Assessment of twin tunnel induced ground deformation by empirical and numerical analyses (Eurasia Tunnel: NATM part, İstanbul, Turkey)

Ön destek sistemi, zemin gerilmesinin azalması için bir miktar deformasyona ihtiyaç duyan NATM (yeni Avusturya tünel açma yöntemi) tekniği ile şehir içinde açılan sığ tüneller için çok önemli olmaktadır. İkiz tünel kazısı sebebiyle oluşan yüzeydeki oturma miktarının tahminini yapan önceki çalışmalar, ön destek sisteminin ve deformasyonla zemin gerilme salınım etkisini göz önünde bulundurmamıştır. Bununla birlikte, var olan ampirik denklemlerin çoğu killi zeminden geçen tünellerden gelen verilerle elde edilmiştir.Bu tezin amacı, ön destek sisteminin ve kaya kütlesi kalitesinin etkilerini içeren ve ikiz tünel kaynaklı yüzey oturması için kullanılan tahmin yöntemlerinde azaltma oranı olarak kullanılabilecek modifikasyon faktörünü elde etmek için ayrıntılı bir prosedür sunmaktır.İkiz tünel kaynaklı yüzey oturma verileri, NATM yöntemi kullanılarak kazılan ve boru süren ile desteklenen Avrasya Tüneli'nin Asya yakasından gelir.Belirlenen amaca ulaşmak için tamamlanması gereken aşamalar şunlardır: i) sondaj bulunmayan alanlarda jeolojik profili güncellemek ve sayısal modellerin sonuçlarını maksimum yüzey oturması açısından gerçek arazi ölçümüne yaklaştırmak için tünel güzergâhı boyunca seçilen 12 kesit çizgisinde sayısal analizin yapılması, ii) ön destek sistemindeki borular arasındaki mesafenin değişken olarak kullanıldığı parametre çalışmasının yapılması, iii) ön destek sisteminin maksimum yüzey oturması üzerindeki etkisini azaltan istatistiksel bir formül elde etmek.İkiz tünel kaynaklı yüzey oturmasının esas olarak tünel çevresindeki malzemelerin deformasyon modülüne bağlı olduğu sonucuna varılmıştır. Deformasyon modülü kırılma ve yüzey bozuşması ile kontrol edilen kaya kütlesi kalitesi değerlendirilerek elde edilmiştir. İkiz tünel kaynaklı yüzey oturmasını tahmin eden Herzog denklemine modifikasyon faktörü olarak yeni bir formül önerilmiştir. Pre-support systems become very important for inner-city shallow tunnels especially while applying New Austrian Tunneling Method (NATM) which requires some deformation to relieve the stress. Previous studies about assessing the magnitude of surface displacements caused by twin tunneling do not include the effects of pre-support system and stress release by deformation. Moreover, most of the established empirical equations were obtained by using data from tunnel passing through clayey soil.Objective of this thesis is to introduce a detailed procedure for obtaining modification factor including the effects of pre-support system and of rock mass quality and which can be used as a reduction ratio in prediction methods used for twin tunnel induced surface settlement.Twin tunnel induced surface settlement data comes from Asian side of the Eurasia Tunnel excavated by using NATM method and supported by forepoling and umbrella arch method.The steps that need to be completed in order to achieve the determined objective are; i) performing numerical analysis on the selected 12 cross section lines along tunnel route to update the geological profile at which there is no borehole drilled and to approximate the results of numerical models to actual field measurement in terms of maximum surface settlement, ii) conducting parameter study in which the distance between pipes in the pre-support systems was used as a variable, iii) obtaining a statistical formula that presents the decreasing effect of pre-support system on maximum surface settlement.It was concluded that twin tunnel-induced surface settlement mainly depends on deformation modulus of the geo-materials around tunnel. Deformation modulus was obtained by evaluating rock mass quality which is controlled by fracturing and surface weathering. A new formula predicting twin tunnel induced ground deformation is proposed as a modification factor of Herzog's equation. 337