Investigation of face stability and surface settlement at earth pressure balance (EPB) tunneling method
Zemin basıncı dengeleme tünelcilik yönteminde (ZBD) ayna duraylılığı ve yer üstü oturmalarının incelenmesi
- Tez No: 321344
- Danışmanlar: PROF. DR. BAHTİYAR ÜNVER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Maden Mühendisliği ve Madencilik, Mining Engineering and Mining
- Anahtar Kelimeler: Sayısal modelleme, Tünelcilik, Maksimum yer üstü oturmaları, Ayna basıncı, Zemin basıncı dengeleme yöntemi, EPB, Tüneller arasındaki etkileşim, Jeoteknik faktörleri, Mühendislik faktörleri, Görgül yöntemler ve FLAC3D, Numerical modeling, Tunneling, Earth Pressure Balance (EPB), Maximum surface settlement, Face support pressure, Point of inflexion, Interaction between tunnels, Settlement estimation and FLAC3D
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 151
Özet
ZEMİN BASINCI DENGELEME TÜNELCILIK YÖNTEMINDE (ZBD) AYNA DURAYLILIĞI VE YER ÜSTÜ OTURMALARININ İNCELENMESİHamid ChakeriÖZMadencilik ve inşaat sektöründeki teknolojik gelişmelerle birlikte yeraltı yapılarının önemi gün geçtikçe hızlı bir şekilde artmaktadır. Ayrıca kentleşme ve nüfus artışı nedeniyle, kentsel alanlar önemli ölçüde artmıştır ve bu nedenle yerleşim merkezleri ve büyük şehirlerde metro tünelleri gereklidir. Bu tür yapılarda, tam cepheli tünel açma makineleri, istenilmeyen yer üstü ve yeraltı hareketlerini önleme kabiliyeti, daha sessiz, titreşimsiz ve hızlı çalışması nedeniyle günümüzde tercih edilen kazı makineleri haline gelmiştir. Şehir içinde yapılan tünellerin ortak özellikleri, çok sığ derinliklerde ve genellikle yumuşak zeminde, yani toprakta açılmış olmalarıdır. Bu tür kazılarda esas zorluk zeminin düşük taşıma gücü ve kolay deforme olmasından ileri gelir. Böylesi zeminlerde yer üstü oturmalarının kontrol edilmesi gerekmektedir. İlgili alanlarda, metro tünel kazılarının neden olacağı zararlardan binaların ve diğer yapıların korunması esastır.Yer üstü oturmalarının hesaplanması için üç önemli yöntem vardır: (i) Ampirik formüllere dayanan ampirik yöntemler ki çoğunlukla sınırlı eski tünel çalışmalarından ve saha ölçümlerinden elde edilmiştir (Peck 1969; Schmidt 1969; Attewell ve Çiftçi, 1974; Atkinson ve Potts, 1979 Martos 1958; O'Reilly ve Yeni 1982; Herzog 1985; Leach 1985; Vermeer ve Bonnier 1991; Arioglu 1992; Mair ve ark 1993; Hamza 1999; Macklin 1999) (ii) Maksimum Yer üstü oturmalarının hesaplanması için analitik yöntemler (Lo ve ark 1984; Verruijt ve Booker 1996; Loganathan ve Poulos 1998; Chi ve ark 2001; Chou ve Bobet 2002; Park 2004). Ampirik ve teorik bağıntılarla yapılan analizler genelde, yaklaşık sonuçlar verse de bazen çok sağlıksız ve gerçek değerden çok uzak sonuçlar verebilmektedir. (iii) En popüler yöntem olan Sonlu farklar ve sonlu elemanlar yöntemleri (Addenbrooke 1997 gibi sayısal analiz; Rowe ve Kack 1983; Lee ve ark 1992;. Melis ve ark 2002;. Mroueh ve Shahrour 2002; Tavaranum 2003 Suwansawat ve Einstein 2006; Erçelebi et diğerleri 2011;. Chakeri ve ark 2011).Ampirik ve analitik yöntemleri sınırlaması nedeniyle yer üstü oturmalarının incelenmesinde bazı sorunlarla karşılaşılabilir. bu tür sorunları sayısal yöntemler ile çözmek mümkün olabilir.Son yıllarda, pek çok araştırmacı sonlu farklar veya sonlu elemanlar yöntemleri gibi sayısal yöntemler kullanarak tünel kazı sürecini simüle etmek için çalışmışlardır. Bu araştırmacıların çoğu sayısal yöntemleri uygulayarak toprak hareketlerini başarılı bir şekilde tahmin etmişlerdir. Örneğin, Rowe ve Kack (1983) çok sayıda tünel verisini kullanılmıştır. Bu çalışmada Sonlu eleman analizleri ile elde edilen değerler yerinde ölçülen yer üstü oturmaların ile karşılaştırıldığında genelde iyi tahminler vermiş, ancak olumsuz karşılaştırmalar da bazı durumlarda bulunmuştur.Lee ark. (1992) bir sonlu eleman analizi kullanarak toprak hareketlerinin başarıyla tahminler verdiğini bildirmiştir.Chakeri ve ark. (2011) yer üstü oturmalarının hesaplanması için 3 boyutlu sonlu farklar yöntemi kullanmışlar ve sayısal analiz sonuçlarını saha ölçümleri değerleri ile uyumlu olduğunu belirlemişlerdir. Ayrıca Suwansawat (2006), Mroueh and Shahrour (2002), Melis et al. (2002), Ercelebi et al. (2010) sayısal yöntemleri kullanarak yüzey oturmalarıyla ilgili bazı hesaplamalar yapmışlardır.Yer üstü oturmalarını ve ayna duraylılığını etkileyen geometrik ve mühendislik faktörlerinin en önemlileri literatürde zemin özellikleri, tünel derinliği, tünel çapı, tünellerin birbirine etkisi ve ZBD ile kazılan tünellerde ayna basıncı olarak verilmektedir.Günümüze kadar yukarıda verilen parametreler ile ilgili yapılan çalışmalarda sadece bazılar göz önüne alınmıştır. Sayısal yazılımların gelişmesine paralel olarak yer üstü oturmalarını ve ayna basıncı etkileyen faktörlerin bu yöntemle detaylı incelenmesi, ayrıca elde edilen sonuçların yerinde ölçümlerle karşılaştırılması ile metro tünelciliğinde karşılaşılan pek çok sorunun çözülmesine yardımcı olunabilir.Bu çalışmanın amacı, yerleşim bölgelerinin içinde ZBD makineleriyle kazılan tünellerde yer üstü oturmalarının azaltılması amacıyla, ayna basıncı ve yer üstü oturmalarını etkileyen parametrelerin incelenmesi ve elde edilen sonuçlar kullanılarak yeni istatistiksel model eşitlikleri geliştirilmesidir. Bu kapsamda yapılan işler aşağıda sıralanmıştır:Ortadoğu'nun büyük metro projelerinden olan İstanbul (Esenler ve Tavukcudere) ve Tehran (7 nolu hat), Esfahan (1 nolu hat) ve Mashhad (2 nolu hat) metro tünel inşaatlarında modellemeler yapılmıştır. Istenen jeomekanik faktörler (kohezyon, içsel sürtünme açısı, yoğunluk, elastisite modülü ve poisson oranı) ve mühendislik faktörleri (tünel derinliği, ayna basıncı,) gibi parametreler 7 nolu hat boyunca değiştirilmiştir. Ayrıca, İstanbul metro hattının incelenme sebebi ise çift hat şeklinde kazılmış olmasıdır. Böylece, İstanbul metro hattı üzerinde iki tünelin birbirine etkisi ve mevcut tünelin diğer tünellere göre konumu incelenmiştir. Su parametresinin etkisi Esfahan metrosu üzerinde incelenmiştir. Mashhad metrosunda elde edilen sonuçlar karşılaştırılmalar için kullanılmıştır.Sonlu farklar sayısal yöntemi (FLAC3D) kullanılarak, literatürden toplanan bilgilere göre yenilme yüzeyini etkileyen faktörler detaylı olarak araştırılmıştır ve yer üstü oturmalarını etkileyen faktörler (jeomekanik faktörler (kohezyon, içsel sürtünme açısı, yoğunluk, elastisite modülü ve poisson oranı), mühendislik faktörleri (tünel derinliği, tünel boyutu, ayna basıncı, mevcut tünelin diğer tünellere göre konumu) incelenmiştir.Elde edilen tüm sonuçların (yerinde ölçümler, sayısal modelleme ve ampirik sonuçlar) birlikte değerlendirilerek yer üstü oturmalarının hesaplanması için yeni istatistiksel model eşitlikleri ortaya konulmuştır ve bu eşitlikten elde edilen sonuçlar literatürdeki mevcut eşitliklerden elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Böylece bu formüller mevcut ampirik denklemlerinin dezavantajlarını ortadan kaldıracaktır.Yapılan çalışmalardan elde edilen sonuçların önemlileri aşağıda listelenmiştir:Sayısal modellemeden elde edilen sonuçlar gerçek tünel kazısı sırasında yerinde yapılan ölçüm sonuçlarına oldukça yakın sonuçlar vermiştir. Bu ise yapılan modelleme çalışmalarının güvenilirliğini ortaya koymaktadır.Ayna basıncı üzerinde etkili olan parametreler aşağıdaki şekilde sıralanabilir (azalan):Tünel Derinliğiİçsel Sürtünme AçısıTünel ÇapıElastisite ModülüPoisson OranıKohezyon,Yer Üstü YüklemeleriYoğunlukMaksimum yer üstü oturmaları üzerinde etkili olan parametreler aşağıdaki şekilde sıralanabilir (azalan):Tünel ÇapıElastisite ModülüPoisson OranıTünel Derinliğiİçsel Sürtünme AçısıKohezyonYer Üstü YüklemeleriAyna BasıncıYoğunlukYer üstü oturmaları eğrisinin donüş noktası (i) üzerinde etkili olan parametreler aşağıdaki şekilde sıralanabilir (azalan):Tünel Derinliiğiİçsel Sürtünme AçısıTünel ÇapıPoisson OranıKohezyonYer Üstü YüklemeleriBu araştırma sonuclarına göre, şehir içinde iki tünelin paralel olarak kazılması ve bu iki tünelin arasındakı mesafe tünel çapının üç katından yüksek olmasının avantajlı olduğu belirlenmiştir. Ayrıca iki tünelin dik yönde kazılması makul değildir ve bu tür pozisyondan mümkün olduğunca kaçınılması gerekmektedir.Herzog yöntemi sadece iki tünelin etkisinin tahmini için iyidir. Bir tünel için bu yöntemden elde edilen maksimum yer üstü oturmalarının miktarı, sayısal modeler ve sahada olçülen verileri ile uyumlu değildir.Maksimum yerüsüt oturmaları ve yer üstü oturmalarının eğrisinin kıvrılma noktasının (i) miktarın belirlenmesi için aşağıdaki denklemler geliştirilmiştir:S_max=3198.744 (D/Z_0 )×((?((?Z_0+?_s-(c+ ? 0.3? ? _T ))/E))(1-?)(1-sin?))^0.8361i=0.6054 (0.87 Z_0+0.13D)-2.8562Bu formüllerden elde edilen sonuçlar gerçek tünel kazısı sırasında yerinde yapılan ölçüm sonuçlarına oldukça yakın sonuçlar vermiştir.Sayısal modelleme sonuçlarına göre, fay zonuları ve tünelin aynasında karşılaşdığımız malzemelerin (Kaya ve toprak karışımı) yer üstü tahminlerinde önemli etkileri vardır.
Özet (Çeviri)
INVESTIGATION OF FACE STABILITY AND SURFACE SETTLEMENT AT EARTH PRESSURE BALANCE (EPB) TUNNELING METHODHamid ChakeriABSTRACTWith technological developments in mining and construction sector, importance of underground structures is rising rapidly. Common characterization of urban area tunnels is that they are excavated in very shallow depths and soft ground. In such excavations, main challenge for tunneling is low bearing capacity and easy deformation characteristic of the ground. It is necessary to control surface settlements above these types of grounds. Soil properties, tunnel depth, interaction between tunnels and face pressure for tunnels excavated with Earth Pressure Balance machines (EPB) are the most important geometric and engineering factors affecting the surface settlements reported in the literature. Until now, only some parameters such as cohesion, internal friction angle, density, tunnel depth and diameter, have been taken into account in studies related to the parameters given above. Investigation of factors affecting surface settlement with the development of numerical software and by comparing the results obtained from this method with field measurements can be worked to solve many problems in such tunnels. In this study, three tunnels which are part of the large metro project constructions namely Istanbul, Tehran and Esfahan in the Middle East are chosen as case studies. Different geology along the route of these tunnels and excavation of these tunnels nearby the existing tunnels are the most important characteristic differences of these tunnel projects. Effects of different parameters such as cohesion, internal friction angle, density, Young?s modulus and Poisson?s ratio, tunnel depth, tunnel diameter, face support pressure, variable ground conditions at tunnel face, fault zone, and interaction with existing nearby tunnels are investigated. Numerical modeling is conducted to simulate actual field conditions and effects of all parameters on maximum surface settlement, face support pressure and points of inflexion of surface settlement curves are investigated in detail. Finite difference software called FLAC3D is used for numerical modeling. The results from numerical modeling are compared to the site measurements. New statistical models for the calculation of maximum surface settlement and inflexion point of surface settlement curves are introduced. Equations derived from numerical and statistical models are compared to the equations available in the literature. This work is expected to eliminate the disadvantages of existing empirical equations. Results of numerical modeling show that the 3D-FD numerical predictions of the surface settlement were found to comply with field measurements. Significant factor in face support pressure were found to be tunnel depth, angle of internal friction, tunnel diameter, cohesion, Young?s modulus, Poisson?s ratio, surface surcharge and unit weight in decreasing order. The effective parameters on maximum surface settlement are tunnel diameter, Young?s modulus, Poisson?s ratio, tunnel depth, angle of internal friction, cohesion, face support pressure, water table, surface surcharge, unit weight, interaction between tunnels and fault zone. Effective parameters on point of inflexion of surface settlement curve are tunnel depth, tunnel diameter, friction, Poisson ratio and cohesion. Finally, the maximum surface settlement and point of inflexion of surface settlement curve obtained from the new equations are in agreement with the actual results.
Benzer Tezler
- Deprem yükleri altındaki kargir ve betonarme istinat duvarlarının risk ve maliyet analizi
Başlık çevirisi yok
AHMET ŞAHİN
- Oyuk genişlemesi probleminin sonlu elemanlar yöntemi ile iki boyutlu sayısal analizi
Two dimensional numerical analysis of cavity expanison problem with finite element methods
EMİN ŞENGÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METE İNCECİK
DOÇ. DR. MEHMET BERİLGEN
- Küçükçekmece-Büyükçekmece gölleri arasındaki alanın yamaç stabilitesi
Başlık çevirisi yok
İBRAHİM HALİL ZARİF
- Dolgu zeminlere oturan kıyı yapısı temellerinin tasarımında yeni yöntemlerin incelenmesi
Investigation of new methods in the foundation design of coastal structures placed on embankments
RIZA EVREN KILCI
Doktora
Türkçe
2019
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKıyı Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VEYSEL ŞADAN ÖZGÜR KIRCA
- Tünel kazılarından kaynaklanan yüzey oturmalarının betonarme binalarda etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of tunnel induced settlements on the reinforced concrete buildings
ENES ÖZAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BEYZA TAŞKIN AKGÜL