Ανάλυση λειτουργίας μηχανήματος ολομέτωπης κοπής τύπου εξισορρόπησης γεωστατικής πίεσης (EPB)

Abstract

Η παρούσα Διπλωματική Εργασία έχει ως στόχο τον υπολογισμό των βασικότερων λειτουργικών παραμέτρων του μηχανήματος ολομέτωπης κοπής (TBM – Tunnel Boring Machine) κατά την διάνοιξη σήραγγας επέκτασης της Γραμμής 2 του Αττικό Μετρό. Η πιο σημαντική από τις παραμέτρους αυτές είναι η ειδική ενέργεια που ορίζεται ως η ενέργεια που δαπανάται για την ανάδευση του μη Νευτώνειου ρευστού του θαλάμου και για την υπερνίκηση των τριβών που αναπτύσσονται μεταξύ της ασπίδας και του περιβάλλοντος πετρώματος, και ανάγεται στην μονάδα του όγκου του εκσκαπτόμενου υλικού. Η ειδική ενέργεια αυτή υπολογίσθηκε κατά μήκος της σήραγγας. Επιπροσθέτως, έγινε υπολογισμός της επιπλέον ενέργειας που δαπανά ο ατέρμονας κοχλίας για την απομάκρυνση του εκσκαφθέντος υλικού. Για όλα τα ανωτέρω, χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα που προέρχονται από την εταιρεία ΑΤΤΙΚΟ ΜΕΤΡΟ Α.Ε. και πιο συγκεκριμένα από την περιοχή μελέτης από το Σταθμό Άλιμος μέχρι το Σταθμό Αργυρούπολη. Παρουσιάζεται η περιγραφή του τεχνικού υπόγειου έργου της επέκτασης της Γραμμής 2 του Μετρό Αθήνας καθώς επίσης η γεωλογία, η υδρογεωλογία και οι γεωτεχνικές παράμετροι των σχηματισμών που συναντήθηκαν. Στην συνέχεια, πραγματοποιήθηκε μία εκτενής ανάλυση του μηχανήματος ολομέτωπης κοπής (TBM) και συγκεκριμένα του μηχανήματος εδαφικής εξισορρόπησης (EPB – Earth Pressure Balance) που χρησιμοποιήθηκε σε αυτήν την περίπτωση και για το οποίο δημιουργήθηκε τρισδιάστατο ρεαλιστικό μοντέλο. Τα πρωτογενή δεδομένα που περισυλλέχθησαν και αφορούν την λειτουργία του μηχανήματος, εισήχθησαν σε βάση δεδομένων και επεξεργάστηκαν με κατάλληλες μαθηματικές σχέσεις, που περιγράφουν τις βασικές λειτουργίες του EPB. Προέκυψε έτσι ο προσεγγιστικός υπολογισμός των δυνάμεων που ασκούνται στα κοπτικά άκρα (κοπτικοί δίσκοι και συρτικά κοπτικά), της ειδικής ενέργειας κοπής, καθώς επίσης και της ενέργειας που δαπανάται για την μεταφορά του εκσκαφθέντος υλικού από τον ατέρμονα κοχλία. Βρέθηκε ότι η ειδική ενέργεια επιδεικνύει φαινόμενο κλίμακος καθώς εξαρτάται από το βάθος διείσδυσης της κεφαλής ανά περιστροφή.