Geri Dön

Tünel tasarımına etki eden faktörlerin incelenmesi

Investigation of the factors affecting the design of tunnel structures

PDF İndir

  1. Tez No: 622755
  2. Yazar: ONUR EFE HEPBOSTANCI
  3. Danışmanlar: PROF. DR. TURGUT ÖZTÜRK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Deprem Mühendisliği, İnşaat Mühendisliği, Earthquake Engineering, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2017
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Deprem Mühendisliği ve Afet Yönetimi Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği ve Afet Yönetimi Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 153

Özet

TÜNEL TASARIMINA ETKİ EDEN FAKTÖRLERİN İNCELENMESİ ÖZET Tünellerin tasarımı için zemin koşullarına, kullanım amacına ve imalat tekniklerine bağlı olarak ortaya çıkabilecek faktörler göz önünde bulundurularak farklı yaklaşımlar ve yöntemler geliştirilmiştir. Bunları kullanarak ülkemizde ve dünyada toplumsal refah seviyesini arttıracak yapılar inşa edilmiş ve devreye alınmıştır. Dünya nüfusunun hızla artışı göz önüne alındığında bu yapılara olan ihtiyacın günden güne artacağı kolayca tahmin edilecektir. Tünellerin tasarımının daha doğru olarak gerçekleştirilmesi için tasarımda göz önünde bulundurulması gereken faktörlerin gerçeğe yakın bir şekilde ele alınması, yapının inşa edileceği zemin hakkında yeterli araştırma yapılması büyük önem taşımaktadır. Tünellerin yapımında kullanılan betonarme elemanların geometrisi ve üretim yöntemleri tünel açma yöntemlerine göre değişiklikler göstermektedir. Ekonomik koşullar dikkate alınarak bu yöntemlere tasarımcı tarafından karar verilmektedir. Fakat yapım aşamaları içerisinde dikkate alınmayan sebepler ile hem yapım süresi gecikmekte hem de onarım masrafları ortaya çıkmaktadır. Yapıda onarım yapmak zorunda kalınmaktadır ve onarılmış bir yapı doğru yapılmış bir yapıdan daha maliyetli ve daha güvensiz olmaktadır. Hataların en aza indirilmesi amacıyla tasarım süreci yapımın tamamını kapsaması, tüm parametrelerin doğru değerlerle ele alması gerekmektedir. Bu amaçla bu yayında tasarım aşamaları, bu aşamaların yürütülmesi, ortaya çıkabilecek hatalar üzerinden değerlendirmeler sunulmaya çalışılmıştır. Tüneller metro yapıları olarak yaygınlaştıkça şehirlerde yapı tünel etkileşimli problemler de artmaktadır. Hesap aşamasında tünel üzerine yapılacak bir yapının tünelde meydana getireceği etkiler incelenecektir. Birinci bölümde tünellerin kullanım amaçları, ülkemizde yapılan tüneller incelenmiştir. Tünel açma yöntemlerine ve kullanım amacına göre değişen tünel kesitleri verilmiştir. Tünel tasarımı konusunda günümüze kadar yapılmış ulusal ve uluslararası başlıca çalışmalar incelenmiştir. İkinci bölümde farklı tünel açma yöntemlerine göre tasarım ve üretimin nasıl şekillendiği özetlenmiştir. Bu bölümde del patlat yöntemi, aç kapa yöntemi, mekanize tünel açma yöntemleri ve diğer yöntemlerden bahsedilmiştir. Tünellerin yapım amaçlarına göre hangi yöntemin daha uygun olacağına dair fikirlere yer verilmiştir. Farklı zemin koşullarında tünel açılması amacıyla üretilmiş tünel açma makinelerinden örneklere yer verilmiştir. Üçüncü bölümde ise tasarımın konusu olan destek yapısı hesabının hangi yöntemler ile yapıldığı, hesap aşamasında gerekli olan bilgiler ortaya konulmuştur. Tünel projesinin oluşturulması ve yapım aşamasında tasarımın gözden geçirilmesi amacıyla yapılması gereken proje adımlarından bahsedilmiştir. Günümüze kadar olan süreçte kullanılan sınıflandırma yöntemleri incelenmiş ve bu yöntemlere ait sınıflandırma tabloları verilmiştir. Sınıflandırma tablolarından elde edilen parametreler ile destek yapısının belirlenmesine ait çalışmalar verilmiştir. Bu bölümde sonlu elemanlar yöntemi açıklanmıştır. Sonlu elemanlar yöntemi ile yapılan örnek çalışmalar ve modeller incelenmiştir. Bu modellerde oluşan destekli ve desteksiz tünel açma aşamalarının xxiv hesap sonuçlarındaki yük dağılımları ortaya konulmuştur. Dördüncü bölümde Makine kazısı sırasında ortaya çıkmış kafes (truss) kuvvetinin sebebiyet verdiği destek yapısı hasarları incelenmiştir. Yapım aşamasında ortaya çıkan hasarlardan bahsedilmiştir. Hesaplarda tünel zemin modeli haricinde dikkate alınması gereken ve hasarların oluşmasına sebebiyet veren yapım aşamalarından bahsedilmiştir. Deprem durumuna bir örnek olan Wenchuan depreminin meydana getirdiği hasarlar incelenmiştir. Tünellerde ortaya çıkması muhtemel hasarlar ve bu hasarlar için uygulanabilecek onarım yöntemleri verilmiştir. Tünel kaplamasında meydana gelebilecek hasarlar destek yapısının beton hasarları, kullanımı etkileyen hasarlar, taban yüzeyinin hasarları gibi çeşitli kusurlar olarak oluşabilmektedir. Gözlemler sonucunda, destek yapılarında çeşitli çatlakların meydana geldiği tespit edilmiştir. Türk Standardında [TS500] bu çatlaklar 0.3mm'de sınırlandırılmıştır. Fakat belirtilen mertebenin tünel destek yapısında elde edilebilmesi için dış basıncın tüm tünel yapısına dağılımı ve denge durumunun sağlanması gerekmektedir. Bu durumun çeşitli nedenlerle sağlanamadığı, zeminin değişken yapısı ve yapım yöntemlerinin etkisi gözlemlenmiştir. Kaplamalarda üretim, taşıma, yerleştirme ve diğer yapım aşamalarında dahi çatlakların oluşabildiği gözlemlenmiştir. Günümüzde hasarların giderilmesi amacıyla kimyasal ürünler ile çözümler üretilmektedir. Bu ürünlerin uygulanması için yapılması gerekenler ve nerelerde uygulanabileceğine dair öneriler sunulmuştur. Yapım aşamasında olan bir tünelde yapılan enjeksiyon ve onarım uygulaması verilmiştir. Tünel yapısını destekleyebilecek ve tünel açılmasında zemin koşullarını iyileştirerek daha uygun koşullarda tünel açılmasına müsaade edecek olan öncül enjeksiyon yöntemi incelenmiştir. 5. bölümde Plaxis programından yararlanılarak zemin içerisine mevcut tünel olması durumunda yüzeyde yapılan yapının tünelin konumuna dayalı olarak ve farklı zemin koşullarında tünel içerisinde meydana getireceği taban deformasyonu değişimi irdelenmiştir. Trakya formasyonuna ait olan grovak parçalı kil ve az ayrışmış grovak zeminlerde, tünel örtü kalınlığının 5, 10 ve 15 metre olduğu yapımı tamamlanmış, Kartal –Kadıköy metro hattı projelerinde A1 kesiti ile verilen mekanize açılmış tünel üzerine yapılan 5, 10 ve 15 katlı bir yapının tünel kaplamasında oluşturacağı etkiler hesaplanmıştır. Hesaplarda ray üstü düşey yer değiştirmeleri ve tünel kaplaması kesit tesirleri elde edilerek elde edilen değerler irdelenmiştir. Tünel örtü kalınlığına bağlı olarak iki farklı zemin tipinde yapı yapılması durumunda ortaya çıkacak düşey yer değiştirmelere ait bağıntılar elde edilmiştir. Bu bağıntıların hesabı için ray üstü noktalarında elde edilen meydana gelecek düşey deformasyonun sonuçları yapım zamanı ile ilişkilendirilerek eğriselleştirilmiştir. Hesaplar 7 aşamada gerçekleştirilmiştir. 5. aşama, 6. aşama ve 7. aşamalar tünel-yapı etkileşimini ele almaktadır. Bu aşamalarda üçer adet nokta olmak üzere iki hesap için toplam 6 adet nokta tespit edilmiştir. Bu noktaların birbiriyle ilişkili olan her üçünden geçen eğrinin bağıntısı yazılarak grovak parçalı kil zemin ve az ayrışmış grovak zeminde 5 metre ile 15 metre arasında iki adet bağıntı önerilmiştir. Fakat düşey yer değiştirmelerin belirlenmesi için kesin hesap yapılması gerekmektedir. Sonuçlar kısmında, tünel tasarımının yapılması sırasında ek kazı yükleri, elemanların taşınması sırasında oluşan yükler gibi ön koşulların da iyi bir şekilde değerlendirilmesi gerekmektedir. Bu durumlara özgün, bölütlerin korunmasını amaçlayan donatım sistemlerinin ve ek detayların düşünülmesi gerekmekte olduğu belirtilmiştir. Yapım aşamalarının detaylı bir şekilde ele alınarak her aşamada kullanılacak olan makine, donanım ve diğer etkenlerin tünel kaplamasına olan etkisi değerlendirilmelidir. Tasarım aşamasının tünel yapımı boyunca devam etmesi gerektiği ortaya konulmuştur. xxv Ortaya çıkabilecek hasarların önlenmesi özellikle zeminin farklı yüklerinin tünel kaplaması üzerinde ortaya çıkaracağı farklı yük ve yer değiştirmelerin tünele etkisinin azaltılması ile mümkün olmaktadır. Bu amaçla tünel kaplaması arkasına yapılacak enjeksiyon harcının sıkışabilir tipte olmasının faydalı olduğu belirlenmiştir. Ayrıca tünel destek yapısı ile zemin arasına enjeksiyon uygulanarak zeminin kendi içinde kenetlenmesi ve farklı yük dağılımlarının engellenmesi sağlanarak tünel iç yüzeyinde meydana gelecek hasarlar önemli ölçüde azaltabilir. Tünel kaplaması arkasından gelen suyun engellenmesi için sırasıyla enjeksiyon harcı ve daha sonra kimyasal birleşimler kullanılması önerilmiştir. Tünel-yapı etkileşimi incelendiğinde grovak parçalı kil zeminlerde, az ayrışmış grovak zemine oranla daha yüksek kesit tesirleri ve ray üstü yer değiştirmeleri meydana geldiği görülmüştür. Tünel örtüsünün 10 metreden daha az olması durumunda ray üstü yer değiştirmeleri 1 cm değerini geçmektedir. Tünel örtüsü arttıkça düşey yer değiştirmelerin azalması eğrilerden elde edilen eğimler incelendiğinde 5 metre örtü kalınlığına sahip iken grovak parçalı kil zeminde kat sayısıyla orantılı olarak negatif yönde arttığı elde edilmiştir. Aynı zeminde 10 metre ve 15 metre örtü kalınlıklarında düşey deformasyonun eğiminin kat sayısına bağlı olarak negatif yönde azaldığı tespit edilmiştir. Az ayrışmış grovak zeminde 5 metre örtü kalınlığında düşey yer değiştirmelerin yapının yapım sürecinde eğiminin arttığı gözlenirken 10 metre ve 15 metre örtü kalınlıklarında artış azalışların çok daha düşük değerlerde meydana geldiği gözlenmiştir.

Özet (Çeviri)

INVESTIGATION OF THE FACTORS AFFECTING DESIGN OF TUNNEL STRUCTURES SUMMARY In many places of the world tunnels are playing an essential role. Tunnels can connect two points directly under the ground. This feature makes tunnels unique. If we generalize the main uses of tunnel structure, tunnels can be designed for Electricalmechanical works, transportation, irrigation, drainage, service or military purposes etc. Design methods of tunnel structures vary. New approaches are including more information about the geological details and the effective forces. Many structures have been designed by using these methods. This study will investigate the different methods and the details of the design impact and how it is getting addressed in the design. Tunnel lining damages, the possible causes and damage mechanisms are investigated. The precautions and advices are explained. Tunnel structure resists to earth and water pressure, also the excavation machine pressure and vibrations. During the transportation to destination tunnel parts can be damaged. These damages or cracks can be visible or invisible but under loading conditions it has been observed that damages are getting more visible. To prevent damage mechanisms precautions must be unique for tunnel design. Loading on the segment plate's start at early stages and the compaction injection plays key role to minimize any damage. The geometry and production methods of the reinforced concrete elements used in the construction of tunnels vary according to the tunneling methods. The designer considering the economic conditions decides these methods. However, due to reasons not considered during the construction phases, the construction period is delayed and repair costs arise. It is forced to make repairs in the structure and a repaired structure is more costly and unsafe than a properly constructed structure. To minimize errors, design process should cover all parameters with correct values. For this purpose, in this publication, the design phases, the execution of these phases, the evaluations based on the errors that can occur are tried to be presented. As tunnels become more prevalent as subway structures, problems related to building tunnel interactions are also increasing in cities. In the last part, the effects that will be on the tunnel will be examined. In the first part, the purpose of the tunnels and the tunnel made in our country are examined. Tunneling methods and tunnel sections varying according to the purpose of use are given. The main national and international studies on tunnel design have been studied up to date. The second section summarizes how the design and production are shaped according to different tunneling methods. In this section, drill and blast method, open cover method, mechanical opening method and other methods are mentioned. Some ideas about which method would be more suitable for the purposes of production of the tunnels are given. Examples of the tunneling machines that produced for tunneling under different ground conditions are given. In the third part, the support xxviii structure account which is the subject of the design is provided with the necessary information in the account phase. The project steps that must be done to create the tunnel project and visualize the design during construction phases are mentioned. Classification methods used in the process up to the sun are examined and classification tables of these methods are given. The parameters obtained from the classification tables and studies on the determination of support structure are given. This section describes the finite element method. Model studies and model studies with finite element method have been investigated. The load distributions of the results of calculations of supported and unsupported tunnel opening stages in these models are presented. In the fourth chapter, damage of supporting structure caused by truss caused by machine excavation is investigated. Damage that occurred during the construction phase is mentioned. The calculations mention the construction steps that should be considered except for the tunnel floor model and which cause damage to occur. Damage caused by Wenchang earthquake, an example of an earthquake, has been investigated. Possible damages to be found in the tunnels and repair methods which can be applied for these damages are given. Damage that may occur in tunnel walls may be caused by various defects such as concrete damage, damage affecting the use, damage to the floor surface. Because of observations, it has been found that various cracks occur in support structures. In the Turkish Reinforced Concrete Code [TS500] these cracks are limited to 0.3mm. However, to be able to obtain the specified order at the tunnel support structure, it is necessary to distribute the external pressure to the entire tunnel structure and to provide the equilibrium state. The effect of the variable structure of the ground and the construction methods, which this condition cannot be achieved for various reasons, has been observed. It has been observed that cracks can occur in the linings even during production, transportation, installation and other construction stages. Nowadays chemical products and solutions are being produced to eliminate the damages. Suggestions on how to apply these products and where to apply them are presented. Injection and repairs were made in a tunnel in construction phase. The ground an injection body is built up in front of the tunnel face using injection drills through the cutter head and the shield method which can support the tunnel construction. This method will allow the tunnels to be opened in more favorable conditions by improving the ground conditions. In the fifth section, using the Plaxis program, in case of existing tunnel inside the soil, the change of the base deformation due to the construction of the tunnel based on the position of the tunnel and in the tunnel under different soil conditions is examined. Tunnel cover thickness of 5, 10 and 15 meters was completed in the greywacke clay and lowly dispersed greywacke soils belonging to the Trakya formation. Tunnels of 5, 10 and 15 stories made on the tunnel opened by the A1 section of Kartal-Kadıköy metro project. The effects that will occur in the lining are calculated. In the calculations, the values obtained by obtaining the vertical deformation on the rail and the sectioning effects of the tunnel lining were examined. According to the tunnel cover thickness, the correlations of the vertical deformations that would occur in case of construction in two different soil types were obtained. The results of the vertical deformation on the rafts obtained at the rail points for these relational accounts are curved in relation to the construction time. The calculations were carried out in 7 stages. Phase 5, Phase 6 and Phase 7 address the tunnel-structure interaction. At these stages, a total of 6 points were determined for the two accounts, including three points. The relationship of these three points to each other is suggested, and two correlations between 5 meters and 15 meters are proposed in the greywacke clay soil and the slightly separated greywacke soil. However, a precise calculation is required to xxix determine vertical deformations. In the conclusion, preliminary conditions such as additional excavation loads during loading of the elements, loads during the movement of the elements should be evaluated well in the tunnel design. In these cases, it is stated that the original equipment, the equipment systems aiming to protect the seats and additional details should be considered. The effects of the machinery, equipment and other factors to be used at each stage on the tunnel lining should be evaluated, considering the construction steps in detail. It has been demonstrated that the design phase should continue throughout the tunnel construction. Prevention of damage that may occur is possible by reducing the tunneling effect of different loads and deformations, which will occur especially on the tunnel lining of different loads of the soil. For this purpose, it has been determined that it is beneficial for the injection mortar to be made of a compressible type behind the tunnel lining. In addition, by injecting between the tunnel support structure and the soil, the soil can be clamped and different load distributions can be prevented, which can significantly reduce damages on the inner surface of the tunnel. It has been proposed to use injection mortar and then chemical compounding to prevent excessive water behind the tunnel lining, respectively. When the tunnel-structure interaction is examined, it is seen that in clay soils with greywacke fragments, higher cross-sectional effects and over-rail deformations occur compared to less-diffused greywacke floors. If the tunnel cover is less than 10 meters, the on-rail deformations exceed 1 cm. As the tunnel cover increases, the vertical deformation decreases. When the slopes obtained from the curves are examined, it has a cover thickness of 5 meters, whereas the clay layer with greywacke clay has increased in the negative direction in proportion to the number of floors. It has been found that the vertical slope of 10 m and 15 m of cover thickness decreases in the negative direction due to the number of coats of the same slope. It was observed that the vertical slope of the 5-meter cover thickness of the greywacke soil was slightly increased, while the increase in the 10-meter and 15-meter cover thicknesses occurred at much lower values.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    124006

    Yapay sinir ağları kavramının farmasötik teknolojiye uygulanması

    Application of artifical neural networks in pharmaceutical technology

    ETEM TUNCEL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2003

    Eczacılık ve FarmakolojiGazi Üniversitesi

    Farmasötik Teknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. İLBEYİ AĞABEYOĞLU

  2. Tez No

    556203

    Mimar Sinan Camilerinden Şemsi Ahmet Paşa Camii (Üsküdar) ile T.C. Diyanet İşleri Başkanlığı Tip 3 Camii'nin akustik açıdan karşılaştırılması

    The acoustical comparison of Şemsi Ahmet Paşa Mosque from the Architect Sinan Mosques and T.C. Presidency of Religious Affairs Type 3 Mosque

    ALİ KAYGISIZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Mimarlıkİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SEVTAP YILMAZ

  3. Tez No

    610391

    Thermal and mechanical performance of cementitious PCM composites

    Çimentolu FDM kompozitlerinin ısıl ve mekanik performansları

    ERMAN YİĞİT TUNCEL

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BEKİR YILMAZ PEKMEZCİ

  4. Tez No

    563222

    Çekici römorke etki eden aerodinamik kuvvetler üzerine doğadan esinlenerek geliştirilen pasif akış kontrol parçalarının etkilerinin incelenmesi

    The investigation of the effects of passive flow control devices improved by bio-inspi̇red on aerodynamic drag force for truck trailer

    TUĞÇE MERVE KESAT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Makine MühendisliğiKaradeniz Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. MUSTAFA SARIOĞLU

  5. Tez No

    128255

    Tünel kalıp perde duvarlarının deprem davranışının deneysel olarak araştırılması

    Experimental study of the seismic behavior of tunnel form walls

    ŞEVKET MURAT ŞENEL

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2002

    İnşaat MühendisliğiPamukkale Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HASAN KAPLAN

Geri Dön