Βαθιές εκσκαφές σε αστικό χώρο: Η περίπτωση του σταθμού Μετρό 'Αγ. Βαρβάρα'

Abstract

Η κατασκευή βαθέων εκσκαφών σε αστικό περιβάλλον, όπως οι περιπτώσεις Σταθμών Μετρό, είναι ένα τεχνικά δύσκολο εγχείρημα. Ο σχεδιασμός και η κατασκευή συνήθως περιλαμβάνουν πολλά βήματα συμπεριλαμβανομένων της επιλογής της τοποθεσίας, του σχεδιασμού των συστημάτων αντιστήριξης της εκσκαφής, τον προσδιορισμό της απόκρισης της κατασκευής, των προκαταρκτικών ερευνών σε παρακείμενες ιδιοκτησίες και τις παρατηρήσεις πεδίου κατά την κατασκευή. Σε ένα αστικό περιβάλλον, το αποτέλεσμα είναι συχνά η πρόκληση βλαβών σε γειτονικές κατασκευές, οι οποίες είναι αποτέλεσμα καθιζήσεων του εδάφους λόγω απώλειας πλευρικής στήριξης. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η βαθιά εκσκαφή που αφορά στην κατασκευή του Σταθμού ‘Αγ. Βαρβάρα’, της επέκτασης της γραμμής 3 του Μετρό στο τμήμα «Χαϊδάρι-Πειραιάς». Πιο συγκεκριμένα, διερευνάται η συμπεριφορά του συστήματος αντιστήριξης στην εν λόγω εκσκαφή σε δύο διαστάσεις, με χρήση του προγράμματος πεπερασμένων στοιχείων Plaxis 2D V8. Όλα τα απαραίτητα δεδομένα και οι προδιαγραφές για τη μοντελοποίηση του συστήματος αντιστήριξης του Σταθμού ελήφθησαν από τα στοιχεία της προμελέτης που εκπονήθηκε από την Αττικό Μετρό Α.Ε., ενώ οι γεωτεχνικές παράμετροι προέκυψαν από τις επιτόπου και τις εργαστηριακές δοκιμές, που εκπονήθηκαν από την εταιρία Εδαφομηχανική Α.Τ.Ε., στα πλαίσια του έργου ανάθεσης ‘Γεωτεχνική Έρευνα για τις Νέες Επεκτάσεις του Μετρό της Αθήνας’. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στις θεωρητικές προσεγγίσεις των επιπτώσεων που απορρέουν από την κατασκευή βαθέων εκσκαφών και είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη κατά το σχεδιασμό του συστήματος αντιστήριξης. Πιο συγκεκριμένα, γίνεται αναφορά στις καθιζήσεις της επιφάνειας του εδάφους, στις μεθόδους εκτίμησής τους και στον τύπο καθίζησης που μπορεί να παρατηρηθεί. Γίνεται, επίσης, αναφορά στις παραμορφώσεις και στις κατηγορίες βλαβών που ενδέχεται να προκληθούν στα κτίρια-κατασκευές της ζώνης επιρροής του έργου. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται γενικά στοιχεία για το έργο της επέκτασης της γραμμής 3 του Μετρό στο τμήμα «Χαϊδάρι-Πειραιάς» και παρατίθενται οι γεωλογικές και υδρογεωλογικές συνθήκες στην ευρύτερη περιοχή του έργου, αλλά και κατά μήκος της χάραξης. Προσδιορίζονατι, συνεπώς, οι γεωλογικοί σχηματισμοί που θα εμφανιστούν κατά την κατασκευή του σταθμού μελέτης της παρούσας εργασίας, οι οποίοι αξιολογούνται στη συνέχεια. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται αναλυτικά οι μέθοδοι κατασκευής και προσωρινής αντιστήριξης που έχουν εφαρμοστεί σε έργα Σταθμών Μετρό. Γίνεται, ακολούθως, συνοπτική παρουσίαση των αντίστοιχων μεθόδων που προτείνονται, σύμφωνα με την προμελέτη της Αττικό Μετρό Α.Ε., για την κατασκευή των διαφόρων Σταθμών κατά την επέκταση της γραμμής 3 του Μετρό στο τμήμα «Χαϊδάρι-Πειραιάς». Στο τέταρτο κεφάλαιο πραγματοποιείται ανάλυση του συστήματος προσωρινής αντιστήριξης του υπό μελέτη Σταθμού ‘Αγ.Βαρβάρα’, υπό συνθήκες επίπεδης παραμόρφωσης, με τη χρήση του προγράμματος πεπερασμένων στοιχείων Plaxis 2D V8. Αρχικά, προσδιορίζονται όλες οι παράμετροι που απαιτούνται, καθώς και ο τρόπος εισαγωγής τους στο μοντέλο προσομοίωσης του προγράμματος. Στη συνέχεια, πραγματοποιούνται επιλύσεις για τον έλεγχο της συμπεριφοράς του συστήματος αντιστήριξης, εισάγοντας αρχικά τις τιμές των γεωτεχνικών παραμέτρων, όπως προέκυψαν από τη γεωτεχνική έρευνα και ακολούθως, μεταβάλλοντας ορισμένες παραμέτρους, σε συνθήκες γραμμικώς ελαστικού, ιδεατώς πλαστικού εδάφους κατά Mohr-Coulomb. Τέλος, συγκρίνονται τα αποτελέσματα των παραπάνω επιλύσεων και εξάγονται συμπεράσματα για τη συμπεριφορά του προτεινόμενου συστήματος αντιστήριξης στην εν λόγω εκσκαφή και την επιρροή της στο περιβάλλον έδαφος.

The construction of deep excavations in the urban environment, such as Metro Stations, is a technically challenging problem. Design and construction involves many steps including site characterization, design of excavation support systems, specification of the responses to construction difficulties, preconstruction surveys of adjacent properties and utilities and field observations during construction. In an urban environment, the effect is often causing a form of failure to adjacent structures involving subsidence due to loss of lateral support and structural damage. This thesis studies the deep excavation for the construction of ‘Ag.Varvara’ Station, in the western extension of Line 3 of Athens Metro from Haidari to Piraeus City. More specifically, the behavior of the retaining structure of the Station is investigated with the help of a 2D Model using the finite element program Plaxis 2D V8. All necessary data and specifications for the modeling of the retaining structure have been received from the preliminary study by the Athens Metro S.A. Also, the geotechnical parameters were obtained from field and laboratory tests carried out by the company Edafomichaniki S.A., under the project assignment ‘Geotechnical Investigation for New Extensions of the Athens Metro’. Τhe first chapter refers to the theoretical approaches of the impacts resulting from the construction of deep excavations. Specifically it refers to ground surface settlement, the assessment methods and the settlement profiles that can be observed. It refers, also, to the deformities and degree of damage that may occur in buildings-constructions inside the influence zone of the project. The second chapter presents general information about the project ‘Extension of Line 3 of the Athens Metro «Haidari-Piraeus»’ and the geological and hydrogeological conditions in the wider project area, but also along the alignment of the metro. Therefore the geological formations that will appear during the construction of the ‘Ag.Varvara’ Station are identified and evaluated as follows. The third chapter presents the methods of construction and temporary retaining methods applied tο similar metro stations projects. There is also, a short presentation of the corresponding methods that are proposed, according to the preliminary study of the Athens Metro S.A., for the construction of the various stations in the Extension of Line 3 «Haidari-Piraeus» of the Athens Metro. In the fourth chapter four analyses of the temporary retaining structure of ‘Agia Varvara’ Station are carried out according to the plane strain model, using the finite element program Plaxis 2D V8. Initially, all the parameters required are specified, as well as their entry method in the simulation model of the program. Then, the analyses are perfomed to evaluate the behavior of the retaining structure, initially according to the geotechnical parameters obtained from the geotechnical investigation and then changing some of these parameters. Finally, the results of the above analyses are compared and conclusions are conducted for the behavior of the retaining structure and its influence to the surrounding ground.