Τριδιάστατες παραμετρικές αναλύσεις για την εκτίμηση των καθιζήσεων επιφάνειας λόγω αβαθών σηράγγων

Abstract

Η κατασκευή σήραγγας συνοδεύεται αναπόφευκτα από εδαφικές μετακινήσεις. Όταν η κατασκευή γίνεται σε αστικό περιβάλλον, οι μετακινήσεις αυτές επηρεάζουν τη θεμελίωση υπερκείμενων κατασκευών και είναι πιθανό να επηρεάσουν την αισθητική, τη λειτουργικότητα και τη στατική επάρκειά τους. Επομένως, είναι αναγκαίο να γίνει στα πλαίσια του σχεδιασμού της σήραγγας η εκτίμηση του βαθμού επικινδυνότητας για τις ανωδομές. Κρίσιμοι παράγοντες επιρροής των εδαφικών μετακινήσεων που οφείλονται στη διάνοιξη σήραγγας αποτελούν οι εδαφικές συνθήκες και η κατασκευαστική διαδικασία. Σε αυτή τη διπλωματική εργασία, κάνοντας χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων διερευνάται η επίδραση ορισμένων παραμέτρων των εδαφικών συνθηκών και της κατασκευαστικής διαδικασίας (λόγος ανηγμένης απώλειας όγκου, βαθμός αποτόνωσης, συντελεστής ουδέτερων ωθήσεων, μέτρο ελαστικότητας, συνοχή εδάφους και πάχος επένδυσης σήραγγας) στη δημιουργία των επιφανειακών καθιζήσεων. Επίσης, μελετάται η κατανομή των καθιζήσεων επιφάνειας σε εγκάρσια και σε διαμήκη τομή του άξονα της σήραγγας, αλλά και η επιρροή του πάχους της επένδυσης στις προαναφερθείσες κατανομές. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων έδειξαν ότι για διάνοιξη σήραγγας με τη μέθοδο ΤΒΜ, κρίσιμοι παράγοντες επιρροής των επιφανειακών καθιζήσεων είναι ο συντελεστής ουδέτερων ωθήσεων του εδάφους και ο λόγος ανηγμένης απώλειας όγκου της διατομής, ενώ μικρότερη είναι η επιρροή του πάχους της επένδυσης. Για διάνοιξη με τη μέθοδο ΝΑΤΜ, αυξημένη είναι η συμβολή του συντελεστή ουδέτερων ωθήσεων, του βαθμού αποτόνωσης τάσεων και του μέτρου ελαστικότητας του εδάφους, ενώ μικρότερη είναι η συμβολή της συνοχής του εδάφους. Τέλος, διαπιστώθηκε η επίδραση του πάχους επένδυσης στις μέγιστες τιμές των κατανομών των επιφανειακών καθιζήσεων.

The tunnel construction is inevitably accompanied by ground movements. When construction takes place in urban areas, these movements influence the foundation of neighboring structures and is likely to affect their aesthetics, functionality and static balance. Therefore, it is necessary, during the design process, to assess the degree of risk for the structures. Critical factors that influence soil movements due to tunnelling are soil conditions and the construction process. In this work, is used the finite elements method to investigate the influence of some parameters of soil conditions and the construction process (contraction, deconfinement ratio, coefficient of horizontal earth pressure at rest, elastic modulus, cohesion and thickness) causing surface settlements. Also the distribution of surface settlements in cross and longitudinal section of the tunnel axis and the influence of the thickness of the tunnel lining is studied. The results showed, that while tunnelling with TBM method, critical factors of surface settlement are coefficient of horizontal earth pressure at rest and contraction, while the influence of the thickness of the tunnel lining is lesser. For NATM, critical factors of surface settlement are coefficient of horizontal earth pressure at rest, deconfinement ratio and elastic modulus, while the effect of cohesion is lesser. Finally, it was found that the thickness of the tunnel lining influence the maximum values of the distribution of surface settlements.