Sedimenter kayaç ortamında inşa edilmesi planlanan karayolu tünelinin sayısal modellemesi
Numerical modeling of the highway tunnel planned to be built in sedimentary rock environment
Yazar: NEŞE IŞIK
Danışman: PROF. DR. AHMET ŞAHİN ZAİMOĞLU
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Yeni Avusturya tünel inşa yöntemi = New Austrian tunneling method

Özet:
Amaç: Tünellerin tasarımı farklı ampirik ve sayısal yöntemler kullanılarak yapılmaktadır. Tünel kazısına ait ortamın mühendislik özelliklerinin belirlenmesinde, malzemelerin göçme kriterlerinin seçilmesinde ve sayısal modellemenin yapılmasında uygun olmayan seçimlerden dolayı öngörülen deplasman değerleri uygulamada sağlanamayabilir. Bu durum, tünel tasarımında ya yüksek güvenlik katsayısının kullanılarak ekonomik olmayan tasarımlara ya da gerekli destek elemanlarından daha az eleman ile kazı ortamının desteklenmesi sonucunda tünel kesitinde yakınsama hatta göçmeye neden olmaktadır. Bu olumsuzlukların önlenebilmesi amacıyla tünel tasarımında optimum modelleme çalışmalarının yapılması amaçlanmıştır.
Yöntem: Tez çalışmasında, sedimenter kayaç ortamında açılması planlanan karayolu tüneli için sonlu elemanlar yöntemi ile analizler gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla tünelin açılacağı ortamın mühendislik özelliklerinin belirlenmesinde literatür, arazi ve laboratuvar çalışmaları yapılmıştır. Elde edilen nitel ve nicel veriler sayısal modelleme çalışmalarında girdi parametresi ve uygun malzeme modelinin oluşturulması amacıyla kullanılmıştır. Tünel destek elemanlarının seçimlerinde farklı boyutlardaki elemanlar ve göçme kriterleri için analizler gerçekleştirilmiştir. Yapılan analizler sonucunda uygun destek elemanlarının seçilmesi amacıyla çalışmalar yürütülmüştür.
Bulgular: Tez çalışması sonucunda, PG bulonu ile geçici invert uygulaması yapılmadan oluşturulan tünel kazısında birincil destek elemanlarında yenilmenin olduğu gözlemlenmiştir. Ancak ön yüklemeli IBO türü kaya bulonu ile yapay kemerlenmenin oluşturulması sağlanmıştır. Ayrıca tünelin açılacağı ortama ait malzemenin göçme kriterinin değişmesi ile bulon yük değeri daha düşük miktarda hesaplanmıştır.
Sonuç: Elde edilen bulgular çerçevesinde tünel inşaasının daha kısa bir sürede yapılabilmesi ve kazı sonrası gerilme koşullarının stabil kalması amacıyla tünel kazısı etrafında suni kemerlenme etkisi sağlanmıştır. Kazı ortamına ait malzemenin göçme kriterinin uygunluğunun arazi ölçümleri ile doğrulanması gerekmektedir.

Abstract:
Purpose: Tunnels are designed using different empirical and numerical methods. In determining the engineering properties of the tunnel excavation ground, selecting the failure criteria of materials, and making appropriate numerical modeling, the predicted displacement values may not be achieved in practice. This situation causes either uneconomical designs by using the high safety coefficient in tunnel design or convergence or even collapse in the tunnel section as a result of supporting the excavation ground with fewer elements than the required support elements. In order to prevent the mentioned unfavourableness, it is aimed to make optimum modeling studies in tunnel design.
Method: In this study, for a road tunnel planned to be opened in sedimentary ground, analyzes were carried out using the finite-element method. For this purpose, literatüre, field and laboratory studies have been carried out to determine the engineering properties of the ground where the tunnel will be opened for the aforementioned unsuitable choices. The qualitative and quantitative data obtained were used to create the input parameter and suitable material model for numerical modeling studies. In the selection of the tunnel support elements, analyzes were carried out for elements of different sizes and failure criteria. As a result of the analysis, it was managed to select the appropriate support elements.
Findings: As a result of the study, it was observed that the primary support elements were defeated in the tunnel excavation where temporary invert was not applied to the PG bolt. However, artificial arching was achieved with the preloaded IBO type rock bolt. In addition, with the change of the failure criteria of the material belonging to the environment where the tunnel will be opened, the bolt load value was calculated at a lower amount.
Results: Within the framework of the findings obtained, it has been determined that the artificial arching effect around the tunnel excavation is important in order to make the tunnel construction in a shorter time and to stabilize the post-excavation stress conditions. The compliance of the material belonging to the excavation environment with the failure criteria must be verified by field measurements.