ΜΑΘΗΜΑ: ΤΕΧΝΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ: ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΥΔΡΟΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΔΙΔΑΣΚΟΝΤΕΣ: Β. ΧΡΗΣΤΑΡΑΣ, Καθηγητής

Β. ΜΑΡΙΝΟΣ, Επ. Καθηγητής

Σκοπός της άσκησης είναι η κατασκευή γεωλογικής τομής σήραγγας από επιφανειακές εμφανίσεις και γεωτρήσεις. Ορισμός τεχνικογεωλογικών τύπων – ενοτήτων. Εκτίμηση τεχνικογεωλογικής συμπεριφοράς (καταπτώσεις, συγκλίσεις, εισροές) κατά μήκος της σήραγγας. Προτάσεις για μέτρα υποστήριξης (ποιοτικά).

Γενικές αστάθειες στις σήραγγες 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. a) 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.

b) Κατάπτωση τύπου καμινάδας (πολλά τεμάχη) ή καταρροή βραχόμαζας (συνεχής πτώση πολλών μικρών τεμαχών).

Τύποι συμπεριφοράς της βραχόμαζας

u Ευσταθής u Σφηνοειδείς ολισθήσεις αποκολλήσεις u Παραμορφώσεις (μικρές ή μεγαλύτερες) με την

εκδήλωση διατμητικών αστοχιών σε ζώνη περιμετρικά της σήραγγας

u Εκτίναξη βράχων u Καταρροή γεωυλικού u Ροή γεωυλικού με νερό u Διόγκωση u Ανισότροπες παραμορφώσεις

Εκσαφή της σήραγγας σε φάσεις

Βασικά μέτρα προσωρινής υποστήριξης σήραγγας u Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα (μαζί με μεταλλικό

πλέγμα και μεταλλικές ίνες οπλισμού. u Αγκύρια βράχου u Μεταλλικά πλαίσια u Ελαφρά βλήτρα προπορείας (Spiles) u Ομπρέλα βαριών δοκών προπορείας

(Forepole umbrella) u Προσωρινό ανάστροφο τόξο u Αποστραγγιστικές και ανακουφιστικές οπές

ΒΟΗΘΗΤΙΚΟ ΦΥΛΛΑΔΙΟ 7ης ΣΕΙΡΑΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

ΤΙΤΛΟΣ ΑΣΚΗΣΗΣ: Αξιολόγηση τεχνικογεωλογικών συνθηκών κατά μήκος σήραγγας

1. ΣΚΟΠΟΣ ΑΣΚΗΣΗΣ

Α. “Κλειδιά” άσκησης: i Γεωλογικό μοντέλο

ii Τύπος βραχόμαζας (ανάλογα με την λιθολογία, τον κερματισμό, την αποσάθρωση και την περατότητα)

iii Εκτίμηση συμπεριφοράς κατά μήκος σήραγγας: a. Γενικά: Βαρυτικές ή τασικές αστοχίες b. Ειδικά: Σφήνες, καταπτώσεις τύπου καμινάδας, καταρροή εδάφους, συγκλίσεις.

iv Εισροές υπογείων νερών: Ανάλογα με την περατότητα και την στάθμη των υπογείων υδάτων σε σχέση με τον άξονα της σήραγγας.

v Μέτρα υποστήριξης στις σήραγγες: Ελαφριά μέτρα, μέτρια μέτρα, βαριά μέτρα υποστήριξης.

Προσοχή:

• Στα πρανή έχουμε αντι-­στήριξη • Στις σήραγγες έχουμε υπο-­στήριξη

• Στα φράγματα έχουμε διαφυγές υπογείων υδάτων

• Στις σήραγγες έχουμε εισροές υπογείων υδάτων

• Στίς σήραγγες έχουμε καταπτώσεις και παραμορφώσεις

• Στα πρανή έχουμε κατολισθήσεις και καταπτώσεις βράχων

• Στις θεμελιώσεις έχουμε καθιζήσεις και θραύση εδάφους

Β. Θεωρητικές γνώσεις για την επίλυση (Προσοχή: βρείτε τις αντίστοιχες διαφάνειες στην σχετική παρουσίαση!!!) 1. Ποιές οι μέθοδοι διάνοιξης σηράγγων;; 2. Τι είναι η συμβατική μέθοδο διάνοιξης της

σήραγγας;;

3. Ποια τα στάδια μελέτης μιας σήραγγας;; 4. Ποιές οι μέθοδοι έρευνας κατά την μελέτη μιας

σήραγγας;; 5. Ποιοι οι μηχανισμοί αστοχίας σε μια σήραγγα;;

6. Τι πρέπει να προβλέπει ο γεωλόγος κατά μήκος

μιας σήραγγας;; 7. Ποιές παράμετροι αντοχής μας ενδιαφέρουν στον

σχεδιασμό μιας σήραγγας;; 8. Πως παρακολουθείτε η κατασκευή μια σήραγγας;; 9. Τι έρευνες κάνει ο Γεωλόγος για τα υπόγεια νερά

σε μία σήραγγα;;

10. Πότε έχουμε εισροές μέσα σε μία σήραγγα και

πότε όχι;;

2. “ΚΛΕΙΔΙΑ” ΕΠΙΛΥΣΗΣ – ΘΕΩΡΗΤΙΚΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ

1. Γεωλογικό μοντέλο Γενικά προσοχή σε:

• Στρωματογραφική σειρά και αν δει ικανοποιείται τότε να ερμηνεύεται πάνω στην τομή γιατί (π.χ. ρήγμα).

• Να διατηρούνται τα πάχη που έχουν δωθεί στην άσκηση

• Να διαβάσετε τις σημειώσεις που συνήθως σας δίνουν βοήθειες-­περιορισμούς για το πώς θα φτιάξεται το καταλληλότερο μοντέλο.

Βήματα συμπλήρωσης γεωλογικού μοντέλου: I. Φτιάξτε σε μία άκρη την σειρά των πετρωμάτων από το νεότερο στο αρχαιότερο. Δεδομένο που θα δίνεται ή θα πρέπει γενικά να γνωρίζετε. Έτσι θα γνωρίζετε τη φυσιολογική σειρά των πετρωμάτων σε βάθος. Αν κάπου στα δεδομένα (είτε επιφανείας είτε γεωτρήσεων) αυτή η σειρά έχει αλλάξει (π.χ. ένα αρχαιότερο πέτρωμα είναι πάνω από ένα νεότερο) τότε υπάρχει τεκτονική επαφή, όπως ένα ρήγμα.

II. Βρίσκω τα όρια – επαφές των πετρωμάτων (με τα άλλα πετρώματα). Χωρίς ακόμα να ενωθούν γραμμές ίδιων επιφανειών μεταξύ τους. Πηγή ορίων

o Τα έχει χαρτογραφημένα στην επιφάνεια o Τα δίνει στις γεωτρήσεις o Γνωρίζοντας μόνο μία επαφή από γεώτρηση (και όχι όλες), δηλαδή το άνω ή κάτω όριο ενός σχηματισμού και παράλληλα το πάχος του. Έτσι μπορούμε να βρούμε το κάτω ή άνω όριο αντίστοιχα, δηλαδή που αρχίζει το άλλο σύμφωνο πέτρωμα. Σημείωση: Αν δίνεται κάπου ότι υπάρχει ένα πέτρωμα χωρίς να δίνεται κάποιο όριο του, τότε αυτό αξιοποιείται ως δεδομένο επαλήθευσης. Π.χ. Αν προεκτείνουμε από κάποιο άλλο σημείο (που γνωρίζουμε σίγουρα-­π.χ. γεώτρηση) μία επαφή, με κλίση προς το σημείο που γνωρίζουμε, το πέτρωμα είναι αυτό που περιμένουμε;;

III. Έλεγχος επαφών (επιφανειακές εμφανίσεις και γεωτρήσεις) των πετρωμάτων με σκοπό βέβαια την προεκβολή και συνέχειά τους στο χώρο. Χωρίς ακόμα να ενωθούν γραμμές ίδιων επιφανειών μεταξύ τους.

o Έλεγχος αν οι επαφές είναι σύμφωνα με την στρωματογραφική σειρά (σειρά αρχαιότητας)

o Αν ΝΑΙ συνεχίζω o Αν ΌΧΙ πιθανώς στα ενδιάμεσα αυτά σημεία να υπάρχει ένα ρήγμα και δεν μπορώ να προεκτείνω επαφές ίδιων πετρωμάτων (π.χ. ασβεστόλιθο με ιλυόλιθο) και να τις ενώσω. Πρέπει να φέρω σύμφωνα με άλλα πιθανά δεδομένα κάποιο ρήγμα το οποίο οριοθετεί πλέον το μοντέλο σε περιοχές (τεμάχη) εκατέρωθεν του ρήγματος.

IV. Έλεγχος αν προεκτείνοντας τις γραμμές κοινών επαφών από γεωτρήσεις ή/και επιφανειακές εμφανίσεις, αυτές ταυτίζονται. • Αν ΝΑΙ τότε τις ενώνω • Αν ΌΧΙ τότε ενδιάμεσα στα σημεία

πληροφοριών υπάρχει τεκτονική επαφή – ρήγμα και όχι κανονική συνέχεια ή πτύχωση (προσοχή όμως να κρατάτε το πάχος σταθερό).

V. Άλλες σημαντικές ενδείξεις τεκτονικής δράσης (πιθανή παρουσία ρήγματος ή πτύχωσης):

• Σημαντική αλλαγή κλίσης (>20ο). • Πολύ πτωχή ποιότητα πετρωμάτων

(αυτή θα δίνεται είτε ποιοτικά είτε αριθμητικά π.χ. RQD=0)

VI. Πρώτα θα σχεδιάζεται το ρήγμα και έπειτα οι επαφές

VII. Άλλες βασικές πληροφορίες για τη

συμπλήρωση του γεωλογικού μοντέλου • Αν δίνεται ότι οι γεωλογικές επιφάνειες

είναι στο χώρο επίπεδες.... Τότε σημαίνει ότι τα πετρώματα δεν μπορούν να είναι πτυχωμένα αφού πρέπει να διατηρούν σταθερή κλίση.

• Αν δεν το αναφέρει τότε δεν είναι απαραίτητη η παρουσία ρήγματος για τη διατάραξη της σειράς των πετρωμάτων αλλά και μία πτύχωση αρκεί να διατηρείται σταθερό το πάχος.

VIII. Άλλες βασικές πληροφορίες για τη συμπλήρωση του γεωλογικού μοντέλου • Αν οι γεωλογικές επιφάνειες είναι

πτυχωμένες δεν είναι απαραίτητη η παρουσία ρήγματος για τη διατάραξη της σειράς των πετρωμάτων αλλά και μία πτύχωση αρκεί να διατηρείται σταθερό το πάχος.

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.

Σημείωση 1: Πρόκειται για πραγματική περίπτωση (Σήραγγα Μοναστηρίου, Υδαταγωγού Μόρνου) όπου έγιναν οι απαραίτητες απλουστεύσεις για τους εκπαιδευτικούς σκοπούς της άσκησης.

3. ΒΗΜΑΤΑ ΕΠΙΛΥΣΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ

2. Καθορισμός τύπων βραχόμαζας Γενικά

u 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

u Έτσι ένας τύπος βραχόμαζας είναι ένα σύνολο γεωυλικών με όμοιες μηχανικές, φυσικές ή και υδραυλικές ιδιότητες και όχι απαραίτητα ίδιων λιθολογιών.

u Ο αριθμός των τύπων αυτών εξαρτάται από τις επιτόπου συνθήκες γεωλογίας.

Εδώ σας δίνονται και ενδεικτικές φωτογραφίες των τύπων κατά μήκος της σήραγγας για να διευκολυνθείτε και να καταλάβετε όλους τους πιθανούς τύπους.

Ειδικά με βάσει: 1. Λιθολογία 2. Κερματισμός – δομή (τεκτονισμός αλλά και

στοιχεία γέννεσης όπως στρώσεις-­σχιστότητα)

3. Χαρακτηριστικά αποσάθρωσης 4. Χαρακτηριστικά περατότητας Εδώ δεν έχετε αναλυτικά στοιχεία για τα παραπάνω παρά μόνο τις φωτογραφίες, την λιθολογία και το γεωλογικό μοντέλο (λογική τεκτονικής καταπόνησης στην περιοχή). 3. Εκτίμηση της συμπεριφοράς κατά μήκος της σήραγγας Πρώτα πρέπει να δείτε από τον πίνακα που σας δίνεται (Πίνακας 1 στην εκφώνηση) όλους τους τύπους συμπεριφοράς.

u Ο διαχωρισμός της συμπεριφοράς κατά μήκος της σήραγγας γίνεται:

Αρχικά με την ομογενοποίηση όμοιων τεχνικογεωλογικών τύπων βραχόμαζας (και επιτόπου συνθηκών (π.χ. ύψος υπερκειμένων) (βλέπε 1ο ερώτημα)

Στη συνέχεια θα πρέπει να σκεφτείτε τις επιτόπου τάσεις, δηλαδή το βάθος της σήραγγας (βάρος υπερκειμένων) και αν αλλάζει η συμπεριφορά ενός τύπου βραχόμαζας όταν αυτός βρίσκεται σε διαφορετικά βάθη:

u στα στόμια (κοντά στην επιφάνεια) u λίγο μέσα στο βουνό χωρίς να είναι

επηρρεασμένο από τις επιφανειακές συνθήκες

u Σε μεγαλύτερα βάθη και μεγαλύτερες πιέσεις u Τέλος, μια ειδική συμπεριφορά θα ήταν σε

περιοχές μέ έντονη υδροφορία (προβλήματα εισροών και καταπτώσεων).

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.

Κατηγορίες Συμπεριφοράς στις σήραγγες (με συμβατική εκσκαφή)

4. Εκτίμηση Των εισροών κατά μήκος της σήραγγας

Εδώ θα πρέπει να διερευνήσετε: i. Που είναι ο υδροφόρος ορίζοντας σε σχέση

με τη σήραγγα a. Αν είναι πάνω από τη σήραγγα

i. Αν είναι περατά τα γεωυλικά θα έχω θέματα εισροών

ii. Αν δεν είναι περατά δεν θα έχω εισροές

b. Αν είναι κάτω από τη σήραγγα i. Αν είναι περατά τα γεωυλικά θα έχω περιοδικά προβληματα εισροών (μεταβατική ζώνη)

ii. Αν δεν είναι περατά δεν θα έχω εισροές.

3. ΒΗΜΑΤΑ ΕΠΙΛΥΣΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ

4. Οι πλήρεις απαντήσεις σας θα σας βοηθήσουν στο διάβασμα για τις τελικές εξετάσεις (θα κατανοείτε τι διαβάζετε!!!)

5. Μην αντιγράψετε τα θεωρητικά στοιχεία που σας δίνονται στις παρουσιάσεις!!! Αυτά αποτελούν μόνο τη βάση για τις πιο εξειδικευμένες για την άσκηση απαντήσεις.

6. Οι καλές έως πολύ καλές ασκήσεις αξιολογούνται με ακόμα καλύτερο συντελεστή για τη τελική βαθμολογία (αυτό ισχύει τόσο για τους «οριακούς» όσο και για τους «υψηλότερους» βαθμούς).

7. Οι απαντήσεις δεν πρέπει να δίνονται πρόχειρα και επιγραμματικά. Οι ασκήσεις αυτές θα βαθμολογούνται αρκετά χαμηλά και δεν θα λαμβάνονται -­ θετικά – υπόψη στο τέλος.

8. Οι «αντιγραφές» δεν θα λαμβάνονται βέβαια υπόψη.

Βιβλιογραφία Άσκησης

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

4. ΜΟΡΦΗ ΑΠΑΝΤΗΣΕΩΝ

5. Μέτρα υποστήριξης Δεν χρειάζεται να αναφέρετε αναλυτικά μέτρα υποστήριξης εδώ αλλά να διαφοροποιήσετε σε ελαφριά-­μέτρια-­βαριά τα μέτρα κατά μήκος της σήραγγας (βλέπε παράδειγμα στην παρουσίαση).

1. Συμπληρώστε την τομή έτσι ώστε να

φαίνονται ξεκάθαρα οι επαφές. Να σημειώνονται καθαρά οι τεκτονικές επαφές και μέσα στο στρώμα να τονίζονται στοιχεία της πιθανής ιστορίας του σχηματισμού (π.χ. μικροπτυχώσεις ή έντονος κερματισμός ή έντονη αποσάθρωση). Προσοχή: να σχεδιάζετε πάντα το τεχνικό έργο (εδώ άξονα της σήραγγας).

2. Δώστε τους τύπους βραχόμαζας σε πίνακα με τα χαρακτηριστικά τους (ποιότητα)

3. Για την συμπεριφορά χρησιμοποιήστε τους

ταξινομημένους τύπους αστοχίας 4. Γενικά ότι απαντήσεις δίνεται προσπαθήστε

να το δείξετε και κατα μήκος της σήραγγας αφού την χωρίσετε σε τμήματα.

5. Οι απαντήσεις να αιτιολογούνται! 6. Πολύ σημαντικό! Προτιμήστε σε αυτή την

άσκηση να δουλέψετε τις απαντήσεις σε υπολογιστή . Έτσι θα φτιάξετε εύκολα πίνακες. Οι απαντήσεις να είναι συνοπτικές αλλά πλήρεις.

5. ΔΕΝΔΡΟΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝ