Tünel kazısı sırasında meydana gelen yüzey hasarlarının incelenmesi ve zemin iyileştirme yöntemi ile engellenmesine yönelik bir vaka analizi
A case study of excessive deformations in a tunnel excavation and the design of a soil improvement model to prevent these deformations
Yazar: BARTU ÇELENK
Danışman: PROF. DR. SAMİ OĞUZHAN AKBAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Yumuşak zemin koşullarında tünel açarken, kazı sırasında göçük ve yüzeyde oturma hasarları meydana gelebilmektedir. Bu gibi durumda söz konusu olumsuzlukların meydana gelmesini engellemek için tünel çevresindeki zemini/kayacı güçlendirmek veya tahkimat sistemini değiştirmek gibi yöntemler uygulanabilmektedir. Fakat bu yöntemler ile incelenen vakadaki gibi göçük sonucu büyük zayıf zemin kütlesinde oluşan hareketlerin engellenmesi oldukça zordur. Bu nedenle zayıf zemin birimin farklı yöntemler ile güçlendirilmesi gerekecektir. Bu gibi durumlarda derin zemin iyileştirme yöntemlerinin uygulama basıncı, homojen bir birim oluşması ve gerekli derinliğe kadar uygun standartta imalat yapabilmesi gibi değişkenler çerçevesinde değerlendirilmesi gerekmektedir. Yakın zamanda Karaman T-2 (Çakmak) Tüneli'nde tünel kazısında göçme ve yüzeyde 1,20 m'yi aşan oturmalar meydana gelmiştir. Mevcut çalışma kapsamında bu tünele ait kazı sistemi ve kazı aşamaları, arazi ve laboratuvar deneylerinden elde edilen parametreler yardımıyla iki ve üç boyutlu olarak sonlu elemanlar yöntemi ile modellenmiş olup, öncelikle sahada gözlemlenen deformasyonların hesaplanan performans ile uyumluluğu tespit edilmiştir. Tünel kazı yüzeyinin göçmesi ve yüzeysel oturma hasarlarının giderilmesi amacıyla farklı kazı destek ve zemin iyileştirme alternatifleri belirlenmiştir. Bu kapsamda alternatif yöntemlerin içerisinde derin karıştırma kolonları ile zemin iyileştirme yönteminin sınırlayıcı koşullar içerisinde en uygun metot olabileceği ortaya çıkmıştır. Tasarlanan bu zemin iyileştirme sonucunda daha rijit bir birim oluşacağından tünel kazı sınıfında yeniden değerlendirme yapılarak çözüm daha ekonomik hale getirilmiştir. Vaka çalışması kapsamında 60,00m uzunluğunda, dünyada benzerinin çok az olduğu derin zemin karıştırma kolonlarının inşaatı, uygunluğu ve kullanılabilirliği incelenmiştir.

Abstract:
Tunneling in soft soils can be problematic due to collapse and surface settlement during excavation. To prevent these problems, methods such as strengthening the soil/rock around the tunnel or modifying the support system can be applied. However, in the case of a collapse, it is very difficult to prevent the movement of a large weak soil mass. Therefore, the weak soil unit will need to be strengthened by different methods. In these cases, it is important to evaluate deep soil improvement methods according to their capabilities in practice such as the application pressure, formation of a homogeneous unit and the ability to construct to the required depth to the appropriate standard. Recently, a collapse of the tunnel excavation and settlements of more than 1.20 m on the surface occurred in the Karaman T-2 (Çakmak) tunnel. In this study, the tunnel excavation system and stages are modeled using 2-D and 3-D finite element method with parameters obtained from field and laboratory tests. The numerical results obtained were found to match the deformations observed in the study area. Different tunnel support systems and soil improvement alternatives were evaluated in order to prevent the collapse of the tunnel excavation surface and to overcome surface settlement problems. It was decided that the soil improvement method using deep soil mixing columns could be the most suitable method. The tunnel excavation class was re-evaluated to keep the economic efficiency at the optimum level, as a more stable unit will be formed as a result of the designed soil improvement. The case study investigated the construction, suitability, and efficiency of 60.00 m long, deep soil mixing columns, which are rare in the world.