Αριθμητική διερεύνηση της επιρροής της ενεμάτωσης στη μηχανοποιημένη εκσκαφή σηράγγων - Χόρτης, Γεώργιος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Γεωτεχνικής, 2016)
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη της επιρροής της τεχνολογίας του ενέματος στην ανάπτυξη των καθιζήσεων κατά τη διάνοιξη αβαθούς σήραγγας με τη χρήση μηχανήματος EPB σε πλήρως κορεσμένο αργιλικό έδαφος. Συγκεκριμένα, εκτελούνται παραμετρικές αναλύσεις, στόχος των οποίων είναι η διερεύνηση της επίδρασης που έχει η αρχική πίεση εισαγωγής του ενέματος καθώς και ο χρόνος σκλήρυνσής του σε συνδυασμό με την εδαφική αντοχή στην εξέλιξη και τις τελικές τιμές των καθιζήσεων. Η προαναφερθείσα διερεύνηση συντελέστηκε μέσω τριάντα τριδιάστατων συζευγμένων αριθμητικών αναλύσεων με το λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων Abaqus. Στο προσομοίωμα περιλαμβάνονται σημαντικές λεπτομέρειες που επηρεάζουν τη διάνοιξη, όπως η κωνικότητα της ασπίδας, η υπερεκσκαφή που εκτελεί το EPB και το τραπεζοειδές φορτίο υποστήριξης του μετώπου. Για το έδαφος, χρησιμοποιήθηκε το κριτήριο αστοχίας Mohr-Coulomb. Παράλληλα, τα προκατασκευασμένα στοιχεία οπλισμένου σκυροδέματος τοποθετούνται στην ουρά της ασπίδας μετά από κάθε νέο βήμα εκσκαφής. Η εισαγωγή του ενέματος στο κενό επένδυσης και εδάφους γίνεται με εσωτερική πίεση στα στοιχεία που το απαρτίζουν, ώστε να προσεγγίσουν καλύτερα την αρχική του συμπεριφορά ως ρευστό. Η σκλήρυνση του ενέματος επιτελείται συναρτήσει του χρόνου, ακολουθώντας την προτεινόμενη καμπύλη σκλήρυνσης των Kasper & Meschke, 2004. Έτσι, η συμπεριφορά του ενέματος και η εξέλιξή της εξαρτάται μόνο από τις αρχικές συνθήκες του προβλήματος και την αλληλεπίδρασή του με το έδαφος. Τα πιο σημαντικά συμπεράσματα στα οποία αξίζει να αναφερθούμε επιγραμματικά αφορούν στις καθιζήσεις και τις πιέσεις πόρων. Αρχικά, η πίεση εισαγωγής του ενέματος είναι καθοριστικός παράγοντας της ανάπτυξης και της εξέλιξης των καθιζήσεων, καθώς όσο πιο μικρή είναι η τιμή της πίεσης εισαγωγής, τόσο πιο εκτεταμένες καθιζήσεις αναπτύσσονται. Ο χρόνος σκλήρυνσης της καμπύλης του ενέματος έχει επίσης μεγάλη σημασία για την εξέλιξη των καθιζήσεων. Συγκεκριμένα, όταν το ένεμα σκληραίνει με αργό ρυθμό παρατηρούνται διαφορετικοί μηχανισμοί εκδήλωσης των μετακινήσεων αναλόγως με την αρχική πίεση εισαγωγής. Γενικά σε ακραία σενάρια εισπίεσης, είτε πολύ χαμηλής είτε πολύ υψηλής πίεσης, η αργή σκλήρυνση οδηγεί σε δυσμενή αποτελέσματα, είτε πρόκειται για εκτεταμένες καθιζήσεις είτε για επιφανειακές ανυψώσεις που οξύνουν τις διαφορικές καθιζήσεις για τις υφιστάμενες κατασκευές, σε αντίθεση με την ταχεία σκλήρυνση που ανεξάρτητα με την πίεση εισαγωγής διατηρεί τις καθιζήσεις σε ανεκτά όρια. Τέλος, οι πιέσεις πόρων επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό τόσο από την πίεση εισαγωγής του ενέματος, όσο και από την καμπύλη σκλήρυνσης που χαρακτηρίζει τη συμπεριφορά του. Συγκεκριμένα, όσο πιο μεγάλη είναι η πίεση εισαγωγής του ενέματος, τόσο περισσότερο αυξάνονται οι πιέσεις πόρων αμέσως μετά την εισαγωγή του. Παράλληλα, ο χρόνος σκλήρυνσης παίζει σημαντικό ρόλο, καθώς όσο αυξάνεται αυτός ο χρόνος, δηλαδή όσο περισσότερο το ένεμα βρίσκεται σε ρευστή ή ημι-ρευστή κατάσταση, παρατηρούνται μεγαλύτερες αυξήσεις των πιέσεων πόρων. Αντίθετα, στις καμπύλες ταχείας σκλήρυνσης, η επίδραση του ενέματος είναι μικρότερη στις μεταβολές των πιέσεων πόρων. Πρέπει να σημειωθεί ότι υπάρχει άμεση συσχέτιση των υπερπιέσεων και των καθιζήσεων, αφού η εξέλιξη των πιέσεων πόρων κατά τη διάρκεια της διάνοιξης επηρεάζει το φαινόμενο της στερεοποίησης, που είναι ο καθοριστικός παράγοντας ανάπτυξης των καθιζήσεων μετά την εισαγωγή του ενέματος. Γι’ αυτό το λόγο παρατηρείται ότι η μεταβολή και συγκεκριμένα η παράταση του χρόνου σκλήρυνσης του ενέματος έχει ως αποτέλεσμα την καθυστέρηση της στερεοποίησης και έτσι οι τελικές καθιζήσεις συντελούνται σε μεταγενέστερο χρόνο.