«Τεχνικογεωλογική και γεωτεχνική αξιολόγηση βραχομαζών περιβάλλοντος «Αθηναϊκού Σχιστόλιθου» και διερεύνηση της συμπεριφοράς του κατά την εκσκαφή υπογείων έργων»

Κύρκος, Αθανάσιος; Kyrkos, Athanasios

dc.contributor.author	Κύρκος, Αθανάσιος	el
dc.contributor.author	Kyrkos, Athanasios	en
dc.date.accessioned	2023-01-16T08:40:15Z
dc.date.available	2023-01-16T08:40:15Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56703
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24401
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Σχεδιασμός και Κατασκευή Υπόγειων Έργων”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Αθηναϊκός Σχιστόλιθος	el
dc.subject	Τεχνικογεωλογική Αξιολόγηση	el
dc.subject	Σήραγγες	el
dc.subject	Μετρό	el
dc.subject	Προσομοιώσεις	el
dc.subject	Athens Schist	en
dc.subject	Engineering geological evaluation	en
dc.subject	Γεωτεχνική αξιολόγηση	el
dc.subject	Geotechnical evaluation	en
dc.subject	Tunnelling	en
dc.subject	Metro	en
dc.subject	Simulations	en
dc.title	«Τεχνικογεωλογική και γεωτεχνική αξιολόγηση βραχομαζών περιβάλλοντος «Αθηναϊκού Σχιστόλιθου» και διερεύνηση της συμπεριφοράς του κατά την εκσκαφή υπογείων έργων»	el
dc.title	“Engineering geological and geotechnical evaluation of the rock masses in the “Athens Schist” formation and study on their behavior in tunnel excavation.”	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Γεωτεχνική Μηχανική	el
heal.classification	Υπόγεια Έργα	el
heal.classification	Tunnelling	en
heal.classification	Geotechnical Engineering	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-10-31
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο τελευταίο εξάμηνο φοίτησης στα πλαίσια του προγράμματος σπουδών του Διατμηματικού Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών «Σχεδιασμός και Κατασκευή Υπογείων Έργων» του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Σκοπός της εν λόγω εργασίας είναι να διερευνηθούν οι γεωτεχνικές ιδιότητες του σχηματισμού που έχει καθιερωθεί στην διεθνή βιβλιογραφία ως «Αθηναϊκός σχιστόλιθος». Όπως θα αναλυθεί και στα εισαγωγικά κεφάλαια και ιδίως στο κεφάλαιο 3 της έρευνας πρόκειται για ένα σύνολο πολλών κλαστικών και κατά βάση μετακλαστικών λιθολογιών το οποίο κατά την διάνοιξη υπογείων έργων έχει προβληματίσει την επιστημονική κοινότητα γεωλόγων και μηχανικών. Ο προβληματισμός αυτός οφείλεται στις πολλαπλές εναλλαγές έντονα τεκτονικώς καταπονημένων λιθολογιών και γεωτεχνικών συνθηκών – μηχανικών ιδιοτήτων και αφορά τόσο την μέθοδο διάνοιξης των σηράγγων του ΜΕΤΡΟ, τις υδρογεωλογικές συνθήκες που επικρατούν, το εντατικό πεδίο που δημιουργείται κατά την διάνοιξη των σηράγγων όσο και την υποστήριξη (άμεση και μόνιμη επένδυση). Κατά το παρελθόν υπήρξαν πολλές έρευνες και προβληματισμοί σχετικά με τις γεωλογικές και γεωτεχνικές συνθήκες του Λεκανοπεδίου Αττικής. Συνεπώς με την έναρξη κατασκευής των έργων ΜΕΤΡΟ επέφερε την ανάγκη για περαιτέρω διερεύνηση ως προς την ορθή επιλογή μηχανήματος ολομέτωπης κοπής αλλά και της μεθόδου διάνοιξης με ΝΑΤΜ σε όσες διατομές χρησιμοποιήθηκε. Οι έρευνες εντατικοποιήθηκαν λόγω των αστοχιών που επήλθαν κατά τη φάση κατασκευής εξαιτίας της πολυπλοκότητας των γεωτεχνικών συνθηκών που επιφέρει αυτός ο τεκτονικά καταπονημένος σχηματισμός. Στο κεφάλαιο 1 αναλύεται το αντικείμενο που πραγματεύεται η διπλωματική εργασία, η μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε ως προς την έρευνα αλλά και η αναφορά στα δεδομένα που διατέθηκαν με σκοπό την ανάλυσή τους και την εξαγωγή συμπερασμάτων. Στο κεφάλαιο 2 γίνεται αναφορά στο θεωρητικό υπόβαθρο της εν λόγω έρευνας με αναφορά στις εργαστηριακές δοκιμές τα αποτελέσματα των οποίων χρησιμοποιήθηκαν, στην ταξινόμηση βραχόμαζας, στη διάνοιξη σηράγγων αλλά και στα έργα ΜΕΤΡΟ και την χρησιμότητά τους και την πρόοδο των έργων του Λεκανοπεδίου έως και σήμερα. Μετά και τα εισαγωγικά αυτά κεφάλαια, στο κεφάλαιο 3 παρατίθενται εκτενώς βάση βιβλιογραφικής ανασκόπησης οι γεωλογικές έρευνες σε όλο το λεκανοπέδιο Αθηνών και ευρύτερα στους ορεινούς όγκους που το περιβάλλουν. Στο κεφάλαιο 4 αναλύεται πλήρως όλη η διαδικασία της Τεχνικογεωλογικής αξιολόγησης μέσω των διαθέσιμων δεδομένων. Με τη χρήση αυτών προέκυψε η γεωτεχνική ταξινόμηση των λιθολογιών του «Αθηναϊκού Σχιστόλιθου». Στα πλαίσια της Τεχνικογεωλογικής αξιολόγησης, δημιουργήθηκε μία βάση γεωτεχνικών δεδομένων που δόθηκαν από την ΑΤΤΙΚΟ ΜΕΤΡΟ Α.Ε.. Από τις στατιστικές αναλύσεις, προέκυψαν πολλά συγκριτικά ιστογράμματα για μηχανικές παραμέτρους άρρηκτου βράχου, για σχετικές ποσοστώσεις εμφάνισης της εκάστοτε λιθολογίας, επικράτησης λιθολογιών σε μεταξύ τους εναλλαγές, ιστογράμματα ταξινόμησης κατά GSI κ.ά.. Τα αποτελέσματα αυτά ύστερα από την αξιολόγησή τους έδωσαν τις Τεχνικογεωλογικές Ενότητες τόσο για την Ανώτερη όσο και «Τεχνικογεωλογική και γεωτεχνική αξιολόγηση βραχομαζών περιβάλλοντος «Αθηναϊκού Σχιστόλιθου» και διερεύνηση της συμπεριφοράς του κατά την εκσκαφή υπογείων έργων» iii για την Κατώτερη Ενότητα του «Αθηναϊκού Σχιστόλιθου». Οι Τεχνικογεωλογικές ενότητες που προέκυψαν είναι οι εξής: ➢ Ανώτερος «Αθηναϊκός Σχιστόλιθος» • Ασβεστιτικός Μεταψαμμίτης (ΜΨ) • Ιλυολιθικός Μεταψαμμίτης (ΜΨ) • Δυσμενής Ιλυολιθικός Μεταψαμμίτης (ΜΨ) • Μεταϊλυόλιθος υγιής με μικρές ενστρώσεις Μεταψαμμίτη (ΜΙ) • Μεταϊλυόλιθος αποσαθρωμένος/τεκτονισμένος με μικρές ενστρώσεις Μεταψαμμίτη (ΜΙ) • Εναλλαγές Μεταψαμμίτη-Μεταϊλυόλιθου (70:30) (ΜΨ-ΜΙ / 70:30) • Εναλλαγές Μεταϊλυόλιθου-Μεταψαμμίτη (50:50) (ΜΙ-ΜΨ / 50:50) ➢ Κατώτερος «Αθηναϊκός Σχιστόλιθος» • Ασβεστιτικός Μεταψαμμίτης (ΜΨ) • Ιλυολιθικός Μεταψαμμίτης (ΜΨ) • Μεταϊλυόλιθος με μικρές ενστρώσεις Μεταψαμμίτη (ΜΙ) • Μεταϊλυόλιθος αποσαθρωμένος/τεκτονισμένος με μικρές ενστρώσεις Μεταψαμμίτη (ΜΙ) • Εναλλαγές Μεταϊλυόλιθου-Μεταψαμμίτη (80:20) (ΜΙ-ΜΨ / 80:20) • Εναλλαγές Μεταϊλυόλιθου-Μεταψαμμίτη (50:50) (ΜΙ-ΜΨ / 50:50) • Εναλλαγές Αργιλικού Σχιστόλιθου-Μεταψαμμίτη ή Μεταϊλυόλιθου (80:20) (ΑΡΓ. ΣΧ. – ΜΨ ή ΜΙ / 80:20) Στο 5ο κεφάλαιο παρατίθενται τα αποτελέσματα των αναλύσεων διάνοιξης και άμεσης υποστήριξης με την χρήση πεπερασμένων στοιχείων μέσω του υπολογιστικού προγράμματος RS2 της εταιρείας RocScience. Μέσα από μία πληθώρα αναλύσεων κάθε τυπικής διατομής εξάγονται 4 κατηγορίες άμεσης υποστήριξης με διάνοιξη με συμβατικά μέσα (ΝΑΤΜ) των οποίων τα χαρακτηριστικά παρατίθενται πινακοποιημένα μαζί με τα αποτελέσματα των συγκλίσεων και επιφανειακών καθιζήσεων. Για λόγους σύγκρισης μεθόδου διάνοιξης και επιφανειακών καθιζήσεων έγιναν περαιτέρω αναλύσεις των ίδιων 5 τυπικών διατομών με μηχανοποιημένο τρόπο διάνοιξης με χρήση TBM – EPB. Τέλος, στο κεφάλαιο 6 με βάση τις αναλύσεις που έγιναν, εξήχθησαν συμπεράσματα για τις γεωτεχνικές ιδιότητες και την συμπεριφορά των βραχομαζών του «Αθηναϊκού Σχιστόλιθου» στην κατασκευή υπογείων έργων. Επιπλέον από τις αναλύσεις έγινε σύγκριση των μεθόδων διάνοιξης ως προς τα επιτρεπτά όρια καθιζήσεων και συγκλίσεων που έχουν τεθεί από την ΑΤΤΙΚΟ ΜΕΤΡΟ Α.Ε..	el
heal.abstract	This thesis was prepared during the second and last year of studies in the interdepartmental master's program "Design and construction of underground works". The subject it deals with is initially the engineering geological and geotechnical evaluation of the “Athens Schist”. Through raw data from 64 boreholes samples, as well as laboratory tests of soil and rock mechanics, the appropriate statistical analyses were made to extract characteristic values for each geotechnical parameter per lithology for the "Athens Schist". In addition to the mechanical parameters, when rockmass classification data were unavailable, a GSI classification was also made based on the photographic material of sample boreholes. As known, the "Athens Schist" is divided into an Upper and a Lower Unit, as their formations are differentiated both in terms of lithologies and tectonic stress and thus mechanical characteristics. A key criterion for differentiation is its characteristic gray to black-gray color due to the participation of clayey shale in this metaclastic series. For this reason, a separation was made in the analyses between the two Units and separate Technical Geological units were assessed for the Upper and Lower unit of the "Athens Schist". Subsequently, after all the formations were categorized into technical geological units, the rock mass parameters and cohesion and friction angle were calculated using the Hoek & Brown and Mohr-Coulomb criteria. The purpose of this statistical analysis and geotechnical classification was to study the behavior of the formations during underground works, specifically the METRO urban tunnel. For this reason, design values were chosen for the finite element analyzes using RocScience's RS2 software. The five typical stratigraphic cross sections were selected based on borehole data and the selection of specific formations to be excavated that are of interest for inferring their behavior in eventual failures, convergences and surface settlements. The analyses carried out were with both NATM and TBM-EPB excavation methods, thus drawing conclusions about the differentiation in terms of the excavation method for each typical cross-section. With reference to the NATM, the standard cross-sections analyzed were classified into four direct support standard cross-section categories (the results of each analysis step up to the final conclusions drawn are presented further below). The "Athens Schist" is a lithological complex system or a mixture (mélange) of rocks that consists of more than one lithological type and was formed in an accretionary prism area. It consists of clastic sediments, such as sandstones, clayey, sandy shales, clays, sandy marls and graywackes, tuffaceous volcaniclastic sediments, shaly pelites and schists, significant occurrences of basic and ultrabasic rocks, as well as platy pelagic limestones, which in places are abundant. Silicic interlayers (jasper) and siliceous nodules are often contained within the above platy limestones. The formations encountered for the Upper Unit of the Athens Schist are as follows: 1. Calcareous Metasandstone 2. Clayey Metasandstone 3. Limestone 4. Metasiltstone 5. Clayey shale Accordingly, the formations of the Lower Unit are as follows: “Engineering geological and geotechnical evaluation of the rock masses in the “Athens Schist” formation and study on their behavior in tunnel excavation.” v 1. Clayey Metasandstone 2. Metasiltstone 3. Clayey shale 4. Talc Schist 5. Epidote – Chlorite Schist It should be noted that Peridotite intrusions were only present in one borehole as well as Mylonite and Breccia which were not considered at all in the statistical analysis and in general in the present study. Regarding the overall occurrence rate of the individual lithologies, it is observed that in the Upper Unit of Athens Schist, the Metasandstone prevails are followed by the Metasiltstone and their alternations. The clayey shale may appear in some places, but its thickness is very small and according to other studies it appears mainly in the lower unit; therefore it will not be analyzed for the upper unit. Limestone occurs in some boreholes; however it will not be analyzed in this study. As far as the Lower Unit is concerned, the dominant lithologies are Clayey Shale and Metasiltstone, as well as their alternations. Metasandstone is mainly observed in alternations with Metasiltstone and not as a dominant formation of the alternations. Pure occurrences of Metasandstone or even with a very small percentage of occurrences of Metasiltstone or Clayey Shale within the Metasandstones are few but will be analyzed.In order to perform the final statistical analysis, the steps were followed are: • Input of borehole data into spreadsheets, • separation of Upper and Lower “Athens Schist” Units. • classification of the geomaterials according to GSI through photos, in case of boreholes where there were no available data, • correlation of the point load index Is (50) with the uniaxial compressive strength (UCS) for the dimensionless factor k (analyzed extensively in chapter 4.3), • Application of the factor k to calculate the indirectly compressive strength σci through Point Load Test (PLT) data • cross-checking through photographs to which lithology each laboratory test corresponds, since in many places there were alterations of many lithologies • first assessment of matching laboratory tests to "healthy" and tectonized/sheared formations • creation of histograms for compressive strength (UCS & PLT), Young’s modulus (Ei) and GSI grading. Following the statistical analysis of strength and deformability parameters, as well as the GSI classification (extensively analyzed in chapters 4.5 and 4.6) and having significant familiarity with the studied geomaterials, the following Geotechnical units were identified, shown in Table 0.1. It should be noted that mi constant was selected from the widely used Table of Hoek & Marinos (2001) and the selected disturbance factor was equal to 0, since the surrounding rock mass is minimally disturbed, while the specific gravity (γ) was estimated empirically in combination with some laboratory test results. All mechanical parameters selected are analyzed in detail in chapter 4.The purpose of the two-dimensional analyses for the excavation and direct support of Athens Metro tunnels with finite element code is to propose some possible direct support cross-sections for certain cases of geological standard cross-sections. Initially, some typical cross-sections throughout the Athens basin were selected and then cases of excavation cross-sections, steps of progress and direct support measures were studied to obtain stability and settlements smaller than the limits set by Attiko Metro S.A.. It should be pointed out that the analyses were performed by simulating the third dimension through the method of the equivalent modulus of elasticity (E) and not through the application of deconfinement factor λ, through the equation: Ε=Ε0∗(1−2ν)∗(1−λ)(1−2ν)+λ (Kavvadas, 2004). “Engineering geological and geotechnical evaluation of the rock masses in the “Athens Schist” formation and study on their behavior in tunnel excavation.” viii Regarding the geometry of the cross-sections used, they are petal-shaped with a diameter of D=9.48 m, which is a common value for Metro tunnels. Their difference lies in the presence or absence of a temporary Invert during the excavation of Phase A (Topheading).The standard cross sections to be analyzed were selected by studying all data from the study areas with different layer sequences and mechanical characteristics, from favorable to very unfavorable, to derive different direct support categories.	en
heal.advisorName	Μαρίνος, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Νομικός, Παύλος	el
heal.committeeMemberName	Μπενάρδος, Ανδρέας	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	225 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false