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.

The aim of the current diploma thesis is to calculate some of the parameters of the Tunnel Boring Machine which was used in the tunnel extension of Line 2 of the Athens Metro. The most important of the parameters is the specific energy defined as the energy expended in order to cut a unit volume of material and the energy expended for the stirring of the mud in-side the chamber and the work against frictional forces. Furthermore, the energy spent by the screw conveyor in order to remove the muck material was also calculated. The study area was focused on the Athens Metro line between Station Alimos and Station Argiroupoli. The data used for all the above, were obtained from the Attiko Metro S.A. company. This study also includes the technical description of the underground project as well as the geological, hydrogeological and technical properties of the soil. Subsequently, an extensive analysis was performed for the Tunnel Boring Machine (TBM) Earth Pressure Balance (EPB) which was applied for this specific underground project. Moreover, a realistic three dimensional model was set up for the Earth Pressure Balance (EPB) machine. The collected raw data were imported into a database and processed with appropriate mathematical equations that describe the basic functions of the EPB. As a result, the forces exerted on the cutter discs and knives, the specific energy and the energy expended for removing the muck material from the screw conveyor, were calculated.