Ανάλυση παραμορφώσεων σήραγγας σε βραχομάζα σε συνθήκες σύνθλιψης με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων και σύγκριση με εμπειρικές μεθόδους

Abstract

Ο σχεδιασμός των σηράγγων σε βραχώδη εδάφη εξαρτάται από τα μηχανικά χαρακτηριστικά της βραχόμαζας. Ανάλογα με αυτά εκτιμώνται οι αναμένουσες παραμορφώσεις κατά τη διάνοιξη της σήραγγας και σχεδιάζονται τα προσωρινά και μόνιμα μέτρα υποστήριξης της σήραγγας. Το φαινόμενο σύνθλιψης βράχου κατά την κατασκευή σηράγγων αναφέρεται σε εν δύναμι αναδυόμενες μόνιμες παραμορφώσεις προκύπτουσες από την αλλοίωση του εδαφικού υλικού στην περίμετρο της σήραγγας. Για την ανάλυση του φαινομένου και την επιρροή του στις αναπτυσσόμενες παραμορφώσεις έχουν προταθεί διαφορετικές μέθοδοι οι οποίες στην πλειοψηφία τους παρέχουν αποτελέσματα σχετικά με την ύπαρξη η μη του φαινομένου σύνθλιψης, βάσει εμπειρικών εξισώσεων. Αριθμητικές μέθοδοι όπως η μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί για την ανάλυση του φαινομένου. Η παρούσα εργασία στοχεύει στη διερεύνηση της επιρροής του φαινομένου σύνθλιψης της βραχόμαζας στην ανάπτυξη των παραμορφώσεων γύρω από άνοιγμα σήραγγας. Μέσα από εκτενή ανάλυση των σημαντικότερων εμπειρικών μεθόδων καθώς και με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων διερευνάται η ανάπτυξη ερπυστικών παραμορφώσεων μέσω της σύνθλιψης της υπερκείμενης βραχόμαζας. Στόχος είναι να συγκριθούν τα αποτελέσματα από την εφαρμογή διαφορετικών μεθόδων και να εκτιμηθεί ποσοτικά η συμφωνία ή απόκλιση μεταξύ τους. Αρχικά, στο κεφάλαιο 1 πραγματοποιείται μια ιστορική αναδρομή σε χαρακτηριστικές σήραγγες του 20ου και 21ου αιώνα. Αναφέρεται το γενικό πλαίσιο των βασικών αξόνων μελέτης για την κατασκευή μια σήραγγας. Στη συνέχεια, στο κεφάλαιο 2, αναλύεται το φαινόμενο της σύνθλιψης και οι επιπτώσεις του στη συμπεριφορά της βραχόμαζας γύρω από υπόγειο άνοιγμα. Γίνεται εκτενής αναφορά σε εμπειρικές μεθόδους ανάλυσης Διερευνάται η προσομοίωση της σύνθλιψης κατά την διάνοιξη σήραγγας με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Συγκεκριμένα, στο κεφάλαιο 3, παρουσιάζονται οι εμπειρικές μέθοδοι των Singh (1992), Goel (1995) και οι ημι-εμπειρικές προσεγγίσεις των Jethwa (1984), Aydan (1993), Hoek-Marinos(1998) και η προσέγγιση του Βarla (1995), καθώς και οι αναλύσεις των πεπερασμένων στοιχείων, με τρεις θεωρήσεις: χωρίς ερπυστική συμπεριφορά και με δυο ερπυστικά μοντέλα 100 ετών με ερπυστικούς συντελεστές 0.05 και 0.15, αντίστοιχα. Στο κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται οι παραδοχές και οι παράμετροι για τις εναλλακτικές μεθόδους ανάλυσης παραμορφώσεων σε επιλεγμένη τυπική διατομή σήραγγας καθώς και τα βήματα της ΜΠΣ. Ακολούθως στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των επιλεγμένων μεθόδων ανάλυσης, και πραγματοποιείται η ποσοτική και ποιοτική σύγκριση των μέθοδών αυτών. Τέλος από την παραπάνω συγκριτική διερεύνηση, στο κεφάλαιο 6, εξάγονται συμπεράσματα σχετικά με την συμφωνία των μεθόδων διερεύνησης του φαινομένου σύνθλιψης ως την εμφάνισης σύνθλιψης και το επίπεδο σύνθλιψης, το οποίο και επηρεάζει την τελική μελετητική προσέγγιση και την επιλογή μέτρων υποστήριξης της σήραγγας.