Effect of geotechnical properties on the cutting performance of full-face tunnel boring machine

thumbnail.default.alt
Tarih
1991
Yazarlar
Çığla, Mehmet
Süreli Yayın başlığı
Süreli Yayın ISSN
Cilt Başlığı
Yayınevi
Institute of Science and Technology
Özet
Günümüzde tünel açma mak maların m performansı ve bunlarda kullanılan uç sarfiyatının önceden kestirilmesi, gerek ekonomiklik ve gerekse zaman tasarrufu ele alındığında büyük önem taşımaktadır. Tünel çalışmaları öncesi yapılacak araştırmalara verileceK önem, doğru makina seçimi demek olduğundan, verilmesi gereken çaba ve itina, kendiliğinden ortaya çıkacaktır. Bunun yanında, seçilmiş bir makina ile, verilmiş olan jeolojik yapıda kazının yapılması ve bununla ilgili bilgilerin toparlanıp değerlendirilmesi, aynı ortamda ileride yapılacak benzer çalışmalar için bir temel oluşturacaktır. Diğer bir değişle, hem kazı öncesi nemde kazı çalışmaları süresince gerekli verilerin toplanması mekan ize tünel açmanın gelişmesinde faydalı olmaktadır. Bu araştırmada Kaba taş-Bal ta 1 iman ı Kanalizasyon Projesinde kullanılan tam cephe kazı makinasının farklı iki formasyonda kazı performansı değerlendirilmiş, ayrıca kaya özellikleri ve jeolojik yapı ile ilintisi araştırı lmışt ir. Mekan ize kazı çalışmalarında, kazı performansı ve uç sarfiyatının önceden kestirilmesi, kayaç özellikleri ile makinanın performansı arasındaki ilintinin bulunması için yıllardan beri araştırmalar yapılmış ve çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. ilk olarak, 2., 3. ve 4. bölümlerde, projenin, bölgenin jeolojisinin ve makinanın tanıtımı yapılmıştır. Bu bölümler ile ilgili bilgiler, STFA İnşaat A. S. 'nin İSTANBUL KANALİZASYON PROJESİ, KABATAŞ BALTALIMANI TÜNELLERİ ile ilgili yayınlarından alınmıştır. Söz konusu tünelde kullanılan tam cephe kazı makinası Büyükada ve Trakya gibi iki değişik jeolojik formasyonda kazı yapmıştır. Araştırma boyunca kazı performansı ile ilgili elde edilen veriler değen lend ir ı lerek makinanın değişik formasyonlardaki kazı davranışı araştırı 1- -vı ı- mış ve sonuçta hangi jeolojik -formasyonda daha randımanlı o lab i lecegi değerlendi ri İmiş tir. Daha önce de belirtildiği gibi Baltalimanı Tünelinde iki değişik -formasyon ile karşılaşılmıştır, Büyükada ve Trakya Formasyonu. Büyükada Formasyonu yapı itibari ile Trakya Formasyonundan daha sağlam ve stabildir. Kireçtaşı, yumrulu kireçtaşı ve karbonatlı şeylden oluşmaktadır. Trakya Formasyonu ise silttaşı, kumtaşı ve çamurtaşından oluşmaktadır. Büyükada Formasyonun 'da -fay zonlarının dışında jeolojik güçlülerle pek karşı lası lmamıştır. Bunun dışında geçilen bülgeler oldukça serttir. Trakya Formasyonu ise çok daha -faylı, kırıklı ve çatlaklıdır. bu yapı çok büyük jeolojik problemlere neden olmuştur. Tez çalışması süresince çalışmalar saha ve laboratuar olarak i ki-r/k ısımda yürütülmüştür. Saha çalışmaları STFA inşaat A. S. 'nin Baltalimanı Şantiyesi, Baltalimanı Tünelinde P ile N Şaftları arasında gerçekleştirilmiştir. Sos konusu tünelden alınan kaya numuneleri üzerinde yapılan deneyler ise ITü Maden Kazı ve Mekanizasyonu araştırma laboratuarında yapılmıştır. Baltalimanı Tüneli 'nde kullanılan tam cephe kazı makinesi dizayn açısından sert -formasyonlarda kullanılabilecek bir TBM d ir. Sözkonusu makina Büyükada ve Trakya gibi gerek yapısal ve gerekse mekanik özellikler açısından birbirinden oldukça -farklı iki değişik -formasyonda kazı yapmış ve birçok problemlerle karşılaşılmıştır. Sonuçta makinanın kazı performansı olumsuz yönde etkilenmiştir.. Makina faydalanma oranları açısından karşılaştırıldığında, Büyükada Formasyonunda bu oran X2S.5 olarak gerçekleşirken Trakya Formasyonunda y.10 a bile ulaşmamıştır. Bunun en büyük nedeni zemin ~vı 1 1- koşullarının yarattığı problemlerdir. Ancak bunun yanında makinanın uygunluğunu da göz önüne almak gerekir. Büyükada Formasyonu 'nda kazı yapılırken karşılaşılan en büyük problemlerin başında disk yataklarindaki arızalar gelmektedir. Birkaç kez yapılan modif ikasyon- lar la sorun ortadan kaldırılmış fakat kazı büyük ölçüde aksamıştır. Disk aşınması Trakya Formasyonundakine nazaran çok daha -fazla olup bölüm 6.3 te de görüldüğü gibi disk değişimi makina ölü zamanının "/.16.B4 lük kısmını kapsamaktadır. Bu oldukça yüksek bir orandır. Kullanılan TBM, yapısı itibari ile tahkimatsız zemin koşulları için daha uygun olduğundan, özellikle faylı zonların geçişinde tahkimat (çelik hasır+çel ik bag+püskürtme beton) yapılması zorunlu hale gelmiş ve bu da kazı performansım %İ4 oranında etkilemiştir. Uygun ve tahkimatsız gidilen zemin koşullarında, performansı düşüren diğer bir neden de vagon katarlarının beklenmesidir. Çünkü, makinanın back-up sisteminin yetersiz oluşu ve hafriyatı yüzeye çıkaran nakliye sisteminin hızının, makina kazı hızına yeterli oranda yetişememesi, bu tip problemlerle karşı lası İmasına neden olmuştur, özellikle tünel uzunluğu arttıkça, bu duraklamalar kendini daha fazla hissettirmiştir. Trakya Formasyonunda karşılaşılan güçlükler kayanın özelliklerinden dolayı daha fazladır. En büyük problem yaşanılan göçükler, bunların tahkimatı ve bu tip zonların geçiliş süreleridir. Sonuçta bu beklemeler, makina kazı performansını %64 oranında etkilemiştir. Bu problemler bölüm 6.5.3'te ayrıntılı olarak anlatılmıştır. Göçüklerin yaşandığı kaya yapısı genelde kil içeren fay sonları, altera olmuş, çok kırıklı ve çatlak yüzeylerinde kil dolgusu içeren kaya grupları olarak sıralanabilir. Tahkimatı ı geçiş ele alındığında Büyükada Formasyonunun %10 luk kısmında Trakya'da ise X49.5 luk kısmında tahkimatlı geçilmesi zorunlu olmuştur. Bu da makina kazı performansının ne kadar düşük olabileceği konusunda bir fikir verebilir. Daha öncede belirtildiği gibi kazı hızının bazı kaya özellikleri ile ilintisi de araştırılmıştır. Kazı perfor mansını düşüren birçok problemlerin olmasına ragmen -ıx- bulunan korelasyon katsayıları kabul edilebilir orandadır. Kazı sırasında performans ile ilgili kayıtlar tutulmuş, yerinde ve laboratuvar deneyleri yapılmıştır. özellikle labaratuvarda yapılan deneyler ISRM'nin önerdiği şartnameler doğrultusunda gerçekleştirilmiştir. Faydanı lan deneyler, -Nokta yük deneyi -Koni delici deneyi -Cerchar sertlik deneyi -Schmidt çekici deneyi -Impact penetrasyon deneyi Sozkonu.su deneylerin tüm sonuçları 3-7 nolu. eklerde verilmiştir. İzleyen bölümde ise kay aç özellikleri ile kazı hızı ve disk tüketiminin birbirleri ile olan ilintisi araştırılmış ve grafik halinde bölüm 7.3'te ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Bulunan ilişkilerin korelasyon katsayıları, makina performansını ve disk tüketiminin önceden kestirilmesi için kabul edilebilir dog ru 1 u k t ad ı r. Makinenin kazı hızını tahmin etmek için, basınç dayanımı vs RQD değerleri birlikte kullanılarak bulunan korelasyon bağıntısının, ilişkiyi daha doğru ifade ettiği tespit edilmiştir. Bağıntı şu şekildedir 100-125 bar itme basıncı için, Net kazı hızı=12. 60-1. 66 (GcxRQD/100) 135-160 bar itme basıncı için Nat kaz ı h ı z ı=10. 78-1. 26Ln (BcxRQD/ 100) Disk tüketimi için ise cerchar sertlik değerleri kullanılarak aşağıdaki bağıntılar bulunmuştur. Disk tüket imi = l 1. 40+226. 46xC (0.5) Disk tüket imi=258. 23+52. 49xC ( 1 ) Burada, C (O. 5) =0.5 cm delik derinliğinde sertlik değeri C<1)=1 cm delik derinliğinde sertlik değeri
In this research, the relationship between rock properties and the performance of a -full-face tunnel boring machine were investigated. Research was carried out in both site and laboratory. Site investigation was made in Baltal imanı Tunnel which is a part of Istanbul Sewerage Project being constructed by STFA Cons. Co in Istanbul. Laboratory tests were carried out in the mechanical excavation research laboratory of Mining Department of Istanbul Technical University. In the first chapter, Istanbul Sewerage Project, Geology along the tunnel line, and TBM being used in Ba 1 1 a 1 x man i Tunnel are detailed Test procedures proposed by ISRM were used in the research, The tests used Bre as fallows. -Point Load Test -Cone Indenter Test -Cerchar Hardness Test "Schmidt Hammer -Impact Penetration Test Besides, some site records were taken in the tunnel during excavation, such as penetration rates, propel pressures of the machine, net cutting rates, machine performance data and so on, in order to find relationships between machine excavation performance and rock properties. Correlation.coefficients found for relationships between cutting rate, disc consumption and rock properties were found statistically significant for any prediction
Açıklama
Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 1991
Anahtar kelimeler
Maden Mühendisliği, Jeoteknik özellikler, Kazı performansı, Tünel açma makineleri, Mining Engineering, Geotechnical properties, Excavation performance, Tunnel boring machinery
Alıntı