Issuu on Google+

Ασκήσεις Τεχνικής Γεωλογίας 8η Άσκηση Αξιολόγηση τεχνικογεωλογικών συνθηκών κατά μήκος σήραγγας

Β.Χρηστάρας Β. Μαρίνος Εργαστήριο Γεωλογίας

και Υδρογεωλογίας

Τεχνικής


ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ 8η Άσκηση Σκοπός άσκησης: Η άσκηση επικεντρώνεται: •Στην κατασκευή γεωλογικής τομής σήραγγας από επιφανειακές εμφανίσεις και γεωτρήσεις. •Στον ορισμό τεχνικογεωλογικών τύπων (βραχόμαζας ή εδάφους). •Στην εκτίμηση τεχνικογεωλογικής συμπεριφοράς (καταπτώσεις, συγκλίσεις, εισροές) κατά μήκος της σήραγγας. •Στην προσέγγιση μέτρων άμεσης υποστήριξης (ποιοτικά).


Εκτίμηση των συνθηκών του εδάφους στον σχεδιασμό για την κατασκευή του έργου

2. Μετάφρασή τους σε τεχνικογεωλογική συμπεριφορά

Τύπος γεωυλικού

ιδιότητες

+ Περιβάλλον(τασικό πεδίο, υπόγεια νερά)

Συμπεριφορά γεωυλικού έναντι αστοχίας Επιλογή των σωστών γεωτεχνικών παραμέτρων και των κατάλληλων κριτηρίων τεχνικής συμπεριφοράς

ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ

χρήση εμπειρικών, αναλυτικών-αριθμητικών μεθόδων

ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ

Εφαρμογή του σχεδιασμού

ΜΟΝΤΕΛΟ

3.

ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ

Γεωλογικές συνθήκες

ΠΡΟΣΟΜΕΙΩΜΑ ΓΕΩΥΛΙΚΟΥ

1.


Μέθοδοι διάτρησης σηράγγων Οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για τη διάνοιξη των σηράγγων είναι οι παρακάτω: Συμβατική μέθοδος διάνοιξης  Με εκτίναξη  Με απλά μέσα μηχανικής εκσκαφής

Διάνοιξη με μηχανοποιημένο τρόπο (μηχάνημα ολομέτωπης κοπής -ΤΒΜ)


Σήραγγες με διάτρηση


Σήραγγες με διάτρηση

Διάτρηση με «τσάπα» (μηχανική εκσκαφή)


Σήραγγες με διάτρηση (ΕΔΩ ΜΕ ΕΚΡΗΚΤΙΚΑ)


Η μηχανοποιημένη μέθοδος διάνοιξης σηράγγων – TBM TBM (Tunnel Boring Machine) ή αλλιώς..... Μετροπόντικες

Μηχάνημα Μονής Ασπίδας (Single Shield TBM)


Αστοχίες μέτρων προσωρινής υποστήριξης σήραγγας - Δημιουργία αστοχίας

Χωρίζονται σε: i. Τασικές αστοχίες: Αστοχίες που προκαλούνται από ολόκληρο το δακτύλιο της βραχόμαζας γύρω από τη σήραγγα: περίπτωση βραχόμαζας με πολύ φτωχά μηχανικά χαρακτηριστικά και μεγάλα υπερκείμενα. ii. Βαρυτικές αστοχίες: Αστοχίες που προκαλούνται από την ύπαρξη τοπικών ασθενών επιπέδων ασυνεχειών με δυσμενή, ως προς το άνοιγμα της σήραγγας προσανατολισμό. i. ολίσθηση της βραχόμαζας κατά το επίπεδο ασυνεχειών με τη δημιουργία σφηνών (αλληλεπίδραση τεμνόμενων διακριτών ασυνεχειών). Σε σχετικά υγιείς βραχόμαζες στις οποίες υπάρχουν κυρίαρχα επίπεδα ασυνεχειών. ii. Κατάπτωση τύπου καμινάδας (πολλά τεμάχη) ή καταρροή βραχόμαζας (συνεχής πτώση πολλών μικρών


Τύποι συμπεριφοράς της βραχόμαζας 

 

   

Ευσταθής Σφηνοειδείς ολισθήσεις αποκολλήσεις Παραμορφώσεις (μικρές ή μεγαλύτερες) με την εκδήλωση διατμητικών αστοχιών σε ζώνη περιμετρικά της σήραγγας Εκτίναξη βράχων Καταρροή γεωυλικού Ροή γεωυλικού με νερό Διόγκωση Ανισότροπες παραμορφώσεις


Κατηγορίες Τεχνικογεωλογικής Συμπεριφοράς


Κατηγορίες Τεχνικογεωλογικής Συμπεριφοράς


Κατηγορίες Τεχνικογεωλογικες Συμπεριφοράς


Αστοχίες μέτρων προσωρινής υποστήριξης σήραγγας Παραδείγματα

Χαρακτηριστική εικόνα έντονης σύνθλιψης στη σήραγγα Υacambu-Quibor Διακρίνονται οι επισκευές της σήραγγας σε τμήμα που υπέφερε από μεγάλες παραμορφώσεις κάτω από υπερκείμενα 1200m σε γραφιτικούς φυλλίτες (Hoek, notes from the internet, 2007).


Αστοχίες μέτρων προσωρινής υποστήριξης σήραγγας Παραδείγματα

Κατάπτωση τύπου καμινάδας (Σήραγγα Σ10, Εγνατίας Οδού)


Αστοχίες μέτρων προσωρινής υποστήριξης σήραγγας Παραδείγματα

Κατάπτωση τύπου καμινάδας (σήραγγα Σ10, Εγνατίας Οδού)


Αστοχίες μέτρων προσωρινής υποστήριξης σήραγγας Παραδείγματα

Καταρροή βραχόμαζας (Σήραγγα Σ1, Περιοχή Παραμυθιάς)


Αστοχίες μέτρων προσωρινής υποστήριξης σήραγγας Παραδείγματα

“Λύγισμα” πλαισίων (σήραγγα Δρίσκου Εγνατίας Οδού)


Βήματα σχεδιασμού σήραγγας Εκτίμηση της συμπεριφοράς των βραχομαζών

 Εκτίμηση της εν δυνάμει απόκρισης της βραχόμαζας στην εκσκαφή της ανάλογα με τις επιτόπου συνθήκες (τάσεων, υπογείων νερών, προσανατολισμού ασυνεχειών σε σχέση με τη σήραγγα κ.α.) Η συμπεριφορά της βραχόμαζας, εδώ, ορίζεται ως η αντίδρασή της στην εκσκαφή σε ένα υπόγειο άνοιγμα χωρίς όμως να λαμβάνονται υπόψη οι διαδικασίες υποστήριξης και αλληλεπίδρασης με άλλες φάσεις.


Βήματα σχεδιασμού σήραγγας Προσδιορισμός των τύπων βραχόμαζας

 Πρέπει να βασιστεί στην οριοθέτηση των παραμέτρων (αντοχής και παραμορφωσιμότητας) εκείνων όπου καθορίζουν τη συμπεριφορά της βραχόμαζας και επηρεάζουν τη μέθοδο διάνοιξης, το χρόνο και το κόστος  Έτσι ένας τύπος βραχόμαζας είναι ένα σύνολο γεωυλικών με όμοιες μηχανικές, φυσικές ή και υδραυλικές ιδιότητες και όχι απαραίτητα ίδιων λιθολογιών.  Ο αριθμός των τύπων αυτών εξαρτάται από τις επιτόπου συνθήκες γεωλογίας.


Βήματα σχεδιασμού σήραγγας Προσδιορισμός των τύπων βραχόμαζας

 Καθορισμός τύπων βραχόμαζας με βάσει: 1. Λιθολογία 2. Κερματισμός – δομή (τεκτονισμός αλλά και στοιχεία γέννεσης όπως στρώσειςσχιστότητα) 3. Χαρακτηριστικά αποσάθρωσης 4. Χαρακτηριστικά περατότητας


Βήματα σχεδιασμού σήραγγας Εκτίμηση της συμπεριφοράς των βραχομαζών

 Παράδειγμα: μια κερματισμένη βραχόμαζα μπορεί να αστοχεί και να δημιουργεί υπερεκσκαφή τύπου καμινάδας κάτω από συνθήκες μικρής πλευρικής πίεσης. Η ίδια βραχόμαζα κάτω από μέτριες πιέσεις μπορεί να είναι ευσταθής ενώ σε μεγάλες μπορεί να προκαλέσει παραμορφώσεις με διατμητικές αστοχίες.


Παράδειγμα βραχομαζών με ίδια τιμή βαθμονόμησης αλλά διαφορετική συμπεριφορά άρα και θεώρηση μέτρων άμεσης υποστήριξης


Εκτίμηση της συμπεριφοράς των βραχομαζών

Παράδειγμα βραχομαζών με ίδια τιμή βαθμονόμησης αλλά διαφορετική συμπεριφορά άρα και θεώρηση μέτρων άμεσης υποστήριξης


Τύποι Συμπεριφοράς κατά τη διάνοιξη σηράγγων με συμβαστική μέθοδο


Εκτίμηση Συμπεριφοράς Κατά τη διάνοιξη σηράγγων Με συμβαστική μέθοδο


Παράδειγμα συμπεριφοράς κατά τη διάνοιξη σηράγγων σε βραχόμαζες οφιολιθικού συμπλέγματος 

Οφιολιθικό Σύμπλεγμα • Σύνθετη βραχόμαζα

 Η σερπεντινίωση της βραχόμαζας με τους διαφόρους τρόπους γένεσης αλλά και ανάπτυξής της είναι ακανόνιστη και δημιουργεί μεγάλη συνθετότητα στην οριοθέτηση συγκεκριμένων ζωνών περιδοτίτη, σερπεντινιωμένου περιδοτίτη, σερπεντινίτη και σχιστοποιημένου σερπεντινίτη.  Υπάρχουν τεκτονικές εναλλαγές με άλλα γεωυλικά όπως οι σχιστοκερατόλιθοι

• Ασθενής βραχόμαζα

 Σερπεντινίωση / Φυλλοποίηση / Αργιλοποίηση  Τεκτονική καταπόνηση Κερματισμός - σχιστοποίηση - διάτμηση Αργιλοποίηση ζωνών


Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας

I. II. III.

IV.

V.

Οι βασικοί τύποι του οφιολιθικού συμπλέγματος είναι: Μη σερπεντινιωμένος οφιόλιθος (περιδοτίτης – γάββρος) Σερπεντινιωμένος περιδοτίτης – γάββρος Έντονα σερπεντινιωμένος περιδοτίτης ή σερπεντινίτης με πιθανές ζώνες φυλλοποιημένου σερπεντινίτη Φυλλοποιημένος σερπεντινίτης (διατμημένοι σερπεντινίτες, και χαοτικές μάζες σε οφιολιθικά τεκτονικά μίγματα) Οφιολιθικό σύμπλεγμα με σχιστοκερατόλιθους


Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας

Περιδοτίτες - Τύπος I :

 Ανθεκτικά

πετρώματα με πολύ μεγάλη αντοχή (μερικές δεκάδες MPa έως πάνω από 100 MPa)  Η τεκτονική τους διαταραχή εκφράζεται σε σχέση με τις τεμνώμενες διακλάσεις, οι οποίες κατανέμονται ανάλογα με την κατάσταση των τάσεων κάτω από τις οποίες δημιουργήθηκαν.  Η κατάσταση των διακλάσεων είναι τραχείες με καλή έως πολύ καλή ποιότητα


Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας

Περιδοτίτες - Τύπος I :


Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας

Τύπος I

Η

βραχόμαζα μπορεί να είναι σχεδόν συμπαγής με λίγες μόνο ασυνέχειες σε αραιά διαστήματα, ακόμα και κοντά στην επιφάνεια σε τεκτονικά ήρεμες περιοχές ή σε ζώνες «τεκτονικής σκιάς».  Οι υψηλές τιμές του δείκτη GSI μπορούν να αποδοθούν σε αυτό το είδος περιδοτικής μάζας (GSI μεγαλύτερος του 65 – περιοχή 1 στο σχετικό διάγραμμα).


Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας

Σερπεντινιωμένοι Περιδοτίτες - Τύπος IΙ

 Οι

τιμές του σci που χρησιμοποιούνται για το σχεδιασμό

σηράγγων στην Ελλάδα είναι ~ 50 MPa.  Η τεκτονική τους διαταραχή εκφράζεται σε σχέση με τις τεμνώμενες διακλάσεις, οι οποίες κατανέμονται ανάλογα με την κατάσταση των τάσεων κάτω από τις οποίες δημιουργήθηκαν.  Η σερπεντινίωση, ως αποτέλεσμα μίας τυπικής διαδικασίας αποσάθρωσης ή μίας διαδικασίας εξαλλοίωσης προερχόμενης από ενδογενή αίτια, μπορεί να εμφανίζεται στην επιφάνεια ασυνεχειών. Σε τέτοιες περιπτώσεις, οι

αρχική τραχεία κατάσταση των διακλάσεων μειώνεται δραματικά σε πτωχή ή πολύ πτωχή, με επιστρώσεις λείων και ολισθηρών υλικών, όπως ο σερπεντινίτης ή ακόμα και ο τάλκης.


Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας

Σερπεντινιωμένοι Περιδοτίτες - Τύπος IΙ

 Οι

τιμές του σci που χρησιμοποιούνται για το σχεδιασμό

σηράγγων στην Ελλάδα είναι ~ 50 MPa.  Η τεκτονική τους διαταραχή εκφράζεται σε σχέση με τις τεμνώμενες διακλάσεις, οι οποίες κατανέμονται ανάλογα με την κατάσταση των τάσεων κάτω από τις οποίες δημιουργήθηκαν.  Η σερπεντινίωση, ως αποτέλεσμα μίας τυπικής διαδικασίας αποσάθρωσης ή μίας διαδικασίας εξαλλοίωσης προερχόμενης από ενδογενή αίτια, μπορεί να εμφανίζεται στην επιφάνεια ασυνεχειών. Σε τέτοιες περιπτώσεις, οι

αρχική τραχεία κατάσταση των διακλάσεων μειώνεται δραματικά σε πτωχή ή πολύ πτωχή, με επιστρώσεις λείων και ολισθηρών υλικών, όπως ο σερπεντινίτης ή ακόμα και ο τάλκης.


Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας Τύπος IΙ

 Όταν

η βραχόμαζα εμφανίζει αρκετές διακλάσεις ή είναι κερματισμένη οι τιμές του GSI μειώνονται ως το 40, όχι μόνο εξαιτίας διαταραγμένης δομής αλλά και εξαιτίας των συνθηκών των ασυνεχειών, οι οποίες τις περισσότερες φορές έχουν γίνει λείες και ολισθηρές λόγω της σερπεντινίωσης.  Οι τιμές του δείκτη GSI μπορούν να αποδοθούν από 40 έως 55 – περιοχή 1 στο σχετικό διάγραμμα).


Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας Τύπος IΙ

 Όταν

η βραχόμαζα εμφανίζει αρκετές διακλάσεις ή είναι κερματισμένη οι τιμές του GSI μειώνονται ως το 40, όχι μόνο εξαιτίας διαταραγμένης δομής αλλά και εξαιτίας των συνθηκών των ασυνεχειών, οι οποίες τις περισσότερες φορές έχουν γίνει λείες και ολισθηρές λόγω της σερπεντινίωσης.  Οι τιμές του δείκτη GSI μπορούν να αποδοθούν από 40 έως 55 – περιοχή 1 στο σχετικό διάγραμμα).


Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας Για τους Σερπεντινίτες – Τύπος ΙΙΙ: 

Η μέτρηση της αντοχής του άρρηκτου πετρώματος, σci, τέτοιων βραχωδών μαζών είναι πάντοτε προβληματική. Όταν ελέγχονται σχιστοποιημένοι σερπεντινίτες, η επίδραση της «σχιστότητας» προκαλεί σημαντική μείωση της αντοχής μεγάλου μέρους των δειγμάτων. Κατά συνέπεια, είναι πολύ δύσκολο να καταλήξουμε σε αξιόπιστες τιμές για την σci από εργαστηριακές δοκιμές και συνίσταται να υπολογίζεται η μονοαξονική αντοχή του σχιστοποιημένου σερπεντινίτη με βάση εκείνη του κανονικού σερπεντινίτη μειωμένη κατά 30% για να ερμηνεύσουμε τη σχιστότητα. Από περιπτώσεις στη βόρεια Ελλάδα, θεωρείται ότι η τιμή των 40 MPa μπορεί να είναι ρεαλιστική για την μονοαξονική αντοχή (σci) του σερπεντινίτη και 30 MPa για το σχιστοποιημένο σερπεντινίτη.


Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας Για τους Σερπεντινίτες – Τύπος ΙΙΙ: 

Η μέτρηση της αντοχής του άρρηκτου πετρώματος, σci, τέτοιων Συμπαγής σερπεντινίτης βραχωδών μαζών είναι πάντοτε προβληματική. Όταν ελέγχονται σχιστοποιημένοι σερπεντινίτες, η επίδραση της «σχιστότητας» προκαλεί σημαντική μείωση της αντοχής μεγάλου μέρους των δειγμάτων. Κατά συνέπεια, είναι πολύ δύσκολο να καταλήξουμε σε αξιόπιστες τιμές για την σci από εργαστηριακές δοκιμές και συνίσταται να υπολογίζεται η μονοαξονική αντοχή του Σχιστοποιημένος σχιστοποιημένου σερπεντινίτης σερπεντινίτη με βάση εκείνη του κανονικού σερπεντινίτη μειωμένη κατά 30% για να ερμηνεύσουμε τη σχιστότητα. Από περιπτώσεις στη βόρεια Ελλάδα, θεωρείται ότι η τιμή των 40 MPa μπορεί να είναι ρεαλιστική για την μονοαξονική αντοχή (σci) του σερπεντινίτη και 30 MPa για το σχιστοποιημένο σερπεντινίτη.


Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας Τύπος IΙΙ

 Όταν

η σερπεντινίωση οφείλεται σε αποσάθρωση που έχει επηρεάσει το σύνολο της βραχόμαζας υπάρχει εκτεταμένος θρυμματισμός της δομής της βραχόμαζας.  Εάν η διαδικασία της σερπεντινίωσης οφείλεται σε αυτομεταμορφισμό ή/και σχετίζεται με τεκτονική ώθηση, η βραχομάζα είναι πτωχή, με σχιστώδη, διαταραγμένη δομή, η οποία μπορεί να μειώσει το δείκτη GSI στο 30 ή και σε χαμηλότερες τιμές  Τέτοιοι διαταραγμένοι περιδοτίτες εντάσσονται στο τμήμα της περιοχής 3 του διαγράμματος GSI με τιμές 25 έως 40.


Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας Τύπος IΙΙ

 Όταν

η σερπεντινίωση οφείλεται σε αποσάθρωση που έχει επηρεάσει το σύνολο της βραχόμαζας υπάρχει εκτεταμένος θρυμματισμός της δομής της βραχόμαζας.  Εάν η διαδικασία της σερπεντινίωσης οφείλεται σε αυτομεταμορφισμό ή/και σχετίζεται με τεκτονική ώθηση, η βραχομάζα είναι πτωχή, με σχιστώδη, διαταραγμένη δομή, η οποία μπορεί να μειώσει το δείκτη GSI στο 30 ή και σε χαμηλότερες τιμές  Τέτοιοι διαταραγμένοι περιδοτίτες εντάσσονται στο τμήμα της περιοχής 3 του διαγράμματος GSI με τιμές 25 έως 40.


Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας Διατμημένοι-Φυλλώδεις Σερπεντινίτες Τύπος IV:

 Έλλειψη

τεμαχώδους δομής, η οποία επιτρέπει στο πέτρωμα να θρυμματιστεί σε ολισθηρά φυλλώδη κομμάτια και μικρές φολίδες μεγέθους εκατοστών ή χιλιοστών.  Οι τιμές του δείκτη GSI μπορεί να πέσουν κάτω από το 20 .  Η αντοχή του άρρηκτου πετρώματος μπορεί να κυμαίνεται από 20 έως 5 MPa ή και λιγότερο.


Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας Διατμημένοι-Φυλλώδεις Σερπεντινίτες Τύπος IV:

 Έλλειψη

τεμαχώδους δομής, η οποία επιτρέπει στο πέτρωμα να θρυμματιστεί σε ολισθηρά φυλλώδη κομμάτια και μικρές φολίδες μεγέθους εκατοστών ή χιλιοστών.  Οι τιμές του δείκτη GSI μπορεί να πέσουν κάτω από το 20 .  Η αντοχή του άρρηκτου πετρώματος μπορεί να κυμαίνεται από 20 έως 5 MPa ή και λιγότερο.


Τεχνικογεωλογικό Πρότυπο Οφιολιθικού συμπλέγματος

Τύπος IV 

Οι τιμές του δείκτη GSI μπορεί να πέσουν κάτω από το 20.


Τεχνικογεωλογικό Πρότυπο Σύστημα Ταξινόμησης GSI για Οφιόλιθους Πεδία προβολής GSI των χαρακτηριστικών βραχομαζών του οφιολιθικού συμπλέγματος. Το βασικό χαρακτηριστικό των βραχομαζών είναι η σερπεντινίωση ως φαινόμενο μεταβολής τόσο των χαρακτηριστικών ασυνεχειών αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις και της δομής. Επίσης, ένα άλλο χαρακτηριστικό είναι η μεταβολή της δομής από τη διάτμηση της βραχόμαζας.


Τεχνικογεωλογικό Πρότυπο Σύστημα Ταξινόμησης GSI για Οφιόλιθους

ΙΙΙ

Ι

ΙV ΙΙ


Τεχνικογεωλογική συμπεριφορά οφιολιθικού συμπλέγματος


Τεχνικογεωλογική συμπεριφορά I. Ολίσθηση σφηνών ανάλογα με τη γεωμετρία των ασυνεχειών και της σήραγγας. Ελάχιστες εισροές - σταγόνες. Σε μεγάλα βάθη εκτόξευση φλοιών πετρώματος.


Τεχνικογεωλογική συμπεριφορά II.Ολίσθηση I. Ολίσθησησφηνών σφηνώνανάλογα ανάλογαμε με τη γεωμετρία των ασυνεχειών και της σήραγγας. Μικρές Ελάχιστες έωςεισροές μέτριες - σταγόνες. εισροές (ανάλογα Σε μεγάλα και την βάθη θέση εκτόξευση του Υ.Ο.). Πιθανότητα φλοιών πετρώματος. πιο ευρείας κατάπτωσης αν απαντάται έντονη σερπεντινίωση - φυλλοποίηση στις ασυνέχειες οι οποίες αποχωρίζουν ευκολότερα τα τεμάχη. Σε μεγάλα βάθη η βραχόμαζα είναι πιο περιορισμένη και αναμένονται κυρίως σφηνοειδείς ολισθήσεις.


Τεχνικογεωλογική συμπεριφορά III.Ολίσθηση I. II. Ολίσθηση Πιθανότητα σφηνών σφηνών σημαντικών ανάλογα ανάλογαμε με τη γεωμετρία των καταπτώσεων τύπου ασυνεχειών καμινάδας και της σήραγγας. λόγω του έντονου Ελάχιστες Μικρές κερματισμού. έωςεισροές μέτριες - σταγόνες. εισροές Ολίσθηση (ανάλογα ακανόνιστων Σε μεγάλα και την βάθη μπλοκ θέση εκτόξευση του λόγω Υ.Ο.). της Πιθανότητα μαλακής φλοιών πετρώματος. βραχόμαζας πιο ευρείας οι κατάπτωσης οποίες δεν ορίζονται αν απαντάται από έντονη σερπεντινίωσησυστήματα συγκεκριμένα - φυλλοποίηση στις ασυνέχειες ασυνεχειών. Μικρές οι οποίες εισροές αποχωρίζουν (ανάλογα και την ευκολότερα θέση τουτα Υ.Ο.) τεμάχη. λόγω της Σεέντονης μεγάλα βάθη η βραχόμαζα είναι πιο σερπεντινίωσης - αργιλοποίησης περιορισμένη διαφορών ζωνών. και αναμένονται Σε μεγάλα βάθη κυρίως σφηνοειδείς αναπτύσονται μέτριες ολισθήσεις. παραμορφώσεις λόγω της απομείωσης του άρρηκτου βράχου από ένα χαμηλο GSI αλλά και της χαμηλής αντοχής του άρρηκτου βράχου.


Τεχνικογεωλογική συμπεριφορά III. I. II. IV.Ολίσθηση Ολίσθηση Πιθανότητα Ανάλογα σφηνών με σφηνών σημαντικών την πίεση ανάλογα ανάλογα των με με τη καταπτώσεων υπερκειμένων γεωμετρία των τύπου αλλά ασυνεχειών και καμινάδας το πόσο και της λόγω μικρή σήραγγας. του είναι έντονου η αντοχή Ελάχιστες Μικρές κερματισμού. του έωςεισροές μέτριες -"άρρηκτου" εισροές Ολίσθηση σταγόνες. (ανάλογα ακανόνιστων Σε τεμάχους μεγάλα και την βάθη μπλοκ θέση εκτόξευση του λόγω παρατηρούνται Υ.Ο.). της Πιθανότητα μαλακής φλοιών μικρές πετρώματος. βραχόμαζας πιο έως ευρείας οι κατάπτωσης οποίες μεγάλεςδεν παραμορφώσεις. ορίζονται αν απαντάται από Όταν έντονη η σερπεντινίωση συγκεκριμένα παρουσία τέτοιας συστήματα - φυλλοποίηση ποιότητας είναι στις ασυνεχειών. εντοπισμένη ασυνέχειες Μικρές σε οι συγκεκριμένες οποίες εισροές αποχωρίζουν (ανάλογα θέσεις (π.χ. καιπεριοχή την ευκολότερα θέση θεμελίωσης τουτα Υ.Ο.) τεμάχη. λόγω της διατομής) της Σεέντονης μεγάλα ή απαντάται βάθη η σε βραχόμαζα σερπεντινίωσης ζώνη με συγκεκριμένη είναι πιο - αργιλοποίησης διεύθυνση περιορισμένη διαφορών σε σχέση με ζωνών. τηκαι σήραγγα αναμένονται Σε μεγάλα μπορεί βάθη κυρίως αναπτύσονται να παρατηρηθούν σφηνοειδείς μέτριες ανισότροπες ολισθήσεις. παραμορφώσεις παραμορφώσεις.λόγω Από την της άλλη απομείωσης όταν αυτές οιτου ζώνες άρρηκτου είναι βράχου περιορισμένες από ένασε χαμηλο έκτασηGSI ή αλλά και περιβάλλονται της χαμηλήςσε αντοχής μικρή του άρρηκτου απόστασηβράχου. από καλής ποιότητας περιδοτίτη οι παραμορφώσεις περιορίζονται.


Βασικά μέτρα προσωρινής υποστήριξης σήραγγας  Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα (μαζί με μεταλλικό πλέγμα και μεταλλικές ίνες οπλισμού.  Αγκύρια βράχου  Μεταλλικά πλαίσια  Ελαφρά βλήτρα προπορείας (Spiles)  Ομπρέλα βαριών δοκών προπορείας (Forepole umbrella)  Προσωρινό ανάστροφο τόξο  Αποστραγγιστικές και ανακουφιστικές οπές


Μέτρα προσωρινής υποστήριξης σήραγγας

Χαρακτηριστική διατομή μέτρων προσωρινής υποστήριξης για ασθενή βραχόμαζα με κατασκευή σε 2 οριζόντιες ημιδιατομές. Η ανάγκη, τα μεγέθη, οι ποσότητες και ο συνδυασμός των διαφόρων στοιχείων προκύπτει από αριθμητική ανάλυση και από βελτιστοποιήσεις με ενόργανη, αξιόπιστη, παρακολούθηση. Το βήμα προχώρησης εδώ δύσκολα ξεπερνά το 1m την ημέρα.


Μέτρα προσωρινής υποστήριξης σήραγγας

Διαμήκης τομή σήραγγας υπό διάνοιξη υποστήριξης για ασθενή βραχόμαζα με κατασκευή σε 2 οριζόντιες ημιδιατομές


Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα


Αγκύρια βράχου

Κεφάλες αγκυρίων σε πεσσοειδή διάταξη


Αγκύρια βράχου

«Δάσος» αγκυρίων για την ενίσχυση της πίεσης υποστήριξης του κελύφους


Μεταλλικά πλαίσια τύπου ΗΕΒ


Ελαφρά βλήτρα προπορείας (Spiles)


Ομπρέλα βαριών δοκών προπορείας (Forepole umbrella)

Ομπρέλα δοκών προπορείας


Παραδείγματα υποστήριξης

Μία βραχόμαζα με καθόλου έως μέτριο κερματισμό και μέτρια έως μεγάλη αντοχή απαιτεί ελαφριά μέτρα υποστήριξης (π.χ. Αγκύρια και εκτοξευμένο σκυρόδεμα) για να υποστηρίξει τις πιθανές σφήνες. Η ίδια βραχόμαζα αλλά πιο κερματισμένη (π.χ. Σε ζώνες ρηγμάτων) θα χρειαστεί πιο βαριά μέτρα υποστήριξης όπως κάποια προ-υποστήριξη (δοκίδες προπορείας) και βέβαια αγκύρια, μεταλλικά πλαίσια και σκυρόδεμα)


Παραδείγματα υποστήριξης Μία πτωχής ποιότητα βραχόμαζα με χαμηλή αντοχή κάτω από κάποιο βάρος υπερκειμένων (π.χ.>100m) θα παρουσιάζει παραμορφώσεις (συγκλίσεις) και θα πρέπει να υποστηριχθεί με βαριά μέτρα (π.χ. μεγάλου πάχους εκτ. σκυρόδεμα, πολλά και πυκνά αγκύρια μεγάλου μήκους, βαριά μεταλλικά πλαίσια και πιθανώς κάποια υποστήριξη μετώπου) Η ίδια βραχόμαζα αν συναντηθεί πιο «ρηχά» τότε θα έχει καλύτερη συμπεριφορά και δεν θα παρουσιάσει τα ίδια προβλήματα άρα θα θέλει και ηπιότερα μέτρα υποστήριξης. Προσοχή στα στόμια (είσοδος-έξοδος) των σηράγγων: Τα γεωυλικά έχουν πιο φτωχές ιδιότητες λόγω της αποσάθρωσης και χαλαρής-ανοικτής δομής τους. Εκεί απαιτείται ισχυρή υποστήριξη.


Εκτίμηση Συγκλίσεων στις σήραγγες 1. Εκτιμάται μέσω του λόγου σcm/po. • σcm: Mονοαξονική αντοχή βραχόμαζας • po: Επιτόπου κατακόρυφη τάση 2. Υπολογισμός σcm. Απαιτούνται (Βλέπε σχετικό διάγραμμα): • GSI • σci • mi 3. Υπολογισμός po • Θεωρούμε po=γ*Η (όπου γ το ειδικό βάρος και Η το πάχος των υπερκείμενων-βάθος σήραγγας)


Πρώτη εκτίμηση της αναμενόμενης παραμόρφωσης σε σήραγγα και των απαιτούμενων προσωρινών μέτρων υποστήριξης

Eπιτόπου τάση po = γ * Η , γ: ειδικό βάρος υλικού (π.χ. 0,025 ΜΝ/m3) H: το πάχος των υπερκειμένων (βάθος σήραγγας στο σημείου υπολογισμού)

Hoek and Marinos, 2000


Εκτίμηση Συγκλίσεων στις σήραγγες.

Αρχικά πρέπει να υπολογίσεται την αντοχή της βραχόμαζας (σcm) Χρειάζονται: •GSI •σci •mi


Τιμή σταθεράς mi ανά πέτρωμα


Παράδειγμα: Αν δίνονται: •GSI=20 •σci=15 MPa •mi=15 •H (βάθος σήραγγας) =200m •γ=0,025 MN/m3 •Διάμετρος σήραγγας=12m

σcm/σci=0,1 Άρα σcm=0,1*σci σcm=0,1*σci=1,5 MPa


Εκτίμηση Συγκλίσεων στις σήραγγες Παράδειγμα (....συνέχεια) Eπιτόπου τάση po = γ * Η , γ: ειδικό βάρος υλικού (π.χ. 0,025 ΜΝ/m3) H: το πάχος των υπερκειμένων=200m (βάθος σήραγγας στο σημείου υπολογισμού) po = γ * Η = 5 Mpa Άρα σcm/po=1,5/5 = 0,3…~ε=2,2% παραμόρφωση (περιοχή Β) Σύγκλιση=παραμόρφωση*διάμετρος Σύγκλιση=0,022*12 m=0,26m ή 26cm

Hoek and Marinos, 2000


Από την αναμενόμενη παραμόρφωση σε σήραγγα στον τύπο απαιτούμενων προσωρινών μέτρων υποστήριξης


ΑΣΚΗΣΗ 8 Στην ορεινή περιοχή της τομής μελετάται να διανοιχθεί υδραυλική σήραγγα. Η περιοχή είναι τεκτονικά διαταραγμένη με εφιππεύσεις και ανάστροφα ρήγματα. Παρόλα αυτά, η περιοχή στρωματογραφικά δομείται, από τους νεότερους στους παλαιότερους σχηματισμούς, από: • •Φλύσχη, άγνωστου πάχους •Ασβεστόλιθο, πάχους 150m •Δολομίτη, πάχους 200m •Δολομιτικό ασβεστόλιθο, άγνωστου πάχους Έπειτα από τη γεωλογική χαρτογράφηση της περιοχής προέκυψε ότι οι εμφανίσεις των σχηματισμών στην επιφάνεια περιορίζονται σε ορισμένα σημεία μόνο. Επίσης, έχουν χαρτογραφηθεί, όπου αυτό ήταν δυνατό λόγω της πυκνής φυτοκάλυψης, οι επαφές των στρωμάτων και η γεωμετρία τους που προβάλουν στην επιφάνεια. Δύο ρήγματα Ρ1 και Ρ2 επίσης σημειώνονται πάνω στην επιφάνεια της τομής.


ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Πρόκειται για πραγματική περίπτωση (Σήραγγα Μοναστηρίου, Υδαταγωγού Μόρνου) όπου έγιναν οι απαραίτητες απλουστεύσεις για τους εκπαιδευτικούς σκοπούς της άσκησης.


ΑΣΚΗΣΗ 8 Για την διερεύνηση των γεωλογικών και τεχνικογεωλογικών συνθηκών στο βάθος πραγματοποιήθηκαν αρκετές γεωτρήσεις. Για τους σκοπούς τους άσκησης σας δίνονται 2 γεωτρήσεις Γ1 και Γ2. Τα αποτελέσματα των γεωτρήσεων παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακσ:

Προσοχή: Τα γεωλογικά στρώματα διατηρούν σταθερή την παραλληλία μεταξύ τους ενώ η κλίση τους έχει αλλάξει λόγω των ρηγμάτων. Παρόλα αυτά, η κλίση διατηρείται σταθερή σε κάθε τέμαχος.


ΑΣΚΗΣΗ 8 Ζητούμενα: 1.Συμπληρώστε το γεωλογικό μοντέλο της σήραγγας. 2.Κατηγοριοποιήστε τους πιθανούς τύπους βραχόμαζας κατά μήκος της σήραγγας. Δηλαδή διακρίνετε (σε τμήματα) και περιγράψτε κατά μήκος της σήραγγας την πιθανή κατάσταση της ποιότητας των σχηματισμών και όχι απλά τι πετρώματα συναντά (βλέπε 1ο ερώτημα). 3.Εκτιμείστε τα GSI κατά μήκος της σήραγγας. 4.Αφού αιτιολογήσετε πρώτα, κατηγοριοποιήστε κατά μήκος της τομής ποιά θα είναι τα ενδεχόμενα τεχνικογεωλογικά προβλήματα (π.χ. πτώση σφηνών, αυξημένες συγκλίσεις, παρουσία νερού κ.α). Δηλαδή να περιγράψετε τον πιθανότερο μηχανισμό αστοχίας κατά μήκος της σήραγγας (όχι γενικά για κάθε σχηματισμό αλλά σε σχέση με την ποιότητα και το βάθος της σήραγγας). 5.Που αναμένεται να έχουμε τα εντονότερα προβλήματα συγκλίσεων. Πόσο εκτιμάτε τις συγκλίσεις αυτές; 6.Αξιολογήστε αιτιολογημένα και μόνο σύμφωνα με τα δεδομένα αν υπάρχουν κίνδυνοι να συναντηθούν υπόγεια νερά. Σημειώστε ότι δεν απαντώνται πηγές στην άμεση γειτνίαση της σήραγγας. 7.Ποιά εκτιμάτε ότι θα είναι γενικώς τα μέτρα προσωρινής υποστήριξης (π.χ. βαριά, μέτρια, ελαφριά) για κάθε σχηματισμό και θέση (κατά μήκος της σήραγγας) που θα διατρηθεί; Απαντήστε σύμφωνα με το γεωλογικό μοντέλο που έχετε φτιάξει.


ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ GSI ΚΑΤΑ ΜΉΚΟΣ ΤΗΣ ΣΗΡΑΓΓΑΣ


ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ GSI ΚΑΤΑ ΜΉΚΟΣ ΤΗΣ ΣΗΡΑΓΓΑΣ Για τον σχηματισμό του φλύσχη


Βιβλιογραφία  Η άσκηση είναι τροποποιημένη έκδοση από τους Μαρίνος Π., Τσιαμπάος Γ. και Μαρίνος Β. (Μάθημα Τεχνικής Γεωλογίας, Σχολή Πολ. Μηχανικών, ΕΜΠ).


Τεχνικη γεωλογια άσκηση 8 2013 14 (1)