Tünel kazılarında optimum çelik boru kemer boyutunun nümerik modelleme ile tayini
Determination of optimum umbrella arch size by numerical modelling in tunnel excavations
Yazar: SAMET CAN ÖZER
Danışman: DOÇ. DR. CEMALETTİN OKAY AKSOY
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden İşletme Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Son yüzyılda çok hızlı gelişen dünyamızda, tünelciliğin de ihtiyaçlara bağlı olarak çok hızlı geliştiği görülmüştür. Özellikle çok büyük şehirlerdeki, şehir içi ulaşımın büyük problem olmasıyla birlikte, metrolar ile yer altı raylı sistem toplu taşımacılığı zorunluluk haline gelmiş ve çok yaygınlaşmıştır. Ülkemizde de son dönemde büyük şehirlerimizin metro ihtiyaçları anlaşılmış ve çalışmalar hızlandırılmıştır.Tünel mühendisliği açısından, tünelciliğin kendine özgü problemleri dışında büyük sorunlarından biri de metro tüneli inşaatlarında şehirleşmenin getirdiği ?yukarıda yaşanan hayata müdahale etmeden yeraltındaki projeyi yürütebilme? problemidir. Bunun başında güzergah üzerindeki yapıların güvenliği gelir. Genellikle sığ tüneller olan metro tünellerinin güzergahı üzerindeki yapılaşmanın, oluşacak zemin oturmalarından etkilenecek olması ?zemin oturmalarına izin veren? tünelcilik felsefelerine imkan vermemektedir.Özellikle zemin koşullarının kötü (zayıf) olduğu formasyonlar da işler daha da zorlaşmakta, kazı yapmak imkansız hale gelebilmektedir. Zeminin kendini taşıyamadığı özellikle de ayna stabilitesinin sağlanamadığı durumlar için zemin iyileştirme çalışmaları geliştirilmiştir. Çelik Boru Kemer Uygulaması, zemin iyileştirme çalışması olarak tüneller için geliştirilmiş bir yöntemdir. Bu yöntemde tünel cidarı çevresine, tünel doğrultusunda ve belirli uzunlukta içi boş çelik borular yerleştirilir. Bu borulardan enjeksiyon yapılarak tünel çevresinde yapay, taşıyıcı bir katman oluşturulur. Bu yöntem sayesinde zemin oturmaları önemli miktarda önlenmiş olmaktadır.Ancak bütün mühendislik uygulamalarında olduğu gibi bu uygulamada da güvenliğin en az maliyetle sağlanması başlıca prensiplerdendir. Bu yöntemde kullanılan boruların çapları ve uzunluklarının değişebildiği için bu değişimin optimizasyonu oldukça mühimdir. Çünkü bu değişiklikler, harcanan çelik miktarından kullanılacak delgi ve yerleştirme cihazına kadar birçok maliyet kalemini doğrudan etkilemektedir. Örneğin genellikle kullanılan 4 inç çaplı borular için özel bir delgi ve yerleştirme cihazı gerekmekte iken daha küçük çaplı boruların ekskavatöre eklenen bir ekipman ile sağlanabilmektedir.Bu tezin amacı, Çelik Boru Kemer Yönteminde kullanılan boruların çaplarının nümerik modelleme yoluyla optimize edilerek ayna ve yüzey deformasyonlarını minimuma indirecek en uygun boru boyutunun seçilmesi sağlanacaktır. Bu sayede güvenliğin minimum maliyetle sağlanması mümkün olacaktır. Bu çalışma için Sonlu Elemanlar Yöntemi kullanan PLAXIS 3D Tunnel Version programı kullanılmıştır.

Abstract:
Tunnelling has developed fastly depending demands of fast growing world in the last century. Public transportation with underground railways have become a necessity especially for urban transportation within big cities began to become a big problem. Metro demands of our big cities have been understood and works has been accelerated in our country in recent years.One of the big problems of metro tunnel constructions except distinctive problems of tunnel engineering is, tunnelling under urbanized area. The safety of the buildings above the tunnel route are incredibly important. Generally metro tunnels are shallow tunnels so buildings over the tunnel can be easily affected by ground settlements. Therefore tunnelling philosophies which allow settlements are not available for this kind of tunnels.Generally, works get difficult especially in weak grounds and making excavation becomes impossible. Ground improvement methods are developed for conditions like ground can?t support itself or tunnel face can?t be stabilized. Umbrella Arch Method is a ground improvement method developed for tunnels. In this method, hollow steel pipes with a certain length are embedded through the tunnel direction around the tunnel face. An artificial shell is created around the tunnel by pumping injection from inside of these pipes. This method mostly prevents ground settlements.However safety with least cost is very important in this application as in all engineering applications. The optimization of the pipes? sizes is extremely important because it directly affects the quantity of steels used and choice of machine for drilling and embedding both.The objective of this research is, choosing the optimum steel pipe diameters by numerical modelling to prevent face and surface deformations. Thus, safety can be ensured with minimum cost. PLAXIS 3D Tunnel Version is used for Finite Element Model in this research.