Αριθμητική διερεύνηση της επιρροής της διαπερατότητας του εδάφους στην μηχανοποιημένη εκσαφή σηρραγών - Δούλκας, Γεώργιος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, 2017)
Η παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία πραγματεύεται την επιρροή της διαπερατότητας του εδάφους, σε συνδυασμό με την εφαρμοζόμενη στο μέτωπο εκσκαφής πίεση υποστήριξης, στην εκδήλωση επιφανειακών καθιζήσεων κατά την διάνοιξη σήραγγας με την μέθοδο της μηχανοποιημένης εκσκαφής σε μικρό σχετικά βάθος. Η διερεύνηση συντελείται σε αριθμητικό προσομοίωμα, με χρήση του κώδικα ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων Simulia Abaqus v.6.13. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το πραγματικό πρόβλημα, ο σκοπός της εργασίας και επιγραμματικά η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια ανασκόπηση των μηχανημάτων ολομέτωπης κοπής (TBMs) και παρουσιάζονται οι διαφορετικοί τύποι μηχανήματος, καθώς και οι διαφορετικές γεωλογικές συνθήκες όπου βρίσκει χρήση ο κάθε τύπος. Εκτενέστερα περιγράφονται οι τύποι μηχανήματος εξισσορόπησης πίεσης γαιών (EPBM) – που προσομοιώθηκε στην παρούσα εργασία - και πολφού μπεντονίτη (Slurry TBM). Το κεφάλαιο αυτό εστιάζει στην βασική αρχή λειτουργίας αυτών των τύπων και στις ιδιαίτερες μηχανολογικές τους διατάξεις. Ο μηχανισμός ανάπτυξης εδαφικών μετακινήσεων καθώς και οι βασικοί ορισμοί και παράμετροι που συσχετίζονται με το φαινόμενο περιγράφονται στο τρίτο κεφάλαιο. Έπειτα, λαμβάνει χώρα μια βιβλιογραφική ανασκόπηση αναλυτικών και εμπειρικών μεθόδων υπολογισμού των εδαφικών μετακινήσεων, που χρησιμοποιούνται έως σήμερα. Τέλος, παραθέτονται ορισμένες διδιάστατες (2D) και τριδιάστατες (3D) αριθμητικές μέθοδοι, οι οποίες έχουν προταθεί στη διεθνή βιβλιογραφία, αποτελούν ορόσημα στην προσομοίωση διάνοιξης σηράγγων με αριθμητικά μέσα και χρησιμοποιήθηκαν ως οδηγοί στην παρούσα εργασία. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφεται διεξοδικά το αριθμητικό προσομοίωμα που χρησιμοποιήθηκε. Γίνεται μια εκτενής αναφορά στις τεχνικές προσομοίωσης που υιοθετήθηκαν, ώστε να εκφρασθούν με ακρίβεια όλες οι πτυχές της μηχανοποιημένης όρυξης σηράγγων, όπως η αλληλεπίδραση της ασπίδας του μηχανήματος με το έδαφος και η πίεση υποστήριξης του μετώπου, και περιγράφονται τα διαδοχικά βήματα της ανάλυσης. Το πέμπτο κεφάλαιο αποτελεί το κύριο μέρος της εργασίας. Παρουσιάζονται τα αποτελέσματα δεκατριών (13) αριθμητικών αναλύσεων, δέκα (10) εκ των οποίων συζευγμένες. Οι παράμετροι για τις οποίες εξετάζεται η επιρροή τους είναι (i) ο συντελεστής περατότητας Ks, (ii) η πίεση υποστήριξης του μετώπου εκσκαφής εκφραζόμενη μέσω μιας παραμέτρου Α και (iii) ο ρυθμός προχώρησης του μηχανήματος εκσκαφής. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται με τη μορφή διαγραμμάτων μεταβολής της πίεσης του νερού των πόρων του εδάφους, προφίλ κατανομής επιφανειακών καθιζήσεων και απεικονίσεων των δημιουργούμενων πλαστικών παραμορφόσεων στο μέτωπο και στην περιφέρεια της διατομής. Επιπρόσθετα, γίνεται μια σύγκριση των αποτελεσμάτων των συζευγμένων αναλύσεων με αυτά των τριών (3) αναλύσεων που δεν λαμβάνουν υπόψιν το υδραυλικό πρόβλημα. Στο τελευταίο κεφάλαιο περιγράφονται τα εξαγώμενα από την ερμηνεία των αποτελεσμάτων. Το κύριο συμπέρασμα είναι πως η διαπερατότητα του εδάφους έχει σημαντική επιρροή στης εδαφικές μετακινήσεις στην επιφάνεια, ιδιαίτερα σε συνθήκες μη επαρκούς υποστήριξης του μετώπου, ενώ σε υψηλές τιμές της πίεσης υποστήριξης οι συνθήκες περατότητας δείχνουν να μην είναι καθοριστικές στην εξέλιξη του φαινομένου. Επιπλέον, ο μη υπολογισμός του υδραυλικού μέρους παράγει αποτελέσματα, τα οποία αποκλίνουν αισθητά απο αυτά των συζευγμένων αναλύσεων. Δούλκας Χ. Γεώργιος Πολιτικός Μηχανικός Α.Π.Θ. Αθήνα, Φεβρουάριος 2017