Baltalimanı-Sarıyer arası sahil kuşaklama kollektörleri kazılarında kullanılan mikrotünel makinelerinin performans ve itme kuvvetleri analizi
The analysis of jacking forces and the performance of microtunnelling machines that were used in the construction of Baltalimanı-Sarıyer coast banding collectors and connections
Yazar: ERTAN BOSTANCI
Danışman: DOÇ. DR. HANİFİ ÇOPUR
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
İstanbul Su ve Kanalizasyon İdaresi Genel Müdürlüğü tarafından, Rumeli Hisarı ile Sarıyer Merkez Mahallesi arasındaki kıyı şeridinden doğrudan İstanbul Boğazı'na deşarj edilen ve kirliliğe neden olan atık suların önlenmesi amacıyla kuşaklama kollektörleri projesi yapılmıştır. Bu proje kapsamında, Rumelihisarı-Kefeliköy arası ana hattı 600 mm iç çapa sahip olan boru döşeme işi büyük oranda 2 adet mikrotünel makinesi ile gerçekleştirilmiştir. Bu mikrotünel makineleri, proje yüklenicisi Çelikler İnşaat A.Ş. tarafından Alman Herrenknecht firmasından tüm ekipmanı ile birlikte alınmıştır.Bu çalışma kapsamında;-Mikrotünelciliğin genel uygulama esasları, unsurları ve tarihsel gelişimi anlatılarak, projenin gerçekleştirildiği güzergahın jeolojik yapısı ve projede kullanılan AVN600 tipi çamur basınçlı makine ile tüm ekipmanın teknik özellikleri verilmiştir.-Rumelihisarı, Baltalimanı, Emirgan, İstinye, Yeniköy, Kalender, Tarabya ve Kireçburnu olmak üzere 8 bölge ismi altında gerçekleşen kazıların mikrotünel makinesiyle yapılan miktarları çıkartılarak, tüm proje için kazı performansı ortaya konmuştur. Buna göre; mikrotünel makineleri ile 6776 m'lik hattın 6196 m'lik kısmı (%91,4) sürülmüştür, geriye kalan 580 m'lik(%8,6) kısım ise mikrotünel makinelerinin kaya kazısında başarısız olmasından dolayı ekskavatörle gerçekleştirilmiştir.-Kazı makinelerinin performans incelemesine yönelik olarak, projeyle ilgili dökümanlar incelenerek kazının gerçekleştiği zemin türleri ortaya çıkartılmıştır. Hakedişler, günlük raporlar, makine kayıtları ve makinenin izlenmesi sayesinde makine ilerlemeleri tespit edilmiştir.Tutulan günlük raporlara ve makine kayıtlarına göre 8,71 m/gün, hakediş raporlarına göre; toplamda 7,99 m/gün ve makine başına 5,16 m/gün ilerleme hızları, saha gözlemlerine göre ise anrojman kayada 0,32 m/saat ve dolguda 0,83 m/saat net kazı hızları hesaplanmıştır. Yine sahada yapılan gözlemler ile, makine kullanım oranının anrojman kayada yapılan sürüşde %28, dolguda yapılan sürüşlerde %53 (3 sürüşün ortalaması) olduğu belirlenmiştir. Yumuşak ortamda gerçekleşen 10 sürüşe ait makine kayıtlarından; boru itme süreleri otalaması 20,1 dakika, net kazı hızları ortalaması 7,11 m/saat olarak hesaplanmıştır.-Makinenin kazmakta başarısız olduğu bazı kesimlerden numuneler alınarak, Nokta Yük Dayanım İndeksi, Dolaylı Çekme Dayanımı ve Cerchar Aşındırıcılık İndeksi deneyleri yapılmıştır. BLT-A11 nolu kuyu yakınından alınan kaya numunelerin ortalama basınç dayanımının 124 MPa ve çok az aşındırıcı özellikte olduğu, makinenin ilerleme yapamadığı YKD02-YKD03 kuyuları arasından alınan kaya numunesinin ortalama basınç dayanımının 165 MPa ve çok az aşındırıcı özellikte olduğu, KLB07-KLB08 kuyuları arasından alınan kaya numunelerin ortalama basınç dayanımının 93 MPa ve az aşındırıcı özelliğe sahip olduğu görülmüştür.-Kayada gerçekleşen sürüşlerde metre başına gerekli olan itme kuvveti ortalama; 2,27 ton, yumuşak ortam diye tabir edilen; dolgu, kum-çakıl ve çamur içerisindeki sürüşlerde sırasıyla 1,81 ton, 1,74 ton ve 2,20 ton olarak hesaplanmıştır.-Gerçekleşen itme kuvvetleri, teorik ve emprik yöntemlere göre elde edilen tahmin değerleri ile karşılaştırılmıştır. Yumuşak ortamlarda gerçek kuvvetlere göre; Terzaghi(Japonya), ATVA(Almanya) ve PJA(İngiltere) teorik yöntemleri sırasıyla; 4,7, 3,8 ve 3,5 kat, Chapman-Ichioka ve Bannet empirik yöntemleri ise sırasıyla; 1,6 ve 0,9 kat itme kuvveti değeri vermiştir. Dolayısıyla empirik yöntemlerden elde edilen değerler gerçek değerlere daha yakındır. Kayada(kireçtaşı) ise; keskilerin üzerine alabileceği yükler ile boru ve makine ağırlığından dolayı meydana gelen sürtünme göz önüne alınarak itme kuvvetleri hesaplanmıştır. Tahmin edilen itme kuvvetleri gerçekleşen itme kuvvetinin 0,84 katı bulunmuştur.

Abstract:
The Collector Project is carried out by Istanbul Water and Sewage Administration General Management (İSKİ) in order to prevent waste water from being discharged directly into the Istanbul Bosphorus hence causing pollution along the coastline between Rumelihisarı and Sarıyer District Center. Within this project, the pipeline installment work of 600 mm internal diameter pipes in the main line between Rumelihisarı and Kefeliköy is performed mostly by two microtunnelling machines. These microtunnel machines with auxiliaries were bought by project contractor Çelikler İnşaat A.Ş. from German Firm Herrenknecht.In the contex of the study; the following tasks are performed;-General application principles and historical development of microtunneling are described, geological structure of the Project route and technical specifications of slurry type AVN600 model machines used in this Project are summarized.-Daily excavation rates achieved by microtunneling in the 8 regions named by Rumelihisarı, Baltalimanı, Emirgan, İstinye, Yeniköy, Kalender, Tarabya and Kireçburnu are estimated and excavation performance for the whole Project is summarized . As a result, the part of 6196 m (91,4%) of the whole 6776 m pipeline is driven by microtunneling machines, the rest part of 580 m (8,6%) is driven by an excavator because of microtunnelling machines failure to excavate the hard rock formation.-The excavated ground types are revealed by reviewing documents related to this Project according to excavating machine performance analysis. Advance rates of the machines are detected through the follow-up of daily reports, payment documentaries, machine records and observations of the machine in the field.Advance rates are calculated as 8,71 m/day with reference to daily reports and machine records; totally 7,99 m/day and 5,16 m/day per machine with reference to payment documentaries. Net cutting rates are calculated as 0,32 m/h in filled rock and 0,83 m/h in fill ground with reference to field observations. According to field observations machine utilisation time is estimated as 28% in the drive through filled rock and 53% (average of 3 drives) in the drive through fill ground. Average drive time of the pipe is calculated as 20,1 minute and average of net cutting rates is calculated as 7,11 m/h according to the machine records of 10 drives achieved in soft ground.-Samples are obtained from the site where the machine is unable to operate and Point Load Index, Brazilian Tensile Strength and Cerchar Abrasivity Index tests are carried out. Average compressive strength of rock samples from BLT-A11 shaft is estimated as 124 MPa and its abrasivity is found out to be slightly abrasive. Average compressive strength of rock samples from the place between YKD02 and YKD03 shafts is estimated as 165 MPa and its abrasivity is found out to be very little. Average Pressure Strength of rock samples from the place between KLB08-KLB09 shafts is calculated as 93 MPa and its abrasivity is found out to be slightly abrasive.-Required average jacking forces per meter is calculated as 2,27 ton in the drives through rock ; 1,81 ton, 1,74 ton and 2,20 ton in the soft grounds of fill, gravel-sand and mud, respectively.-Jacking forces estimated by theoretical and empirical methods are compared to the realized jacking forces. In soft grounds; Terzaghi(Japan), ATVA(German) and PJA(UK) theoretical methods result in values respectively 4,7, 3,8 and 3,5 times and Chapman-Ichioka and Bannet empirical methods result in values respectively 1,6 and 0,9 times greater than realized values. Therefore values obtained by empirical methods are found out to be closer to realized values. In rock conditions; jacking forces are calculated by taking into consideration of the loads on the cutter and the friction force caused by pipe and machine weight. Estimated jacking force values result in 0,84 times than realized values.