Design of excavation and support systems for the Çubukbeli tunnel in Antalya

Abstract

Bu tezde, Antalya Çubukbeli Tüneli boyunca uygulanacak kazı ve destek sistemleri ve bu sistemlerin belirlenmesine yönelik olarak da kaya kütlesi dayanım parametrelerinin seçilmesi ile ilgili çalışmalar ortaya konmuştur.Çubukbeli Tüneli 1985 m uzunluğunda, 12 m genişliğinde, 10 m yüksekliğinde ve maximum 130 m örtü kalınlığına sahip, çift tüplü flüt şeklinde bir tüneldir. Tünel alanı, kireçtaşı, killi kireçtaşı, kil taşı, marn ve kumtaşından oluşmaktadır. Kaya kütle özelliklerinin değerlendirilmesi ve dayanım parametrelerinin belirlenmesi amacıyla kaya kütlesi sınıflandırma sistemleri kullanılmıştır. Uygun sayısal metod ve Phase2 isimli bilgisayar programının seçimine yönelik olarak geniş çaplı bir kaynak taraması yapılmıştır.Kaya kütlesi, tünel boyunca RMR, Q, NATM ve GSI sınıflandırma sistemlerine göre bölümlere ayrılmış ve her bir bölüm için kazı ve destek sistemleri gözlemsel yöntemle belirlenmiştir. Daha sonra, bu sınıflandırma sistemlerine dayalı olarak jeomekanik parametreler (deformasyon modülü Em, Hoek-Brown malzeme sabitleri m ve s vb.) seçilmiştir.Tasarının son aşaması olarak ise, hem tünel etrafındaki deformasyon ve gerilme konsantrasyonlarının araştırılması, hem kazılmış kaya kütlesi ile destek sistemleri etkileşiminin analiz edilmesi ve hem de gözlemsel yöntemle önerilmiş kazı ve destek sistemlerinin uygunluğunun kanıtlanması amacıyla sonlu eleman analizleri yapılmıştır.Tünel boyunca gerçekleştirilen tasarım çalışmalarının sonucuna göre, Çubukbeli Tüneli inşaatı sırasında B1, B2, B3 ve C2 sınıfı kaya ile karşılaşılacağı öngörülmüş ve bu kaya sınıflarına uygun kazı ve destek sistemleri önerilmiştir.Anahtar Kelimeler: Çubukbeli Tüneli, Sınıflandırma Sistemleri, Kaya Kütle Dayanım Parametreleri, Kazı ve Destek Sistemleri, Sonlu Eleman Analizleri.

In this thesis, suggestion of appropriate excavation and support systems and selection of rock mass strength parameters for the determination of these systems were carried out for the Çubukbeli Tunnel in Antalya.Çubukbeli Tunnel is a twin tube flute shaped tunnel with 1985 m length, 12 m width, 10 m height and maximum overburden thickness of 130 m. The tunnel area consists of limestone, clayey limestone, claystone, marl and siltsone. Rock mass classification systems are used for evaluation of rock mass characteristics and estimation of strength parameters. Selection of appropriate numerical method and software tool, namely Phase2, is accomplished after an extensive literature survey.The rock mass was divided into sections according to the RMR, Q, NATM and GSI classification systems along the tunnel and excavation and support systems were determined empirically along these sections. Thereafter, geomechanical parameters (i.e. modulus of deformation Em, Hoek-Brown material constants m and s etc.) were selected based on these classification systems.Finite element analysis was carried out as the final step of the design in order to investigate deformations and stress concentrations around the tunnel, analyze interaction of support systems with excavated rock masses and verify and check the validity of empirically determined excavation and support systems.As the result of design studies accomplished along tunnel route, B1, B2, B3 and C2 type rock classes are assumed to be faced during construction of Çubukbeli Tunnel and appropriate excavation and support systems are proposed for these rock classes.Keywords: Çubukbeli Tunnel, Classification Systems, Rock Mass Strength Parameters, Excavation and Support Systems, Finite Element Analysis.