Investigation of the effects of rock properties and macro discontunitues on TBM's excavation performance

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014Thesis (Ph.D.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2014Kadıköy-Kartal Metro Projesi'nin Kozyatağı ile Kadıköy arasındaki güzergah kesiminde çift tüp şeklinde hat tünelleri, istasyon ve makas yapıları bulunmaktadır. Projedeki istasyon ve makas tünellerinin değişken kesitlerde olmaları nedeniyle konvansiyonel kazı yöntemi olan Yeni Avusturya Tünelcilik Yöntemi (NATM) ile açılmıştır. Toplam 12.3 km uzunluğundaki hat tünelleri ise hem açık biçim hem de kapalı-basınçlı biçimde çalışabilen özelliklere sahip TBM'ler ile açılmıştır. Bu çalışmada araştırma iki ana konu üzerinde yürütülmüştür. Bunlardan ilki; Kadıköy-Kartal Metrosu örneğinde, TBM kullanılarak yapılan tünel açma çalışmalarında kaydedilen kazı parametreleri ile yine güzergahın bu bölümünde açılmış sondajlardan elde edilen kaya dayanım parametreleri arasındaki istatistiksel ilişkilerin araştırılması üzerinedir. Çalışmada, kayanın jeomekanik parametreleri ile kazı performansı arasında bir, iki ve üç değişkenli regresyon analizleri yapılmış, ve istatistiksel açıdan anlamlı ilişkiler elde edilmiştir. Bulunan ilişkiler yardımıyla benzer kaya koşulları içerisindeki TBM kazılarında jeomekanik büyüklükler kullanılarak kazı performansı önceden belli bir yaklaşıklıkla belirlenebilecektir. Çalışmada ele alınan diğer konu yine aynı projedeki TBM ile yapılan tünel kazıları sırasında meydana gelen göçüklerin kazı performansına olan etkileri üzerine olmuştur. Bu tünellerin kazısında, fay ve volkanik sokulumlar gibi zayıf zonların geçilmesi sırasında toplam 11 göçük meydana gelmiş bu göçükler kazı ilerlemesinin toplam 93 gün, 4 saat süreyle duraksamasına sebep olmuştur. Bu tür zayıflık zonlarının kazısı sırasında TBM kazı parametrelerinin göçük zonuna yaklaşılırken belirgin bir dalgalanma gösterdiği tesbit edilmiş, göçük zonunda ise düşük ya da yüksek değerlerde olmak üzere anormal değerlere ulaştığı görülmüştür. Sonuç olarak, çalışmada TBM kazı parametrelerinin izlenmesi ve yorumlanmasıyla göçük olaylarının önceden tahmin edilebilmesi konusunda faydalı sonuçlar elde edilmiştir.Twin railway tunnels, stations and turnout structures exist in Kozyatağı-Kadıköy section of Kadıköy-Kartal Metro Project. Stations and switch tunnels were bored by NATM, which is a conventional excavation method, since these structures have varying cross sections. 12.3 km long track tunnels were excavated with EPB type TBMs that can operate in both open and closed-pressurized modes. In this study, investigations have been performed based on two main subjects. First, statistical relations have been evaluated between excavation parameters recorded during TBM tunnelling works and rock strength parameters obtained from site investigations performed throughout TBM tunnel alignment of Kadıköy-Kartal Metro Project. Trials with one, two and three variable regression analyses were examined for the relationship between the geomechanical parameters and excavation performance and statistically significant relations were obtained. By means of derived relationship expressions, excavation performance can be predicted by using geomechanical parameters of TBM excavations in similar rock conditions. The other subject covered in the study is the effects of collapses occurred during TBM excavations to the excavation performance. During the excavation, 11 collapses occurred while passing through these faults and volcanic intrusions, and these collapses caused stoppages that have a total length of 93 days and 4 hours. It has been observed that TBM excavation parameters fluctuates significantly while approaching collapse zones. Furthermore, in collapse zones excavation parameters abnormally reach very high or low values. Finally, predictability of these collapses is examined by monitoring and interpreting TBM excavation parameters and useful results were obtained in this study.DoktoraPh.D