Υποστήριξη υπόγειων έργων

Abstract

Ο έλεγχος ευστάθειας υπόγειων ανοιγμάτων απαιτεί γνώση του φυσικού και επαγόμενου εντατικού πεδίου, της μηχανικής συμπεριφοράς των περιβαλλόντων πετρωμάτων και της απόκρισης των μέτρων που λαμβάνονται για τη στήριξή τους. Μέτρα στήριξης που βρίσκουν ευρεία χρήση στη συμβατική κατασκευή τόσο διαμήκων όσο και χωρικών υπόγειων ανοιγμάτων είναι οι ηλώσεις, τα χαλύβδινα πλαίσια, η επένδυση από σκυρόδεμα και τα στοιχεία προπορείας. Αυτά διαδρούν με το περιβάλλον πέτρωμα μετά την τοποθέτησή τους. Εφόσον σκληρή, μαλακή ή συνθλίβουσα γεωμάζα γύρω από υπόγεια επιμήκη ανοίγματα συμπεριφέρεται μακροσκοπικά ως συνεχές μέσο, η εκτίμηση της εντατικής κατάστασης επιτυγχάνεται με τη θεώρηση της διάδρασής της με τη στήριξη. Εκτιμάται η συμπεριφορά και με βάση αυτή επιλέγονται τα μέτρα στήριξης και υπολογίζονται, κατά περίπτωση, μετατοπίσεις, ζώνες υπερφόρτισης ή χαλάρωσης, καταλληλότητα σχήματος διατομής και απαιτούμενη και προσφερόμενη δύναμη στήριξης με τα στάδια επιβολής της. Εφόσον το πέτρωμα συμπεριφέρεται ως ασυνεχές μέσο, εκτιμώνται οι μηχανισμοί αστοχίας. Προσδιορίζονται οι δυνατότητες: πτώσης-ολίσθησης μεμονωμένων τεμαχών που σχηματίζονται από συνδυαζόμενα συστήματα διακλάσεων σε ογκοτεμαχισμένα πετρώματα, ολίσθησης-αποχωρισμού μεταξύ στρωμάτων που σχηματίζονται από τις διακριτές παράλληλες στρώσεις που υπάρχουν συνήθως στα ιζηματογενή πετρώματα ή ολίσθησης-εκβολής πετρώματος στον ιδιαίτερα ευαίσθητο χώρο του μετώπου της σήραγγας, λόγω ασυνεχών δομών ή υπερφόρτισης. Δίνονται υπολογιστικές μέθοδοι και διαγράμματα εκτίμησης της απαιτούμενης στήριξης. Τέλος, παρουσιάζονται ειδικότερα μέτρα σταθεροποίησης που εφαρμόζονται σε συνήθεις υπόγειες εκμεταλλεύσεις, όπως είναι η φυσική υποστήριξη του πετρώματος για εκμετάλλευση κοιτασμάτων με θαλάμους και στύλους, η τεχνητή υποστήριξη με γόμωση των κενών μετώπων για εκμετάλλευση με εναλλασσόμενες κοπές και γομώσεις και η υδραυλική υποστήριξη για εκμετάλλευση με επιμήκη μέτωπα. Η εμπέδωση επιτυγχάνεται με ασκήσεις επιλογής κατάλληλων μέτρων.

The stability control of underground openings requires knowledge of the natural and induced stress field, the mechanical behavior of the surrounding rock, and the response of the measures taken to support them. Support measures widely used in conventional construction of both longitudinal and spatial underground openings are grouting, steel frames, concrete lining, and advance elements. These interact with the surrounding rock after installation. Since hard, soft, or crushing soil around underground longitudinal openings behaves macroscopically as a continuous medium, the assessment of the stress state is achieved by considering its interaction with the support. The behavior is assessed and, based on this, the support measures are selected and, where appropriate, displacements, overload or relaxation zones, the suitability of the cross-section shape, and the required and available support force with the stages of its application are calculated. If the rock behaves as a discontinuous medium, failure mechanisms are assessed. The following possibilities are identified: fall-sliding of individual blocks formed by combined joint systems in fragmented rocks, sliding-separation between layers formed by the distinct parallel layers commonly found in sedimentary rocks, or rock sliding-ejection in the particularly sensitive area of the tunnel face, due to discontinuous structures or overloading. Calculation methods and diagrams for estimating the required support are provided. Finally, specific stabilization measures applied in conventional underground mining are presented, such as natural rock support for mining with chambers and pillars, artificial support by filling empty faces for exploitation with alternating cuts and fillings, and hydraulic support for exploitation with long faces. Consolidation is achieved by selecting appropriate measures.