Tünel giriş yapılarında şev stabilite analizi

Abstract

Kaya yapıları mühendisliği, özellikle son yıllarda kaya mekaniğinde yapılan önemli araştırmaların geoteknik mühendisliği uygulamalarında kullanımı ile büyük gelişme göstermiştir. Geoteknik mühendisliği projelerinde, şev tasarımları sıkça karşılaşılan teknik girişimlerdir. Bu tez çalışmasının amacı tünel yaklaşım kazıları sırasında oluşturulan portal şevlerinin planlama ve projelendirme yöntemlerinin ilke ve temellerinin açıklanması ve bu yöntemlerin güncel bir uygulama olan İstanbul Kağıthane - Piyalepaşa Tünelleri'nde Kağıthane Portali kazıları üzerinde uygulanmasıdır.Portal bölgesinin kazı planın hazırlanması ve oluşturulacak şevlerde kullanılacak olan destekleme elemanlarının tespiti için saha çalışmaları yapılmıştır. Sondaj kuyularından alınan karotlar üzerinde İTÜ Maden Fakültesi Mühendislik Jeolojisi Kaya Mekaniği Laboratuvarı'nda çeşitli deneyler yapılmış ve deney sonuçları yerinde kaya büyüklüklerine indirgenmiştir.Sahada ve laboratuarda yapılan detaylı araştırmalar neticesinde portal şevlerinin ?herhangi bir önlem almadan stabilitelerini karşılayabilir? olma durumları ile ?ancak destekleme önlemleri ile stabilitesini sağlayabilir? seçeneklerinin değerlendirilmesine karar verilmiştir. Bu seçeneklerin değerlendirilmesi için sayısal analiz yöntemlerinin kullanılmıştır. Analizlerin gerçekçi sonuç vermesi için değerlendirmeler iki farklı program ile yapılmıştır. Bunlardan ilki kuvvetler dengesi esasına göre şev yüzeyinde oluşabilecek kama tipi kaymaları değerlendirebilen GeoSlope programıdır. Desteklemenin yapılmadığı ve yapıldığı durumlarda, statik ve deprem koşulları altında şevlerin güvenlik sayıları hesaplanmıştır. Tek bir yöntemle elde edilen sonuca bağlı kalınmaması için analizler sonlu elemanlar yöntemi ile gerilme - deplasman hesabı yapan Plaxis adlı yazılım ile tekrarlanmıştır. Buradan elde edilen sonuçlar GeoSlope sonuçları ile karşılaştırılmış, şevler için olması gereken minimum tasarım kriterleri belirlenmiştir.Araştırma aşamasında yapılan geoteknik ölçüm ve gözlemlerle oluşturulan proje, yapım aşamasında ve işletim aşamasında yapılan ölçümlerle desteklendiğinde hedef olan ?risksizlik? kanıtlanmış olacaktır. Bu değerlendirme ile Kağıthane portali şevleri boyutlandırılmış ve şevlerde belirlenen bulon destekleme paterni ile istenilen güvenlik sınırına erişilebileceği görülmüştür.Sonuç olarak; bu tez çalışması kaya şevlerinin tasarımı ve projelendirilmesi için izlenecek olan yolun seçilmesinde önemli bir kaynak niteliğindedir. Benzer bir çalışmanın zemin şevleri için de yapılması, şev stabilitesi için planlama ve projelendirme eksikliğini giderecektir.

Rock engineering is developed especially in last years by important researches in rock mechanics and their applications on geotechnical engineering areas. Slope designs are technical structures commonly used in geotechnical engineering projects. The aim of this thesis study is to explain the design principles of portal slopes constructed during tunnel face excavation and application of these procedures on a recent case study; Kağıthane portal of İstanbul Piyalepaşa ? Kağıthane Tunnel.Field applications were performed to design excavation phases and to determine the support elements applied on the portal slopes. Laboratory tests were performed on the samples taken from drilling holes at ITU MJKM Laboratory and results were reduced to the in-situ values.According to the detailed researches performed both in field and in laboratories, it has been decided to evaluate two alternatives: ?stability can be achieved without any precautions to be taken? and ?stability can be achieved only by supporting?. Numerical analyses have been done to determine the alternatives. The analyses have been performed by using two different programs to have realistic results. GeoSlope determines wedge failures according to force equilibrium method. Factor of safeties have been calculated for static and dynamic conditions for supported and non-supported slopes. Not to be limited with one method, the re-calculations have also been done by Plaxis, using Finite Elements Method to calculate stress-strain relations. Both of the analysis results have been compared and minimum design criteria have been decided for a safe slope construction.The design, formed according to the geotechnical measurements and investigations during surveying and engineering phases, will be the proof of the aim; safety, when the project is supported by measurement during construction phases. Kağıthane portal slopes have been designed and the aimed safety limits are obtained by the decided supporting elements after this evaluation.As a result, this study is a valuable source, defining the methodology for rock slope design. A similar study for soil slopes would complete the lack of researches in the field of project design.