεράσματα που εξήχθησαν από όλα όσα μελετήθηκαν στα παραπάνω κεφάλαια.

The present diploma thesis focuses on the study concerning the boring and support of the railway Othrios tunnel, situated in the prefecture of Fthiotida, between Lianokladi and Domokos. After a brief introduction, where the basic characteristics of the tunnel under study are presented and the objectives of this thesis are indicated, follows the second chapter, in which the general elements of the Othrios tunnel are cited in detail. These elements are related with the geology-hydrogeology and tectonics of the area of the construction. Furthermore, a brief description of the method of excavation and support of the tunnel is performed along with the description of the various materials used during the construction process. Finally, the method of monitoring of the project during construction is also presented. In the main part of the thesis, composed of Chapters 3 to 6, a detailed analysis and study of one of the tunnel cross sections, designed by the project designer, is presented. The cross section belongs to the temporary support category A1. This support category deals with good rock mass conditions up to 375 m of depth. The purpose of our study, for this category, was the research on the shotcrete requirements. Our analysis was conducted with the help of various computer software, such as RocSupport and Phase2. Furthermore, trials took place in order to extract results relative to the shotcrete strength when it is overloaded due to geological factors. In Chapter 3, the preliminary analysis conducted with RocSupport is presented. This analysis aims to analytically evaluate the displacements occurring in the tunnel at various depths. From this analysis the least favorable depth for the specific support category was outlined. In addition, using RocSupport and the relevant axisymmetric Phase2 model, the deconfinement factors that should be used in a multistage analysis of the tunnel excavation and support, were evaluated. Chapter 4 is related to the Phase2 software. The way the software operates is presented in detail as well as the method of analysis of the results. The methodology of the creation of a model, related to the support category A1, is fully presented and the results are cited. Finally, through various models using Phase2, the results concerning the tunnel wall displacements are gathered and compared with the corresponding results of the Designer. Furthermore, a series of differentiations of our original model result to estimations of the impact of the simulation method in the program results. Consequently, the next Chapter is related to the study of the shotcrete support capacity of the support category under study. After several overloading trials, performed by placement of rock wedges of various dimensions in the roof of the tunnel, the results related to the shotcrete internal forces are collected and an estimate is given on the required amount of fiber reinforcement or reinforcement steel meshes, in order to carry any tensile loading. During the last stage we present a more detailed investigation of the causes behind the loads developed under the presence of a rock wedge. In Chapter 6, the conclusions derived from the analyses of this thesis are presented.