Παραμετρική ανάλυση των επιφανειακών μετακινήσεων και των επιπτώσεών τους σε κτίρια λόγω διάνοιξης αβαθούς σήραγγας

Abstract

Ένα από τα σημαντικότερα ζητήματα που σχετίζονται με την κατασκευή αβαθών σηράγγων σε αστικό περιβάλλον, είναι η εκτίμηση των εδαφικών μετακινήσεων, που προκαλούνται από τη διάνοιξή τους, και των πιθανών ζημιών στις υπερκείμενες κατασκευές. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται αρχικά η επίδραση διαφόρων εδαφικών παραμέτρων (μέτρο ελαστικότητας του εδάφους, Ε, σχετική απώλεια εδαφικού όγκου, Vs/V, συντελεστής πλευρικών ωθήσεων, Κ0) στην καμπύλη των επιφανειακών εδαφικών καθιζήσεων σε συνθήκες «ελεύθερου πεδίου» με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Στη συνέχεια μελετώνται οι επιπτώσεις των επιφανειακών εδαφικών μετακινήσεων, που προκαλούνται από τη διάνοιξη αβαθούς σήραγγας, σε υπερκείμενο κτίριο με σκελετό από οπλισμένο σκυρόδεμα, θεμελιωμένο επί μεμονωμένων πεδίλων, συναρτήσει – εκτός των εδαφικών παραμέτρων – του αριθμού των ορόφων του κτιρίου και της ακαμψίας του. Για την εκτίμηση της επιρροής της διάνοιξης της σήραγγας στο κτίριο, εξετάζονται τρεις τρόποι προσέγγισης. Αρχικά εξετάζεται το ποσοστό αύξησης της ροπής στην ακραία στήριξη και στο μέσο του μεσαίου ανοίγματος της πλάκας του πρώτου ορόφου του κτιρίου, χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων. Στο δεύτερο τρόπο προσέγγισης εξετάζεται το μέγεθος του λόγου της μέγιστης σχετικής μετατόπισης μεταξύ των υποστηλωμάτων του κτιρίου, Δs/L, και πάλι χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Τέλος, εκτιμάται η πιθανή κατηγορία ορατών βλαβών του κτιρίου χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της ισοδύναμης δοκού για τον υπολογισμό της μέγιστης εφελκυστικής παραμόρφωσης, λαμβάνοντας υπόψιν τις καθιζήσεις της θεμελίωσης που υπολογίστηκαν με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων.

One of the most important issues related to tunnel construction in urban areas is the prediction of tunnel-induced deformation and the potential damage of existing buildings. This thesis examines the impact of various soil parameters (soil stiffness, E, relative ground loss, Vs/V, coefficient of lateral earth pressure, K0) on the Greenfield surface settlement trough, using finite element analysis. Following this the effect of surface tunnel-induced distortion is examined on existing reinforced concrete frame buildings with foundation on spread footings, in relation not only to the soil parameters but also the number of storeys and their stiffness. For the prediction of the impact of the tunnel construction, three approaches were examined. The first approach examines the relative increase in bending moment of the outer support and the middle span of the slab of the first storey, using the results of the finite element analysis. The second approach examines the maximum relative distortion between the columns of the building, Δs/L, by applying once more the results derived from the finite element analysis. Finally, the calculated foundation settlement values which resulted by the application of the finite element analysis are used to relate the deformation to various categories of potential damage, using the equivalent beam theory.