Soil conditioning effect on EPB-TBM performance for Dudullu-Bostancı Metro Line project
Dudullu-Bostancı Metro Hattında zemin şartlandırmanın EPB-TBM performansının üzerindeki etkisinin araştırılması
- Tez No: 568940
- Danışmanlar: PROF. DR. DENİZ TUMAÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Maden Mühendisliği ve Madencilik, Mining Engineering and Mining
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Maden Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 123
Özet
Tünelcilik, günümüz dünyasında gün geçtikçe insan hayatının vazgeçilmez bir parçası haline gelmektedir. Yer altı yapılarının kullanımının önemi, geçmişten günümüze artarak devam etmektedir. Çağdaş dünya düzeninde; ulaşım, enerji ve endüstriyel hammadde gibi temel ihtiyaçların karşılanabilmesi için yer altı yapıları zorunlu hale gelmiştir. EPB ve Slurry TBM'lerin geçtiğimiz çeyrek asırdaki gelişimi ile mekanize kazı tünelciliği, insan yoğunluğunun yüksek olduğu kentlerde yaygın hale gelmiştir. Mekanize kazı yöntemleri klasik yöntemlere nazaran pek çok yönden daha avantajlı olmasına rağmen, bu yöntemle yapılan çalışmalarda çeşitli problemler yaşanmaktadır. Yaşanan temel sorunlar, çalışmalar sırasında karşılaşılan yumuşak ve sulu zeminlerden kaynaklanmakta ve bu sorunlar araştırmacıların ilgisini çekmektedir. Mekanize kazıda yapılan her kazının hızlı, düşük maliyetli ve çevreye karşı minimum zararlı etkiye sahip olması gerekmektedir. Yapılan kazı çalışmalarında belirgin bir şekilde görülmektedir ki, ileri teknoloji kullanımına rağmen karmaşık zemin yapıları, kazı ilerleme hızını olumsuz yönde etkilenmektedir. Yapılan araştırmalar ve edinilen tecrübeler bu konuda karşılaşılan problemlerin çözümü noktasında bir araya gelmelidir. Bu sorunun çözümü noktasında zemin şartlandırma metodu, ayna basıncını istenen düzeyde sağlayarak hem EPB TBM performansının artmasında hem de çevre zararlarının minimize edilmesinde önemli bir konuma yükselmektedir. Zemin şartlandırma konusunda ülkemizde ve dünyada günümüze kadar az sayıda çalışma yapılmıştır. Özellikle İstanbul'da açılacak olan yeni ulaşım tünellerinin geçecekleri güzargahların zor zemin şartlarında olacak olması, bu konuda araştırma yapmayı cazip hale getirmektedir. Tez çalışmasının temel amacı; EPB TBM'lerin performanslarının tahmini için ampirik (görgül) modeller geliştirmek ve zeminin köpük ile şartlandırılarak EPB TBM'lerin kazı performansını optimize etmektir. Ayrıca, daha önce az denenmiş olan arazide ve laboratuvarda uygulanabilen basit deneysel yöntemler kullanılarak köpük optimizasyonunu ve performans tahmin yöntemleri ortaya koymaktır. Bu çalışmalar sonucunda, EPB TBM'lerin performanslarını tahmin etmek, optimize etmek, performans artışı sağlamak, TBM duraklamalarını ve arazi deformasyonlarını azaltmak, dolayısı ile maliyetleri düşürmek mümkündür. Geçilen farklı jeolojik formasyonlarda TBM performans analizi yapılmış zemin özelliklerinin kazı performansına etkileri araştırılmıştır. EPB TBM performans tahmin modelleri geliştirmek amacıyla zemin özellikleri kazı performans parametreleriyle (EPB TBM penetrasyonu, itme kuvveti, kesici kafa torku ve spesifik enerji) basit ve çoklu regresyon analizleri yapılarak ilişkilendirilmiş ve istatiksel olarak anlamlı ve güvenilir ampirik kazı performans modelleri geliştirilmiştir. Yapılan deneyler ile kazı çalışmalarında kullanılan köpüğün özelliklerini belirlemek amacıyla yoğunluk ve yarı ömür testleri uygulanmış ve bu çalışmalar sırasında anti-kil kimyasal maddesi kullanılmıştır. Deneylerde kullanılan köpük ve antikil kimyasallarının özelliklerini belirlemek amacıyla köpük yoğunluğu ve yarı-ömür deneyleri yapılmıştır. Zemin numunelerinin karakteristiklerini belirlemek amacıyla tane boyut dağılımı ve atterberg limit deneyleri yapılmıştır. Zemin numuneleri ile laboratuvar tipi köpük jeneratöründe çeşitli karakteristik özelliklerde üretilen köpük karıştırılarak etkileşimlerini belirlemeye yönelik slump, yayılma tablası, konik penetrometre cihazları ile zemin şartlandırma deneyleri yapılmıştır. Laboratuvar çalışmaları sırasında Mini-Slump ve yayılama tablası deneyleride uygulanmıştır. Köpük yoğunluğunun artan FER ile azaldığı tespit edilmiştir. Genel olarak polimer içeren köpüklerin polimer içermeyen köpüklere oranla yoğunluklarının daha düşük olduğu görülmüştür. Farklı CF ve FER değerlerinde köpükler üretilmiş ve drenaj miktarı ve yarı ömür süreleri ölçülmüştür. Köpük drenaj miktarı ve yarı ömür süresini belirleyen en önemli faktörlerin CF ve FER değerleri olduğu görülmüştür. Köpük yarı ömür süresinin artan CF değeri ile düştüğü ve artan FER değeri ile de arttığı bulunmuştur. En yüksek yarı ömür süresi %3 CF ve 16 FER değerlerinde 761 saniye olarak ve en düşük yarı ömür suresi ise % 4 CF ve 8,5 FER değerinde 464 saniye olarak ölçülmüştür. Polimerli köpüklerin düşük FER oranlarında yarı ömürlerinin polimersiz köpüklere oranla daha uzun olduğu yani polimerli köpüklerin daha kararlı olduğu görülmüştür. Yüksek FER oranlarında ise köpük cinsinin yarı ömüre herhangi bir etkisinin olmadığı görülmüştür. Proje amaçlarına ulaşmak üzere, İstanbul'da bulunan Dudullu-Bostancı tünel sahası ziyaret edilerek sahanın jeolojisi, uygulanan kazı yöntemi ve EPB TBM özellikleri hakkında bilgiler edinilmiş; kazılacak formasyonlardan numuneler alınmış; TBM performans verileri toplanmış ve gözlemler yapılmıştır. Bu numunelerin fiziksel özelliklerini belirlemek amacıyla parça-boyut dağılımı, doğal su içeriği, kıvam limiti ve spesifik ağırlık deneyleri gerçekleştirilmiştir. Zemin numuneleri ve laboratuvarda jeneratör vasıtasıyla üretilen köpük karıştırılarak birbirlerine olan etkileri Mini-slump ve yayılma tablası deneyleri vasıtasıyla incelenmiştir. Bu deneyleri gerçekleştirmek için Dudullu-Bostancı metro hattından yedi farklı numune alınmıştır. Laboratuvarda CF=2%, FER=10% ve FIR=10%-100% parametreleri doğrultusunda üretilen köpük ile yapılan uygulamalarda, kazı çalışmalarında yaşanan yapışma probleminin azaldığı ve TBM performansının arttığı gözlemlenmiştir. Mini-slum deney aleti, standart slump deney aletinin ½ oranında küçültülmüşü olup, bir deney için gereken zemin numunesi ihtiyacını yaklaşık %90 azaltarak homojen ve iri parça içermeyen zeminlerde yayılma tablası ile çok güçlü bir ilişki vermiştir.Bu çalışmaların sonucunda elde edilen bulgular ile çeşitli köpük tasarımlarının ve zemin özelliklerinin EPB TBM'lerin performanslarına olan etkileri incelenerek önemli parametreler belirlenmiştir. Kıvam indeksi ile tork arasında iyi bir ilişki gözlenlenmiştir. Konik penetrometresi, itme kuvvetini tahmininde etme de başarılı bir performans göstermiştir. Plalastik limit, anlık kazı oranının tahmini için kullanılmıştır. Specific enerji, plastiklik indeksi ile ilişkilendirilmiştir. Ayrıca, sonuçlar göz önüne alındığında, iri taneli numuneler yüksek kıvam indeksine sahipken, ince taneli numunelerin düşük çökme ve akış hızına sahip olduğu belirlenmiştir. Bu çalışmalar neticesinde, TBM performans verileri ve zemin özellikleri arasındaki ilişkilerin belirlenmesi amacı ile regresyon analizileri yapılmıştır. Regresyon analizleri sonucunda önerilen modeller, mühendisler ve araştırmacılar tarafından projelerin planlama ve fizibilite aşamalarında modellerin sınır koşulları göze alınarak kullanılabilecektir.
Özet (Çeviri)
Tunneling and the use of underground spaces are an indispensable part of human life. For thousands of years, the underground has been used for a variety of reasons. Todays developing world order and sense of contemporary civilization make it necessary to use of underground space for several main reasons such as transportation, meeting the energy requirement, drinking, and industrial water needs. In the last two decades, with the development of EPB and slurry tunnel boring machine (TBM) technologies and innovations, mechanized tunneling activities are possible beneath intensive urban areas. Although mechanical excavation methods are superior to other excavation methods, problems can be faced especially while excavating the tunnels in urban areas. Soft ground, water table, and shallow depths are some of the main problems that can be encountered in urban tunneling; therefore, studying these problems and their solutions seem interesting to many researchers. The Tunnel Boring Machines are widely used in urban areas even with high risks and that is because of the advanced technology. Excavations under the risky conditions in urban areas have to be done with higher efficiency and safety. The excavation should be conducted quickly, at a low cost and with the minimum damage to the environment. Although the technology has improved, it is highly possible to encounter mixed ground structure during excavations which can lower the rate of advancement. In order to solve the mentioned problems, new researches and experiences gained from previous projects should be combined. Soil conditioning has good potential for increasing the tunneling performance and Earth Pressure Tunneling Machines (EPB TBMs) and reducing the damage to the environment. A good soil conditioning can reduce the surface settlement and create a good counter face pressure. There is little research and study about this area and this makes this area a field with high potential for study and research in our country and the world. The main objective of this thesis is to determine the effect of soil conditioning on the performance of the EPB TBMs. Foam density and half-life were measured to specify the characteristics of foam and anticlay chemicals used in the experiments. Atterberg limit and the particle size distribution tests were conducted to determine the characteristics of the soils that were taken from the tunneling route. The flow table and Mini-slump tests were carried out to determine the effect of conditioning on the workability of the samples. Experiments were conducted like ground + foam mixture. Foams were produced with different FER and the amount of drainage and half-life were measured. Concentration factor (CF) and Foam Expansion Ratio (FER) are the most important factors that affect the amount of foam drainage. The Dudullu-Bostanci metro line was visited in order to obtain information on geology, construction method and etc. While visiting the field, soil samples and excavation performance data of EPB TBMs were collected. In the laboratory, physical properties of the soil samples such as water content, particle size distribution, consistency limits and specific gravity were determined. Soil samples and foam generated with a laboratory type generator were mixed and their interaction was determined using Mini-slump and flow table. In the Dudullu-Bostanci project, the seven samples were used for conducting the laboratory tests. The foams were produced with fixed CF=%2 and FER=%10 and a varied FIR=%10-%100. With considering these situation workability will be increased and performance of the tunnel boring machine may increase. TBM performance analysis was performed on the Dudullu-Bostanci metro line and the effect of soil properties on EPB-TBM excavation performance was studied. To correlate the TBM data and the soil properties, the simple regression analysis was performed. The results of this study can be used by engineers and engineering companies in the feasibility and planning stages.
Benzer Tezler
- Zemin şartlandırmanın EPB TBM performansına etkilerinin araştırılması
Investigation of effects of soil conditioning on EPB TBM performance
EMRE AVUNDUK
Doktora
Türkçe
2018
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANİFİ ÇOPUR
- Soil conditioning studies for a waste water tunnel excavated by an EPB TBM
EPB TBM ile kazılan bir atıksu tüneli için zemin şartlandırma çalışmaları
SAHAND TOLOUEI
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANİFİ ÇOPUR
- EPB TBM'lerde kullanılan köpüklerin özelliklerinin killi bir zeminin şartlandırılmasına etkileri
Effects of properties of foams used with EPB TBMs on conditioning of a clayey soil
ORHAN FARUK ÇINAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. HANİFİ ÇOPUR
- Zemin şartlandırmanın pasa basınçlı (EPB) TBM'in performansına etkisi
The effects of soil conditioning on earth pressure balanced (EPB) TBM performance
FEVZİ AKSU
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HANİFİ ÇOPUR
- Çeşitli organik atıklardan elde edilen biyokömür ve hidrokömürlerin mısır bitkisi yetiştirilen sera koşullarında toprak bakteriyel çeşitliliği üzerindeki etkilerinin belirlenmesi
Evaluation of the effects of different biochars and hydrochars, obtained from various organic wastes on soil bacterial diversi̇ty under maize growth in greenhouse conditions
BAHAR SEVİLİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
ZiraatAnkara ÜniversitesiToprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ CAN TURGAY