Instrumental Systems of Geomechanical Structural Monitoring for Underground Tunnel Projects in urban areas The intensively continued concentration of population and evolution of towns in big urban cities leads the technical world το find solutions for quick and safe transportation of people to and from cities and simultaneously integrate the necessary infrastructure within the existing urban form, without further disturbance of the remaining slender natural environment. The technical solution chosen most often by project leaders, is to implement complex and modernized underground structures and infrastructure, within the densely built-up urban cities, aiming to improve daily routine and quality living of human population and to preserve human environment and public areas. Demanding modern underground works performed within the urban environment require the implementation of sophisticated monitoring systems for the construction of the project under safety regime and to prevent irreversible structural failures and nuisance in above-ground and underground existing structures. At the same time the economy of a project, the construction speed, good resource management and timely delivery in underground work, remain non-negotiable priority objectives and make geomechanical structural monitoring, a crucial tool for achieving these goals. After an in-depth data collection to under construction and recently constructed projects, this dissertation thesis aims to present the aggregated results of systematic research conducted on available sources of data, legislation and literature. The aim is to present and analyze the processes and the Geomechanical - Structural Monitoring systems incorporated in an underground transportation project within an urban environment, where the tunneling excavation is executed by Tunnel Boring Machines (T.B.M). Additional detailed analysis is given to the involved risks, the technological equipment, the computer programs and the available software. At the same time, the aim of the thesis is to become a starting tool for further academic study and analysis of the integrity of such systems of Structural Geomechanical Monitoring in underground urban transportation projects and present any specification gaps in relation to the obligation of implementing a monitoring system appropriate to the importance and the category of such underground structures Respectively within the expected results of the project is to give the opportunity to the reader to understand in depth the procedures and the mechanisms incorporated and fully operated during the construction period of an underground project and also to highlight the benefits of running such type of systems during the construction and operation of an underground urban project.

1. ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ
ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ
Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών
Διαχείριση Τεχνικών Έργων
Συστήματα Ενόργανης Γεωμηχανικής Δομητικής Παρακολούθησης
Υπογείων Έργων εντός αστικής ζώνης
Instrumental Systems of Geomechanical Structural Monitoring for
Underground Tunnel Projects in urban areas
Δημήτρης Κων. Μαγκατσάς
Διπλ. Πολιτικός Μηχανικός
Επιβλέπων Παναγιώτης Πελέκης
Β΄Αξιολογητής Αδαμαντία Αθανασοπούλου
Πάτρα
Κυριακή 13 Σεπτέμβριος 2015, Αίθουσα ΠΓ02

2. Λέξεις «κλειδιά» & Όροι
o Μηχανήματα Ολομέτωπης Διάνοιξης Σηράγγων (E.P.B, S.S, T.B.M)
Earth Pressure Balance / Slurry Shield / Τunnel Boring Machine
o Γ.Δ.Π - Γεωμηχανική Δομητική Παρακολούθηση
G.S.M.P /Geomechanical Structural Monitoring Program
o Συνεχής Kαταγραφή Πραγματικού χρόνου στοιχείων σε βάση δεδομένων
(Β.Δ) με Αυτοματοποιημένο Σύστημα Παρακολούθησης (Α.Σ.Π)
On line Continuous Real time monitoring & storage of geo-components on
Digital Database with Automated System
o Υπολειπόμενος κίνδυνος
Residual risk
o Ανάλυση σχέσης Κόστους – Ωφέλους
Cost Benefit Ratio analysis

4. Λόγοι επιλογής & εκτέλεσης της έρευνας
 Αμεσότητα, Πρακτικότητα, Χρηστικότητα εφαρμογής συστήματος Γ.Δ.Π
 Δυνατότητες Παρακολούθησης και Καταγραφής Δεδομένων (τεχνολογική εξέλιξη)
 Επαγγελματική εξοικείωση (υπόγεια έργα) και συνάφεια σπουδών
Θεωρητική & Επιστημονική
Προσέγγιση
Γεωτεχνική μηχανική
Τεχνική Γεωλογία
Διαχείριση Πληροφορικής
Information Τechnology
Διαχείριση Έργων
Project Management
Συνδυασμός & Αλληλεπίδραση
Γεωτ. έρευνα υπεδάφους
Ενόργανη παρακολούθηση
Μηχανολογικός εξοπλισμός
διάνοιξης σηράγγων
Διαχείριση κινδύνων
Risk Assesment
Ανάλυση Κόστους-Ωφέλους
Cost-Benefit analysis
Βιβλιογραφική έρευνα
Συλλογή Δεδομένων
Ανασκόπηση & Ανάλυση
Πραγματικές εφαρμογές συστημάτων Γ.Δ.Π σε υπόγεια αστικά έργα
Η / Μ εξοπλισμός, Γεωτεχνικά-Τοπογραφικά Όργανα, Μηχανές ΤΒΜ

5. “Ορόσημα” έρευνας
 Νέα Αυστριακή Μέθοδος διάνοιξης σηράγγων (Ν.Α.Τ.Μ) & Μηχανές διάνοιξης σηράγγων
(Τ.Β.Μ)
 * Παρατηρητική μέθοδος Observational Method (αντισταθμιστικό μέτρο περιορισμού αστοχιών)
 Πλεονεκτήματα-Αδυναμίες-Ευκαιρίες-Απειλές Strengths Weaknesses Opportunities Threats SWOT-1960
 Απειροελάχιστη Προσομοίωση /Ανάλυση «αντίθετης φοράς» (Finite Element / Back Analysis)
 Ευρωκώδικας ΕΝ 1997-1 Eurocode 7 and Kοινοτική οδηγία 2005/54/EC
Θεμελιώδεις ερευνητές
 * Karl Terzaghi 1940, Ralph Peck 1969, Kovari & Lunardi 2000
 Bieniawski 1972 (R.M.R), Hoek & Brown 1997 (G.S.I)
 Bruke & Κηρυττόπουλος 2002 (Διαχείριση κινδύνων οδικών σηράγγων)
 Vagiokas 2012 (Aνάλυση κόστους ωφέλους / C.B.A)
 Korff et al 2013 (S.W.O.T)
 Galoni & Magni / Sisgeo (Monitoring Finance)

6. Έργα Ελλάδας & Εξωτερικού
 Μετρό Αθήνας
 Μετρό Θεσσαλονίκης
 Υποθαλάσσια Θεσσαλονίκης

7. Σκοπός
Τεχνικό
Εγχειρίδιο
(Handbook )
τεχνολογική εξέλιξη & πρόοδος
(μηχανές ΤΒΜ, εξοπλισμός, όργανα, εφαρμογές, ΒΔ, δεδομένα-παρουσίαση)
διασύνδεση - λειτουργία: Η / Μ, Γεωτεχνικός-Τοπογραφικός εξοπλισμός, TBM
ΓΔΠ επιδρά θετικά στον κύκλο ζωής ενός έργου *οικονομία *ασφάλεια *χρόνος
Monitoring = Less Risk = Less time = Saving Money
Οικονομοτεχνικά στοιχεία - AKO / CBA (Galoni & Magni, Bruke)
Γεωτεχνική έρευνα: Εγνατία Οδός 1.0 %, Διεθνώς σε Κτιριακά-Οδοποιία-Σήραγγες: 0.05% -1.0%- 2.5%
 κόστος υπόγειας οδικής αστικής σήραγγας : 100 εκ. ευρώ
 Μέσο κόστος Γ.Δ.Π : 0.5% - 2.5% : 2.5 εκ ευρώ
 Μέγιστο κόστος εμπλεκόμενων δυνητικών κινδύνων χωρίς Γ.Δ.Π : 10-12% : 12 εκ. ευρώ

9. Ζώνη Επιρροής: όρια επιφυλακής,
όρια συναγερμού, τιμές αναφοράς

10. Έλεγχος τρωτότητας & Απογραφή Κτιρίων
Αλληλεπίδραση Έδαφος / Κτίρια με Υπόγεια έργα

11. Οργανωτική Δομή
Μετρήσεις – Αποτελέσματα
Βάση Δεδομένων – Α.Σ.Π

17. * Κοκκομετρική διαβάθμιση
* Πρόσθετα πρόσμικτα
(πολυμερή, αφρός)
* Εδαφικής Εξισορρόπησης EPB
* Πολφού Ασπίδας S.S

18. Γ.Δ.Π
 έλεγχος παραδοχών μελετών
 περιορισμός αστοχιών βλαβών
 καθεστώς ασφάλειας με πρωτογενή
αξιολόγηση των δεδομένων
 εποπτικότητα, αμεσότητα,
προσαρμοστικότητα κατά την
κατασκευή & λειτουργία
 Εξασφαλίζεται η αποκτούμενη
εμπειρία
Διεύρυνση ακαδημαικής έρευνας *
* τεχνολογική εξέλιξη = πρόοδο = καθολικό “Universal” T.B.M
* απεμπλοκή ανθρώπινου παράγοντα, εργαλείο ποιοτικού ελέγχου & ανάλυσης κινδύνου
* οικονομική ευημερία = κυκλοφοριακή συμφόρηση = υπόγεια έργα = Κίνα, Η.Α.Ε, Αμερική, Ρωσία

19. Τρόποι προσέγγισης, Μεθοδολογικές επιλογές, Συλλογή δεδομένων
Ευρύματα και απαντήσεις που δόθηκαν
Ερμηνεία, Εξήγηση σχέσεων, Συγκρίσεις με σχετικές έρευνες
Βασικότερα Συμπεράσματα
Επικίνδυνα σημεία κατά την έρευνα (εγκυρότητα, αξιοπιστία,
περιορισμοί, μέτρα
Αυτοκριτική – αναστοχασμός ερευνητή, αποκόμιση από την
διαδικασία εκπόνησης
Προτάσης για διεύρυνση της έως τώρα ακαδημαικής έρευνας και
προσπάθειας
Πρόοδος έως σήμερα