Ασκήσεις Τεχνικής...

Ασκήσεις Τεχνικής Γεωλογίας

8η Άσκηση

Αξιολόγηση τεχνικογεωλογικών συνθηκών κατά

μήκος σήραγγας

Β.Χρηστάρας

Β. Μαρίνος

Εργαστήριο Τεχνικής

Γεωλογίας

και Υδρογεωλογίας

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ

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).

8η Άσκηση

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

ΟΝΤΕΛΟ

ΓΕΩ

ΥΛΙΚΟΥ

ΓΕΩ

ΛΟΓΙΚΟ

ΠΡΟ

ΣΟΜ

ΕΙΩ

ΜΑ

1. Γεωλογικές συνθήκες

2. Μετάφρασή τους σε τεχνικογεωλογική συμπεριφορά

3. Τύπος γεωυλικού ιδιότητες

ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ χρήση εμπειρικών, αναλυτικών-αριθμητικών μεθόδων

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

ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ Εφαρμογή του σχεδιασμού

+ Περιβάλλον(τασικό πεδίο, υπόγεια νερά)

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)

Μέθοδοι διάτρησης σηράγγων

Σήραγγεσ με διάτρηση

Σήραγγεσ με διάτρηση

Διάτρηση με «τσάπα» (μηχανική εκσκαφή)

Σήραγγεσ με διάτρηση

(ΕΔΩ ΜΕ ΕΚΡΗΚΤΙΚΑ)

Η μηχανοποιημένη μέθοδοσ διάνοιξησ

σηράγγων – TBM

Μηχάνημα Μονής Ασπίδας (Single Shield TBM)

TBM (Tunnel Boring Machine) ή αλλιώς..... Μετροπόντικες

Tunnel Design Flowchart

TUNNEL DESIGN FLOWCHART

TUNNEL DESIGN FLOWCHART

TUNNEL DESIGN FLOWCHART

Foundations on Rock Masses Excavations and Cuts

Tunnels

The Design of Engineering Structures.

Needs the knowledge on the quality of the material on or in which the structure will be constructed

oDetect the possible rock mass types

oPredict the behaviour of each rock mass type

oQuantify its properties (“Putting numbers in Geology”)

From the Geological Model to the Rock Mass model

Τύποι βραχόμαζας

Διακρίνεται σύμφωνα με την:

Αντοχή του άρρηκτου βράχου

Δομή της βραχόμαζας

Ποιότητα ασυνεχειών

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

τεμαχών)

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 Τεχνικογεωλογικήσ

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).

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)

Αστοχίες μέτρων προσωρινής υποστήριξης σήραγγας

Παραδείγματα

Ολίσθηση σφήνας από το μέτωπο

(Σήραγγα περιοχής Πολύμυλου)

Αστοχίες μέτρων προσωρινής υποστήριξης σήραγγας

Παραδείγματα

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

Εκτίμηση της συμπεριφοράς των βραχομαζών

Ο διαχωρισμός της συμπεριφοράς κατά μήκος

της σήραγγας:

ομογενοποίηση όμοιων τεχνικογεωλογικών

τύπων βραχόμαζας (και επιτόπου συνθηκών

(π.χ. ύψος υπερκειμένων).

Κάθε τμήμα θα πρέπει να ελέγχεται για

διάφορους πιθανούς μηχανισμούς αστοχίας

πρέπει να εφαρμόζονται διάφοροι μέθοδοι

ανάλυσης (τόσο για βαρυτικές όσο και για

παραμορφωσιακές αστοχίες).

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 στρώσεις-

σχιστότητα)

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

Παράδειγμα βραχομαζών με ίδια τιμή βαθμονόμησης αλλά

διαφορετική συμπεριφορά άρα και θεώρηση μέτρων άμεσης

υποστήριξης

Εκτίμηση της συμπεριφοράς των βραχομαζών

Εκτίμηση Συμπεριφοράς

Κατά τη διάνοιξη σηράγγων

Με συμβαστική μέθοδο

ΑΣΤΑΘΕΙΑ ΛΟΓΩ ΔΟΜΙΚΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ

– ΣΦΗΝΕΣ

Συμπεριφορά βραχόμαζας: Αστάθεια λόγω δομικών ασυνεχειών, π.χ σφήνες.

(σε χαμηλές - μέσες τάσεις)

Αρχές αντιμετώπισης: Περιορισμός χαλάρωσης και αποδιοργάνωσης της μάζας.

Συγκράτηση διακριτών ασταθών τεμαχών

Σχεδιασμός: Ανάλυση σφηνών

Αποστραγγιστική σήραγγα

Φράγματος Θησαυρού

Ταξινόμηση συμπεριφοράς βραχόμαζας για σήραγγες

Σχέση αστάθειας λόγω σφηνών με τις διαστάσεις του

υπογείου ανοίγματος

Υπόγειος θάλαμος στον

υδροηλεκτρικό σταθμό Rio

Grande. Έλεγχος αστάθειας

σφηνών

Πτώση σφήνας Ολίσθηση σφήνας

Τα απαραίτητα για την αντιμετώπιση:

1. Αναζήτηση και μετρήσεις του προσανατολισμού των σημαντικών

ασυνεχειών

που παρουσιάζουν και εμμονή

2. Προσδιορισμός των δυνητικών σφηνών που μπορούν να πέσουν ελεύθερα

ή να

ολισθήσουν από την οροφή ή τα τοιχώματα

3. Υπολογισμός του συντελεστού ασφαλείας αυτών των σφηνών ανάλογα με

τον

τρόπο αστοχίας

4. Υπολογισμός της αναγκαίας υποστήριξης ώστε ο συντελεστής ασφαλείας

Δυσμενής δομική διάταξη ασυνεχειών: Σφήνες

Σταθερή σφήνα Ελεύθερη πτώση

σφήνας

Πτώση σφήνας με

ολίσθηση

Προσδιορισμός του

σχήματος και όγκου

σφήνας από 3 ασυνέχειες

στην οροφή σήραγγας

εύρους S

και

Υπολογισμός πίεσης

υποστήριξης για την

συγκράτηση σφήνας

οροφής

ΚΑΤΑΡΡΟΗ

(ΘΡΥΜΜΑΤΙΣΜΕΝΕΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΕΣ)

Διασχίζοντας εφιππεύσεις σε ψαθυρά υλικά (εδώ ασβεστολίθους):

Κατασκευή τεχνικών έργων (σηράγγων-γεφυρών-πρανών)

(Εγνατία Οδός, Παραμυθιά)

από ΙΓΜΕ - IFP, 1966

από ΙΓΜΕ - IFP, 1966

Περιοχή έργων

Greek Geological Survey,

Institut Francais du Petrol, (1966)

Η βραχόμαζα είναι έντονα κερματισμένη και

αποδιοργανωμένη από εφιππευτικές κινήσεις

και τεκτονικά ράκη

Κατακερματισμένος

ασβεστόλιθος σε

κλίμακες «ράχεων»

και όχι μεμονωμένων

ζωνών.

Χαρακτηριστικά Βραχόμαζας: Υψηλή γενικά αντοχή Μεγάλη γωνία τριβής (ανάλογα και με το αλληλοκλείδωμα) Μικρή γενικά συνεκτικότητα Καλή έως πτωχή αλληλεμπλοκή των τεμαχών του. Το σφικτό

κλείδωμα των τεμαχών περιορίζει τη βραχόμαζα και της προσδίδει ευστάθεια ενώ το πτωχό δημιουργεί συνθήκες «επέκτασης» και ευκολότερης περιστροφής των τεμαχών που χωρίς άμεσο περιορισμό σε μία σήραγγα «απελευθερώνονται» και καταρρέουν.

Πιθανή εμφάνιση αργιλικών υλικών ανάμεσα στα τεμάχη που μειώνουν την τριβή και διευκολύνουν την περιστροφή τους.

Συμπεριφορά σε υπόγεια

έργα Καταρροή βραχόμαζας σε

περιβάλλον

κατακερματισμένου ασβεστολίθου

Μικρή γενικά συνεκτικότητα. Το πτωχό κλείδωμα των τεμαχών δημιουργεί συνθήκες ευκολότερης περιστροφής τους που χωρίς άμεσο περιορισμό σε μία σήραγγα «απελευθερώνονται» και καταρρέουν.

Περίπου 100mm

Λατυποποιημένος

ασβεστόλιθος.

RQD=0. Προσέξτε

όμως ότι η τρύπα

του διατρήματος

στέκεται λόγω του

αλληλοκλειδώματος

των τεμαχών της

βραχόμαζας και την

ανάπτυξη υψηλής

αντοχής λόγω

τριβής

Μυλονιτιωμένος γνεύσιος στην σήραγγα Ασπροβάλτας

Εκσκαφή και

υποστήριξη σε

κατακερματισμένη

βραχόμαζα. Σε μικρά

έως μέτρια

υπερκείμενα (Marinos

& Hoek, 2000)

Σταθεροποιημένη σήραγγα από

την προηγούμενη προχώρηση

Βήμα 1: Εκσκαφή περιμετρικής

εγκοπής με υδραυλικό σφυρί

βάθους 1-1,5m. Αφήνετε φυσική

αντηρίδα στο κέντρο του

μετώπου για να διατηρήσει τον

περιορισμό της βραχόμαζας Αντηρίδα μετώπου

Δακτυλιοειδή

ς εγκοπή

Νέο στρώμα εκτ.

σκυροδέματος

Νέα αγκύρια

Νέα βλήτρα

προπορείας

Βήμα 2: Αμέσως μετά την

εκσκαφή της εγκοπής,

εφαρμογή εκτοξευμένου

σκυροδέματος στην εκτεθείσα

βραχόμαζα της εγκοπής για την

συγκράτηση των μικρών

τεμαχών. Εκτοξευμένο

σκυρόδεμα και στην αντηρίδα

είναι συνήθως απαραίτητο.

Βήμα 3: Εγκατάσταση νέων

βλήτρων (επικαλυπτομένων με

τα προηγούμενα) και νέων

αγκυρίων αμέσως πίσω από το

μέτωπο. Αφαίρεση της

αντηρίδας. Η διατομή είναι τώρα

έτοιμη για την νέα φάση

εκσκαφής

Σταθεροποίηση καταρρέουσας βραχόμαζας με ομπρέλα τσιμεντενέσεων

(επίσης σταθεροποίηση και του μετώπου)

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

Παράδειγμα συμπεριφοράς κατά τη διάνοιξη

σηράγγων σε βραχόμαζες

οφιολιθικού συμπλέγματος

Χαοτικό μίγμα ιλυολιθικού φλύσχη

σε περιβάλλον της μεγάλης

επώθησης της Πινδικής ενότητας

πάνω στης Ιονίου

Η περιοχή δομείται από διατμημένο

πλέον αργϊλοιλυολιθικό υλικό μέσα

στο οποίο πλέουν ψαμμιτικά μπλοκ

διαφόρων διαστάσεων.

Δεν είναι δυνατή η διακριτοποίηση

καλύτερης ή πτωχότερης ποιότητας

ζωνών. Τα μπλοκ του ψαμμίτη δεν

έχουν συγκεκριμένη γεωμετρία και

μεγάλη συνέχεια στο χώρο.

Η αξιολόγηση πυρήνων δειγματοληψίας

σε αυτή την περίπτωση πρέπει να είναι

ιδιαίτερα προσεκτική λόγω της

φαινόμενης εναλλαγής ιλυολιθικών και

ψαμμιτικών μελών όπου διαμορφώνουν

μια συνεχή μάζα (pseudo-RQD)

Εμπειρία από διάνοιξη σε χαοτικό μίγμα

φλύσχη – Τύπος ΧΙ

Στη διάνοιξη σηράγγων μέσα από μεγάλες

τεκτονικές γραμμές, έστω και κάθετα σε αυτές, η

βραχόμαζα είναι πολύ διαταραγμένη σε ευρεία

κλίμακα λόγω κυρίως των δορυφόρων

εφιππεύσεων και διατμήσεων.

Γεωυλικά που διατηρούν την αρχική τους δομή

συναντήθηκαν στην σήραγγα αλλά δεν συνέβαλλαν

στην συνολική ευστάθεια και την αντοχή της

βραχόμαζας, λόγω της μη συνέχειάς τους στο χώρο

και γύρω από τη σήραγγα.

Το υπό διάνοιξη γεωυλικό είναι γενικά αδιαπέρατο.

Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ο υπόγειος υδροφόρος

ορίζοντας να είναι πάνω από το επίπεδο της

σήραγγας, γεγονός το οποίο προφανώς επηρεάζει

τη γεωτεχνική συμπεριφορά των ασθενών

σχηματισμών, αλλά λόγω της μικρής περατότητας

δεν δημιουργούνται προβλήματα εισροών.

Μετά από την εκδήλωση πολύ μεγάλων παραμορφώσεων το

φορτίο που καλείτο να παραλάβει η υποστήριξη είχε μειωθεί

και προτάθηκε άκαμπτη υποστήριξη. Έτσι εφαρμόστηκε η

χρήση μεγάλου πάχους εκτοξευόμενου σκυροδέματος,

χαλύβδινων πλαισίων μεγάλου πάχους και στο ανάστροφο

τόξο της δεύτερης φάσης τοποθέτηση έγχυτου σκυροδέματος

πάχους 1m, ενώ δεν προβλεπόταν η κατασκευή προσωρινού

ανάστροφου τόξου.

Η σήραγγα παρουσίασε

συχνά και σοβαρότατα

προβλήματα

παραμορφώσεων. Οι

μέγιστες κατακόρυφες

μετακινήσεις στο θόλο

μετρήθηκαν 293mm.

Υπερφορτισμένο κέλυφος

Εμπειρία από διάνοιξη σε χαοτικό μίγμα

φλύσχη – Τύπος ΧΙ

Τεχνικογεωλογικό Πρότυπο

Εκτίμηση παραμέτρων – Ανάστροφη ανάλυση

Προβλεφθείσες συγκλίσεις με βάση το σcm και το υπερκείμενο po

Σήραγγα Δρίσκου

Hoek and Marinos,2001

Παραμορφωμένη πλάκα

αγκύρωσης λόγω υπερφόρτισης

του κελύφους της προσωρινής

υποστήριξης

Αστοχία εκτοξευμένου

σκυροδέματος γύρω από

ένα υπερφορτισμένο

πλαίσιο

Οι βασικοί τύποι του οφιολιθικού συμπλέγματος είναι:

I. Μη σερπεντινιωμένος οφιόλιθος (περιδοτίτης – γάββρος)

II. Σερπεντινιωμένος περιδοτίτης – γάββρος III. Έντονα σερπεντινιωμένος περιδοτίτης ή

σερπεντινίτης με πιθανές ζώνες φυλλοποιημένου σερπεντινίτη

IV. Φυλλοποιημένος σερπεντινίτης (διατμημένοι σερπεντινίτες, και χαοτικές μάζες σε οφιολιθικά τεκτονικά μίγματα)

V. 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

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.

Συμπαγής σερπεντινίτης

Σχιστοποιημένος σερπεντινίτης

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.

Διακριτοποίηση τύπων βραχόμαζας

Τύπος IV Οι τιμές του δείκτη GSI μπορεί να πέσουν κάτω από

το 20.

Τεχνικογεωλογικό Πρότυπο

Οφιολιθικού συμπλέγματος

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

Ι

ΙΙ

ΙΙΙ

ΙV

Τεχνικογεωλογικό Πρότυπο

Σύστημα Ταξινόμησης GSI για Οφιόλιθους

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.

II. Ολίσθηση σφηνών ανάλογα με

τη γεωμετρία των ασυνεχειών και

της σήραγγας. Μικρές έως μέτριες

εισροές (ανάλογα και την θέση

του Υ.Ο.). Πιθανότητα 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.

III. Πιθανότητα σημαντικών

καταπτώσεων τύπου καμινάδας

λόγω του έντονου κερματισμού.

Ολίσθηση ακανόνιστων μπλοκ

λόγω της μαλακής βραχόμαζας οι

οποίες δεν ορίζονται από

συγκεκριμένα συστήματα

ασυνεχειών. Μικρές εισροές

(ανάλογα και την θέση του Υ.Ο.)

λόγω της έντονης

σερπεντινίωσης - αργιλοποίησης

διαφορών ζωνών. Σε μεγάλα βάθη

αναπτύσονται μέτριες

παραμορφώσεις λόγω της

απομείωσης του άρρηκτου

βράχου από ένα χαμηλο GSI αλλά

και της χαμηλής αντοχής του

άρρηκτου βράχου.

IV. Ανάλογα με την πίεση των

υπερκειμένων αλλά και το πόσο

μικρή είναι η αντοχή του

"άρρηκτου" τεμάχους

παρατηρούνται μικρές έως

μεγάλες παραμορφώσεις. Όταν η

παρουσία τέτοιας ποιότητας είναι

εντοπισμένη σε συγκεκριμένες

θέσεις (π.χ. περιοχή θεμελίωσης

της διατομής) ή απαντάται σε

ζώνη με συγκεκριμένη διεύθυνση

σε σχέση με τη σήραγγα μπορεί

να παρατηρηθούν ανισότροπες

παραμορφώσεις. Από την άλλη

όταν αυτές οι ζώνες είναι

περιορισμένες σε έκταση ή

περιβάλλονται σε μικρή

απόσταση 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.

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)

Εκτίμηση Συγκλίσεων στις σήραγγες

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)

Πρώτη εκτίμηση της αναμενόμενης παραμόρφωσης σε

σήραγγα και των απαιτούμενων προσωρινών μέτρων

υποστήριξης

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

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

Εκτίμηση Συγκλίσεων στις σήραγγες

Από την αναμενόμενη παραμόρφωση σε σήραγγα στον

τύπο απαιτούμενων προσωρινών μέτρων υποστήριξης

ΑΣΚΗΣΗ 8

ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ GSI ΚΑΤΑ ΜΉΚΟΣ ΤΗΣ ΣΗΡΑΓΓΑΣ