Comparison of EPB tunnel boring machine performance in cohesive and frictional soils

Abstract

Tünel projelerinde düşük maliyeti yakalama ve hedeflenen programa ulaşmada EPB TBM'in performans tahmini büyük önem taşımaktadır. Bu tez çalışmasında, EPB TBM'in kazı performansının zemin tipine (kohezyonlu ve sürtünmeli) etkisi Sofya Metro Hat-3 Projesi'nde yapılan tünel ölçümleri baz alınarak incelenmiştir. İncelenen parametreler: kesici kafa torku, EPB TBM itme kuvveti, spesifik enerji ve net kazı hızıdır. İncelenen tünel kesimi, dane boyu analizi, Atterberg limiti ve kıvam limiti gibi geoteknik parametreler bakımından üç bölgeye ayrılmıştır. Data analizi kesici kafa torkunu, TBM itme kuvvetini, net kazı hızını ve spesifik enerjiyi, yüksek plastisiteli kilin, düşük plastisiteli kilin ve orta daneli kumun geoteknik özellikleri ile birleştirerek gerçekleştirilmiştir. TBM performans analizi, makinenin işletme parametreleri ve zemin tipi arasındaki korelasyonu ortaya çıkarmakta, ve böylece makine performansına etki eden ama etkenler belirlenmektedir. Analiz, gelecekte gerçekleşecek olan bu tarz projelerde gerekli bilgi birikimini sağlamak bakımından önemlidir.

Prediction of EPB (Earth Pressure Balance) TBM's performance is a significant issue in tunnel projects in terms of low-cost and target schedule. This study was conducted based on the measurements made in the Sofia Metro Line-3 tunnel in order to determine the effects of the soil type (cohesive and frictional) affecting the EPB TBM excavation performance. The investigated parameters were: cutterhead torque, EPB TBM thrust force, specific energy and instantaneous cutting rate. The studied tunnel section is divided into three zones with respect to geotechnical parameters such as grain size analysis, Atterberg limits and consistency behavior. Data analysis was performed by linking the cutterhead torque, TBM thrust force, instantaneous cutting rate and specific energy with the geotechnical properties of high plasticity clay, low plasticity clay and medium-grained sand. TBM performance analysis reveal the correlation between the operation parameters of the machine and soil type, and thus, main incidents that make an effect on the performance of the machine are determined. Analysis is critical in terms of the information backlog required for such projects that shall be implemented in the future.