View
18
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
3
DENİZALTI TÜNELLERİ VE TASARIM İLKELERİ
Hazırlayanlar:
Prof. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLU
Yük. Müh. Fatma Sevil MALCIOĞLU
Dr. Müh. Burak GÖKÇE
06 Mart 2015
Yıldız Teknik Üniversitesi Davutpaşa Kongre ve Kültür Merkezi
2
Ropörtörler:
Prof. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLU - Yapı Merkezi ARGE Bölümü
Yük.Müh. Fatma Sevil MALCIOĞLU - Yapı Merkezi ARGE Bölümü
Dr. Müh. H. Burak GÖKÇE - Yapı Merkezi ARGE Bölümü
© 2012 Yapı Merkezi Construction and Industry Inc. All Rights Reserved. Except as otherwise
permitted by Yapı Merkezi Construction and Industry Inc., this publication, or parts thereof, may
not be reproduced in any form, by any method, for any purpose.
http://www.ym.com.tr/Main.aspx?Language_id=2
© 2012 Yapı Merkezi İnşaat ve San. A.Ş. tüm hakları saklıdır. Yapı Merkezi İnşaat ve San. A.Ş.’nin
izni olmadan bu dökümanın tamamı ya da belli bir parçası herhangi bir şekilde, herhangi bir
amaç için tekrar basılamaz, üretilemez ve kullanılamaz.
http://www.ym.com.tr/
4
BU ÇALIŞMANIN HAZIRLANMASINI VE SUNULMASINI DESTEKLEYEN YAPI
MERKEZİ YÖNETİM KURULU ÜYELERİNE TEŞEKKÜR EDİLİR.
ÇALIŞMADA SUNULAN MALZEMELER “KAYNAK” VERİLMEK SURETİYLE
KULLANILABİLİR.
SUNU ÇALIŞMASINDA YAPILAN AÇIKLAMALARDAN/GÖRÜŞLERDEN VE SAYISAL
DEĞERLENDİRMELERDEN TAMAMEN HAZIRLAYANLAR SORUMLUDUR.
ÇALIŞTIĞI KURUMU HERHANGİ BİR ŞEKİLDE BAĞLAMAMAKTADIR.
Prof. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLU - ergin.arioglu@ym.com.tr
Yük. Müh. Fatma Sevil MALCIOĞLU-fatma.malcioglu@ym.com.tr
Dr. Müh. Burak GÖKÇE - burak.gokce@ym.com.tr
5
Prof. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLU - Sunucunun Kısa Özgeçmişi -
İTÜ Maden Fakültesinden 1969 Haziran Döneminde Maden Y. Müh. olarak mezun oldu. Aynı üniversitenin Maden Mühendisliği Bölümünde Mart 2000’ e kadar öğretim üyesi olarak akademik faaliyetlerini yürüten ve bu tarihte emekliye ayrılan Prof. ARIOĞLU akademik ve eğitim faaliyetlerini Yapı Merkezi Holding A. Ş. bünyesindeki AR – GE Bölümü Koordinatörü olarak sürdürmektedir. Prof. ARIOĞLU’ nun toplam 18 adet ( 4’ ü yabancı dilde İngilizce İspanyolca, Farsça) telif kitabı yayımlanmış 280’ i aşkın makale, tartışma yazısı+ bildirisi mevcuttur. 100’ ün üzerinde ülke sorunları üzerinde çeşitli gazete/dergilerde yayınlanmış makale ve söyleşinin sahibidir. Prof. ARIOĞLU 3 kez Prefabrik Birliği’ nce “Bilimsel Çalışma Ödülü” ’ ne layık görülmüştür. Yapı Merkezi 2345 kgf/cm2 – 7 Günlük – Çok Yüksek Dayanımlı Beton Projesi ve 3000 kgf/cm2 – 7 günlük – Reaktif Pudra Beton Projesi’ nde proje koordinatörü olarak katılmıştır. Ayrıca, Yapı Merkezi bünyesinde 450’yi aşkın teknik / araştırma raporunun yazarı ve/veya ortak yazarıdır. 1994-2000 yıllarında TMMOB’ nin Maden Mühendisleri Odası İstanbul Şubesi Yönetim Kurulu Başkanlığını yürütmüştür. Yaklaşık 7 yıldan beri YTÜ İnşaat Mühendisliği bölümünde Tünel dersi vermektedir. (Ders notları YTÜ Ulaştırma Anabilimdalı ve Yapı Merkezi portalından temin edilebilir)
ergin.arioglu@ym.com.tr
http://www.ym.com.tr/kategori/73/1/tunel-ders-notlari.aspx
6
Projenin geometrik büyüklükleri (uzunluk ve eğim) hassas bir şekilde deniz tabanı morfolojisine denizel
sedimanların kalınlığına ve özelliklerine ve sedimanla tünel üst kotu ile arasında kalan kaya örtüsü
tabakasının kalınlığı, yerinde mekanik büyüklüğü ve permeabilitesine bağlıdır. Bazı durumlarda şartlar
uygun olmadığı zaman, projenin geometrik uzunluğunu arttırarak zaman/para ekonomisini olumsuz etki
etmektedir. Buna ek olarak, stabilite ve su gelirini önleme açısından, tünelin kemerlenme zarfının
yüksekliği kaya örtü tabakasının asla geçmemesi gerekmektedir.
Genellikle deniz yapısının varlığından dolayı, mühendislik jeolojisi/jeoteknik araştırmaların yoğunluğu ve
proje bedeli cinsinden parasal tutarı kara tünellerine nazaran daha fazladır. Genelde kara tünellerinin
mühendislik jeolojisi/geoteknik araştırmalar için sarfedilen toplam para proje bedelinin %1 -3 arasında
kalırken, denizaltı tünel projelerinde aynı araştırmaarın parasal tutarı deniz tabakasının kalınlığı ve tünel
uzunluğuna bağlı olarak %3-7 arasında değişmektedir.
Deniz altı projelerinde,deniz katmanın bulunmasının getirdiği zorluk nedeniyle gerekli sayıda sondaj ve
numune alımı imkanlları limitli olmaktadır. Bu nedenle, deniz altı tünel çalışmalarında tünel ile birlikte ön
pilot sondajların (her 30 m de bir sondajlarla) aktif aynanın önündeki kaya kütlesi tanımlanmakta ve jeolojik
riskler (su geliri, zayıflık/fay zonları, gaz çıkışı vs.) belirlenebilmektedir.
DENİZALTI TÜNEL PROJELERİNİN KARAKTERİSTİK ÖZELLİKLERİ
7
DENİZALTI TÜNELLERİNİN GÜZERGAHINI BELİRLEYEN TEMEL PARAMETRELER
Kaynak: Palmström, A., 2002.
Minimum kaya kalınlığı
Minimum kaya kalınlığı
Çökel
Tünel stabilitesini ve su gelirini kontrol etmek (denizel çökel + kaya örtü) kalınlığının sağlanması deniz altı
tünel projelerinin vazgeçilmez ″geoteknik″ verisidir. Bunun sağlamadığı durumlarda, şekilden açıkça
görüldüğü üzere ″maksimum eğim ″ ve ″tünel uzunluğu″ artmaktadır. Bilinmektedir ki, karayolu
tünellerinde maksimum eğim % 5 ile %8’dir.
Güzergahı belirleyen temel paraametreler
Karayolunun proje eğimi
Tünel stabilitesini sağlamak ve su gelirini önlemek için gerekli en az (denizel çökel + kaya örtü) kalınlığı
8
NORVEÇ DENİZ ALTI TÜNELCİLİĞİNDE ÖRTÜ TABAKASININ SU GELİRİNE ETKİSİ
Kaynak: Modified from Nilsen et al., 2012.
En büyük eğim En büyük eğim
Zayıflık Zonu
Zemin Örtüsü
Tünel
Minimum Kaya Örtüsü
Deniz
No Proje Bitiş tarihi
Anakaya Kesit, m2
ΣL, km
hr,min, m
Dmax, m
1 Vardø 1981 Şeyl, Kumtaşı 53 2,6 28 88
2 Ellingsøy 1987 Gnays 68 3,5 42 140
3 Valderøy 1987 Gnays 68 4,2 34 145
4 Kvalsund 1988 Gnays 43 1,6 23 56
5 Godøy 1989 Gnays 52 3,8 33 153
6 Hvaler 1989 Gnays 45 3,8 35 121
7 Flekkerøy 1989 Gnays 46 2,3 29 101
8 Nappstraumen 1990 Gnays 55 1,8 27 60
9 Fannefjord 1991 Gnays 54 2,7 28 100
10 Maursund 1991 Gnays 43 2,3 20 92
11 Byfjord 1992 Fillit 70 5,8 34 223
12 Mastrafjord 1992 Gnays 70 4,4 40 132
13 Freifjord 1992 Gnays 70 5,2 30 132
14 Hitra 1994 Gnays 70 5,6 38 264
15 Tromsøysund 1994 Gnays 60a 3,4 45 101
16 Bjorøy 1996 Gnays 53 2 35 85
17 Slöverfjord 1997 Gnays 55 3,3 40 100
18 North Cape 1999 Şeyl, Kumtaşı 50 6,8 49 212
19 Oslofjord 2000 Gnays 79 7,2 32b 134
20 Frøya 2000 Gnays 52 5,2 41 164
21 Ibestad 2000 Mikaşist, granit 46 3,4 30 125
22 Bømlafjord 2000 Diyorit, gnays, fillit 74 7,9 35 260
23 Skatestraumen 2002 Gnays 52 1,9 40 80
24 Eiksundet 2007 Gnays,gabro, kireçtaşı 71 7,8 50 287
25 Halsnøy 2008 Gnays 50 4,1 45 135
26 Nordåsstraumen 2008 Gnays 74a 2.6c 15 19
27 Finnfast 2009 Gnays, amfibolit 50 5.7 + 1.5 44 150
28 Atlantic Ocean 2009 Gnays 71 5,7 45 249 aÇift tüp bSaha araştırmalarına göre en derin noktada kabul edilen kaya örtüsü c Deniz altında 40 m uzunluğunda dar geçiş Not: ΣL = toplam tünel uzunluğu, hr,min=minimum kaya örtüsü, Dmax= deniz altında maksimum derinlik
Kaya
Ört
ü T
ab
ak
as
ı, h
r (
m)
Anakaya’ya derilik (hw+hs), m
Zemin
hw= su derinliği, m
hs = çökel derinliği, m
9
NORVEÇ DENİZALTI TÜNELCİLİĞİNDE TÜNEL UZUNLUĞU, KESİT ALANI VE ÖRTÜ
TABAKASI KALINLIĞININ İSTATİSTİKSEL DEĞERLENDİRMESİ
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Minimum Örtü Kalınlığı (m)
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Fre
kan
s
43 52 61 70 79
Kesit Alanı, m2
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
Fre
kan
s
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Tünel Uzunluğu (m)
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
Fre
kan
s
Ortalama Değer
4.2 m 59 m2 35 m
Standart Sapma, s
1.8 m 11 m2 8.5 m
Değişkenlik Katsayısı, V
44% 19% 24%
𝐗 =4.2 m 𝐗 =59 m2 𝐗 =35 m
(Not: 𝐗 = Ortalama değer, s=standard sapma, V=değişkenlik katsayısı, 𝐕 = 𝟏𝟎𝟎 ×𝐬
𝐗 )
Kaynak: Yapı Merkezi Ar‐Ge Bölümü, 2015 (Ham veriler Nilsen et al., 2012.’den alınmıştır.)
10 Kaynak: LindstrØm ve Kveen, Norwegan Tunneling Society,
Publication No: 15, p 75 – 74, 2005 ve Palmström ve Stille, 2011.
Şekil – Norveç delme + patlatma tünel açma
pratiğinde önerilen araştırma gideri – kazı masrafı=
Delme + patlatma + yükleme + iksa, cinsinden –
ve tünel uzunluğu.
DENİZALTI TÜNEL PROJELERİNDE GEOTEKNİK ARAŞTIRMALARIN GİDERLERİ %
100
% 10
% 1
% 0
0,1 1 10 100
Denizaltı tünelleri
BA
C
C
TBM (Tam
cepheli tünel
açma)
A
B
D
C
Tünel Uzunluğu, km
Ara
ştı
rma
Gid
eri
, %
Araştırma Sınıfının Tanımı
Zorluk Derecesi (a)
a1 Düşük
a2 Orta
a3 Yüksek
Tünel projesine ilişkin istekler (b)
b1 Düşük A A B
b2 Orta A B C
b3 Yüksek B C D
Zorluk Derecesi: Tünel geçkisinin mühendislik
jeolojisi açısından taşıdığı zorlukların derecesini
ifade eder. Genel jeolojik koşullara ek olarak
ayrışma zonların varlığı, hidro-jeolojik koşullar,
tünelin sehim eğrisinin etki alanında yer alan
köprü ayakları, binalar ve diğer alt yapılar vb.
anılan faktör içinde düşünülmelidir. (Düşük, orta
ve yüksek zorluk derecesi içinde
değerlendirilebilir).
Proje İstemleri: Bu öğe, doğrudan doğruya tünel
kazısı sırasındaki genel stabilite, ve bununla ilintili
olarak olası riskleri içerir. Keza, üç sınıf – düşük,
orta, yüksek – ile ifade edilmiştir.
11
DENİZ ALTI TÜNELLERİNDE JEOFİZİK YÖNTEMLER –SİSMİK YANSIMA-KIRILMA VE
RESİSTİVİTE-
Deniz altı tünellerinde jeofizik yöntemler –sismik akustik, sismik yansıma-kırılma ve resistivite- yaygın bir
şekilde kullanılmaktadır. Jeofizik yöntemler genelde tünel projesinin,
• Batimetri (eşdeğer deniz tabanı kontur planı)
• Sediman örtüsünün kalınlığı ve anakaya morfolojisi,
• Olası büyük süreksizlikler (faylar/zayıflık zonları ve fayların lokasyonu, yönelimi ve derinlik)
• Kaya birimlerinde boyuna kayma dalgası hız profilleri ile kaya kütlesinin tanımlanması (Q, RMR, Rmi)
ve Vp=f(Q) ilişkisi ile kaya biriminin mühendislik tanımı
Jeofizik yöntemlerle elde edilen profiler kesinlikle geleneksel ve/veya yönelimli sondajlarla çıkartılan
jeolojik profille korele edilmelidir.
DenizSismik Araştırma
Gemisi
AlıcıVerici Alıcı
Anakaya
Zemin
Katmanı 1
Zemin
Katmanı 2
Denizde Sismik Yöntem
Uygulaması
Kaynak: Nilsen et al., 2012’den değiştirilmiştir.
12
İSTANBUL BOĞAZINDA SİSMİK YANSIMA ÇALIŞMALARINA BİR ÖRNEK
SİSMİK YANSIMA KESİTİ SİSMİK YANSIMA KESİTİNİN YORUMLANMASI
Not: θ tabaka eğimlerini ifade etmektedir.
Kaynak: Birön, 1964 ve Uluğ ve diğ. 1989’dan değiştirilmiştir.
Genelde suda boyuna hız dalga hızı 1000-1200 m/s (tuzluluğa ), zayıflık zonu, faylarda bu değer 1500 -
2500 m/s kaya kütle kalitesi arttıkça 3000 ile 6500 m/s arasındadır. Bu değer çok hassas bir şekilde
derinlik ve porozite ile değişmektedir. Çatlakların yönelimi ile kontrol edilir. Vs / Vp oranı ise büyük ölçüde
poisson oranı ve kaya kütlelerindeki çaylak sistemlerinin yönelimine ve derinliğe bağlı olarak 0.4- 0.65
arasındadır. İstanbul Trakya formasyonunda ise, yazarların tecrübesine göre 0.6’dır.
13
ULUSLARASI TÜNEL LİTERATÜRÜNDE KULLANILAN YAYGIN KAYA
SINIFLANDIRMA SİSTEMLERİNİN KARŞILAŞTIRMASI
A KAYA SINIFI -Stabil-Hafif Aşırı Sökülen kaya Kütleleri- Bu cins kaya kütleleri genellikle stabil olup elastik davranış gösterirler. Yerel destek uygulanmaması halinde, yer yer sığ göçükler meydana gelebilir. A kaya sınıfı kendi içinde A1 (Stabil) ve A2 (Sonradan az sökülen) olmak üzere iki tipe ayrılır. B KAYA SINIFI - Gevrek Kaya Kütleleri- Yapısal kenetlenme ve/veya çekme mukavemeti azlığından ötürü hızlı gevşeme ve ayrışmaya yatkındır. Hemen hemen tüm çevrede, boşluk civarındaki ikincil gerilmeler, kaya kütlesinin mukavemetini biraz aşmakta, bununla beraber bu zafiyet mekanizması içerilere ulaşmamaktadır.Destek yapımının gecikmesi halinde artan çökmeler meydana gelir. B kaya sınıfı kendi içinde B1 (Gevrek), B2 (Çok Gevrek) ve B3 (Taneli) olmak üzere üç tipe ayrılır. C KAYA SINIFI -Baskılı Kaya Kütleleri- Genellikle, kaya basıncının yeniden dağılımı süreci ve/veya deplasman sınırlamaları sonunda oluşan gerilmelerin kaya dayanımından daha büyük olduğunu göstermektedir. Kaya kütlesinin aşırı gerilmelere maruz kalması ile kabuk atma, burkulma, kesme ve boşluğa doğru plastik hareket gibi zafiyet mekanizmaları oluşur. Kaya kütlesinin plastisite ve viskozitesi, zamana bağlı belirgin deformasyon davranış göstermesine ve sonuçta büyük deformasyonlara yol açar. Kaya zati ağırlık yüklerinin aktif hale geçmesi ve önemli miktarda gevşeme basıncı, sadece büyük deformasyonlara izin verildiğinde meydana gelir. Bu durum kaya kütlesine zarar verecek derecedeki gevşeme ve ayrışma, kaya dayanımında büyük miktarda azalmaya yol açar. Açılan boşluktaki büyük deformasyonlar ve uzun dönemde zamana bağlı deplasman davranışı, zeminin elastik olmayan, plastik ve viskoz davranışına bağlıdır. Çatlamaya veya dökülmeye eğilimli kaya kütleleri ve şişme özelliği gösteren bileşenleri olan kaya kütleleri bu gruba girer. Bu grup, aynı zamanda ayrışmış veya bozuşmuş kayalar, gevşek zemin ve organik zeminler gibi kaya kütlelerini kapsamaktadır. Kaya kütlesinin düşük özellikleri nedeniyle kohezyon miktarına ve/veya gevşeme basıncını takiben aşırı gerilmelere bağlı olarak, elastik veya plastik aşırı gerilme oluşur. C kaya sınıfı kendi içinde C1 (Dağ Atma), B2 (Baskılı), C3 (Çok Baskılı), C4 (Akıcı) ve C5 (Şişen) olmak üzere beş tipe ayrılır.
Kaynak: Yüksel Proje, 2007’den özetlenmiştir.
BARTON
KAYA
KÜTLESİ
NİTELİĞİ (Q)
BIENIAWSKI
KAYA KÜTLESİ
DEĞERİ(RMR)
ÖNORM B
2203 Ekim
1994 Öncesi
ÖNORM B
2203 Ekim
1994 Sonrası
ÇOK İYİ
A1
STABİL
A1
SAĞLAM
İYİ İYİ
ÇOK İYİ
PEK
ÇOK İYİ
SON
DERECE İYİ
ORTA
ORTA
ZAYIF
ZAYIF
ÇOK
ZAYIF
A2
AŞIRI
SÖKÜLEN
B1
GEVREK
A2
SONRADAN
AZ
SÖKÜLEN
ÇOK
ZAYIF
ÇOK
FAZLA
ZAYIF
SON
DERECE
ZAYIF
B2
ÇOK
GEVREK
B1
GEVREK
B1
ÇOK
GEVREK
B3
TANELİ
C1
BASKILI
C1 DAĞ
ATMA
C2 ÇOK
BASKILI
C2
BASKILI
C3 ÇOK
BASKILI
C4
AKICI
C5
ŞİŞEN
L1 GEVŞEK
ZEMİN YÜKSEK
KOHEZYON
L2 GEVŞEK
ZEMİN DÜŞÜK
KOHEZYON
14
Yüksek derecede ayrışmış granit Tabakalanmış kireçtaşlı şeyl Qrange ≈ 0.8-0.9
Kısmen altere olmuş -ayrışmış- tüf. Qrange ≈ 0.1-0.3
İyi kaliteli granit. Qrange ≈ 5– 25
Şişen killi zayıflık zonu numunesi (Finnfast denizaltı tüneli) Qrange ≈ 0.01(eksi değer) – 0.02
Siyah şeyl /Ezilmiş zon (Rogfast Denizaltı tüneli ) Qrange ≈0.01 – 0.3
Q SİSTEMİNE GÖRE SONDAJ KAROTLARININ ÖRNEK GÖRÜNÜMLERİ
Kaynak: NFF, 2014’den değiştirilmiştir.
15
Minimum kaya kalınlığı, m
Su
De
rin
liğ
i, m
Tünel
SU DERİNLİĞİNİN MİNİMUM KAYA KALINLIĞI İLE DEĞİŞİMİ
Kaynak: Palmström, A., 2002.
Zayıf kaya formasyonu:
• Yerinde basınç dayanımı düşük
• İçsel sürtünme açısı: 15 – 30
• Jeolojik dayanım indeksi GSI =10 – 30
• Yerinde taşıma kapasitesi düşük
İyi kaya formasyonu:
• Yerinde kaya mukavemeti yüksek
• İçsel sürtünme açısı: 30 – 45
• Jeolojik dayanım indeksi GSI= 60-90
• Yerinde taşıma kapasitesi yüksek
Örnek: Su derinliği 100 m olan karayolu
tünelinde stabilite açısından minimum kaya
kalınlığı iyi ve zayıf kaya formasyonunda
sırası ile 35 m ve 52 m olmaktadır.
16
AÇILAN TÜNELİN KEMERLENME YÜKSEKLİĞİNİ BELİRLEYEREK DENİZ TABANININ
YAKLAŞMA KRİTİK MESAFESİNİN KESTİRİMİ
Formül Terzaghi’nin "kemerlenme yaklaşımı" 'ndan çıkarılmıştır. Burada Ht ve ht büyüklüklerinde kaya
kütlesinin kohezyon değeri, c=0 alınmıştır. Başka bir anlatımla, kaya formasyonunun kayma dayanım
büyüklüğü sadece ϕ açısından kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, elde edilen değerler daima güvenli
taraftadır.
Etki açıklığını tarifleyen ifade de, Ht tünel yüksekliği sadece zayıf dayanımlı/çok çatlaklı kaya kütleleri için
geçerlidir. Diğer bir deyişle, tünel yüksekliği, Ht, RMR = 0 ile 40 arası için geçerlidir. Kaya kütlesi
iyileştikçe sadece yük veren yüksekliği, ht açıklığın fonksiyonu olmaktadır.
Maksimum Kaya Tavan Basıncı, Pt,max 𝑷𝒕,𝒎𝒂𝒙 =𝜸 × 𝑩
𝑲× 𝒕𝒂𝒏 𝝓
Kemerlenme Açıklığı, B 𝑩 = 𝑳𝒕 +𝑯𝒕 × 𝒕𝒂𝒏 𝟒𝟓 −𝝓
𝟐
Kemerlenme – yük veren – Yüksekliği, ht 𝒉𝒕 =𝑩
𝒕𝒂𝒏 𝝓 𝒔𝒕𝒂𝒃𝒊𝒍𝒊𝒕𝒆 𝒊ç𝒊𝒏 − 𝒉𝒕 < 𝒉𝒓𝒐𝒍𝒎𝒂𝒍𝚤𝒅𝚤𝒓
Zemin/Kaya kütlesinin İçsel Sürtünme Açısı, φ 𝝓 = 𝟐𝟎 + 𝟎. 𝟐𝟓𝑹𝑴𝑹
𝜸=Zemin/kaya kütlesi birim hacim ağırlığı (~2.65 t/m3 –tortul kayaçlar için-)
K=Kemerlenme zarfı içinde yatay gerilmenin düşey gerilmeye oranı (𝜎𝑦 𝜎𝑑) (K≈1 alınır),
Lt=Tünel kazı açıklığı, m
Ht=Tünel kazı yüksekliği, m
RMR=Kaya kütle sınıflandırma puanı (Bieniawski, 1976 ve 1979)
hr=Kaya örtü kalınlığı, m
Kaynak: Yapı Merkezi ARGE Bölümü, 2015.
17
0 5 10 15 20 25 30 35 40RMR
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
130
Ka
ya T
av
an
Basın
cı,
Pt
(t/m
2)
AÇILAN TÜNELİN KEMERLENME YÜKSEKLİĞİNİ BELİRLEYEREK DENİZ TABANININ
YAKLAŞMA KRİTİK MESAFESİNİN KESTİRİMİ (Ht=6.25 m için)
Kaynak: Yapı Merkezi ARGE Bölümü, 2015.
0 5 10 15 20 25 30 35 40RMR
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Ke
me
rlen
me
– y
ük v
ere
n –
Yü
ks
ekliğ
i, h
t (m
)
Lt= 6 m
Lt= 7 m
Lt= 8 m
Lt= 9 m
Lt= 10 m
Lt= 11 m
Lt= 12 m
Ç O K
Z A Y I F Z A Y I F Lt= 6 m
Lt= 7 m
Lt= 8 m
Lt= 9 m
Lt= 10 m
Lt= 11 m
Lt= 12 m
Ç O K
Z A Y I F Z A Y I F
𝑷𝒕,𝒎𝒂𝒙 =𝜸 × 𝑩
𝑲 × 𝒕𝒂𝒏 𝝓
𝒉𝒕 =𝑳𝒕 +𝑯𝒕 × 𝒕𝒂𝒏 𝟒𝟓 −
𝝓𝟐
𝒕𝒂𝒏 𝝓
𝜸=2.65 t/m3
–tortul kayaçlar için-
K≈1
𝒉 𝒓 = 𝟑𝟓 𝒎
18
İlişki Sınır Aralığı
Basınç Dayanımı
𝝈𝒍𝒂𝒃,𝒔 = 𝟎. 𝟑𝟓𝟑 ∙ 𝝈𝒍𝒂𝒃,𝒌 − 𝟐. 𝟒𝟏
(n=31, r= 0,888)
𝝈𝒍𝒂𝒃,𝒔
𝝈𝒍𝒂𝒃,𝒌= 𝟎. 𝟏𝟐𝟕𝝈𝒍𝒂𝒃,𝒌 + 𝟐𝟎. 𝟑𝟏
(n=31, r= 0,423)
7 MPa < lab,k <140 MPa
1 MPa < lab,s <66 MPa
Yarma-Çekme Dayanımı
𝝈𝒚ç,𝒔 = 𝟎. 𝟒𝟔 ∙ 𝝈𝒚ç,𝒌 − 𝟎. 𝟔𝟒
(n=30, r= 0.818)
𝝈𝒚ç,𝒔
𝝈𝒚ç,𝒌= 𝟐. 𝟗𝟔𝝈𝒚ç,𝒌 + 𝟏𝟎. 𝟐𝟒
(n=30, r= 0.545)
2 MPa < yç,k <13 MPa
0 MPa < yç,s <7.2 MPa
Elastisite Modülü
𝑬𝒔 = 𝟎. 𝟒𝟔 ∙ 𝑬𝒌 − 𝟐𝟔𝟎. 𝟗𝟗
(n=25, r= 0.812)
𝑬𝒔
𝑬𝒌= 𝟎. 𝟎𝟎𝟐𝑬𝒌 + 𝟐𝟓. 𝟏𝟏
(n=31, r= 0,423)
1000 MPa < Ek <18000 MPa
0 MPa < Es <11000 MPa
KURU VE SUYA DOYGUN KİLLİ TORTUL TAŞ NUMUNELERİN BASINÇ /YARMA-ÇEKME VE ELASTİSİTE MODÜLÜ ARASINDAKİ İSTATİSTİKSEL İLİŞKİLER
Kaynak: Yapı Merkezi Ar‐Ge Bölümü, 2008.
n=istatistiksel ilişkide kullanılan numune sayısı , r= regresyon katsayısı
19
Kuru numunenin tek eksenli basınç dayanımı (σlab,k) arttıkça suya doygun numunenin basınç dayanımı (σlab,s) da
artmaktadır. Bu artış lineer bir istatistik modelle temsil edilebilir. Suya doygun numunenin kuru numuneye basınç
dayanımı oranı (σlab,s σlab,k ) ile, kuru numunenin tek eksenli basınç dayanımı, σlab,k arasında kuvvetli bir istatistiksel
ilinti elde edilmemiştir. Bünyesinde önemli miktarda kil içeren silttaşı, çamurtaşı ve marn gibi sedimenter kayaçlarda
suya doygun numune/kuru numune tek eksenli basınç dayanımı oranının aritmetik ortalaması yaklaşık %27
bulunmuştur. Su içeriğinin bu tür kayaçların mekanik dayanımları üzerindeki etkisi çok büyüktür. Bu nedenle,
bu tür kayaçlar içinde açılacak tünellerde su gelirinden kaynaklanan ″suyun etkisi″ özenle gözetilmelidir.
Tek eksenli basınç dayanımı olduğu gibi kuru ve suya doygun numunelerin yarma çekme dayanımı arasında anlamlı
bir istatistiksel ilişki mevcuttur. Suya doygun numunenin yarma çekme dayanımının, kuru numuneninkine oranı
(σyç,s σyç,k ) ile kuru numunenin yarma çekme dayanımı (σyç,k ) arasında zayıf lineer bir istatistiksel bir ilinti
bulunmuştur. Bileşiminde önemli miktarda kil içeren silttaşı, çamurtaşı ve marn gibi sedimenter kayaçlarda suya
doygun numunenin, kuru numune yarma çekme dayanımı oranının aritmetik ortalaması %27 olmaktadır.
Kuru ve suya doygun numunelerin elastik modülleri (Ek ve Es)arasında anlamlı bir istatistiksel ilişki mevcuttur. Suya
doygun numunenin, kuru numunenin elastik modülüne oranı, kuru numunenin elastik modülünden bağımsız olduğu
söylenebilir. Bileşiminde önemli miktarda kil içeren silttaşı, çamurtaşı ve marn gibi sedimenter kayaçlarda suya
doygun numunenin kuru numune elastik modülüne oranının aritmetik ortalaması %35 olmaktadır. (Söz gelimi diğer
kayaçlarda anılan oran %50 - %80 aralığında değer almaktadır).
KURU VE SUYA DOYGUN KİLLİ TORTUL TAŞ NUMUNELERİN BASINÇ /YARMA-ÇEKME VE ELASTİSİTE MODÜLÜ ARASINDAKİ İSTATİSTİKSEL İLİŞKİLER -devamı-
Kaynak: Yapı Merkezi Ar‐Ge Bölümü, 2008.
20
TÜNEL PROJELERİNDE RİSK TANIMI
Oluşma derecesi Olasılık yüzdesi
1 Çok düşük İhmal edilebilir < 1
2 Düşük Uzak olasılık > 1
3 Orta Mümkün > 10
4 Yüksek Yüksek olasılık > 50
5 Çok yüksek Hemen hemen kesin > 90
Mühendislik projesinde genel olarak risk, bir projeye maddi – manevi olarak olumsuz etki edecek bir etkenin gözlenen olasılığının o
faktörün kontrol edilemediği durumda yol açacağı maddi ve manevi zararın parasal boyutu ile çarpımıdır. Kısaca;
𝑹 = 𝑶 × 𝒁
ile ifade edilir.
Sözgelimi, arın-tavan stabilitesi bakımından olumsuz bir durum karşısında mühendis riski, değişik teknik önlemler ile kontrol ederek
azaltabilir. Örneğin, arın iksasının rijitliğini arttırabilir ve/veya enjeksiyon yapmak suretiyle zemin / kaya kütlesinin yerinde mekanik
büyüklüklerini özellikle kohezyon, içsel sürtünme açısını arttırarak stabiliteyi daha iyi hale getirebilir. Eğer sığ bir tünel (orta kalınlığı ≤
3xKazı Çapı) sözkonusu ise, bu işlemlere ek olarak da tasman eğrisinin etkisi altında kalan önemli binaları geçici olarak boşaltabilir. Tüm
bu önlemler sonucunda başta varolan riskin nasıl azaltılacağı aşağıda verilen risk abağında gösterilmektedir. Unutulmamalıdır ki,
projede "kalıntı risk" daima mevcuttur.
Kaynak: Kovari veRamoni, 2006 ve
Tunnel Design Guide, BTS, London, 2004.
21
TÜNEL PROJELERİNDE RİSK TANIMI
Kaynak: Tunnel Design Guide, BTS, London, 2004.
Etki Düzey Maliyet Zaman Saygınlık Kaybı İşyeri Güvenliği ve Sağlığı
Çevresel
1 Çok Düşük
İhmal edilebilir İhmal edilebilir
Proje süresine etkisi yok
Yok İhmal edilebilir İhmal edilebilir
2 Düşük Belirgin > 1% Proje maliyeti
> 5% Proje süresi
Düşük düzeyde kayıp
Minor yaralanma
Minor çevresel hasar
3 Orta Ciddi > 5% Proje maliyeti
> 10% Proje süresi
Lokal basın / iş ilişkilerinde etkili
Önemli yaralanma
Çevresel hasar yöntemi gerekli
4 Yüksek Projenin geleceğine etkili / İşveren İlişkilerinde hukuksal sorunların başlaması
> 10% Proje maliyeti
> 25% Proje süresi
Ulusal basında projenin tartışmaya açılması / iş ilişkilerine büyük ölçüde etkimesi
Can kaybı Önleyici Tedbirlerin alınması
5 Çok Yüksek
Projeyi ciddi ölçüde tehdit etmesi
> 50% Proje maliyeti
> 50% Proje süresi
Ulusal boyutta firmanın saygınlık kaybı / iş ilişkilerinde ciddi sarsılmalar
Çoklu can kaybı Kamusal sağlık açısından veya ulusal kaynak korumasında geri dönülmez etkiler
22
TÜNEL PROJELERİNDE RİSK SKOR MATRİSİ
Kaynak: Tunnel Design Guide, BTS, London, 2004.
23
NORVEÇ TÜNELCİLİK PRATİĞİNDE İŞ SAHİBİ – YAPIMCI FİRMA RİSK PAYLAŞIMI
İş
Sahibinin
Riski
Müteahhait
Firmanın
Riski Proje
Maliyeti
Norveç
Tünel
Pratiği
Anahtar Teslim
Peşin Ödeme
Sabit Fiyat
Peşin Ödeme
Fiyat Artışı
Hedef Değer
Maliyet İadesi
Tünelcilik ve yeraltı çalışmaları kaçınılmaz bir şekilde belli bir "risk" içermektedir. Tünel endüstrisinde, farklı
sözleşme tipleri için risklerin dağılımı da farklılık göstermektedir. Norveç tünelcilik pratiğinin, müteahhit
firmanın riskini, iş sahibininkinden biraz daha az tutarak, "en düşük proje maliyetini " ürettiği görülmektedir
(İş sahibi (devlet), tünel projesinin güzergahının mühendislik jeolojisi ve geoteknik çalışmalarını
gerçekleştirerek nihai rapor hazırlar. Bu rapor, işe talep eden yapımcı firmaların bilgisine sunulur. Projeyi
gerçekleştiricek olan firma da gerekdiği durumda, ek sondaj çalışmalarıyla kendi bütçesiyle yapabilir ve
sonuçlarını da iş sahibi ile paylaşır.)
En düşük
Maliyet
Kaynak: Broch et al., 2008’den değiştirilmiştir..
Maksimum
Maliyet
24
DENİZ ALTI TÜNELCİLİĞİNDE KAZININ (DELME + PATLATMA) YÖNTEMİ İLE
GERÇEKLEŞTİRİLMESİ
Delme
Patlayıcının
Doldurulması
Patlatma
Havalandırma
Yükleme
+
Taşıma Kavlama
Bulonlama
+
Püskürtme
Beton
Tünellerin, (Delme + Patlatma) yöntemi ile gerçekleştirilmesi işleminin başlıca aşamaları aşağıdaki
çevrim modelinde verilmektedir.
Kaynak: Sandvik Tamrock Corp.,1999’dan değiştirilmiştir.
25
KESİT ALANINA BAĞLI OLARAK BİRİM PATLAYICI MİKTARININ BELİRLENMESİ
Zayıf Kazılabilirlik
İyi Kazılabilirlik
Kesit Alanı, m2 Kesit Alanı, m2
İyi Kazılabilirlik
Zayıf Kazılabilirlik
Düşük Tecrübe
Delik Uzunluğu, m Delik Uzunluğu, m
Yüksek Tecrübe
Düşük Tecrübe
Yüksek Tecrübe
kg
/m3
kg
/m3
Ø45 mm delik Ø64 mm delik
45 mm ve 64 mm çaplı delik için planlanan tünel kesit alana bağlı olarak, birim kazı hacmi için patlayıcı
miktarı aşağıdaki abaklar aracılığı ile belirlenebilir (Patlayıcı cinsi = ANFO). Delik uzunluğuna ve
tecrübe seviyesine bağlı olarak, abaktan okunan patlayıcı miktarı düzeltilmelidir.
(Patlayıcı cinsi = ANFO)
Kaynak: Zare et al., 2006’dan değiştirilmiştir..
26
KAYA KÜTLE KALİTESİNE GÖRE İKSA SEÇİMİ 1- Tahkimatsız
2- Nokta saplama, sb
3- Sistematik saplama, B
4- Sistematik saplama
(Güçlendirilmemiş püskürtme
beton, 4-10 cm B(+S)
5- Lifle güçlendirilmiş püskürtme
beton (5-9 cm) ve saplama, Sfr+B
6- Lifle güçlendirilmiş püskürtme
beton (9-12 cm) ve saplama,
Sfr+E
7- Lifle güçlendirilmiş püskürtme
beton (12-15 cm) ve saplama,
Sfr+E
8- Lifle güçlendirilmiş püskürtme
beton (>15 cm) saplama ve çelik
çubuklarla güçlendirilmiş, Sfr,
RRS+B
9- Yerinde beton kaplama, CCA
Sa
pla
ma
Uzu
nlu
ğu
, ES
R=
1 A
çık
lık
ya
da
Yü
ks
ek
lik
, m
ES
R
Kazı Çeşidi ESR Tavsiye edilen ESR A Geçici kazı açıklığı ca.2-5 ca. 2 - 5
B Kalıcı kazı açıklıkları,hidrogüç için su tünelleri(yüksek basınçlı borular hariç), servis tünelleri, geniş kazılar için galeriler.
1.6 1.6 - 2.0
C Yeraltı atık boşuları, su dağıtım şebekeleri, tali yollar ve demiryolu tünelleri, denge odası, ulaşım tüneli. 1.3 0.9-1.1 (depo boşlukları 1.2-1.3) D Enerji santralleri, anayollar ve demiryolu tünelleri, sivil savunma odaları, portal geçişleri 1.0 Anayollar-demiryolu tünelleri 0.5 to 0.8 E Yeraltı nükleer güç santralleri, demiryolu istasyonları, kamu ve spor tesisleri,fabrikalar. 0.8 0.5-0.8 1993 yılında yayınlanan ESR tablosu, 1970 ve 1980’lerde düzeltildi. Fakat, dünya çapında ve Norveçte güvenlik istemi artmaktadır. Özellikle de, 1970’lerde küçük kayaparçalarının düşmesinin kabul edildiği tali yol tünellerini kapsayan ulaşım tünnelerinin daha güvenli olması beklenmektedir ve bugünlerde, artık herhangi bir kaya parçasının düşüşüne izin verilmemektedir ve ESR = 1 olarak kabul edilmektedir. Yeraltı atık boşluklarından daha önemli olan ve pahalı ekipmanları içeren su dağıtım şebekeleri için ise ESR = 0.9-1.1 alınması tavsiye edilmektedir. Anayolar ve demiryolları için, ESR = 0.5-0.8 kabul edilmektedir.
Kaya Kütlesi Kalitesi Faktörü, Q
Kaynak: NFF, 2014’den değiştirilmiştir.
27
Q SİSTEMİNE GÖRE ÇELİK LİFLE GÜÇLENDİRİLMİŞ PÜSKÜRTME BETON
KALINLIĞI VE KAYA BULONLARI ARASINDAKİ YERLEŞİM MESAFESİ
Kaya Kütlesi Kalitesi Faktörü, Q
Kaya Kütlesi Kalitesi Faktörü, Q
Pü
sk
ürt
me b
eto
n a
lan
ınd
a
bu
lon
ara
lığ
ı, m
Pü
sk
ürt
me b
eto
n k
alı
nlığ
ı
(Sfr
), m
Q, kaya kütle kalitesi faktöründeki artış,
daha az kalınlıkta püskürtme beton
ihtiyacını göstermektedir. Diğer bir
deyişle, beklendiği gibi, kaya kütlesinin
kalitesi düştükçe, daha kalın püskürtme
beton, açık deyişle daha rijit kaplama
gerekmektedir.
Zayıf kaya kütlelerinde, bulonlar daha
sık olarak düzenlenirken, kaya kütlesinin
kalitesinin artması ile birlikte, diğer bir
deyişle Q faktördeki artış ile, bulonlar
daha seyrek olarak düzenlenmektedir.
Kaya Kütle Kalitesi artar
Kaya Kütle Kalitesi artar
Kaynak: NFF, 2014’den değiştirilmiştir.
28
Q KAYA FAKTÖRÜNE GÖRE İKSA ÖN BOYUTLANDIRMASI
Kesit Alanı = 75 m2
Açıklık = 10 m
hd
uvar=
4 m
Tavan Uzunluğu = 14 m
Çalışma Zamanı 2 vardiya/gün 10 sa/vardiya 10 vardiya/hafta
Tünel Verisi 4.5 m kazılan delik uzunluğu
90% ilerleme/atım 1.5 atım/vardiya
İksa Kapasiteleri
Ekstra Kavlama 2 adam/vardiya
Lifli Püsk. Beton 5 m3 /vardiya –arında yerleşen- (5 m3/saat -yerleştikten sonra-)
Kaya Bulonları 10 bulon/sa-arında montajlanan-(15 bulon/sa -montaj sonrası-)
Beton Kaplama 0.15 m/sa -arında-(0.2 m/hour -montaj sonrası-)
Kaya
Kütle
Kalitesi
İyi
Orta
Zayıf
Çok Zayıf
Kaya
Derecesi
1. KAYA GERİLME PROBLEMİ OLMAYAN KAYA KÜTLELERİ
2. PATLAMA VE DÖKÜLME PROBLEMLİ KAYA KÜTLELERİ
3. ZAYIFLIK ZONU VE FAYLAR
Sın
ıf
Zon
Boyutu
Orta
Ağır
Küçük
Orta (x)
Geniş (x)
Ya
kla
şık
Q d
eğ
eri
Duvar Tavan Duvar Tavan
Kaya Bulonları (nos/10 m2) PÜSKÜRTME BETON (mm kalınlık ve % / m) BETON KAPLAMA
% / m
Zayıf kaya kütlesi kalitesindeki kaya iksası ile karşılaştırıldığında küçük zayıflık zonu (kalınlık < 1m)
(x) Orta Zayıflık Zonu : Kalınlık – m; Geniş Zayıflık Zonu : kalınlık > m
Kaynak: Palmström, 1996’dan değiştirilmiştir..
Ekstra
Kavlama
(sa/atım)
29
ZAYIF KAYA KÜTLESİ DURUMUNDA TÜNEL KAZISI BOYUNCA KAYA İKSA
TAHKİMATI ÖRNEĞİ-KARMSUND TÜNELİ -
A. PATLATMADAN HEMEN SONRA B. PÜSKÜRTME BETON 1
C. PASANIN ÇIKARILMASI D. PÜSKÜRTME BETON 2
E. BİR SONRAKİ PATLATMA ÖNCESİ BETON KAPLAMA
Hazır beton makinesi
Beton Kaplama
Kazı Makinesi
Arın Pasa
Karmsund Tüneli
• Formasyon: 200-300 m kalınlığında
kumtaşı
• En derin noktada (180 m) kaya örtüsü
kalınlığı = 50 m
Kaynak:Palmström ve Naas’dan değiştirilmiştir.
30
ÇELİK ÇUBUKLARLA GÜÇLENDİRİLMİŞ PÜSKÜRTME BETON
Çelik Çubuklarla Güçlendirilmiş
Püskürtme Beton
0.1’den daha küçük Q faktörü
değerlerinde (aşırı derecede zayıf kaya
kütlesi), fazla kazı, düşük bekleme
süresi ve önemli derecede erken
deformasyonlar meydana gelmesi
muhtemeldir. Bu tip durumlarda, çelik
setlerin kullanımından kaçınılmalıdır.
Bunun nedeni, eğer hızlı bir şekilde
bulonlama ve/veya püskürtme beton
uygulaması gerçekleştirilmezse, göreceli
olarak büyük kaya blokları zayıflayacak
ve düşecektir. Ayrıca, tünel
deformasyonları da etkin şekilde kontrol
edilmektedir. Çelik çubuklar -donatılar-
ile güçlendirilmiş püskürtme beton,
bu tip problemlerin çözümü olarak
geliştirilmiştir.
Kaynak: Grimstad et al., Barton, 2013 ve
Chudzikiewicz et al., 2003’den değiştirilmiştir.
Şekil değiştirmiş
donatılar
Kaya bulonları
1. Tabaka Püskürtme
Beton
2. Tabaka Püskürtme
Beton
National Theater railway station,Oslo
Çelik Çubuklarla Güçlendirilmiş
Püskürtme Beton
Çelik
Çubuk
Donatılar
Çelik
Donatı
31
TÜNELLERDE DÜŞEY/YATAY YERDEĞİŞTİRMELERİN KESTİRİMİ
Tayvan tünel projelerinde elde edilen yerinde ölçmelerin sonucuna göre, düşey hareket (∆) basit olarak,
∆≈𝑨ç𝚤𝒌𝒍𝚤𝒌 𝒎
𝑸, 𝒎𝒎
ile ifade edilmektedir (Chen ve Kuo, 1997). Data genellikle zayıf dayanımlı/ayrışmış kaya kütlelerini
içermektedir.
Barton, 1998, tünel içi düşey (∆𝒅) /yanal (∆𝒚) yer değiştirmeyi , aşağıdaki şekilde ifade etmektedir.
∆𝒅 𝒎𝒎 ≈ 𝟎. 𝟎𝟏𝑳𝒕𝑸
𝝈𝒛𝝈𝒃,𝒍𝒂𝒃
𝟎.𝟓
∆𝒚 𝒎𝒎 ≈ 𝟎. 𝟎𝟏𝑯𝒕
𝑸
𝝈𝒚
𝝈𝒃,𝒍𝒂𝒃
𝟎.𝟓
Burada, Lt ve Ht, mm cinsinden tünel açıklığı ve yüksekliğini ifade eder. 𝝈𝒛 ve 𝝈𝒚 (MPa) ise yerinde düşey
ve yatay gerilmelere karşı gelmektedir. 𝝈𝒃,𝒍𝒂𝒃 (MPa) ise sağlam kayanın tek eksenli basınç dayanımıdır.
Kaynak: Barton, 2002.
32
TÜNELLERDE DÜŞEY/YATAY YERDEĞİŞTİRMELERİN KESTİRİMİ
Tünel cidarının mutlak düşey (𝑫𝒅) ve yanal (𝑫𝒉) yer değiştirmesi
(Barton, 2002),
𝑫𝒅 𝒎𝒎 ≈ 𝟎. 𝟎𝟏𝑳𝒕𝑸
𝝈𝒛𝝈𝒚𝒃
𝟎.𝟓
𝑫𝒚 𝒎𝒎 ≈ 𝟎. 𝟎𝟏𝑯𝒕
𝑸
𝝈𝒚
𝝈𝒚𝒃
𝟎.𝟓
• Düşey basınç, 𝝈𝒛
𝝈𝒛 = 𝜸𝒁, 𝑴𝑷𝒂 𝜸=0.00265 kg/cm3 alındığında; 𝝈𝒛 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟐𝟔𝟓𝒁, 𝑴𝑷𝒂
• Yatay Basınç, 𝝈𝒚 𝝈𝒚 = 𝑲 ∙ 𝝈𝒛, 𝑴𝑷𝒂
Gerilme Oranı, 𝑲
𝑲 =𝝈𝒚
𝝈𝒛
(𝑲 = 𝟏 𝒊𝒔𝒆 𝒉𝒊𝒅𝒓𝒐𝒔𝒕𝒂𝒕𝒊𝒌 𝒃𝒂𝒔𝚤𝒏ç,𝑲 ≠ 𝟏 𝒊𝒔𝒆 𝒂𝒏𝒊𝒛𝒐𝒕𝒓𝒐𝒑𝒊𝒌 𝒃𝒂𝒔𝚤𝒏ç)
Yerinde basınç dayanımı, 𝝈𝒚𝒃
𝝈𝒚𝒃 ≈ 𝟓𝜸𝑸𝒄𝟎.𝟑𝟑𝟑
𝜸=2.65 t/m3 alındığında;
𝝈𝒚𝒃 ≈ 𝟓 × 𝟐. 𝟔𝟓 ×𝑸 ∙ 𝝈𝒃,𝒍𝒂𝒃𝟏𝟎𝟎
𝟎.𝟑𝟑𝟑
𝝈𝒚𝒃 ≈2.86× 𝑸 ∙ 𝝈𝒃,𝒍𝒂𝒃𝟎.𝟑𝟑𝟑
, 𝑴𝑷𝒂
Z= tünel aks derinliği, m 𝜸=kaya kütlesi birim hacim ağırlığı,
σyb= kaya kütlesinin tek eksenli basınç dayanımı, MPa
σb,lab =sağlam kayanın tek eksenli basınç dayanımı, MPa Q= kaya kalitesi faktörü, Qc=Normalize edilmiş kaya kalitesi faktörü ve aşağıdaki gibi tanımlanır,
𝑸𝒄 =𝑸 ∙ 𝝈𝒃,𝒍𝒂𝒃𝟏𝟎𝟎
Kaynak: Barton, 2002.
33
TÜNELLERDE DÜŞEY/YATAY YERDEĞİŞTİRMELERİN KESTİRİMİ İÇİN
SAYISAL ÖRNEK Verilenler:
• Tünel Çapı, D = 8 m
• Tünel aks derinliği, Z = 125 m
• Q faktörü, Q = 0.85
• Tek eksenli basınç dayanımı – laboratuvar - 𝛔𝐛,𝐥𝐚𝐛 = 35 MPa
• Kaya kütlesi birim hacim ağırlığı, 𝜸 = 2.65 t/m3
Düşey yer değiştirmeleri hesaplayınız.
Çözüm
• Düşey gerilme, 𝝈𝒛 = 𝜸 × 𝒁 = 𝟎. 𝟎𝟐𝟔𝟓 × 𝟏𝟐𝟓 = 𝟑. 𝟑𝟏𝟐𝟓 𝑴𝑷𝒂
• Düşey Yer Değiştirme
∆𝒅 𝒎𝒎 ≈ 𝟎. 𝟎𝟏𝟖𝟎𝟎𝟎
𝟎. 𝟖𝟓
𝟑. 𝟑𝟏𝟐𝟓
𝟑𝟓
𝟎.𝟓
≈ 𝟐𝟗 𝒎𝒎 ≈ 𝟑. 𝟎 𝒄𝒎
• Kaya kütlesinin tek eksenli basınç dayanımı
𝝈𝒚𝒃 ≈ 2.86 × 𝟎. 𝟖𝟓 ∙ 𝟑𝟓 𝟎.𝟑𝟑𝟑 ≈ 𝟖. 𝟖𝟓 𝑴𝑷𝒂
• Düşey Mutlak Yer Değiştirme
𝑫𝒅 𝒎𝒎 ≈ 𝟎. 𝟎𝟏𝟖𝟎𝟎𝟎
𝟎. 𝟖𝟓
𝟑. 𝟑𝟏𝟐𝟓
𝟖. 𝟖𝟓
𝟎.𝟓
≈ 𝟓𝟕. 𝟔 𝒎𝒎 ≈ 𝟔.𝟎 𝒄𝒎
Kaynak: Yapı Merkezi ARGE Bölümü, 2015.
34
Genel:
Barton, 2002’ ye göre permeabilite katsayısı,
RQD= Kaya kütlesi göstergesi, % (0 < RQD < 100%)
Jn , Jr , Ja , Jw= Çatlak seti sayısı, çatlak pürüzlülük durumu,
çatlakların alternasyonu-ayrışması- ve su geliri/ basıncı ile ilintili
faktör
SRF= Gerilme azaltma faktörü
lab,b= Sağlam numunenin tek eksenli basınç dayanımı, MPa.
İfadeden görüleceği üzere permeabilite değeri, kaya kütlesini
tanımlayan temel özelliklerden Jn, Ja, SRF ile doğru orantılı RQD,
Jr, Jw ve lab,b ile ters orantılıdır. L ve Vp büyüklüklerinin basınç
dayanımına indirgenmiş Qc faktörü ile değişimleri izleyen şekilde
verilmiştir (Barton, 2002). (Şekilde yer alan semboller: Vp= Basınç P
dalgasının ortamda yayılma hızı, km/sn, Ey= Yerinde elastik modül)
KAYA KÜTLESİNİN PERMEABİLİTE KATSAYISI – KAYA KÜTLE ÖZELLİKLERİ
ARASINDAKİ İLİŞKİ
. .
lab,b lab,bc r w
n a
-7n a
r w lab,b
1 1 1L = =
σ σQ J JRQDQ. x x
100 J J SRF 100
100.J .J .SRFL = , Lugeon, 1 Lugeon 10 m / sn
RQD.J J σ
Kaya permeabilite katsayısına bağlı olarak çatlak koşullarının
değerlendirilmesi aşağıdaki çizelgede belirtilmiştir (Look,
2007).
Eğer GSI olarak kaya kütlesi tanımlanmış ise aşağıdaki
istatistiksel ilişkiler yardımıyla Q ve Qc değerleri bulunabilir.
Ve Barton, 2002 abağından kaya kütlesinin permeabilite
katsayısı Lugeon cinsinden kestirilebilir.
GSI= RMR – 5 RMR= GSI + 5 RMR> 23
(Hoek vd. 1995)
(Barton 1995; 2000)
(lab,b= Sağlam numunenin tek eksenli basınç dayanımı,MPa)
Lugeon Çatlak koşulu
<1 Kapalı veya çatlaksız
1 – 5 Küçük çatlak açıklıkları
5 – 50 Bazı açık çatlaklar
> 50 Çok açık çatlak
𝑸 ≈ 𝟏𝟎 𝑹𝑴𝑹−𝟓𝟎
𝟏𝟓 𝑸 ≈ 𝟏𝟎 𝑹𝑴𝑹−𝟒𝟓
𝟏𝟓
𝑸𝒄 ≈ 𝟏𝟎 𝑮𝑺𝑰−𝟒𝟓
𝟏𝟓𝝈𝒍𝒂𝒃,𝒃𝟏𝟎𝟎
𝝈𝒍𝒂𝒃,𝒃< 𝟏𝟎𝟎 𝑴𝑷𝒂 𝒊𝒔𝒆
Kaynak: Yapı Merkezi Ar‐Ge Bölümü, 2008.
35
KAYA KÜTLESİNİN SU GEÇİRGENLİĞİNİN LUGEON DEĞERİ İLE TANIMLANMASI
Not: 1Lugeon = 10 -7 m/sn, Q=Q kaya kütle sınıflandırma sisteminde faktör
Qc=Normalize edilmiş Q faktörü, σci=sağlam numunenin tek eksenli basınç dayanımı, MPa
𝑸𝒄 = 𝑸×𝝈𝒄𝒊𝟏𝟎𝟎
1 Lugeon, 1 MPa (10 bar)’lık basınç
altındaki 1 metrelik sondaj logunun,
dakikada litre cinsinden su kaybı olarak
tanımlanmaktadır. Sol’da verilen abak,
Lugeon değeri, normalize Q faktör (Qc) ve
sismik P dalgası hızı arasındaki ilişkiyi
vermektedir. Bu ilişkinin tanımlanmasında
iki farklı düzeltme yapılması gerekebilir.
• Derinlik Düzeltmesi
Bilindiği gibi, geçirgenlik, K, artan derinlikle
azalmaktadır. Böylece, Lugeon değerlerinin
tünel üzerindeki örtü tabakasının kalınlığına
bağlı olarak düzeltilmesi gerekmektedir.
• Porozite düzeltmesi
• Kaya kütlesinin porositesi %1’den büyük
ise, Lugeon değerine ve normalize Q
faktörüne porosite düzeltmesi uygulanması
gerekir.
Kaynak: Barton, 2002 ve Yapı Merkezi ARGE Bölümü, 2015.
Qc
Vp
36
KAYA KÜTLESİNİN PERMEABİLİTE KATSAYISININ BELİRLENMESİNDE
DİĞER BİR AMPİRİK YAKLAŞIM
Denklem Kaynak ve Açıklamalar
𝑲 = 𝒂𝒛−𝒃 Black (1987) a and b = regresyon sabitleri z= yeraltı suyu seviyesinden itibaren düşey derinlik, m
𝒍𝒐𝒈𝑲 = −𝟖. 𝟗 − 𝟏. 𝟔𝟕𝟏𝒍𝒐𝒈𝒁 Snow (1970) K = permeabilite katsayısı, ft2
z = derinlik, ft
𝑲 = 𝟏𝟎− 𝟏.𝟔𝒍𝒐𝒈𝒛+𝟒
Carlson and Olsson (1977) z = derinlik, m
𝑲 = 𝑲𝒔𝒆−𝑨𝒉
Louis (1974) Ks = yer yüzeyi yakınında permeabilite, m/sn H = derinlik, m A = hidrolik eğim
𝒍𝒐𝒈𝑲 = 𝟓. 𝟓𝟕 + 𝟎. 𝟑𝟓𝟐𝒍𝒐𝒈𝒁 − 𝟎. 𝟗𝟕𝟖 𝒍𝒐𝒈𝒁 𝟐 + 𝟎. 𝟏𝟔𝟕 𝒍𝒐𝒈𝒁 𝟑
Burgess (1977) Z = derinlik, m
𝑲 = 𝑲𝒊 𝟏 −𝒁
𝟓𝟖 + 𝟏. 𝟎𝟐𝒁
𝟑
Wei et al. (1995) Ki = yer yüzeyi yakınında permeabilite, m/sn Z = derinlik, m
Derinlikteki artış ile, kaya kütlesinin geçirgenliği azalmaktadır. Bu durum, su dolaşımını arttıran açık
çatlakların yanal basınç etkisiyle kapanması açıklanabilir. Literatürde verilen belli başlı K=f(Derinlik)
istatistiksel ilişkileri aşağıda topluca verilmiştir.
Kaynak: Hsu et al., 2011’den değiştirilmiştir.
K = permeabilite katsayısı
37
KAYA KÜTLESİNİN PERMEABİLİTE KATSAYISININ BELİRLENMESİNDE
DİĞER BİR AMPİRİK YAKLAŞIM Genel Bilgi
Permeabilite katsayısı, K'nın Barton, 2002 tarafından önerilen Q sistemi ile ilişkisinin yanı sıra, diğer bir kaya kütle sınıflandırma
sistemi olan "HC Sistemi" ne bağlı olarak da kestirmek mümkündür. Aşağıda HC faktörü ile permeabilite katsayısı K arasında
türetilen iki ampirik ilişki verilmektedir.
Permeabilite Katsayısı, K (m/sn) 𝑲 = 𝟐. 𝟗𝟑 × 𝟏𝟎 −𝟔 × 𝑯𝑪𝟏.𝟑𝟖𝟎 , 𝑹𝟐 = 𝟎. 𝟖𝟔𝟔
𝑲 = 𝟐. 𝟑𝟏 × 𝟏𝟎 −𝟔 ×𝑯𝑪𝟏.𝟑𝟒𝟐 , 𝑹𝟐 = 𝟎. 𝟗𝟎𝟓
HC Faktörü 𝑯𝑪 = 𝟏 −
𝑹𝑸𝑫
𝟏𝟎𝟎𝑫𝑰 𝟏 − 𝑮𝑪𝑫 𝑳𝑷𝑰
Kaya Kütle Kalitesi Tanımlama Faktörü, RQD 𝑹𝑸𝑫 =𝑹𝒔
𝑹𝑻×%𝟏𝟎𝟎
Çatlak Dolgusu Tanımlama (Gouge Content Designation) İndeksi GCD Değeri
𝑮𝑪𝑫 =𝑹𝑮
𝑹𝑻 − 𝑹𝑺
Derinlik Indeksi, DI 𝑫𝑰 = 𝟏 −𝑳𝒄𝑳𝑻
LPI=Litoloji geçirgenlik indeksi (bknz. EK I) Rs= sağlam numunenin yada 100 mm'den uzun karot parçalarının toplam uzunluğu, m RT=toplam karot uzunluğu, m RG=çatlak dolgusunun toplam uzunluğu, m Lc=sondajda test aralığının orta derinliği, m LT=toplam sondaj uzunluğu, m
Kaynak: Hsu et al., 2011’den değiştirilmiştir.
38
KAYA KÜTLESİNİN PERMEABİLİTE KATSAYISININ BELİRLENMESİNDE
DİĞER BİR AMPİRİK YAKLAŞIM
HC değerindeki artış ile kaya
kütlesinin geçirgenliğinin arttığı
anlaşılmaktadır.
Mühendis, bulunan K değerini
Q faktörüne dayandırılan
yöntemin sonucu ile tahkik
etmelidir.
10-5
10-6
10-7
10-8
10-9
10-10
Kaya
Kü
tle
si H
idro
lik
İle
tke
nliğ
i, K
, m
/sn
HC Değeri 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
𝑲 = 𝟐. 𝟗𝟑 × 𝟏𝟎 −𝟔 × 𝑯𝑪𝟏.𝟑𝟖𝟎 , 𝑹𝟐 = 𝟎. 𝟖𝟔𝟔
𝑲 = 𝟐. 𝟑𝟏 × 𝟏𝟎 −𝟔 × 𝑯𝑪𝟏.𝟑𝟒𝟐 , 𝑹𝟐 = 𝟎. 𝟗𝟎𝟓
Tüm verileri içerir.
Sadece HB-94-01 verilerini içerir.
HB-94-01
HB-95-01
HB-95-02
Kaynak: Hsu et al., 2011’den değiştirilmiştir.
39
TÜNELLERDE SU GELİRİNİN KESTİRİLMESİ
SAYISAL ÖRNEK
• Verilenler
Basınç yüksekliği, H= 100 m
Kaya kütlesinin ortalama
permeabilitesi,
k = 4x10‐5 m/sn
• Belirlenen
10 m tünel uzunluğu için
beklenen su geliri, Q = 68 lt/sn
YASS = Yer altı su seviyesi
Kaynak: Marinos, 2005’den değiştirilmiştir.
40
Su
Ge
liri (lt/
min
)
No Proje Bitiş tarihi Anakaya Kesit, m2 Toplam tünel uzunluğu, km Minimum kaya örtüsü, m Deniz altında maksimum derinlik, m
2 Ellingsøy 1987 Gnays 68 3,5 42 140
3 Valderøy 1987 Gnays 68 4,2 34 145
4 Kvalsund 1988 Gnays 43 1,6 23 56
5 Godøy 1989 Gnays 52 3,8 33 153
6 Hvaler 1989 Gnays 45 3,8 35 121
7 Flekkerøy 1989 Gnays 46 2,3 29 101
8 Nappstraumen 1990 Gnays 55 1,8 27 60
9 Fannefjord 1991 Gnays 54 2,7 28 100
10 Maursund 1991 Gnays 43 2,3 20 92
11 Byfjord 1992 Fillit 70 5,8 34 223
12 Mastrafjord 1992 Gnays 70 4,4 40 132
13 Freifjord 1992 Gnays 70 5,2 30 132
14 Hitra 1994 Gnays 70 5,6 38 264
15 Tromsøysund 1994 Gnays 60a 3,4 45 101 aÇift tüp
Tünel inşaası tamalandığı anda su geliri
Tünel inşaası tamalandıktan 2-9 yıl sonra
su geliri
NORVEÇ DENİZALTI TÜNELCİLİĞİNDE ÖRTÜ TABAKASININ SU GELİRİNE ETKİSİ
En büyük eğimEn büyük eğim
Zayıflık Zonu
Zemin Örtüsü
Tünel
Minimum Kaya Örtüsü
Deniz
Kaynak: Modified from Nilsen et al., 2012.
41
GENİŞ BİR ZAYIFLIK/FAY ZONUNUN GEÇİLMESİ DURUMUNDA BEKLENEN
GÖÇÜĞE MÜDAHALE TEKNİĞİ –NORVEÇ SU ALTI TÜNEL TEKNİĞİ-
Kaynak: Nilsen et al., 2012’den değiştirilmiştir.
Norveç denizaltı tünel pratiğinde kazı işleminde delme artı patlatma yöntemi yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışma şekli
değişen jeolojik/hidrojeolojik koşullara, en etkin şekilde uyan yöntemdir.
~ +160 m
Atlantik
Okyanusu
ZeminGnays
Gn
ays
Kabul edilen 300 lt/dk.km tünel uzunluğu için kabul edilen su gelirini
bu seviyeye getirmek için, ön sondajlar açılarak özel çimento
enjeksiyonu uygulanır. Bu operasyonların bugünün enjeksiyon
tekniğinde uygulanabilecek maksimum su basıncı 10 MPa
mertebesindedir. (Eğer su geliri yukarıda belirtilen miktarın altında
ise böyle tünel kesitlerinde enjeksiyon işlemi uygulanmaz.
~ +160 m
Atlantik
Okyanusu
ZeminGnays
Gn
ays
~ +160 m
Atlantik
Okyanusu
ZeminGnays
Gn
ays
~ +160 m
Atlantik
Okyanusu
ZeminGnays
Gn
ays
~ +160 m
Atlantik
Okyanusu
ZeminGnays
Gn
ays
Kırıklı/Çatlaklı
~ +160 m
Atlantik
Okyanusu
ZeminGnays
Gn
ays
Enjeksiyon
~ +160 m
Atlantik
Okyanusu
ZeminGnays
Gn
ays
Radyal
Bulonlar
Püskürtme
Beton Biriken
malzeme
~ +160 mAtlantik Okyanusu
Zemin
Gnays
Gna
ys
42
TÜNELCİLİK PRATİĞİNDE KABUL EDİLEBİLİR MAKSİMUM SU GELİRLERİ
Yerleşim bölgelerindeki tünellerde 100 m tünel uzunluğu için, kabul edilebilir su geliri
limiti 2 -10 litre/dakika’dır.
Denizaltı tünelleri ve yerleşim dışı bölgelerdeki tünellerde 100 m tünel uzunluğu için,
kabul edilebilir su geliri limiti 10 -30 litre/dakika’dır.
Herhangi bir özel şart içermeyen tünellerde 100 m tünel uzunluğu için, kabul edilebilir
su geliri limiti 30 litre/dakika’dır.
Çeşitli kabuledilebilir limit değerleri, yeraltı suyu seviyesindeki değişimi nedeni ile
tünelin farklı bölgeleri için uygulanabilir.
Yukarıda belirtilen değerlerdeki su geliri ise tünel içi drenaj sistemi (boyutlandırılmış
su kanalı/pompa hacimleri vs.) ile boşaltılır.
Kaynak: GrØv, 2012’den değiştirilmiştir.
43
TÜNEL KULLANIMINA BAĞLI OLARAK İZİN VERİLEBİLİR SU SIZINTI MİKTARI
Kaynak: Specification for tunnelling, BTS 2010’den değiştirilmiştir.
44
SU GEÇİRİMSİZLİĞİNİ SAĞLAMAK İÇİN DELME+PATLATMA TÜNELLERDE YAPILAN
ÖN ENJEKSİYON UYGULAMALARI
Genellikle su gelirini kontrol etmek veya kötü
kaya kütle/zemin koşullarının tespiti amacıyla
tünel arınının önünden ön sondajlar
yapılmaktadır. (Delme+Patlatma) yöntemi ile
açılan tünellerde, su geçirimsizliğini sağlamak
amacıyla yapılacak olan ön enjeksiyon
uygulaması başlıca 5 aşamadan oluşmaktadır.
Şematik olarak solda görülen şekil, bu
aşamaları özetlemektedir.
Su gelirine neden olabilecek bir zonunun
tespiti durumunda, ön enjeksiyon yapılması
gereklidir. Bu durumda, ek enjeksiyon
sondajlarıda yapılabilir. Enjeksiyon sonrası,
birincil enjeksiyonunun kalite kontrolünün
denetlenmesi, su gelirinin izin verilebilir
düzeye indirilmesi için önem oluşturmaktadır.
Kaynak: Palmström, A., Huang, Z., 2007.
B) Genelde su
geçirgen zon
ile tünel arını
arasında 8-12
m mesafe
bırakılır.
A) Tünel
açılırken
tünel arınının
önünden
açılan sondaj
C) 15 m – 20 m
uzunluğunda
enjeksiyon
delgilerinin
açılması
D) Kaya
kütlesinin
birincil
enjeksiyonu
ve geçirimli
zon
E) Birincil
enjeksiyonun
kalite kontrolü
için enjeksiyon
deliklerinin
denetlenmesi
45
ÖN TASARIM İÇİN ÖNERİLEN ENJEKSİYON DELİK ARALIĞI
Kaynak: Boge ve Johansen, 1995’den Nilsen ve Palmström, 2000.
46
KAYA KÜTLESİNİN PERMEABİLİTESİ VE ÇİMENTO ENJEKSİYON UYGULAMA
LİMİTLERİ
Kaynak: Heuner, 1995.
47
ENJEKSİYON KARIŞIMINDA KULLANILAN ÇİMENTO TÜRÜ
Kaynak: GrØv, 2012’den değiştirilmiştir.
Normal İnce Çimento
Enjeksiyon çatlak açıklığı
= 3 x Çimento dane boyutu
mm
Yerleşim bölgelerindeki tüneller
için 0.02 mm’lik çatlaklar
Enjeksiyon karışımında kullanılan çimentonun dane boyutuna bağlı olarak enjeksiyon çatlak
açıklığı belirlenebilir. Yerleşim bölgelerindeki tünellerde, çatlaklar 0.02 mm’ye kadar izin verilebilir.
Ayrıca, sığ tünellerde enjeksiyon işlemi sırasında uygulanan basınç mutlaka "bina/zemin
kabarması" açısından tahkik edilmelidir.
48
NORVEÇ DENİZALTI TÜNELLERİNDE UYGULANAN KAZI DESTEK SİSTEMLERİ VE
SU GELİRLERİ
Kaynak: Nilsen, Palmstrom, ?,
http://geology.norconsult.no/Papers/Kyoto%202001%20Stability%20and%20leakage.pdf
Tünel
İlerlemesi
(m/hafta)
49
NORVEÇ TÜNEL PRATİĞİNDE BİRİM TÜNEL UZUNLUĞU İÇİN MALİYETLERİN
DEĞERLENDİRİLMESİ -FANNEFİORD TÜNEL ÖRNEĞİ-
Birim tünel uzunluğu
için ortalama maliyet
Kazı
Kaya bulonu
Püskürtme Beton
Beton kaplama
İncelemeSondajı ve
enjeksiyon
Su/Don yalıtımı
Polietilen köpük
Su/Don yalıtımı
Polietilen köpük – yangın
koruma (püskürtme beton)
Su/Don yalıtımı
cam lifi/alüminyum
Su/Don yalıtımı
hafif beton
1000
5000 10000
2000 3000
15000 20000 NOK/metre
USD/metre
Kaya iksası
Kazı
(Delme ve Patlatma)
İncelemeSondajı ve enjeksiyon Su kalkanları
Planlama, Araştırma ve Denetim Yol temeli ve kaplama
Elektrik ekipman ve havalandırma
Drenaj ve Pompa ekipmanı
İyi
Ort
a
Za
yıf
Kaya Kütlesi
Kalitesi
10000
8000
6000
4000
2000
0
Fannefiord Tüneli (Tamamlanma Tarihi :1991)
• Kesit Alanı: 55 m2
• En büyük eğim: %8.5
US
D/m
etre
Not: Bu ülkeler için yıllık maliyetler %5 artış oranı ile 2014 yılına yaklaşık olarak getirilebilir.
• Uzunluk:2743 m
• En derin nokta: 100 m
Kaynak:Palmström ve Naas, 1993’den değiştirilmiştir.
50
NORVEÇ TÜNEL PRATİĞİNDE BİRİM TÜNEL UZUNLUĞU İÇİN MALİYETLERİN
DEĞERLENDİRİLMESİ
Yıllar Yıllar
Not: Bu ülkeler için, yıllık maliyetler %4 artış oranı ile 2014 yılına kalibre edilebilir (2015 itibari ile 1 NOK ≈ 0.133 USD) .
Ha
fta
lık
İle
rle
me
Hız
ı (m
/ha
fta
)
Ka
zı M
aliye
ti (
NO
K/m
)
Yılık bazda haftalık ilerleme ve maliyet analizleri, kazı alanı 60 m2 olan 3 km uzunluğunda iki şeritli
karayolu tünel için yapılmıştır.
Haftalık ilerlemelerde, 2005 yılında, 1975 yılına göre %60’lık bir artış görülmektedir.
Birim kazı maliyetlerinde, yıllara bağlı olarak göreceli olarak arttığı gözlenmektedir. (Örneğin, 2005
yılında, maliyetin, yaklaşık 10000 NOK/m).
Haftalık çalışma süresi ≈ 100 saat Haftalık çalışma süresi ≈ değişken
Kaynak: Broch et al., 2008’den değiştirilmiştir..
51
Yüklenici: STFA + Mosmetrostoy ve Türk ALKE
Proje Bedeli: ~120 milyon US$
Tünel Uzunluğu: 5,5 km
EPB-TBM Çapı: 6,15 m
Proje Arın Basıncı: ~4 bar
Minimum Kaya Örtüsü Derinliği: 35 m
TBM Tünelin Mak. Derinliği: 135 m (65m-deniz)
Formasyon: Dolayoba/Kartal formasyonu
Killi kireçtaşı, kalkerli şeyl, kumtaşı, GSI: 45-64 (deniz altı bölümü), Dayk (Andesit/diyabaz) kalınlığı: 1 - 70 m
Kaynak: Anagnostou (2010) ve Bakır ve diğ. (2011)
Avrupa
Yakası Anadolu
Yakası
Ölçeksiz
SarıyerBeykoz
BAŞARILI BİR DENİZALTI TÜNEL ÖRNEĞİ: MELEN PROJESİ
TÜNEL DELME MAKİNESİ İLE AÇILAN KISIM (3,4 km) DEL+PATLAT YÖNTEMİ İLE AÇILAN KISIM
Alüvyon
TBM tüneli en derin noktası Kaynak: Gerek ve diğ. (2010)
52
MELEN PROJESİ’NDE ARIN BASINCININ "FAY / ZAYIFLIK ZONU" KALINLIĞI
CİNSİNDEN HESAPLANMASI (en derin nokta)
Kaynak: Anagnostou (2010), sayfa 4, Şekil 7.
(Siltli killi fay dolgusunun drenajsız kayma dayanımı, su, 40 kPa kabul edilmiştir.)
Fay/Zayıflık Zonu Kalınlığı, d (m)
Ge
rek
en
Arı
n B
asın
cı,
Parı
n (
kP
a)
Parın,max ≈ 500 kPa (5 bar)
Kayma
Mekanizması
Problem
Tanımı
Deniz
Killi Fay
Sağlam
Şeyl
Parın
600
500
400
300
200
100
0 0 5 10 15 25 20
A
B
C d
Arın basıncı 0 olan koşullar çalışmadan bakılınca en derin nokta
için, fay/zayıflık zonu kallınlığı 6 m olmaktadır.
Pa=0 Pa=0 Pa=0
53
HAYIR
EVET EVET
EVET
EVET
EV
ET
EVET
HA
YIR
HA
YIR
HA
YIR
EV
ET
HAYIR
HAYIR
EV
ET
Kırıklı/çatlaklı
kaya
Enjeksiyon
Uygulaması Q > 25 lt/min ?
Q > 25 lt/min ?
Zayıf zon
=Kırıklı/çatlaklı
kaya ?
Enjeksiyon
Uygulaması
2 m kalınlığından
daha az zayıf zon
Geçirimsiz
Kil ?
HAYIR
Kapalı Moda
Geçiş
Stabilizasyon ve
Geçirimsizlik için
Enjeksiyon
Kuru
Zemin ?
HAYIR
Sondaj verisinin
gösterdiği zayıf
zon ?
Darbeli sondaj için 2
inceleme sondajının
(L=35 m) yürütülmesi
30 m için
kazıya
devam et
Zemin/Kaya
özellikleri belirlemek
için sondaj yapılması
Kaynak: Anagoustou et al., 2008 ve Anagoustou, 2010’dan değiştirilmiştir.
DENİZALTI PROJELERİNDE ÖNENJEKSİYON İŞLEMİNE KARAR VERME
ADIMLARI:MELEN TÜNEL PROJESİ
54
CEBELİTARIK DEMİRYOLU TÜNEL PROJESİ
Proje Özellikleri
• Varış noktaları arası uzaklık : 42 km
• Toplam tünel uzunluğu : 38.7 km
• Denizaltı tünel uzunluğu: 27.7 km
• En derin noktadaki minimum örtü
tabakası: 175 m
• Maksimum eğim: % 3
• İki adet demiryolu tüneli, Ø7.5 m
• Bir basınçlı servis/güvenlik tüneli,
Ø4.5 m
• Servis/güvenlik tüneli, 340 m’lik
bağlantılarla iki tane tünele bağlanır.
Kaynak: SNED – SECEG, 2007’den değiştirilmiştir.
Plan
Boyuna Kesit
Enkesit
Batı Demiryolu
Tüneli -1. Aşama-
Doğu Demiryolu
Tüneli -2. Aşama-
Servis/Güvenlik Tüneli
Bağlantı tüneli ~ 340 m
Ø7.5 m Ø7.5 m
Toplam Tünel Uzunluğu : 38.67 m
Şaftlar arası uzunluk: 28.1 m İki kıyı arası uzunluk: 27.75 m
Havalandırma şaftı Havalandırma şaftı Pompalama İstasyonu Güney Portalı Kuzey Portalı
400
Fay/Z
ayıf
lık Z
on
u
Fay/Z
ayıf
lık Z
on
u
100
0
-100
-200
-300
-400
-500
-600
-700 40 km 0
Havalandırma
şaftı
Havalandırma
şaftı
55
Deri
nlik
(m
) Tünel Uzunluğu (m)
CEBELİTARIK BOĞAZ GEÇİŞİNDEKİ FAY BREŞ ZONLARI
Örnek Fay Breşi
Sondaj No: KF-19 (48.30-52.08 m) Numune No:Z09
Cebelitarık Boğaz Geçişi İçin
Muhtemel İki Güzergah
D=63 mm
Örnek Fay Breşi
Sondaj No: KF-19 Numune No:Z10
Kaynak: Dong et al., 2013.
56
CEBELİTARIK BOĞAZ GEÇİŞİNDEKİ FAY BREŞ ZONLARININ TANE DAĞILIMI
VE INDEKS ÖZELLİKLERİ
Parametre Sayısal Değer
Toplam Birim Ağırlık (kN/m3) 21,52
Su içeriği (%) 17
Kuru Birim Ağırlık (kN/m3) 18,42
Katı Partiküllerin Birim Ağırlığı(kN/m3) 27,30
Porozite(%) 32
Doygunluk Derecesi (%) 95
Boşluk Oranı 0,48
Likit Limit, LL (%) 49
Plastik Limit, PL (%) 22
Plastiklik İndeksi, PI (%) 27
Aktivite 0,77
Kaynak: Dong et al., 2013.
Tane boyutu (mm)
Kü
tle
ce
Yü
zd
es
i (%
)
KİL
SİLT KUM ÇAKIL
Numune
No
Cebelitarık Boğaz Geçişindeki Breşlerin
Tane Dağılımı
Breşler, genel olarak silt ve kum ile temsil
edilebilir.
57
CEBELİTARIK BOĞAZ GEÇİŞİ PROJESİNDEKİ BREŞ ZONLARININ EFEKTİF
KAYMA PARAMETRELERİ
Derinlik (m)
Ko
he
zyo
n,
c' (
MP
a)
Derinlik (m)
İçs
el S
ürt
ün
me
Aç
ısı,
ф' (
o)
Pe
rme
ab
ilit
e K
ats
ayıs
ı,K
(m/s
n)
Derinlik (m)
Muhtemel
İlişki Eğrisi
c' =f(Derinlik)
Muhtemel eğri
yaklaşımında
ihmal edilmiştir.
Muhtemel İlişki Eğrisi,
ϕ' =f(Derinlik)
Muhtemel
İlişki Eğrisi
K=f(Derinlik)
Alt Zon
Üst Zon
Üs
t Z
on
Alt
Zo
n
De
rin
lik
(m
)
Tünel Uzunluğu (m)
Kaynak: Modified from Dong et al., 2013.
58
EK 1:
LİTOLOJİYE BAĞLI OLARAK GEÇİRGENLİK
KATSAYISININ BELİRLENMESİ
Kaynak: Hsu et al., 2011’den değiştirilmiştir.
59
Lithology
Hydraulic conductivity (m/s) Range of rating Suggested Rating Reference1 Reference2 Reference3 Kaverage
Sandstone 10-6~10-9 10-7~10-9 10-7~10-9 10-7.5 0.8-1.0 1,00
Silty Sandstone - - - - 0.9-1.0 0,95
Argillaceous Sandstone - - - - 0.8-0.9 0,85
S.S. interbedded with some Sh. - - - - 0.7-0.8 0,75
Alternations of S.S & Sh. - - - - 0.6-0.7 0,65
Sh. interbedded with some S.S. - - - - 0.5-0.7 0,60
Alternations of S.S &Mudstone - - - - 0.5-0.6 0,55
Dolomite 10-6~10-10.5 10-7~10-10.5 10-9~10-10 10-8 0.6-0.8 0,70
Limestone 10-6~10-10.5 10-7~10-9 10-9~10-10 10-8 0.6-0.8 0,70
Shale 10-10~10-12 10-10~10-13 - 10-10.5 0.4-0.6 0,50
Sandy Shale - - - - 0.5-0.6 0,60
Siltstone 10-10~10-12 - - 10-11 0.2-0.4 0,30
Sandy Siltstone - - - - 0.3-0.4 0,40
Argillaceous Siltstone - - - 0.2-0.3 0,20
Claystone - 10-9~10-13 - 10-11 0.2-0.4 0,30
Mudstone - - - - 0.2-0.4 0,20
Sandy Mudstone - - - - 0.3-0.4 0,40
Silty Mudstone - - - - 0.2-0.3 0,30
Granite - - 10-11~10-12 10-11.5 0.1-0.2 0,15
Basalt 10-6~10-10.5 10-10~10-13 - 10-11.5 0.1-0.2 0,15
Kaynak: Hsu et al., 2011’den değiştirilmiştir.
Recommended