Kaya zeminde tünel tasarımı
Tunnel design in rock
Yazar: HALİL KARAOĞLAN
Danışman: PROF. DR. ERGÜN TOĞROL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Geoteknik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2002
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Tasarım = Design ; Tünel açma yöntemleri = Tunnel boring methods ; Tüneller = Tunnels

Özet:
Sonlu elemanlar yöntemi, tünel mühendislik hesaplarında sayısal metodların önem kazanmasıyla birlikte hızla gelişmiştir. Geoteknik mühendisliğinde, bu metod kullanılarak geometrik açıdan çok karmaşık olan tünel yapısı, heterojen malzeme özellikleri ile birlikte statik olarak modellenebilmektedir. Bu çalışmada Yeni Avusturya Tünel Açma Methodu ile kaya zeminde tünel tasarımı incelenmiştir. Bu kapsamda NATM prensiplerine göre çalışan Smap-3d ve Tuna-plus sonlu elemanlar programlan kullanılarak tünel tasarımı gerçekleştirilmiştir. Birinci bölümde konuya gene! bir giriş yapılmakta, çalışmanın kapsam ve amacından bahsedilmektedir. İkinci bölümde tünelcilikte tasarım ve proje yaklaşımları incelenmiştir. Ampirik tasarım, gözleme dayalı tasarım, analitik tasarım, bütünleyen tasarım ve rehber tasarım yöntemleri hakkında bilgi verilmiştir, özellikle ampirik tasarım yöntemleri ayrıntılı olarak irdelenmiştir. Üçüncü bölümde Yeni Avusturya Tünel Açma Methodu incelenmiştir. Burada NATM'i diğer yöntemlerden farklı kılan ana ilkeler maddeler halinde açıklanmış ve ÖNORM B 2203/1 994'e göre kaya davranışı irdelenmiştir. Bu bölümde özellikle ÖNORM B 2203'e göre yapılan kaya sınıflan ile bu ortamlarda beklenen kazı ve destekleme türleri gruplara ayrılarak incelenmiştir. Bölümün sonunda ise kaya sınıflarının karşılaştırılmasını içeren tabloda konu özetlenmeye çalışılmıştır. Dördüncü bölümde sayısal ve fiziksel modellemeyi içeren analitik tasarım metodu incelenmiştir. Burada kaya davranışının modellenmesi amacıyla oluşturulan Murrel ve Hoek kırılma kriterleri açıklanmıştır. Beşinci bölümde tünellerin desteklenmesine etki eden şişme, gevşeme ve dağ basınçlarından bahsedilmiştir. Bu bölümde özellikle tünel destekleme ve sağlamlaştırma sistemleri olan püskürtme beton, çelik hasır, çelik iksa ve kaya bulonu irdelenmiştir. Altıncı bölümde sonlu elemanlar yöntemi ve çalışma prensipleri açıklanmıştır. Yedinci bölümde Smap-3d ve Tuna-plus sonlu elemanlar programlan kullanılarak çözülen Çayeli Tüneli ile ilgili ulaşılan sonuçlar verilmiştir.

Abstract:
In recent years, numerical methods have received increasing attention in tunnel engineering solutions. Therefore, finite element solutions for tunnel design have rapidly developed. Thanks to this method, the design of tunnels having complex geometric dimensions and heterogen soil properties was realized. In this thesis, tunnel design in rock is investigated in respect of The New Austrian Tunnelling Method. Smap-3d and Tuna-plus finite element programs based on NATM principles are used. The first part of the thesis is a general introduction of the subject where the purpose and the scope of the thesis are given. In the second part of the thesis, the design and project approaches in tunnel design are investigated. Empirical, observational, analytical, integrated and guided design methods are explained. Especially, details of empirical design method is scrutinized. In the third part of the thesis, The New Austrian Tunnelling Method is studied. The properties of NATM which is different from other design methods are clarified and according to ÖNORM B 2203/1994, rock behaviour is studied. Specially, rock classifications of ÖNORM B 2203 together with excavation and support systems in this classifications are analysed. End of that part, comperative rock classification tables are given. In the fourth part of thesis, empirical design method which includes numerical and physical models is scrutinized. Murrel and Hoek failure criteria are detailed for understanding rock behaviour. In the fifth part of the thesis, swelling, loosening and gravity pressure which effect tunnel support system are studied. Particularly, tunnel support and strengthening system that is shotcrete, wire mesh, steel rib and rock bolt are presented. In the sixth part of thesis, finite element method is explained. In the seventh part of the thesis, the design calculations of Çayeli Tunnel are made using Smap-3d and Tuna-plus finite element programs.