AVRASYA TÜNELİ DEPREM UYARI ve YAPISAL SAĞLIK İZLEME …

4. Uluslararası Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı

11-13 Ekim 2017 – ANADOLU ÜNİVERSİTESİ – ESKİŞEHİR

AVRASYA TÜNELİ DEPREM UYARI ve YAPISAL

SAĞLIK İZLEME SİSTEMİ

Süleyman TUNÇ1

, Mustafa HATIPOĞLU2, R. Çağın YALÇINTEPE

2 ve Samim ADA

2

1Elektronik ve Hab. Yük Müh.,Sentez Yer ve Yapı Müh. Tic. Ltd. Şti., İstanbul

2Jeofizik Müh., Bölümü, Sentez Yer ve Yapı Müh. Tic. Ltd. Şti., İstanbul

Email: [email protected]

ÖZET:

Avrasya tüneli ya da İstanbul Boğazı Karayolu Tüp Geçişi Projesi, temeli 26 Şubat 2011 tarihinde atılan Asya ve

Avrupa yakalarını, Kennedy Caddesi’nde Kumkapı ile D-100 Karayolu’nda Koşuyolu mevkii güzergahında deniz

tabanının altından bağlayan ve boğaz geçişine imkan sağlayan karayolu tünelidir. Toplam güzergah tünel ve

bağlantı yolları ile 14,6 kilometredir. Kumkapı ile Koşuyolu arasında yoğun trafikte 100 dakikaya varan seyahat

süresinin 5 dakikaya kadar indirilmesi hedeflenmiştir.

Sismik aktivitesi yüksek ‘Kuzey Anadolu Fayı’, Avrasya Tüneli güzergâhının 17 km yakınından geçiyor. Sismik

aktivitelerden doğacak gerilme ve yer değiştirmeleri (kayma için ±50 mm, uzama/kısalma için ±75 mm olarak

belirlenen) kabul edilebilir düzeye indirmek amacıyla tasarlanan iki sismik bağlantı noktası mevcuttur.

Deprem davranışı ile ilgili tasarımda, moment büyüklüğü Mw = 7,25 kabul edilmiş olup; Tünelin 500 yılda bir

görülebilecek depreme karşı ‘servis şartları’ ve 2.500 yılda bir görülebilecek depreme karşı ise ‘güvenlik şartları’

bozulmaksızın davranabileceği ortaya konuldu. Tasarım aşamasında sismik bilezik konumlarının başarıyla

saptandığı, Tünel inşaatı sırasında sürekli ölçülen ‘kesici kafa döndürme moment’ (tork) değerleriyle doğrulandı.

Tünel iki katlı olup 2. katına 9 adet Guralp Marka CMG-5TCDE ve Sismik bağlantı noktalarındaki

yerdeğiştirmeleri ölçmek için her bir sismik bağlantı noktasına 9 adet lazer sensör olmak üzere 18 adet lazer sensör,

Guralp Marka sayısallaştırıcıya bağlanarak, ivme ve yerdeğiştirme sensörlerin verilerinin aynı programda alt alta

çizilerek görülmesi sağlandı.

Deprem sırasında oluşan yer hareketine ait en büyük ivme değerinin (PGA) 0.25g ‘yi geçmesi durumunda, tünel

kapatma prosüdürleri devreye girecek şekilde seviye tetikleme sistemi hazırlandı.

ANAHTAR KELİMELER: Deprem Alarm sistemi, yapısal sağlık izleme sistemi, ivmeölçer, yerdeğiştirme

ölçer, tünel, gerçek zamanlı izleme.



EURASIA TUNNEL EARTHQUAKE WARNING and

STRUCTURAL HEALTH MONITORING SYSTEM

ABSTRACT:

Eurasia Tunnel (Bosporus road tube tunnel project) broke ground 02.26.2011. The tunnel connects under the sea

basement Asia and European sides and provides passing through under the sea basement by car between Kumkapı,

Kennedy Avenue in European side and Koşuyolu in Asian side. Total route tunnel and linking roads is 14.6 km.

The aim of the project is decreasing travel time to 5 minutes between Kumkapı and Koşuyolu, which can be

reached 100 minutes in heavy traffic.

North Anatolian Fault, which has high seismic activity, passes 17 km away from the Eurasia Tunnel route. There

are two seismic joint points designed for decreasing stresses and displacements (set for shear ±50 mm, for

extension/shrink ±75 mm) caused by seismic activities in acceptable level.

Designing in earthquake response proved that for moment magnitude Mw = 7,25; ‘service state’ of the tunnel can

stands against the earthquake occurred in 500 years and ‘security state’ of the tunnel can stands against the

earthquake occurred in 2500 years without any deterioration. Succession of determination of the Locations of the

seismic collars in design has been proven by continuous measurement of the ‘spinning moment of the cutting head’

(torque) during tunnel construction.

Acceleration and displacement data can be displayed on the same software and the screen by connecting to Güralp

digitizer both laser sensors placed 9 laser sensors every seismic joint for measuring displacement on the seismic

connection points in total 18 and 9 Güralp CMG-5TCDE on the second floor of the tunnel.

Triggering system has been designed for engaging the tunnel shutdown procedures in case of exceeding Peak

Ground Acceleration (PGA) value 0.25g during the earthquake.

KEYWORDS: Earthquake Alarm System, Structural Health Monitoring System, accelerometer, displacement

sensor, tunnel, online monitoring.



1. GİRİŞ

Avrasya tüneli Projesinin temeli 26 Şubat 2011 tarihinde atılmış ve Asya-Avrupa yakalarını, Kennedy

Caddesi’nde Kumkapı ile D-100 Karayolu’nda Koşuyolu mevkii güzergahında deniz tabanının altından bağlayan

ve boğaz geçişine imkan sağlayan karayolu tünelidir, Şekil 1. Toplam güzergah tünel ve bağlantı yolları ile 14,6

kilometredir. ‘Kuzey Anadolu Fayı’, Avrasya Tüneli güzergâhının 17 km yakınından geçiyor. Sismik

aktivitelerden doğacak gerilme ve yer değiştirmeleri (kayma için ±50 mm, uzama/kısalma için ±75 mm olarak

belirlenen) kabul edilebilir düzeye indirmek amacıyla tasarlanan iki sismik bağlantı noktası (seismic joint)

mevcuttur.

Şekil 1. Tünel Güzergahı

Deprem davranışı ile ilgili tasarımda, moment büyüklüğü Mw = 7,25 kabul edilmiştir. Tasarım aşamasında sismik

bilezik konumlarının başarıyla saptandığı, Tünel inşaatı sırasında sürekli ölçülen ‘kesici kafa döndürme moment’

(tork) değerleriyle doğrulandı. Tünel iki katlı olup 2. katına 9 adet Guralp Marka CMG-5TCDE ve Sismik bağlantı

noktalarındaki yerdeğiştirmeleri ölçmek için her bir sismik bağlantı noktasına 9 adet lazer sensör olmak üzere 18

adet lazer sensör, Guralp Marka sayısallaştırıcıya bağlanarak, ivme ve yerdeğiştirme sensörlerin verilerinin aynı

programda alt alta çizilerek görülmesi sağlandı, Şekil 2.

Şekil 2. Sensör Yerleşim Planı

2. KURULUM

2.1. İvmeölçer ve Sayısallaştırıcı Kurulumu

Öncelikli olarak kurulum noktaları ziyaret edilerek, kurulum yerlerine uygun dizaynlar yapıldı. Özellike ivme

ölçer sensörlerin montajının, tünel yapısında bulunan bileziklerin sadece birinin üzerine gelecek şekilde yapıldı,

Şekil 3.

İvmeölçer olarak Güralp Systems’e ait CMG-5TC (Şekil 4) ve sayısallaştırıcı olarak da CMG-CD24S3EAM

(Şekil 5) kullanılmıştır. Bu cihazlara ait özellikler aşağıda verilmiştir. Bu sensörlerin gücü; bir biririnin yedeği

olan 24V luk iki güçkaynağı üzerinden verilmiştir.



Şekil 3 İvmeölçer yerleştirme dizaynı

Şekil 4. CMG-5TC ivmeölçer

Şekil 5. CMG-CD24S3EAM 24 Bit sayısallaştırıcı



İvmeölçer ve sayısallaştırıcı Özellikleri

24-bit Strong Motion Accelerometer

Type : Triaxial Orthogonal

Bandwidth : DC- 100 Hz

Output Sensitivity : ±2g

High Gain Outputs : 0.4g, 0.2g, 0.1g, 0.05g or 0.01g

Dynamic Range : 165 dB

Peak/Full scale output : ±10 V differential

Clip level (2g) : ±2.1g

Self-noise below NLNM : < 1 μg rms

Cross axis rejection : 0.001 g/g

Linearity : 0.1 % full scale

Acquisition modes : Continuous (ring buffer) and triggered

Calibration & test : Independent signal & enable lines exposed on sensor connector

Data : Offloaded automatically to removable thumb drive connected to the USB host

port. Parallel recording (mirroring) data on an external USB thumb drive.

File formats : MiniSEED,GCF,SAC and ASCII

Data storage : Internal USB, minimum 16 GB

Program storage : Internal,4 GB

Interfaces : 1 x Ethernet 10/100BaseT (M6 connectors)

1 x USB 2.0 Device Port for data access

1 x USB 2.0 Host Port for peripherals

1 x RS-232 for Data access

2 x Port for Sensor A and B

1 x Port for GPS

1 x Port for Power

Power consumption (12 V DC) : 2.6 W (With GPS)

Power voltage range : 9– 36V DC

Operating temperature : -20 to +75 °C



Şekil 6. İvmeölçer sensör, sayısallaştırıcı ve güç kaynağının montaj sonrası görünümü.

2.2. Yerdeğiştirme ölçer (Laser sensör) ve Sayısallaştırıcı Kurumumu

Ortamın temiz olmaması dolayısı ile yerdeğiştirme sensörü olarak kullanılmak üzere lazer sensörler seçildi. Üç

eksende de ölçü alabilmek için yapılan dizayna 3 adet lazer sensör monte edilerek sayısallaştırıcıya bağlandı.

Sismik bağlantı noktasının mesafesinin uzun olması nedeni ile bir kol dizayn edilerek bir tarafın hareketinin diğer

tarafa bağlı sensörlerin önüne gelmesi sağlandı, Şekil 7,8,9.

Şekil 7. Yerdeğiştirme sensörlerin ait dizayn





Yer değiştirme sensörünün özellikleri

Measurement range : 50 ... 200 mm

Geometric resolution : 0.1 mm

Measuring accuracy : 1 %

Reference value, accuracy of measurement:Measurement distance

Repeatability : 0.5 %

Reference value repeatability : Measurement distance

Measurement time : 2 ms

Supply voltage : 18 ... 30 V, DC

Analog output Type : Voltage

Dimension (W x H x L) : 21 mm x 50 mm x 50 mm

Housing material : Plastic, PC

Lens cover material : Glass

Net weight : 50 g

Ambient temperature operation : -20 ... 50 °C

Ambient temperature storage : -30 ... 70 °C



Şekil 10. Yerdeğiştirme sensör ve sayısallaştırıcı montaj sonrası görünümü.

Tünel içerisine; 9 adet ivmeölçer sensör, 18 adet yerdeğiştirme ölçer lazer sensör ve bunların bağlı olduğu 15 adet

sayısallaştırıcı kullanılmış olup, tünel dışında bulunan kontrol odasına, trigger için CMG-NAM ve Serverlaer

kurulmuştur. Bunların şematik çizimi Şekil 11’de gösterilmiştir.

Şekil 11. Yapısal sağlık izleme sistemi ve deprem uyarı sistemi şematik çizimi

2.3. Yazılım Kurulumu

Serverlarda veri arşivleme ve sensör kontrol yazılımı SCREAM (seismometer configuration, real-time acquisition

and monitoring) kullanılmıştır, Şekil 12. Toplanan verilerin analizinde ise; ART (Strong-Motion Analysis and

Research Tool) yazılımı kullanılmıştır, Şekil 13.



Şekil 12. Scream yazılımı ana pencere görünümü

Şekil 13. ART yazılımı ana pencere görünümü



Deprem sırasında oluşan yer hareketine ait en büyük ivme değerinin (PGA) 0.25g ‘yi geçmesi durumunda, tünel

kapatma prosüdürleri devreye girecek şekilde seviye tetikleme sistemi hazırlandı. Bunun için CMG-NAM

üzerindeki algoritmada 9 sensörden herhangi 7 sinin 5 sn içinde bu değeri aşması durumunda trigger alarm

tetiklemesi ayarlandı, Şekil 14.

Şekil 14. CMG-NAM Trigger algoritması

Şekil 15 de, CMG-NAM den gelen trigger sinyalini Windows-Server ‘da sesli ve görsel uyarıyı veren SAS (Sismic

Alarm System) programın çıktısı görülmektedir. Siyah ekran; Eğer Windows server ile CMG-NAM arasında

bağlantı yok ise görülmektedir. Yeşil ekran bağlantı sağlandığında ve kırmızı ekran ise alarm oluştuğunda

görülmektedir.

Şekil 16 da ise sensörlerin durumunu ve NTP (Network Time Protocol) üzerinden senkronizasyonlarını saat başı

kontrol ederek raporlayan Station Monitoring System programının çıktısı görülmektedir.



Şekil 15. SAS programının görünümü

Şekil 16. Station Monitoring System programının görünümü



2.4. İsimlendirme

Sensörlere isim verilirken, sensörlerin yerleri dikkate alınarak yapılmıştır. İsimlendirmeye ait detaylar aşağıda

verilmiştir.

TEA001;

T : Tünel

E : Europe

A : Asia

EA : from Europe to Asia

001 : 1. EAM

ACC01;

ACC : Acceleration sensor

01 : 1. Accelerometer

SJ101;

SJ : Seismic Joint

1 : 1. Joint (Europe side)

01 : 1. sensör.

Şekil 17. Sismik Joint isimlendirme sırası

3. ÖRNEK DEPREM

12 Haziran 2017 tarihinde Karaburun Açıkları–Ege Denizi’nde yerel saat ile 15:28’de (12:28 GMT) aletsel

büyüklüğü Ml=6.3 (Mw=6.2) olan şiddetli bir deprem meydana gelmiştir. Depremin odak derinliği yaklaşık 20

km civarında olup sığ odaklı bir depremdir. Deprem İzmir, Manisa, Aydın, Balıkesir ve İstanbul olmak üzere geniş

bir alanda hissedilmiştir.

Şekil 18. Karaburun Açıkları – Ege Denizi (Ml= 6.3) depreminin lokasyon haritası



Depremin merkez üssünün Avrasya Tüneline uzaklığı yaklaşık 320 km civarındadır. Depremin ivme ölçerlerdeki

kaydına bakıldığında en büyük PGA sismik jointler arasında kaydedilmiş ve yaklaşık, 2.5 gal (cm/s^2)

civarındadır. Bu deprem aynı zamanda sismik jointlerin tünel boyunca (Avrupa-Asya yönünde) yaklaşık 140 um

(mikrometer) lik bir hareket kaydedilmiştir. Şekil 19.

Şekil 19. Karaburun Açıkları 12 Haziran 2017, 12:28 GMT aletsel büyüklüğü Ml=6.3 (Mw=6.2) depremi

KAYNAKLAR.

Proje bilgileri, Yapı Merkezi İnşaat ve Sanayi A.Ş. ve SK Engineering & Construction Co.Ltd. Adi Ortaklığı

İşletmesi / YMSK Joint Venture İstanbul Boğazı Karayolu Tüp Geçişi Projesi İstanbul Strait Road Tube Crossing

Project.

Basın Bülteni (2017), 12 Haziran 2017 Ege Denizi Depremi, Boğaziçi Üniversitesi, Kandilli Rasathanesi ve

Deprem Araştırma Enstitüsü,

Documents

AVRASYA TÜNELİ DEPREM UYARI ve YAPISAL SAĞLIK İZLEME …