Διερεύνηση της αλληλεπίδρασης των δίδυμων σηράγγων μέσω τριδιάστατων αριθμητικών αναλύσεων

Abstract

Κατά τα τελευταία χρόνια η κατασκευή των δίδυμων σηράγγων είναι ευρέως διαδεδομένη, καθώς οι σήραγγες αποτελούν τεχνικά έργα με αυξημένες απαιτήσεις ασφάλειας και λειτουργικότητας. Η αλληλεπίδραση των δυο κλάδων μια δίδυμης σήραγγας αποτελεί ένα σύνθετο φαινόμενο το οποίο καλείται να αντιμετωπίσει ο μελετητής μηχανικός κατά το στάδιο του σχεδιασμό του έργου. Η μεταπτυχιακή εργασία πραγματεύεται τη μελέτη της αλληλεπίδρασης των δυο κλάδων των δίδυμων σηράγγων κατά τη διάνοιξη και κατ’ επέκταση τον προσδιορισμό της κατάλληλης εγκάρσιας απόστασης η οποία θα εξασφαλίζει την ασφάλεια και τη λειτουργικότητα της κατασκευής. Αρχικά πραγματοποιείται μια βιβλιογραφική προσέγγιση του προβλήματος της αλληλεπίδρασης των δυο κλάδων, έτσι ώστε να παρουσιαστούν συγκεντρωτικά όλες οι μέθοδοι (πειραματικές και αναλυτικές) που έχουν προταθεί στο παρελθόν αλλά και το εύρος όλων των γεωτεχνικών παραμέτρων που έχουν προσομοιωθεί. Στη συνέχεια παρατίθενται δυο περιστατικά διάνοιξης δίδυμων σηράγγων της Εγνατίας Οδού (σήραγγα Ανθοχωρίου και σήραγγα Δρίσκου) προκειμένου να φανεί η αλληλεπίδραση μεταξύ των δυο κλάδων η οποία απεικονίζεται στις μετρηθείσες συγκλίσεις λόγω των πολύ δυσμενών γεωτεχνικών συνθηκών και των εκτεταμένων αστοχιών των μέτρων άμεσης υποστήριξης. Η αριθμητική προσέγγιση του προβλήματος που ακολουθεί, περιλαμβάνει την πραγματοποίηση παραμετρικών αριθμητικών αναλύσεων με τριδιάστατα προσομοιώματα πεπερασμένων στοιχείων, έτσι ώστε τα αποτελέσματα να είναι απαλλαγμένα από τις παραδοχές των μεθόδων εκτίμησης της αποτόνωσης των τάσεων και των προσυγκλίσεων. Η προσομοίωση του προβλήματος πραγματοποιείται με τον κώδικα πεπερασμένων στοιχείων ABAQUS, ενώ η αλληλεπίδραση των δυο κλάδων ποσοτικοποιείται σε όρους πιέσεων επί του κελύφους της άμεσης υποστήριξης και σε όρους μετακινήσεων στην περίμετρο της εκσκαφής. Στο πλαίσιο των παραμετρικών αναλύσεων μελετάται ο ρόλος των γεωτεχνικών συνθηκών, της εγκάρσιας απόστασης των δυο κλάδων (πλάτος πυλώνα), καθώς και του μέτρου ελαστικότητας. Κλείνοντας, πραγματοποιείται συγκεντρωτικά μια σύνοψη των σημαντικότερων αποτελεσμάτων - συμπερασμάτων της εργασίας, και παρουσιάζονται προτάσεις για περεταίρω έρευνα, καθώς το φαινόμενο της αλληλεπίδρασης των δίδυμων σηράγγων παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον

Over the past few years, twin tunnel construction has increased as tunnels are structures of high security and functionality standards. The interaction of the two branches of a twin tunnel is a complicated phenomenon that the engineer faces early from the design stage. The present thesis investigates the interaction between the two branches of a twin tunnel during the excavation phase and determines the suitable pillar width that will ensure safety and functionality for the structure. At first, a literature review is performed aiming to present all the previous methods (experimental and analytical) as well as the range of the geotechnical parameters which were used to simulate the problem. Then, two representative twin tunnel case studies of Egnatia Highway (Anthochori tunnel and Driskos tunnel) are described in order to illustrate the interaction between the two branches. The interaction is reflected in the significant tunnel convergence due to unfavourable geotechnical conditions and extensive failures of the immediate support measures. The problem has been numerically investigated by perform three dimensional finite element parametric analyses so that the results are exempted from assumptions of the stress and preconvergence estimation methods. The simulation of the problem is carried out with the aid of the finite element code ABAQUS while the interaction of the two branches is quantified in terms of pressure on the immediate support shell and displacements on the excavation perimeter. Within the parametric analyses frame, the importance of geotechnical conditions, pillar width and elastic deformation modulus, is studied. Finally, the most important results and conclusions of this thesis are summarized and suggestions for further research are presented, as the twin tunnel interaction phenomenon appears to be of particular interest.