Preliminary design and analysis for an immersed tube tunnel across the İzmir Bay

Abstract

Bu çalışmada, İzmir Körfezi'nin iki yakası arasında ulaşımı rahatlatmak içinönerilen batırma tünelin ön tasarımı ve analizi yapılmıştır. Batırma tünelin seçilmesininnedenleri; İzmir Körfezi'nin oldukça sığ su derinliğine(<25m) sahip olması, zemininçoğunlukla yumuşak siltli-kum ihtiva etmesi nedeniyle bu geçiş sistemi için uygunolmasıdır.Bu sebeple, öncelikle batırma tünelin güzergahı belirlenmiş, ardından tünelinteknik ve geometrik özellikleri sunularak en-kesit ve boy-kesit çizimleri yapılmıştır.Zeminin maksimum ve izin verilebilir taşıma gücü hesaplanmış, bunun tünelinyerleştirilmesi sonrasında zeminde oluşacak basınç değerinin altında olduğugösterilmiştir. Mevcut deney neticeleri kullanılarak zeminin sıvılaşma potansiyeliincelenmiş ve bu riskin yüksek olduğu saptanmıştır.Tünelin statik analizi sonlu elemanlar programı olan Calculix yardımıylayapılmıştır.Tünelin statik yükler altında düşey yer değiştirmesi hesaplanmış ve meydanagelen oturma değerinin izin verilen sınır değerinin üstünde olduğu belirlenmiştir.Ardından, tünelin deprem esnasındaki yanal ve eksensel deformasyonundandolayı oluşan gerilmeler hesaplanmıştır. Tünelin yanal ötelenmesi nedeniyle oluşangerilmeler betonun basınç dayanımının altında olmasına rağmen, eksensel deformasyonnedeniyle meydana gelen gerilmelerin betonun basınç dayanımının oldukça üstündeolduğu tespit edilmiştir. Bu sonucun tünel elemanlarının birbirleriyle rijit olarakbağlanmasından dolayı oluştuğu anlaşılmıştır. Bu sorun her bir tüp ünitesinin arasınadüşük rijitliğe sahip elastomer malzeme yerleştirilerek büyük gerilmelerin elastomerbağlantı elemanında oluşması sağlanmış, tüplerin üzerindeki gerilmelerin betonunbasınç dayanımının altında kalması sağlanmıştır.Bütün bu sakıncaları gidermek için tünel zemininde zemin iyileştirme yapılmasıgerekliliği belirtilmiş ve önerilen standart penetrasyon değeri hesaplanmıştır.Yenistandart penetrasyon değerine göre analizler yinelenmiş ve bütün değerlerlerin kabuledilebilir seviyelere indiği gösterilmiştir.Çalışmanın sonucunda, gerekli iyileştirmeleryapıldığı takdirde İzmir Körfezi'nin batırma tüp tünel için uygun olduğu saptanmıştır.

In this study, a preliminary design and analysis of an immersed tube tunnel ispresented. The tube tunnel will connect the two coasts of the İzmir Bay and wherebywill ease the transportation of the city. The reason to suggest an immersed tube tunnel isdue to the shallow water depth (<25 m) and that the soil profile of the İzmir Bay ismade up of silty-sand. Hence, the Bay is appropriate for an immersed tube tunnel.First, a possible alignment was assigned for the tunnel. The technical, geometricproperties of the tubes were determined, and the detailed drawings of them were made.The allowable bearing capacity of the seabed was calculated and it wasdetermined that the soil has not enough capacity to withstand the design load. Theliquefaction risk of the soil was investigated as well, and it was shown that the soil hashigh liquefaction potential.A static analysis of the tunnel was made in Calculix, a finite element program.The vertical displacement of the tube unit under static loads was calculated to be abovethe permissible settlement value. Afterwards, the seismic analysis was made toinvestigate stresses developed due to both racking and axial deformation of the tunnelduring an earthquake. It was found that, the max stress due to the racking effect is lessthan the compressive strength of the concrete, and max stress due to the axialdeformation is larger than compressive strength of the concrete. The high in the tubeoccur, because of the tubes high stiffness. This problem was solved by releasing therigid connections in between two tube units. If these connections are made by usingsame form of elastomer joints, the deformation will occur in these joints, releasing thetubes internal stresses.Considering these drawbacks, ground improvement was recommended for theseabed and an increased value of the standard penetration of the soil was estimated.Then, the analyses were repeated and it was found that all drawbacks were eliminated.As a conclusion, it was decided that if suggested improvements are made in theseabed soil, the immersed tube tunnel can be constructed across the İzmir Bay