Η εφαρμογή των γεωδαιτικών μεθόδων στη χάραξη και παρακολούθηση των υπογείων έργων ακολουθεί σε γενικές γραμμές μια συγκεκριμένη πρακτική η οποία όμως (1) δεν έχει τεκμηριωθεί ως προς την ακρίβεια και τα όρια εφαρμογής της, και (2) τα στοιχεία που συλλέγονται στα διάφορα έργα στη συντριπτική τους πλειοψηφία δεν αξιολογούνται ή αξιοποιούνται. Η παρούσα Διατριβή στοχεύει να συνεισφέρει στο διπλό αυτό στόχο και γι’ αυτό περιλαμβάνει δύο βασικές ενότητες: Η πρώτη ενότητα στοχεύει στην τεκμηρίωση της ακρίβεια της γεωδαιτικής μεθόδου με βάση αναλυτική και πειραματική προσέγγιση και διερευνάται η ποιότητα και η αξιοπιστία διαθέσιμων παρατηρήσεων από αριθμό υπογείων έργων. Ειδικότερα, υπολογίστηκε η ακρίβεια χάραξης σηράγγων, ανάλογη του κύβου του πλήθους στάσεων σκόπευσης. Στη συνέχεια εκτιμήθηκαν οι αναλυτικές ακρίβειες στον υπολογισμό των οριζοντίων και κατακορύφων μετακινήσεων και συγκλίσεων κατά την παρακολούθηση σηράγγων και πραγματοποιήθηκαν πειραματικές μετρήσεις για την ακρίβεια των γεωδαιτικών οργάνων και μεθόδων που εφαρμόζονται. Με βάση τα αποτελέσματα η γεωδαιτική μέθοδος κρίνεται επαρκής και ακριβής για τη χάραξη και παρακολούθηση των συνήθων σηράγγων. Η δεύτερη ενότητα, βασισμένη σε παρατηρήσεις από διάφορες σήραγγες, στοχεύει στον έλεγχο της κινηματικής σημείων ή διατομών ελέγχου σηράγγων, τον έλεγχο των γεωμετρικών χαρακτηριστικών συγκλίσεων αλλά και της τυπολογίας της χρονικής εξέλιξης των μετακινήσεων. Αναλύθηκαν περιπτώσεις χωροχρονικής εξέλιξης μετακινήσεων που αποκλίνουν από την τυπική μορφή, με βασικό χαρακτηριστικό την εμφάνιση απότομων, ανεξήγητων μετακινήσεων. Ειδικότερα, η ανάλυση των διαθέσιμων στοιχείων από τις σήραγγες Τυμφρηστού, Καλλιδρόμου κ.α. οδήγησε στο συμπέρασμα ότι η υπερβολική αύξηση των μετακινήσεων τοπικά σε μια περιοχή προκαλεί κάτω από ορισμένες συνθήκες αλυσιδωτά νέες μετακινήσεις σε γειτονικές, προσωρινά σταθεροποιημένες περιοχές του έργου. / Geodetic techniques are widely used for the guidance and monitoring of underground structures, but (1) their accuracy and efficiency are not tested and (2) deformation data, collected during tunnel excavation, are not further evaluated. A contribution towards the solution of both these problems is the aim of this dissertation, which consists of two parts. In the first part the applicability and accuracy of the geodetic techniques were assessed using analytical and experimental techniques. Three main conclusions were obtained. First, that the errors of coordinates along a tunnel are proportional to the cube of the number of stations. Second, it was found that non-prismatic reflectors have a non-linear response and contributes to significant errors (>1-2mm) in convergence measurements and third, that the noise of actual monitoring measurements from several tunnels is at maximum ±4mm. In the second part of this dissertation deformation data from a number of tunnels were analyzed. Analytical methodologies were introduced for the estimation of the geometrical pattern of tunnel section distortion and mathematical, function approximation techniques are followed to model the typical pattern of tunnel deformation. Studies of monitoring data from tunnels that faced instabilities and high deformation (as Tymfristos tunnel, Kallidromo tunnel etc.) revealed that high tunnel closure locally, may induce a new phase of deformation to other nearby, previously stabilized, sections.

Τις τελευταίες δεκαετίες πραγματοποιείται παγκοσμίως μια συστηματική προσπάθεια παρακολούθησης (monitoring) της κινηματικής κυρίως των εύκαμπτων κατασκευών, όπως γέφυρες, ψηλά κτίρια, ψηλές τηλεπικοινωνιακές κεραίες κλπ. Για το σκοπό αυτό έχουν αναπτυχθεί νέες σύγχρονες μέθοδοι που αφορούν κυρίως στη χρήση του γεωδαιτικού δορυφορικού συστήματος GPS και των αισθητήρων οπτικών ινών (fiber optic sensors). Επιπλέον, μία νέα γεωδαιτική μέθοδος που χρησιμοποιεί ρομποτικό θεοδόλιχο (RTS) έχει αρχίσει να αναπτύσσεται και μέχρι τώρα συναντάται σε περιορισμένο αριθμό εφαρμογών. H σημασία της παρακολούθησης των κατασκευών είναι πολύ μεγάλη, καθώς μπορούν να δώσουν σημαντικές πληροφορίες σχετικά με τις αποκλίσεις που παρατηρούνται στα δυναμικά χαρακτηριστικά ενός τεχνικού έργου μερικά χρόνια μετά την κατασκευή του, με αποτέλεσμα τη διαφοροποίησή τους από τον αρχικό σχεδιασμό και την επακόλουθη έκθεση των κατασκευών σε διάφορους κινδύνους, οι οποίοι μπορεί να προκαλέσουν μέχρι και την αστοχία τους. Ο σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν να διερευνηθεί για πρώτη φορά αν o ρομποτικός θεοδόλιχος (RTS) σε υψίσυχνες καταγραφές (6-7Hz περίπου) μπορεί να καταγράφει την απόκριση σιδηροδρομικής γέφυρας κατά τη διέλευση συρμού. Ειδικότερα στόχος ήταν να ελεγχθεί η αξιοπιστία και η ακρίβεια της νέας μεθόδου σε ότι αφορά στην καταγραφή μετρήσεων πεδίου, καθώς και να προσδιοριστούν οι ημιστατικές και δυναμικές μετακινήσεις/παραμορφώσεις και τα επί μέρους χαρακτηριστικά τους (διάρκεια μετακίνησης/παραμόρφωσης, εύρος και συχνότητα - περίοδος ταλάντωσης) που προκαλούνται στη γέφυρα λόγω της διέλευσης του συρμού. Τέλος, να διερευνηθεί κατά πόσο η δυναμική απόκριση του φορέα μεταβάλλεται σε σχέση με τον τύπο και την ταχύτητα του συρμού, ώστε να είναι δυνατός ο προσδιορισμός ορίων για την ασφαλή και ταχεία διέλευση των συρμών. Η σιδηροδρομική γέφυρα που μελετήθηκε είναι η ιστορική γέφυρα του Γοργοποτάμου κοντά στην πόλη της Λαμίας. Κατασκευάστηκε το 1905 και μετά από δύο ανατινάξεις και ισάριθμες επισκευές πήρε τη σημερινή της μορφή το 1948. Έχει συνολικό μήκος 211μ. και ύψος 30μ. Είναι δοκογέφυρα μικρών ανοιγμάτων και το κατάστρωμά της αποτελείται από ξύλινους στρωτήρες, οι οποίοι στηρίζονται σε μεταλλικά, από χάλυβα, δικτυώματα. Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε για την διεξαγωγή των μετρήσεων πεδίου ήταν, ρομποτικός θεοδόλιχος (RTS) καθώς και μια ανεξάρτητη γεωδαιτική μέθοδος με GPS σε kinematic mode που δεν μελετάται επί του παρόντος. Τα σημεία μέτρησης πάνω στη γέφυρα επελέγησαν έτσι ώστε οι καταγραφές να είναι αντιπροσωπευτικές της κίνησης της γέφυρας και επιπλέον να πληρούν κάποιες πρακτικές προϋποθέσεις όπως η επίτευξη καλής ορατότητας με το όργανο, η εύκολη και σταθερή τοποθέτηση του ανακλαστήρα κ.ά. Τελικά επελέγησαν τρία σημεία μέτρησης: το πρώτο πάνω από έναν πυλώνα στην κουπαστή της γέφυρας, και τα άλλα δύο στο μέσον δύο ανοιγμάτων της γέφυρας στην κουπαστή αυτής και σε έναν στρωτήρα. Οι μετρήσεις διεξήχθησαν κατά τη διάρκεια δύο ημερών και συνολικά διέσχισαν τη γέφυρα 15 συρμοί, οι οποίοι διέφεραν στο μήκος τους, στο βάρος τους, καθώς και στην ταχύτητα διέλευσης τους από τη γέφυρα. Ο ρομποτικός θεοδόλιχος κατέγραψε επιτυχώς την απόκριση της γέφυρας κατά τη διέλευση 13 συρμών. Όλες οι μετρήσεις στη συνέχεια αποθηκεύονταν στο καταγραφικό του οργάνου και έπειτα μεταφέρονταν σε Η/Υ για επεξεργασία. Για την επεξεργασία των μετρήσεων του RTS, αρχικά πραγματοποιήθηκε μετασχηματισμός του συστήματος συντεταγμένων των καταγραφών της μεθόδου, έτσι ώστε η αρχή των αξόνων να βρίσκεται στο σημείο τοποθέτησης του ανακλαστήρα πάνω στη γέφυρα και στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε ανάλυση των χρονοσειρών των μετακινήσεων που προέκυψαν από τις μετρήσεις πεδίου. Αρχικά, προσδιορίστηκε μία ζώνη αβεβαιότητας των μετρήσεων, για τις χρονικές περιόδους πριν και μετά τη διέλευση του συρμού οπότε και είχε καταγραφεί κάποιου είδους μετακίνηση, ενώ θεωρητικά ο ανακλαστήρας έπρεπε να είναι ακίνητος. Η ζώνη αυτή θεωρήθηκε ότι ισούται με x±3σ, όπου, x είναι ο μέσος όρος των καταγραφών πριν και μετά τη διέλευση και, σ το τυπικό σφάλμα των μετρήσεων. Ακριβείς και στατιστικά σημαντικές θεωρήθηκαν όλες εκείνες οι μετακινήσεις που βρίσκονται εκτός της ζώνης αυτής. Στη συνέχεια, εντοπίστηκαν και απομακρύνθηκαν τα χονδροειδή σφάλματα, δηλαδή οι τιμές που είχαν απόκλιση από την μέση τιμή μεγαλύτερη του ±3σ. Έπειτα, εκτιμήθηκε η τιμή της ημιστατικής παραμόρφωσης κατά τη διέλευση συρμού, είτε ως η διαφορά του μέσου όρου των μετρήσεων πριν και μετά τη διέλευση του συρμού με το μέσο όρο των μετρήσεων κατά τη διέλευσή του ή με τη χρήση της τεχνικής ανάλυσης δεδομένων του κυλιόμενου μέσου όρου (moving average). Ο προσδιορισμός του εύρους της δυναμικής παραμόρφωσης (εύρους ταλάντωσης), πραγματοποιήθηκε με τη χρήση ενός band-pass filter. Τέλος, πραγματοποιήθηκε φασματική ανάλυση των χρονοσειρών για τον έλεγχο ύπαρξης περιοδικότητας στις μετρήσεις με τον κώδικα “normperiod” που βασίζεται στο περιοδόγραμμα Lomb. Τα βασικά συμπεράσματα που προέκυψαν είναι τα εξής: το RTS μπορεί να εξασφαλίζει μεγάλη συχνότητα καταγραφών (έως 6-7Hz) και μεγάλη ακρίβεια στην καταγραφή συντεταγμένων, είναι όργανο που παρέχει τη δυνατότητα της παρακολούθησης ημιστατικών μετακινήσεων με μεγάλη ακρίβεια και αξιοπιστία, και σε μικρότερο βαθμό ταλαντώσεων υψηλής συχνότητας. Επιπλέον, για πρώτη φορά στη συγκεκριμένη μελέτη εφαρμογής χρησιμοποιήθηκε ένα τροποποιημένο λογισμικό για το RTS το οποίο παρείχε μεγαλύτερη ακρίβεια σε ότι αφορά το χρόνο λήψης και αποθήκευσης των μετρήσεων. Σε ότι αφορά τα δυναμικά χαρακτηριστικά της γέφυρας του Γοργοποτάμου, το εύρος της ημιστατικής κατακόρυφης κίνησης καταγράφηκε για τη διέλευση όλων των συρμών και εκτιμήθηκε σε 6.5mm (μέγιστο) και σε 2.6m (ελάχιστο). Το εύρος της ταλάντωσης στην κατακόρυφη διεύθυνση καταγράφηκε ατελώς και μόνο για τους βαρείς εμπορικούς συρμούς και η τιμή του εκτιμήθηκε γύρω στα 3mm. Τέλος, υπολογίστηκε τιμή συχνότητας ταλάντωσης ίση με 0.44Hz για τη διέλευση ενός εμπορικού συρμού, η οποία φαίνεται να είναι πραγματική και να εκφράζει την απόκριση της γέφυρας στο διερχόμενο συρμό, γιατί περίπου ίδια τιμή υπολογίστηκε και από τις ανεξάρτητες μετρήσεις GPS (0.46Hz). Στην Ελλάδα σε ότι αφορά την παρακολούθηση γεφυρών, παρόμοιες έρευνες έχουν πραγματοποιηθεί σε πολύ μικρή κλίμακα, με σημαντικότερη τη μελέτη της γέφυρας του Ευρίπου ποταμού στη Χαλκίδα. Όμως, τέτοιου είδους μελέτη σε σιδηροδρομική γέφυρα με τον συγκεκριμένο εξοπλισμό δεν έχει πραγματοποιηθεί ξανά στον ελλαδικό χώρο και στο εξωτερικό έχει πραγματοποιηθεί μικρός αριθμός παρόμοιων ερευνών με τη χρήση GPS, ενώ δεν εντοπίστηκε χρήση ρομποτικού θεοδόλιχου RTS για τη μέτρηση της κινηματικής σιδηροδρομικών γεφυρών. Η περαιτέρω έρευνα για την ολοκλήρωση των στόχων και την επαλήθευση των αποτελεσμάτων της παρούσας μελέτης μπορεί να περιλαμβάνει τη συστηματική και συνεχή παρακολούθηση της συγκεκριμένης γέφυρας ή και άλλων με την ίδια μεθοδολογία αλλά πχ. με περισσότερα όργανα, να μελετηθεί και η επίδραση του κεκορεσμένου εδάφους στην απόκριση της κατασκευής, να δοκιμαστούν και αλλά λογισμικά για την ακριβέστερη και συνεχή καταγραφή των ταλαντώσεων από το RTS, έτσι ώστε να καταγράφει υψίσυχνες ταλαντώσεις με μεγαλύτερη ακρίβεια, και να μελετηθούν εκτενέστερα οι μετρήσεις του GPS και να γίνει σύγκριση των δύο μεθόδων. / -