Τεχνικογεωλογική και γεωτεχνική αξιολόγηση των συνθηκών σε σχέση με τη μηχανοποιημένη διάνοιξη σηράγγων. Η επέκταση του Μετρό Θεσσαλονίκης προς Καλαμαριά

Abstract

Η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο τη μελέτη και την ανάλυση των τεχνικό-γεωλογικών και γεωτεχνικών συνθηκών, που επικρατούν στην περιοχή της προέκτασης του Μετρό της Θεσσαλονίκης προς Καλαμαριά και οι οποίες αναμένεται να απαντηθούν στο μέτωπο εκσκαφής της σήραγγας. Βασιζόμενοι στην ανάλυση αυτή, επιχειρείται η πρόταση για εκλογή συγκεκριμένου τύπου μηχανήματος ΤΒΜ για τη διάνοιξη της σήραγγας. Η κατασκευή του Μετρό της Θεσσαλονίκης έχει ως στόχο την επίλυση των κυκλοφοριακών προβλημάτων, που αντιμετωπίζει η πόλη και είναι αναπόφευκτη λύση, δεδομένου ότι η επίγεια ανάπτυξη του οδικού συστήματος είναι αδύνατη σε ένα βαρύ αστικό περιβάλλον. Η βασική γραμμή του έργου διαθέτει 13 σταθμούς και μήκος σήραγγας 9.6km. Η επέκταση προς Καλαμαριά, την οποία εξετάζει η παρούσα διπλωματική, αποτελείται από 5 σταθμούς με συνολικό μήκος σήραγγας τα 4,8km, και αναπτύσσεται με κατεύθυνση ανατολική και νότιο-ανατολική σχεδόν παράλληλα με την ακτογραμμή. Η γεωλογία στην περιοχή αυτή της επέκτασης χαρακτηρίζεται από την παρουσία Τεταρτογενών αποθέσεων, οι οποίοι εντοπίζονται κυρίως στο αρχικό τμήμα και δευτερευόντως στο τελικό τμήμα της χάραξης και Νεογενών αποθέσεων, οι οποίοι εντοπίζονται στο κεντρικό τμήμα αυτής. Σε ένα έργο Μητροπολιτικού Υπόγειου Σιδηρόδρομου, όπως αυτό, η απαίτηση για εφαρμογή μηχανοποιημένων μεθόδων εκσκαφής προέρχεται από την ανάγκη για γρήγορη περαίωση του έργου με τη μικρότερη δυνατή διαταραχή του υπεδάφους, καθώς κάτι τέτοιο είναι δυνατό να προκαλέσει εκτεταμένες καθιζήσεις και αστοχίες στην επιφάνεια. Ως εκ τούτου, περιγράφονται αναλυτικά τα χαρακτηριστικά των μηχανοποιημένων μεθόδων εκσκαφής, οι οποίες κάνουν χρήση μηχανημάτων ΤΒΜ, καθώς και οι τεχνικό-γεωλογικές και γεωτεχνικές παράμετροι των προς εκσκαφή σχηματισμών και οι εργαστηριακές και επί τόπου δοκιμές, που πραγματοποιούνται για τον προσδιορισμό τους και σχετίζονται άμεσα με την εκλογή του κατάλληλου μηχανήματος. Από το σύνολο των 70 γεωτρήσεων, που διανοίχθηκαν, ελήφθησαν τα απαραίτητα στοιχεία για τους εδαφικούς σχηματισμούς, όπως η κοκκομετρική ανάλυση των γεωυλικών, το όριο υδαρότητας, ο δείκτης πλασιμότητας, ο δείκτης συνεκτικότητας, η ποιότητα των γεωυλικών, οι τιμές των δοκιμών SPT και οι τιμές τις διαοερατότητας. Όλες οι παραπάνω τιμές παρουσιάζονται σε προβολές πάνω στην τομή της προς εξέταση περιοχής, όπου φαίνεται πως αναπτύσσεται κάθε παράμετρος κατά μήκος της χάραξης. Στη συνέχεια, βασιζόμενοι στα παραπάνω στοιχεία, εξετάζεται η εφαρμοσιμότητα 4 τύπων μηχανών ΤΒΜ, οι οποίες περιλαμβάνουν μηχανήματα ανοικτού μετώπου με ασπίδα, ΤΒΜ για βραχώδεις σχηματισμούς, μηχανήματα πολφού μπεντονίτη με ασπίδα και μηχανήματα εξισορρόπησης της εδαφικής πίεσης και κρίνεται η συμπεριφορά τους έναντι της εκσκαφής κατά τη διάνοιξη της σήραγγας

The particular thesis has as an object to examine and analyze the geological and the geotechnical conditions which are possible to be met by the face of the excavation of the tunnel of the extension of Thessaloniki Metropolitan Railway to Kalamaria. From this analysis, is going to be discussed the applicability of mechanized tunneling methods and the selection of the most appropriate for the excavation type of TBM. The construction of Thessaloniki Metropolitan Railway aims to solve the traffic problems facing the city and it is an inevitable solution, since the ground development of the road system is impossible in a heavy urban environment. The baseline of the project has 13 stations and tunnel length 9.6km. The extension to Kalamaria, which examines the present thesis consists of 5 stations with a total tunnel length of 4,8 km, and is expanding towards the east and south-east almost parallel to the coastline. The geology in this area of expansion is characterized by the presence of Quaternary soil formations, which are mainly in the initial part and secondarily in the final part of the alignment and Neogene soil formations, which are located in the central part thereof. In a project of Metropolitan Underground Railway, such as that, the requirement for implementation of a mechanized excavation method arises from the need for a quick completion of the project with minimal disturbance of the subsoil, as this can cause widespread faults and settlements at the surface. Therefore, are described in detail the characteristics of mechanized excavation methods, which make use of TBM machines and the geological and geotechnical parameters of the excavating soil formations, and laboratory and field tests carried out to identify them and directly related the election of a suitable machine. Of the total of 70 boreholes, dug in, taken the necessary data for the soils, include particle size analysis of geomaterials, the liquid limit, the plasticity index, the consistency index, the quality of geomaterials, the SPT test values and the permeability of the formations. All of the above properties are presented also in figures where it becomes apparent how they develop along the tunnel alignment. From the data above the applicability of 4 TBM machines, is described and the behavior of them versus the tunnel excavation.