DENİZALTI TÜNELLERİ VE TASARIM İLKELERİsahin/tuneller/1.BOLUM_EK_YTU... · 2015-02-27 · . 4...
Transcript of DENİZALTI TÜNELLERİ VE TASARIM İLKELERİsahin/tuneller/1.BOLUM_EK_YTU... · 2015-02-27 · . 4...
1
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
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 - [email protected]
Yük. Müh. Fatma Sevil MALCIOĞ[email protected]
Dr. Müh. Burak GÖKÇE - [email protected]
3
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) [email protected] http://www.ym.com.tr/kategori/73/1/tunel-ders-notlari.aspx
4
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
5
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
6
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
Kay
a Ö
rtü
Taba
kası
, hr
(m)
Anakaya’ya derilik (hw+hs), m
Zemin
hw= su derinliği, m hs = çökel derinliği, m
7
NORVEÇ DENİZALTI TÜNELCİLİĞİNDE TÜNEL UZUNLUĞU, KESİT ALANI VE ÖRTÜ TABAKASI KALINLIĞININ İSTATİSTİKSEL DEĞERLENDİRMESİ
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55Minimum Örtü Kalınlığı (m)
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Frek
ans
43 52 61 70 79Kesit Alanı, m2
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
Frek
ans
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9Tünel Uzunluğu (m)
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
Frek
ans
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 = 𝟏𝟏𝟏 × 𝐬𝐗�)
Kaynak: Yapı Merkezi Ar‐Ge Bölümü, 2015 (Ham veriler Nilsen et al., 2012.’den alınmıştır.)
8 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)
AB
DC
Tünel Uzunluğu, km
Araş
tırm
a G
ider
i, %
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.
9
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.
10
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.
11
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
12
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.
13
Minimum kaya kalınlığı, m
Su D
erin
liği,
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.
14
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,𝒎𝒎𝒎 =𝜸 × 𝑩
𝑲 × 𝒕𝒎𝒕 𝝓
Kemerlenme Açıklığı, B 𝑩 = 𝑳𝒕 + 𝑯𝒕 × 𝒕𝒎𝒕 𝟒𝟒 −𝝓𝟐
Kemerlenme – yük veren – Yüksekliği, ht 𝒉𝒕 =𝑩
𝒕𝒎𝒕 𝝓 𝒔𝒕𝒎𝒔𝒔𝒔𝒔𝒕𝒔 𝒔𝒊𝒔𝒕 − 𝒉𝒕 < 𝒉𝒓𝒐𝒔𝒎𝒎𝒔𝒐𝒐𝒐𝒓
Zemin/Kaya kütlesinin İçsel Sürtünme Açısı, φ 𝝓 = 𝟐𝟏 + 𝟏.𝟐𝟒𝟐𝟐𝟐
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.
15
0 5 10 15 20 25 30 35 40RMR
404550556065707580859095
100105110115120125130
Kay
a Ta
van
Bas
ıncı
, Pt (
t/m2 )
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
Kem
erle
nme
– yü
k ve
ren
– Yü
ksek
liği,
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,𝒎𝒎𝒎 =𝜸 × 𝑩
𝑲 × 𝒕𝒎𝒕 𝝓
𝒉𝒕 =𝑳𝒕 + 𝑯𝒕 × 𝒕𝒎𝒕 𝟒𝟒 − 𝝓
𝟐𝒕𝒎𝒕 𝝓
𝜸=2.65 t/m3 –tortul kayaçlar için-K≈1
𝒉�𝒓 = 𝟑𝟒 𝒎
16
İlişki Sınır Aralığı
Basınç Dayanımı
𝝈𝒔𝒎𝒔,𝒔 = 𝟏.𝟑𝟒𝟑 ∙ 𝝈𝒔𝒎𝒔,𝒌 − 𝟐.𝟒𝟏
(n=31, r= 0,888)
𝝈𝒔𝒎𝒔,𝒔𝝈𝒔𝒎𝒔,𝒌
= 𝟏.𝟏𝟐𝟏𝝈𝒔𝒎𝒔,𝒌 + 𝟐𝟏.𝟑𝟏
(n=31, r= 0,423)
7 MPa < σlab,k <140 MPa
1 MPa < σlab,s <66 MPa
Yarma-Çekme Dayanımı
𝝈𝒚𝒊,𝒔 = 𝟏.𝟒𝟒 ∙ 𝝈𝒚𝒊,𝒌 − 𝟏.𝟒𝟒
(n=30, r= 0.818)
𝝈𝒚𝒊,𝒔
𝝈𝒚𝒊,𝒌= 𝟐.𝟗𝟒𝝈𝒚𝒊,𝒌 + 𝟏𝟏.𝟐𝟒
(n=30, r= 0.545)
2 MPa < σyç,k <13 MPa
0 MPa < σyç,s <7.2 MPa
Elastisite Modülü
𝑬𝒔 = 𝟏.𝟒𝟒 ∙ 𝑬𝒌 − 𝟐𝟒𝟏.𝟗𝟗
(n=25, r= 0.812)
𝑬𝒔𝑬𝒌
= 𝟏.𝟏𝟏𝟐𝑬𝒌 + 𝟐𝟒.𝟏𝟏
(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
17
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
(σy𝒊,s σy𝒊,k⁄ ) ile kuru numunenin yarma çekme dayanımı (σy𝒊,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.
18
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;
𝟐 = 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.
19
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
20
TÜNEL PROJELERİNDE RİSK SKOR MATRİSİ
Kaynak: Tunnel Design Guide, BTS, London, 2004.
21
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
22
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.
23
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/m
3
kg/m
3
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..
24
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
Saplama U
zunluğu, ESR=1 Aç
ıklık
yad
a Yü
ksek
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.
25
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
Püsk
ürtm
e be
ton
alan
ında
bu
lon
aral
ığı,
m
Püsk
ürtm
e be
ton
kalın
lığı
(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.
26
Q KAYA FAKTÖRÜNE GÖRE İKSA ÖN BOYUTLANDIRMASI
Kesit Alanı = 75 m2
Açıklık = 10 m
h duv
ar=
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
Sını
f
Zon Boyutu
Orta Ağır
Küçük Orta (x)
Geniş (x)
Yakl
aşık
Q
değ
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)
27
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.
28
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
29
TÜNELLERDE DÜŞEY/YATAY YERDEĞİŞTİRMELERİN KESTİRİMİ Tayvan tünel projelerinde elde edilen yerinde ölçmelerin sonucuna göre, düşey hareket (∆) basit olarak,
∆≈𝑨𝒊𝒐𝒌𝒔𝒐𝒌 𝒎
𝑸 , 𝒎𝒎
ile ifade edilmektedir (Chen ve Kuo, 1997). Data genellikle zayıf dayanımlı/ayrışmış kaya kütlelerini
içermektedir.
Barton, 1998, tünel içi düşey (∆𝒐) /yanal (∆𝒚) yer değiştirmeyi , aşağıdaki şekilde ifade etmektedir.
∆𝒐 𝒎𝒎 ≈ 𝟏.𝟏𝟏𝑳𝒕𝑸
𝝈𝒛𝝈𝒔,𝒔𝒎𝒔
𝟏.𝟒
∆𝒚 𝒎𝒎 ≈ 𝟏.𝟏𝟏𝑯𝒕
𝑸𝝈𝒚
𝝈𝒔,𝒔𝒎𝒔
𝟏.𝟒
Burada, Lt ve Ht, mm cinsinden tünel açıklığı ve yüksekliğini ifade eder. 𝝈𝒛 ve 𝝈𝒚 (MPa) ise yerinde düşey
ve yatay gerilmelere karşı gelmektedir. 𝝈𝒔,𝒔𝒎𝒔 (MPa) ise sağlam kayanın tek eksenli basınç dayanımıdır.
Kaynak: Barton, 2002.
30
TÜNELLERDE DÜŞEY/YATAY YERDEĞİŞTİRMELERİN KESTİRİMİ
Tünel cidarının mutlak düşey (𝑫𝒐) ve yanal (𝑫𝒉) yer değiştirmesi
(Barton, 2002),
𝑫𝒐 𝒎𝒎 ≈ 𝟏.𝟏𝟏𝑳𝒕𝑸
𝝈𝒛𝝈𝒚𝒔
𝟏.𝟒
𝑫𝒚 𝒎𝒎 ≈ 𝟏.𝟏𝟏𝑯𝒕
𝑸𝝈𝒚𝝈𝒚𝒔
𝟏.𝟒
• Düşey basınç, 𝝈𝒛 𝝈𝒛 = 𝜸𝒁, 𝟐𝑷𝒎 𝜸=0.00265 kg/cm3 alındığında; 𝝈𝒛 = 𝟏.𝟏𝟏𝟐𝟒𝟒𝒁, 𝟐𝑷𝒎
• Yatay Basınç, 𝝈𝒚 𝝈𝒚 = 𝑲 ∙ 𝝈𝒛, 𝟐𝑷𝒎
Gerilme Oranı, 𝑲
𝑲 =𝝈𝒚𝝈𝒛
(𝑲 = 𝟏 𝒔𝒔𝒔 𝒉𝒔𝒐𝒓𝒐𝒔𝒕𝒎𝒕𝒔𝒌 𝒔𝒎𝒔𝒐𝒕𝒊,𝑲 ≠ 𝟏 𝒔𝒔𝒔 𝒎𝒕𝒔𝒛𝒐𝒕𝒓𝒐𝒂𝒔𝒌 𝒔𝒎𝒔𝒐𝒕𝒊)
Yerinde basınç dayanımı, 𝝈𝒚𝒔
𝝈𝒚𝒔 ≈ 𝟒𝜸𝑸𝒄𝟏.𝟑𝟑𝟑
𝜸=2.65 t/m3 alındığında;
𝝈𝒚𝒔 ≈ 𝟒 × 𝟐.𝟒𝟒 ×𝑸 ∙ 𝝈𝒔,𝒔𝒎𝒔
𝟏𝟏𝟏
𝟏.𝟑𝟑𝟑
𝝈𝒚𝒔 ≈2.86× 𝑸 ∙ 𝝈𝒔,𝒔𝒎𝒔𝟏.𝟑𝟑𝟑, 𝟐𝑷𝒎
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 ∙ 𝝈𝒔,𝒔𝒎𝒔
𝟏𝟏𝟏
Kaynak: Barton, 2002.
31
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,𝐥𝐥𝐛 = 35 MPa
• Kaya kütlesi birim hacim ağırlığı, 𝜸 = 2.65 t/m3
Düşey yer değiştirmeleri hesaplayınız.
Çözüm
• Düşey gerilme, 𝝈𝒛 = 𝜸 × 𝒁 = 𝟏.𝟏𝟐𝟒𝟒× 𝟏𝟐𝟒 = 𝟑.𝟑𝟏𝟐𝟒 𝟐𝑷𝒎
• Düşey Yer Değiştirme
∆𝒐 𝒎𝒎 ≈ 𝟏.𝟏𝟏𝟖𝟏𝟏𝟏𝟏.𝟖𝟒
𝟑.𝟑𝟏𝟐𝟒𝟑𝟒
𝟏.𝟒
≈ 𝟐𝟗 𝒎𝒎 ≈ 𝟑.𝟏 𝒄𝒎
• Kaya kütlesinin tek eksenli basınç dayanımı 𝝈𝒚𝒔 ≈ 2.86 × 𝟏.𝟖𝟒 ∙ 𝟑𝟒 𝟏.𝟑𝟑𝟑 ≈ 𝟖.𝟖𝟒 𝟐𝑷𝒎
• Düşey Mutlak Yer Değiştirme
𝑫𝒐 𝒎𝒎 ≈ 𝟏.𝟏𝟏𝟖𝟏𝟏𝟏𝟏.𝟖𝟒
𝟑.𝟑𝟏𝟐𝟒𝟖.𝟖𝟒
𝟏.𝟒
≈ 𝟒𝟏.𝟒 𝒎𝒎 ≈ 𝟒.𝟏 𝒄𝒎
Kaynak: Yapı Merkezi ARGE Bölümü, 2015.
32
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
σlab,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 σlab,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 x100 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)
(σlab,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 ≈ 𝟏𝟏 𝟐𝟐𝟐−𝟒𝟏
𝟏𝟒 𝑸 ≈ 𝟏𝟏 𝟐𝟐𝟐−𝟒𝟒
𝟏𝟒
𝑸𝒄 ≈ 𝟏𝟏 𝑮𝑮𝑮−𝟒𝟒𝟏𝟒
𝝈𝒔𝒎𝒔,𝒔
𝟏𝟏𝟏 𝝈𝒔𝒎𝒔,𝒔 < 𝟏𝟏𝟏 𝟐𝑷𝒎 𝒔𝒔𝒔
Kaynak: Yapı Merkezi Ar‐Ge Bölümü, 2008.
33
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 ×𝝈𝒄𝒔𝟏𝟏𝟏
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
34
KAYA KÜTLESİNİN PERMEABİLİTE KATSAYISININ BELİRLENMESİNDE DİĞER BİR AMPİRİK YAKLAŞIM
Denklem Kaynak ve Açıklamalar
𝑲 = 𝒎𝒛−𝒔 Black (1987) a and b = regresyon sabitleri z= yeraltı suyu seviyesinden itibaren düşey derinlik, m
𝒔𝒐𝒍𝑲 = −𝟖.𝟗 − 𝟏.𝟒𝟏𝟏𝒔𝒐𝒍𝒁 Snow (1970) K = permeabilite katsayısı, ft2
z = derinlik, ft
𝑲 = 𝟏𝟏− 𝟏.𝟒𝒔𝒐𝒍𝒛+𝟒
Carlson and Olsson (1977) z = derinlik, m
𝑲 = 𝑲𝒔𝒔 −𝑨𝒉
Louis (1974) Ks = yer yüzeyi yakınında permeabilite, m/sn H = derinlik, m A = hidrolik eğim
𝒔𝒐𝒍𝑲 = 𝟒.𝟒𝟏 + 𝟏.𝟑𝟒𝟐𝒔𝒐𝒍𝒁 − 𝟏.𝟗𝟏𝟖 𝒔𝒐𝒍𝒁 𝟐 + 𝟏.𝟏𝟒𝟏 𝒔𝒐𝒍𝒁 𝟑
Burgess (1977) Z = derinlik, m
𝑲 = 𝑲𝒔 𝟏 −𝒁
𝟒𝟖 + 𝟏.𝟏𝟐𝒁
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
35
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 × 𝟏𝟏 −𝟒 × 𝑯𝑯𝟏.𝟑𝟖𝟏 , 𝟐𝟐 = 𝟏.𝟖𝟒𝟒
𝑲 = 𝟐.𝟑𝟏 × 𝟏𝟏 −𝟒 × 𝑯𝑯𝟏.𝟑𝟒𝟐 , 𝟐𝟐 = 𝟏.𝟗𝟏𝟒
HC Faktörü 𝑯𝑯 = 𝟏 −𝟐𝑸𝑫𝟏𝟏𝟏
𝑫𝑮 𝟏 − 𝑮𝑯𝑫 𝑳𝑷𝑮
Kaya Kütle Kalitesi Tanımlama Faktörü, RQD 𝟐𝑸𝑫 =𝟐𝒔𝟐𝑻
× %𝟏𝟏𝟏
Çatlak Dolgusu Tanımlama (Gouge Content Designation) İndeksi GCD Değeri
𝑮𝑯𝑫 =𝟐𝑮
𝟐𝑻 − 𝟐𝑮
Derinlik Indeksi, DI 𝑫𝑮 = 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.
36
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
Kay
a K
ütle
si H
idro
lik İl
etke
nliğ
i, K
, m/s
n
HC Değeri 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
𝑲 = 𝟐.𝟗𝟑 × 𝟏𝟏 −𝟒 × 𝑯𝑯𝟏.𝟑𝟖𝟏 , 𝟐𝟐 = 𝟏.𝟖𝟒𝟒
𝑲 = 𝟐.𝟑𝟏 × 𝟏𝟏 −𝟒 × 𝑯𝑯𝟏.𝟑𝟒𝟐 , 𝟐𝟐 = 𝟏.𝟗𝟏𝟒
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.
37
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.
38
Su
Gel
iri (l
t/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
TünelMinimum Kaya Örtüsü
Deniz
Kaynak: Modified from Nilsen et al., 2012.
39
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
Gna
ys
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.
Kırıklı/Çatlaklı
Enjeksiyon
Radyal Bulonlar
Püskürtme Beton
Biriken malzeme
40
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.
41
TÜNEL KULLANIMINA BAĞLI OLARAK İZİN VERİLEBİLİR SU SIZINTI MİKTARI
Kaynak: Specification for tunnelling, BTS 2010’den değiştirilmiştir.
42
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
43
ÖN TASARIM İÇİN ÖNERİLEN ENJEKSİYON DELİK ARALIĞI
Kaynak: Boge ve Johansen, 1995’den Nilsen ve Palmström, 2000.
44
KAYA KÜTLESİNİN PERMEABİLİTESİ VE ÇİMENTO ENJEKSİYON UYGULAMA LİMİTLERİ
Kaynak: Heuner, 1995.
45
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.
46
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)
47
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
Zayı
f Kaya Kütlesi Kalitesi
10000
8000
6000
4000
2000
0
Fannefiord Tüneli (Tamamlanma Tarihi :1991) • Kesit Alanı: 55 m2
• En büyük eğim: %8.5
USD
/metre
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.
48
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) .
Haf
talık
İler
lem
e H
ızı (
m/h
afta
)
Kaz
ı Mal
iyet
i (N
OK
/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..
49
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
Sarıyer Beykoz
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)
50
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)
Ger
eken
Arın
Bas
ıncı
, Par
ın (k
Pa)
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
51
HAYIR
EVET EVET
EVET
EVET
EVET
EVET
HA
YIR
HA
YIR
HA
YIR
EVET
HAYIR
HAYIR
EVET
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
52
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/
Zayı
flık
Zonu
Fay/
Zayı
flık
Zonu
100 0
-100 -200
-300
-400
-500
-600
-700 40 km 0
Havalandırma şaftı
Havalandırma şaftı
53
Der
inlik
(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.
54
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)
Küt
lece
Yüz
desi
(%)
KİL
SİLT KUM ÇAKIL
Numune No
Cebelitarık Boğaz Geçişindeki Breşlerin Tane Dağılımı Breşler, genel olarak silt ve kum ile temsil edilebilir.
55
CEBELİTARIK BOĞAZ GEÇİŞİ PROJESİNDEKİ BREŞ ZONLARININ EFEKTİF KAYMA PARAMETRELERİ
Derinlik (m)
Koh
ezyo
n, c
' (M
Pa)
Derinlik (m)
İçse
l Sür
tünm
e Aç
ısı, ф
' (o
)
Perm
eabi
lite
Kat
sayı
sı,K
(m
/sn)
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
Üst
Zon
Alt Z
on
Der
inlik
(m)
Tünel Uzunluğu (m)
Kaynak: Modified from Dong et al., 2013.
56
EK 1: LİTOLOJİYE BAĞLI OLARAK GEÇİRGENLİK
KATSAYISININ BELİRLENMESİ
Kaynak: Hsu et al., 2011’den değiştirilmiştir.
57
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.