Διερεύνηση των εδαφικών μετακινήσεων λόγω μηχανοποιημένης εκσκαφής σηράγγων σε αστικό περιβάλλον - Λίτσας, Δημήτριος (Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, 2018)
Η παρούσα διατριβή διερευνά τις εδαφικές μετακινήσεις λόγω μηχανοποιημένης εκσκαφής σηράγγων σε αστικό περιβάλλον με τη χρήση του κώδικα πεπερασμένων στοιχείων Simulia Abaqus. Για την επίτευξη αυτού, αναπτύχθηκε ένα 3-διάστατο μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων προσομοιώνοντας ρεαλιστικά: α) την ασκούμενη πίεση του μετώπου από το EPB, β) την υπερεκσκαφή της κοπτικής κεφαλής, γ) την κωνικότητα της ασπίδας, δ) την πιθανή εισροή πολφού και ενέματος στο διάκενο μεταξύ ασπίδας-περιβάλλοντος εδάφους, ε) την ενεμάτωση του ουραίο διάκενου λαμβάνοντας υπόψιν την πίεση ενεμάτωσης και τη σταδιακή σκλήρυνση του ενέματος και η) το στατικό σύστημα της προκατασκευασμένης τελικής επένδυσης. Η δυνατότητα του προτεινόμενου μοντέλου να προσομοιώνει ρεαλιστικά τη μηχανοποιημένη εκσκαφή σηράγγων και των λειτουργιών της, καθιστά εφικτή την αξιολόγηση αλλά και πρόβλεψη των ενδεχόμενων κινδύνων που μπορούν να προκύψουν κατά τη διάρκεια του έργου. Τα βασικά συμπεράσματα από την παραμετρική διερεύνηση είναι: Α) Τα γεωμετρικά (βάθος και διάμετρος) και γεωτεχνικά στοιχεία (αντοχή και παραμορφωσιμότητα του εδάφους) της σήραγγας επηρεάζουν σημαντικά την μετακινησιακή απόκρισή της, αφού η βελτίωση των γεωτεχνικών συνθηκών αλλά και η αύξηση του βάθους της σήραγγας μειώνουν σημαντικά τις επιφανειακές καθιζήσεις και την απώλεια όγκου. Β) Η ευστάθεια του μετώπου εξαρτάται εξ ολοκλήρου από την ασκούμενη πίεση του μηχανήματος εκσκαφής, ενώ παρατηρήθηκε σημαντική διαφοροποίηση των συνθηκών ευστάθειας για σήραγγες που διανοίγονται πάνω και κάτω από τον υδροφόρο ορίζοντα. Πιο συγκεκριμένα, στην πρώτη περίπτωση («ξηρές» συνθήκες) προέκυψε ότι ακόμα και μία περιορισμένη πίεση είναι ικανή να σταθεροποιήσει ένα ασταθές μέτωπο μειώνοντας αισθητά τις πρόδρομες καθιζήσεις (καθιζήσεις μπροστά από το μέτωπο εκσκαφής), ενώ οι συνθήκες ευστάθειας δυσχεραίνουν αισθητά σε σήραγγες κάτω από τον υδροφόρο ορίζοντα. Γ) Τα γεωμετρικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά του μηχανήματος επηρεάζουν τις εδαφικές μετακινήσεις στην επιφάνεια. Συγκεκριμένα, το κενό που δημιουργείται από την ασπίδα και το περιβάλλον έδαφος συμβάλει σημαντικά στην αποτόνωση της περιφέρειας της σήραγγας, ενώ η πίεση ενεμάτωσης του ουραίου κενού δεν έχει εξίσου σημαντική επίδραση λόγω της ταχείας σκλήρυνσής του ενέματος. Επίσης, μία ενδεχόμενη εισροή πολφού και ενέματος από το μπροστινό και πίσω μέρος του μηχανήματος στο διάκενο μεταξύ ασπίδας-περιβάλλοντος γεωϋλικού δρα ευεργετικά στην μείωση των συγκλίσεων και καθιζήσεων γύρω από τη σήραγγα. Δ) Συγκρίνοντας δύο διαφορετικά καταστατικά μοντέλα για τη προσομοίωση του εδάφους (Modified Cam Clay & Mohr-Coulomb), οι αναλύσεις έδειξαν ότι η σωστή επιλογή του κατάλληλου καταστατικού μοντέλου παίζει σημαντικό ρόλο στη ρεαλιστική πρόβλεψη των εδαφικών μετακινήσεων. Οι προτεινόμενες ημί-εμπειρικές συσχετίσεις μπορούν να αποδειχτούν ιδιαιτέρως χρήσιμες στο σχεδιασμό των σηράγγων καθιστώντας εφικτή με απλούς υπολογισμούς την εκτίμηση της απόκρισης της σήραγγας και του περιβάλλοντος εδάφους σε ποικίλες γεωτεχνικές συνθήκες. Έτσι, επιτρέπουν μια αξιόπιστη αξιολόγηση της επιρροής των σηράγγων στις αστικές υποδομές συμβάλλοντας στον βέλτιστο προσδιορισμό των προδιαγραφών του μηχανήματος τόσο για την ελαχιστοποίηση της εδαφικής διαταραχής όσο και την εξοικονόμηση κόστους.