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.