Αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η αριθμητική διερεύνηση της ευστάθειας μετώπου εκσκαφής και της εξέλιξης συγκλίσεων στα τοιχώματα σήραγγας κυκλικής διατομής, η οποία διανοίγεται σε ξηρό, ελαστοπλαστικό έδαφος. Ο στόχος αυτός υλοποιείται με την αριθμητική προσομοίωση του συστήματος εδάφους-σήραγγας και την εκτέλεση παραμετρικών αναλύσεων.          

Η βιβλιογραφική ανασκόπηση της μεταπτυχιακής εργασίας αφορά στην παρουσίαση της θεωρίας «σιλό» και της μεθόδου των K.Kovari & G.Anagnostou για τον έλεγχο ευστάθειας του μετώπου εκσκαφής αβαθών σηράγγων.          

Το διερευνητικό μέρος της εργασίας συνιστά εφαρμογή της παραπάνω μεθοδολογίας σε συστήματα εδάφους-σήραγγας με συγκεκριμένα αριθμητικά δεδομένα. Σκοπός των αριθμητικών εφαρμογών είναι η χάραξη διαγραμμάτων συσχέτισης του συντελεστή ασφαλείας για την ευστάθεια του μετώπου εκσκαφής με την αντοχή του εδάφους και τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της σήραγγας (βάθος, διάμετρος).          

Έπειτα, μορφώνεται το αριθμητικό προσομοίωμα εδάφους-σήραγγας με προσωρινή υποστήριξη στον κώδικα τρισδιάστατων πεπερασμένων στοιχείων ABAQUS 6.5. Οι παραμετρικές αναλύσεις του προσομοιώματος στοχεύουν στη μελέτη της έκθλιψης του μετώπου εκσκαφής, ως μεγέθους ενδεικτικού της ευστάθειάς του. Τα αποτελέσματα αναλύσεων του αριθμητικού προσομοιώματος συγκρίνονται με τα αντίστοιχα της αναλυτικής λύσης K.Kovari & G.Anagnostou.          

Τέλος, από την ανάλυση του αριθμητικού προσομοιώματος εδάφους-ανυποστήρικτης σήραγγας με τον κώδικα πεπερασμένων στοιχείων ABAQUS 6.5 προκύπτουν αποτελέσματα για τις συγκλίσεις των τοιχωμάτων της σήραγγας. Ακολουθεί χάραξη των καμπύλων σύγκλισης, διερεύνηση των παραγόντων που επηρεάζουν την εξέλιξή τους και σύγκριση με την καμπύλη Chern et al. (1998).          

Οι αριθμητικές εφαρμογές της μεθοδολογίας K.Kovari & G.Anagnostou για την ευστάθεια μετώπου εκσκαφής σήραγγας και τα αποτελέσματα των παραμετρικών αναλύσεων των αριθμητικών προσομοιωμάτων εδάφους-σήραγγας, με ή χωρίς προσωρινή υποστήριξη, οδηγούν στα εξής κύρια συμπεράσματα της μεταπτυχιακής εργασίας:  

 ü  Ο ρόλος της διαμέτρου (D) της σήραγγας στην ευστάθεια του μετώπου εκσκαφής ενισχύεται έναντι του βάθους (h). Για έδαφος διάνοιξης της σήραγγας με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά (c, φ) – άρα και συγκεκριμένη αντοχή (σ_cs) – υπάρχει μία οριακή τιμή της διαμέτρου (D), για την οποία το μέτωπο ευσταθεί. Για μεγαλύτερη διάμετρο σήραγγας στο έδαφος αυτό, επέρχεται αστοχία του μετώπου σύμφωνα με τη μέθοδο K.Kovari & G.Anagnostou για αβαθείς σήραγγες. Επίσης, η γωνία εσωτερικής τριβής (φ) του εδάφους επηρεάζει σημαντικά την κρίσιμη ευστάθεια του μετώπου εκσκαφής σήραγγας.  

 ü  Η αναλυτική λύση της θεωρίας σιλό για την ευστάθεια μετώπου εκσκαφής αβαθών σηράγγων φαίνεται ότι συμφωνεί ικανοποιητικά με τα αποτελέσματα των αριθμητικών αναλύσεων του κώδικα πεπερασμένων στοιχείων ABAQUS 6.5. Σημειώνεται ότι η μέθοδος K.Kovari & G.Anagnostou επαληθεύεται ακόμη και για σήραγγα με λόγο βάθους προς διάμετρο h/D=5. Επιπλέον, προτείνεται μία νέα αδιάστατη έκφραση της αντοχής του εδάφους 2cN_φ / (γh^0,15 D^0,85), η οποία ομαδοποιεί πολύ ικανοποιητικά τα αποτελέσματα ισορροπίας του μετώπου εκσκαφής και λαμβάνει υπόψη της τον ενισχυμένο ρόλο της γωνίας εσωτερικής τριβής (φ) για εδάφη με συνοχή c>10kPa.  

ü  H θεώρηση των Chern et al. (1998) ως προς τα μεγέθη που επηρεάζουν την εξέλιξη των συγκλίσεων επαληθεύεται από τις καμπύλες σύγκλισης των προσομοιωμάτων τρισδιάστατων πεπερασμένων στοιχείων (ABAQUS 6.5). H καμπύλη Chern et al. (1998) προσδιορίζει ικανοποιητικά τις συγκλίσεις τοιχωμάτων ανυποστήρικτης σήραγγας για τιμές του συντελεστή οριζόντιας τάσης του εδάφους πλησίον του K₀=1, καθώς και τις συγκλίσεις του μετώπου εκσκαφής. Για αποκλίνουσες τιμές του K₀ πιθανόν να απαιτείται διόρθωση της καμπύλης, ιδιαίτερα για τις συγκλίσεις που εξελίσσονται πίσω από το μέτωπο εκσκαφής.