YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ · 2019-01-07 · YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU AÇIKLAMA NOTU •Bilgi föyünün

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü

TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜİNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜİNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜİNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜİNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

TÜNEL DERSİTÜNEL DERSİGenişletilmiş 9 BölümGenişletilmiş 9 Bölüm

İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜİNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜTÜNEL DERSİTÜNEL DERSİ

Genişletilmiş 9 BölümGenişletilmiş 9 BölümGenişletilmiş 9. BölümGenişletilmiş 9. Bölüm(Permeabilite katsayısı,Tünellerde su geliri ve hesaplanması, Suyun (Permeabilite katsayısı,Tünellerde su geliri ve hesaplanması, Suyun

etkileri Çimento enjeksiyonu Su kanal kesit boyutları ve pompa gücüetkileri Çimento enjeksiyonu Su kanal kesit boyutları ve pompa gücü

Genişletilmiş 9. BölümGenişletilmiş 9. Bölüm(Permeabilite katsayısı,Tünellerde su geliri ve hesaplanması, Suyun (Permeabilite katsayısı,Tünellerde su geliri ve hesaplanması, Suyun

etkileri Çimento enjeksiyonu Su kanal kesit boyutları ve pompa gücüetkileri Çimento enjeksiyonu Su kanal kesit boyutları ve pompa gücüetkileri, Çimento enjeksiyonu, Su kanal kesit boyutları ve pompa gücü etkileri, Çimento enjeksiyonu, Su kanal kesit boyutları ve pompa gücü hesapları)hesapları)

etkileri, Çimento enjeksiyonu, Su kanal kesit boyutları ve pompa gücü etkileri, Çimento enjeksiyonu, Su kanal kesit boyutları ve pompa gücü hesapları)hesapları)

Prof. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLUProf. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLUProf. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLUProf. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLU

Yapı Merkezi AR&GE BölümüYapı Merkezi AR&GE BölümüYapı Merkezi AR&GE BölümüYapı Merkezi AR&GE Bölümü

11

2010201020102010



AÇIKLAMA NOTUAÇIKLAMA NOTUAÇIKLAMA NOTUAÇIKLAMA NOTU

• Bilgi föyünün hazırlanmasında ülkemizde tünel mühendisliği konusunda büyük bilgi birikimi ve

deneyimleri olan YapıMerkezi İnşaat A.Ş.’ nin arşivlerinden ve yayınlarından geniş ölçüde istifade edilmiştir.

• Bu akademik etkinliği destekleyen Yapı Merkezi Holding A.Ş. Onursal Başkanı Dr. Müh. Sayın Ersin ARIOĞLU ile

Yönetim Kurulu Üyeleri’ ne teşekkür edilir.

• Çalışmanın dijital ortamda hazırlanmasında büyük emeği geçen Y. Müh. Gözde KURT, Y. Müh. Sanem KAYALI ve

Y. Müh. Ali YÜKSEL’ e teşekkür edilir.

B l “k l ” ö il k h l• Bu çalışma “kamusal yarar” gözetilerek hazırlanmıştır.

• Çalışmada kullanılan bilgi föyleri, sunu malzemesi vs. kaynak gösterilmek kaydıyla kullanılabilir.

Bil i fö ü k d l bütü k l d ğ l di l ö ü l d d E i ARIOĞLU• Bilgi föyü kapsamında yapılan bütün çıkarımlar, değerlendirmeler ve görüşlerden sadece Ergin ARIOĞLU

sorumludur. Çalıştığı kurumu bağlamaz.

“Bu ülkede, okumaya karşı istek artmadıkça, gaflet ve bu gafletten doğacak felaket azalmaz” (Benjamin FRANKLIN)

22

Tünelle ilgili çeşitli konularda daha geniş bilgi almak isteyenler Yapı Merkezi web sitesi olan www.yapimerkezi.com.tr adresi, “Ar – Ge Yayınları” bölümünden temin edebilirler.



Prof. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLU ‐ Kısa Özgeçmiş ‐İTÜ Maden Fakültesinden 1969 Haziran Döneminde Maden Y.Müh. olarak mezun oldu. Aynı üniversitenin Maden MühendisliğiBölümünde Mart 2000’ e kadar öğretim üyesi olarak akademikfaaliyetlerini yürüten ve bu tarihte emekliye ayrılan Prof.ARIOĞLU akademik ve eğitim faaliyetlerini Yapı Merkezi HoldingA. Ş. bünyesindeki AR – GE Bölümü Koordinatörü olaraksürdürmektedir. Prof. ARIOĞLU’ nun toplam 16 adet ( 3’ ü yabancısürdürmektedir. Prof. ARIOĞLU nun toplam 16 adet ( 3 ü yabancıdilde İngilizce İspanyolca, Farsça) telif kitabı, ilgi alanlarındayayımlanmış 275’ i aşkın makale, bildiri ve tartışma yazısımevcuttur. Ayrıca 100’ ün üzerinde “ülke sorunları” üzerindeçeşitli gazete/dergilerde yayınlanmış makale ve söyleşininsahibidir Sığ / derin yeraltı yapılarının stabilitesi madensahibidir. Sığ / derin yeraltı yapılarının stabilitesi, madenişletmelerinde dolgu kullanımı ve iksa boyutlandırılması, kayamekaniği, kayaya gömülü kazık tasarımı, agrega/balast,püskürtme beton ve çok yüksek beton dayanımı konularında300’ü aşkın bilimsel+teknik raporun yazarı/ortak yazarıdır. Ve1970 ve 1980 yıllarında TÜBİTAK’ça desteklenen araştırmaraporlarının sahibidir. Prof. ARIOĞLU 3 kez Prefabrik Birliği’nce“Bilimsel Çalışma Ödülü”ne layık görülmüştür. Yapı Merkezi 3000kgf/cm2 – 7 Günlük – Çok Yüksek Dayanımlı Beton Projesi’ ndeproje koordinatörü olarak katılmıştır. 1994‐2000 yıllarındap j ş yTMMOB’ nin Maden Mühendisleri Odası İstanbul Şubesi YönetimKurulu Başkanlığını yürütmüştür. Şubat 2009 tarihinden itibarenYTÜ İnşaat Mühendisliği Bölümünde Tünel Dersi okutmaktadı[email protected]

33



Tünelde Su Gelirinin Olası EtkileriTünelde Su Gelirinin Olası Etkileri

o Tünel arın/tavan

stabilitesini bozarakstabilitesini bozarak

“göçük” olasılığını arttırır.

Sığ tünel durumunda

göçük yeryüzüne kadargöçük yeryüzüne kadar

ilerleyerek ciddi stabilite

sorunları yaratır.

o İlerleme hızını etkileyerek

tüneli “durma” noktasına

getirir.

o Tünelin tekrar ilerlemesi

için yapılacak “enjeksiyon

işlemleri” proje maliyetini

olumsuz şekilde etkiler.

44Kaynak: Kaponig Tüneli, Avusturya, su geliri 300 l/sn, Riedmueller G., Schubert, W., 2001’ den değiştirilerek.



Yeraltı Su Seviyesinin Tünel Su Gelirine Etkisi

A Durumu

• Tünel yer altı su seviyesinin üzerinde olduğundan “ su basıncı” yoktur.

• Daha derin açıldığından kaya kütlesinin YASS

Ayrışma zonu

ç ğ ypermeabilitesi daha düşüktür.

• Tünel geçkisi yer yüzeyine daha yakın açıldığından “ayrışma zonu”nun etkisi

YASS

ATünel

ç ğ y şaltındadır. Yüzey / yağmur sularına maruzdur.

B Durumu

BTünel

• Tünel yer altı su seviyesinin basıncına maruzdur. Kaya kütlesinin permeabilitesi ve su basıncı yüksekliğine bağlı olarak tünel içinde “su geliri” beklenmelidir.

• Herhangi bir “karstik oluşum” olmadığı müddetçe permeabilite derinlikle azalmaktadır.

55



Fay Zonu / Su Gelirinin Neden Olduğu Aşırı Kazı ve Kaya Göçükleri

Tünel kemerleşme sınırı

Karşılaşılan ya da beklenen fay – fay zonları

İ İ Ü

Su geliri fay zonunun yerinde kohezyon değerini azaltır

BOŞALMA RİSKLİ KÜTLE

Kaya bulonu Süren

Su

Su olması durumunda açılan drenaj delgileri

ALTYARI (KAZILMAMIŞ)

Hasır çelik + kafes kiriş iksa + püskürtme beton

Püskürtme beton + gerekirse hasır çelik ve sweilex bulon

Su

ALTYARI (KAZILMAMIŞ)

Kaynak: Biberoğlu ve Dalgıç, 1996.

66



İstanbul Metro Proje İnşası (Yenikapı) Sırasında 19 Eylül 2001 Tarihinde Meydana Gelen Göçük

Yapay dolgu

Yer altı suyu

Bilinmeyen bostan su kuyusuKum, çakıl

Kil

Bilinmeyen bostan su kuyusuKuyu çapı: 1,5 – 3 m (40 yıllık?)

Kumtaşı, kiltaşı, silttaşı

Arın çivileri L= 12 m

Göçük olayına ilişkin kimi bilgiler:

o Yaklaşık örtü kalınlığı: 14 m

o Tünel açma metodu Klasik kazı yöntemi – NATM –

o Göçük olayı 04:30’ da meydana gelmiştir.

o Göçen bina: 2 katlı/ workshop binalar

o Can kaybı: Binalarda oturan sakinler

o Göçük olayından önce meydana gelen anomaliler: Konverjans ölçümlerindeki artım hızı, tünel içi ve yerüstü

deformasyonlarında artışlar, tünel aynasında göbekteki birim deformasyonlar, tünel içinde tavanda ıslanmalar,

77Kaynak: Ayaydın, N., 2001. http://web.iku.edu.tr/courses/insaat/ce006/Nejad%20Ayaydin,%20Istanbul%20Metro%20collapse.pdf

su geliri vb.

İlgili kaynakta, yukarıda belirtilen anomalilerin “alarm seviyesi”nde gözlenmediği belirtilmektedir.



İstanbul Metro Projesi İnşasında, Yenikapı (19 Eylül 2001) Meydana Gelen Göçme veGöçme Sonrası Tünel

Arın akması

Bilinmeyen bostan su kuyusuKuyu çapı: 1,5–3 m (40 yıllık?)

Göçen binalar Tünel dolgusu

Kaynak: Ayaydın, N.2001,http://web.iku.edu.tr/courses/insaat/ce006/Nejad%20Ayaydin,%20Istanbul%20Metro%20collapse.pdf

88



Karstik Yapının Altında Açılan 14.6 km Uzunluğundaki Tünelde Su Gelirine İlişkin Olası Senaryolar

GIONA DAĞI

TünelDeniz

Tünel

Deniz

Kireçtaşı kütlelerinin ana boşalımının kaynakları

İKarstlaşma zonu

A Genel durumB Derinde gelişmiş bir karstik kanalın yol açacağı durum

İkincil boşalımın kaynakları

Yeraltı suyunun ana akışı

İkincil yer altı suyu akım yönü

Kireçtaşı Fliş Alüvyon Bindirme

0Kireçtaşı ince çatlaklı – karstik yapı değilKarstlaşma zonunun tabanıYer altı su seviyesi (karstik veya ince çatlaklı ortam)Doygun zonda akış yönüİletim zonunda akış yönü

99

Kaynak: Marinos, 2001’den değiştirilerekhttp://users.ntua.gr/marinos/downloads/kentucky_paper.pdf

ş y



Karstik Erime Boşluklarının Bir Tünelde Yol Açtığı Problem

Küçük karstik boşluk (Kısmen kil/silt ile dolmuş)

Yeryüzüne kadar ulaşmış karstik baca göçüğü (Tünel derinliği 110 m)(Kısmen kil/silt ile dolmuş) (Tünel derinliği 110 m)

Kaynak:Marinos 2001Kaynak: Marinos, 2001http://users.ntua.gr/marinos/downloads/kentucky_paper.pdf

1010



NATM Uygulanan Münih Metrosunda Meydana Gelen Göçük Kriterinin Yeryüzündeki Hasar Görünümleri

Göçük kriteri

1111

Kaynak: Ibel, R, London Bridge Associates, 2010.



Ön Hidrojeolojik Etüdlerle Araştırılmış Eski Bir Dere Yatağından Beslenen Su Geliri Örneği: Atina Metrosu Tünel Kazısı

Kifissos eski dere yatağı

“Prophet Daniel” deresi

Tü l

Kifissos mecvut dere güzergahı

Kot (m

)

Tünel güzergahı

Kifissos eski dere yatağı

Çalışma alanı

k = 1.0E‐5 – 1.2E‐4 m/sn Su seviyesi (01/2003)–kazıdan önce( / )

Güzergah (m)

Kaynak:Marinos vd 2006

k = 1.0E‐6 – 1.0E‐5 m/snk = 1.0E‐7 – 1.0E‐6 m/sn k = 1.8E‐9 – 1.0E‐7 m/sn

Su seviyesi (10/2005)–kazıdan sonraPompa kuyusunun yeri“Prophet Daniel” deresiTünelKazılan tünelŞ ft İ t

Değerlendirme notu:

Eski dere yatağında yerinde kuyu deneyleriyle ölçülen permeabilite, k değerleri hem düşeyde hem de yatay

Kaynak: Marinos, vd., 2006.http://www.iaeg.info/iaeg2006/PAPERS/IAEG_310.PDF

Şaft ‐ İstasyon

1212

doğrultuda olağanüstü değişkendir (k = 1.0E‐9 – 1.0E‐4 m/sn) . Bu durum dere yatağındaki “çökel malzemesi“nin

tipik yapısından kaynaklanmaktadır (Bkz. Bir sonraki slayt – Fotoğraflar –).



Ön Hidrojeolojik Etüdlerle Araştırılmış Eski Bir Dere Yatağından Beslenen Su Geliri Örneği: Atina Metrosu Tünel Kazısı (devam)

Su geliri

Eski dere yatağı alanındaki tünel arınında yer alan;

1 Uyumlu konglomera

Eski dere yatağı alanındaki tünel arınında yer alan

konglomera boyunca yerel su geliri

– çimentolaşma killi‐marnlı yapıda –

2 İyi çimentolanmış konglomera

– çimentolaşma kalkerli yapıda –

g y y g

1313

Kaynak: Marinos, vd., 2006.http://www.iaeg.info/iaeg2006/PAPERS/IAEG_310.PDF



Mevhibe İnönü Tüneli Jeolojik Boy Kesiti ve Tipik Ayna Kesitleri

TÜNEL

KİLKİL

LEJAND

BATIDOĞU

KİREÇTAŞIKUMSİLTLİ KİLMARN

S Fay zonu

Kil

Su Geliri

KireçtaşıSu Geliri

Marn

Siltli

Kum Kil

Siltlikil

Siltlikil

Su Geliri

Su Geliri

Fay zonu

Kaynak: YapıMerkezi arşivi Arıoğlu B Yüksel A ve Arıoğlu Ergin 1995

Km: 6+300 Km: 6+800 Km: 7+000 Km: 7+140

Siltli kil kil Su Geliri Yok

1414

Kaynak: Yapı Merkezi arşivi, Arıoğlu, B., Yüksel, A. ve Arıoğlu Ergin, 1995.



Mevhibe İnönü Tünelinde Su Geliri ve Günlük İlerleme Hızları

800

700

Batı tüneli toplam su geliri (Portal)

Doğu tüneli toplam su geliri (Portal)Batı tüneli ayna su geliri

Deb

i (l/da

k)

600

500

400

300y g

6100

6200

6300

6400

6500

6600

6700

6800

6900

7000

7100

7200

7300

7400

7500

7600

200

100

0

eme hızı

ün)

ievler

onu

4.54.03.53.02 5

Gün

lük ilerl

(m/gü

Bahçeli

istasyo2.5

2.01.51.00.50

Güzergah, km

6100

6200

6300

6400

6500

6600

6700

6800

6900

7000

7100

7200

7300

7400

7500

7600

0

1515




Himalaya’ da 750 m derinlikte TBM ile açılan bir tünelde basınçlı akiferden kaynaklanan su geliri

Su patlamasından ötürü makine 280 gün olduğu yerde kalmıştır

Maksimum debi 67 m3/dakika

Su geliri lokasyonu

liri, m

3 /da

kika

gün olduğu yerde kalmıştır.

Basınçlı akifer

Su ge

TBM Kesici kafaÇatlaklardan sızan su

Su

Gün

Maksimum debide 1 günlük su geliri:Su patlağı 3 3m dakika saat m

67 x60 x24 = 96480dakika saat gün gün

Pillit

KuvarsitKayma zonları

Sızıntı

Artesiyen akışı

1616Kaynak: Reva, 1994’ den alıntılayan Barton, 2006.



Fay Zonlarında Derinlik ve Su Gelirinin TBM İlerlemesine Etkisi

Derinlik < 50 m 50 – 200 m> 200 m

–aşırı sıkışma olmaksızın–

Kaya kütle türü Bloklu kil Diğerleri Bloklu kil Diğerleri Bloklu kil Diğerleri

Arından su geliri, lt/dak/m2(x)

Kuru < 0.1 > 0.1 Kuru < 0.1 > 0.1 Kuru < 0.1 > 0.1

Ortalama günlük TBM

10 15 5 15 1 5 5 15 1 10 1 5 5 10 1 5 1günlük TBM ilerlemesi, m/gün

10‐15 5‐15 1‐5 5‐15 1‐10 1‐5 5‐10 1‐5 <1

(x)m2 birim kazı arınının alanıdır.Kaynak: Bieniawski et al, 2009’an basitleştirilerek.


• Derinlik ve arındaki su geliri miktarı fay zonunda TBM ilerlemesini olumsuz etkilemektedir Fay• Derinlik ve arındaki su geliri miktarı fay zonunda TBM ilerlemesini olumsuz etkilemektedir. Faymalzemesinin “sıkı kil” olması arını “kuru” ortam yapmakta ve ilerleme daha yüksek olmaktadır.

• Verilen bir derinlikte artan arın su geliriyle TBM ilerlemesi önemli ölçüde azalmaktadır . Örneğinderinlik H > 200 m’de arında su geliri > 0 1 lt/dak/m2 ise TBM’nin ilerlemesi 1 m/gün’den küçük

1717

derinlik, H > 200 m’de arında su geliri > 0.1 lt/dak/m2 ise TBM’nin ilerlemesi 1 m/gün’den küçükolmaktadır. Bu düşük ilerleme hızı birim (kazı+iksa) giderinin çok yüksek olması demektir. Ayrıca, derintünellerde düşük ilerleme hızının TBM’nin “sıkışma riski”ni arttırdığı unutulmamalıdır.



Denizaltı Tünellerin Güzergahını Belirleyen Temel ParametrelerDenizaltı Tünellerin Güzergahını Belirleyen Temel Parametreler

Çökel

Minimum kaya kalınlığı

Minimum kaya kalınlığı

o Karayolunun proje eğimi

o Su gelirini önleme ve tünel stabilitesini sağlamak için gerekli en az kaya kalınlığı

Kaynak: Palmström A 2002

1818

Kaynak: Palmström, A., 2002.http://www.rockmass.net/misc/norw/sub‐sea_tunnels.pdf .



Fay Zonundan Geçen Denizaltı Tünelinde Kaya Formasyonunun Birim Metresindeki Çatlak Sayısı DeğişimiÇatlak Sayısı Değişimi

o Fay zonunda çatlak sıklığı

diğer bölgelerdeki sıklığa

DOĞUBATI

kıyasla daha yüksektir.

Dolayısı ile hidrolik bir basınç

altında bu çatlaklardan su

gelmesi yüksek olasılıktadır.

o Çatlak sıklığının yüksek

l d d l b d kiolmasından dolayı bu zondaki

basınç ve kayma dalgalarının

yayılma hızları ana kaya

kütlesine göre çok düşüktür

Kaya

KayaGevşek dolgu

kütlesine göre çok düşüktür.

Hızdaki bu belirgin anomali,

bu kritik zonların önceden

belirlenmesinde önem taşır.belirlenmesinde önem taşır.Eğik açılmış delgiler

1919Kaynak: Palmström, A., Huang, Z., 2007’ den değiştirilerek.http://www.rockmass.net/misc/paper/Norwegian_exp_in_Xiamen.pdf



Tünel Derinliğinin Zayıf ‐ Ayrışmış Zon Geçişlerine Etkisi

A Durumu:

Tünel geniş zayıflık zonundan geçer. Bu

nedenle gerek delme patlatma gerekse TBM

ile yapılan kazılarda ciddi stabilite

problemleri sözkonusudur. Ayrıca, zemin/Fay zonu

Sığ tünel kaya iyileştirmelerine yönelik olarak

yapılacak enjeksiyon masrafları da daha

fazladır

Derin tünel

fazladır.

B Durumu:

A durumuna kıyasla daha sınırlı bir zayıflık

zonu genişliği sözkonusu olacağından

stabilite ve su sızıntıları problemleri göreceli

Kaynak: Palström A Nilsen B ?’ den değiştirilerek

olarak daha azdır. (Artan derinlikle birlikte

kemerleşme daha iyi oluşacağından iksa

basınçları açısından da avantajlıdır. Ayrıca

2020

Kaynak: Palström, A., Nilsen, B, ? den değiştirilerek. basınçları açısından da avantajlıdır. Ayrıca

permeabilite katsayısı da artan derinlikle

azalabilir).



Su Derinliğinin Minimum Kaya Örtü Kalınlığı ile Değişimi

Zayıf kaya formasyonu:

o Yerinde basınç dayanımı düşük

İTünel o İçsel sürtünme açısı: 15° – 30 °

o Jeolojik dayanım indeksi GSI =10 – 30

o Yerinde taşıma kapasitesi düşük

iği, m İyi kaya formasyonu:

o Yerinde kaya basınç dayanımı yüksek

Su Derinl o Yerinde kaya basınç dayanımı yüksek

o İçsel sürtünme açısı: 30 ° – 45 °

o Jeolojik dayanım indeksi GSI= 60‐90

o Yerinde taşıma kapasitesi yüksek

Örnek: Su derinliği 100 m olan karayolu

tünelinde stabilite açısından minimum kaya

örtü kalınlığı iyi ve zayıf kaya formasyonunda

sırası ile 35 m ve 52 m olmaktadır.

2121

Minimum kaya kalınlığı, m

Kaynak: Palmström, A., 2002’den değiştirilerek

sırası ile 35 m ve 52 m olmaktadır.



Norveç’ te Açılan Çeşitli Denizaltı Tünellerinde Bırakılan Minimum Kaya Topuğu Kalınlığıç ç Ç ş y p ğ ğ

75

Karayolu tüneli

Açıklama Temel tasarım ölçütü:

Denizden su gelirini

m

Boru hattı tüneliSu tüneli Stabil olmayan örnekler(*)

Denizden su gelirini

önlemek açısından kaya

topuğunun kalınlığı

Kalın

lığı, h k,

50 kesinlikle yeterli olmalıdır.

Örneğin 50 m (su+zemin

katmanı) olan bir karayolu

Kaya Örtü K

25

ZeminKaya

tünelinde kaya topuğunun

kalınlığı en az 30 m

olmalıdır

hk

hzhsu

Zemin

Tünel

olmalıdır.

0 50 100 150 2000

Temel Kaya Yüzeyine Kadar olan Derinlik, (hsu+hz) , m

2222Kaynak: Nielsen, 1994

(*) Zayıflık zonlarında oluşan göçükler



Denizaltı Tünellerinde Zayıflık Zonlarının Göçme Analizi

Deniz

KayaFay / zayıflık

I

Z i

00 D = Tünel yüksekliği

b = Tünel genişliği

A = Tünelin kesit alanıKaya yüzeyi

zonu ZeminL = Zayıflık zonunun genişliği

Hk = Kaya örtüsü kalınlığı

H = Olası göçük yüksekliği Göçük

α2 α2

α1 = Göçük yığınının yatayla yaptığı açı

α2 = Ezik zonun kayma açısı, Norveç denizaltı

tünellerindeki gözlemlere göre tipik değeri D

HL90°

Hk

I

2 2

b

I – I KESİTİ

40°’dir.

ρ1,ρ2 = Sırasıyla göçük öncesi ve sonrası zemin birim

hacim ağırlıkları

α1

( ) ⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟

⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠

12

2

2

H+DV = L H+D . + b + A.L =Göçük oluşmadan önceki hacim ‐ yerinde hacim ‐

tgα

2D +H D DV = L.H. + b + L.D + . + b = Göçükten sonra zemin/kaya kütlesinin hacmi

2⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟

⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠2

2 1 2

ç ytgα 2tgα tgα

Olası göçüğün yüksekliği aşağıdaki hacim koşulundan hareketle bulunabilir:

1 1 2 2

1

V .ρ = V .ρ

ρV V V

2323

∼11 1

2

ρu = , u = Zeminin hacimsel kabarma katsayısı, u = 1,2 1,5, Genellikle u = 1,3

ρ

12 1 1

2

ρV = .V = u.V

ρ

Kaynak: Nilsen, 1994



Üç Şeritli Karayolu Tünelinde (Kesit alanı, A= 68 m2) Potansiyel Göçmenin Maksimum ç Ş y ( , ) y çYüksekliğinin, Zayıflık Zonu Genişliği, L, ve α1 ve α2 (α2 =40°) ile Değişimleri

u=1,3

α1=35°ekliği H

, m

ekliği H

, m

L= 2 m

L= 4 mu=1,2u=1,3G

öçük

Yükse

Göçük

Yükse

,

u=1,5

Olası

Olası

Kaynak: Nielsen, 1994.

Göçük yığınının yatayla yaptığı açı, α1, °L, m

Değerlendirme Notu:

Verilen geometrik koşullar için bulunan olası göçük yüksekliği, H “kaya örtü kalınlığı”ndan, Hk daima küçük

olmalıdır (H < Hk)

2424

olmalıdır (H < Hk).



Kuru ve Suya Doygun Numunelerin Basınç Dayanımları Arasındaki İstatistiksel İlişkiler

60

70

Silttaşı Çamurtaşı Marn Tüfm

ı –suya

, s, M

Pa n=31, r= 0,888lab,s lab,kσ = 0,353.σ ‐ 2,41

Kuru numunenin tek eksenli basınç

mukavemeti arttıkça suya doygun numunenin

basınç dayanımı da artmaktadır. Bu artış lineer

40

50

i basınç da

yanım

numun

e –,σ

lab, bir istatistik modelle temsil edilebilir.

Suya doygun numunenin kuru numuneye

basınç dayanımı oranı ile, kuru numunenin tek

eksenli basınç dayanımı arasında kuvvetli bir

10

20

30

Tek eksenli

doygun

n eksenli basınç dayanımı arasında kuvvetli bir

istatistiksel ilinti elde edilmemiştir. Bünyesinde

önemli miktarda kil içeren silttaşı, çamurtaşı ve

marn gibi sedimenter kayaçlarda suya doygun

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0

10

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0

10

Tek eksenli basınç dayanımı – kuru numune – ,σlab,k, MPa

numune/kuru numune tek eksenli basınç

dayanımı oranının aritmetik ortalaması yaklaşık

%27 bulunmuştur. Su içeriğinin bu tür

k l k ik d l ü i d ki10

20

30

X

ab, k), % =% 27,43

kayaçların mekanik dayanımları üzerindeki

etkisi çok şiddetlidir. Bu nedenle bu tür

kayaçlar içinde açılacak tünellerde suyun

etkisi özenle gözetilmelidir.30

40

50

(σlab, s/σ

la

n=31, r= 0,423

lab,slab,k

lab,k

σ= 0,127.σ + 20,31σ

g

2525

60

70

X( = Aritmetik ortalama, n=Data sayısı, r= Regresyon katsayısı).

Kaynak: Yapı Merkezi / Ar‐Ge Bölümü, 2008.



Çamurtaşı ve Silttaşı Kaya Numunelerinde Ergüler ve Ulusay, 2008’e Göre Basınç İ

70Kuru numune basınç dayanımı

( ) a1.ω1σ ω = z .e Kaya

NumuneKuru Birim

Hacim Ağırlık, γk, z1 a1

Dayanımlarının (σ) Su İçeriği (ω)ile Değişimleri

60

dayanımı

Çamurtaşı

Silttaşı kN/m3

Çamurtaşı 21,6 30 ‐0,125Silttaşı 24 65 ‐0,25Çamurtaşı ( ) ‐0,125.ωσ ω = 30.e , MPa

40

50

mı, σ, M

Pa

Silttaşı

Bileşiminde kil minerali bulunan

sedimenter kayaçlarda basınç dayanımı

( ) ‐0,25.ωσ ω = 65.e , MPa

30

sınç dayan

ım hassas bir şekilde su içeriği ile

değişmektedir. Artan su içeriği ile basınç

dayanımları çok büyük ölçüde

20

Bas

Suya doygun numune basınç dayanımı

düşmektedir. Özellikle bu düşüş

silttaşlarında daha belirgindir.

10ω=ω0

2626

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

Su içeriği ω,%

Kaynak: Yapı Merkezi / Ar‐Ge Bölümü, 2008



Kuru ve Suya Doygun Numunelerin Yarma Çekme Dayanımları Arasındaki İstatistiksel İlişkiler

6

7

8

a do

ygun

n=30, r= 0,818

yç,s yç,kσ = 0,46.σ ‐ 0,64 Silttaşı Çamurtaşı Marn Tüf

Basınç dayanımı ve elastik modülde olduğu gibi

kuru ve suya doygun numunelerin yarma çekme

dayanımı arasında anlamlı bir istatistiksel ilişki

4

5

6

dayanımı –

suya

ne –,σ

yç,s, M

Pa mevcuttur.

Suya doygun numunenin, kuru numunenin yarma

çekme dayanımı oranı ile kuru numunenin yarma

2

3

Yarm

a çekm

e d

numun

çekme dayanımı arasında zayıf lineer bir analitik bir

ilinti bulunmuştur. Bileşiminde önemli miktarda kil

içeren silttaşı, çamurtaşı ve marn gibi sedimenter

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

0

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

0

10

% 2 22

Yarma çekme dayanımı – kuru numune – ,σyç,k, MPa

kayaçlarda suya doygun numunenin, kuru numune

yarma çekme dayanımı oranının aritmetik

ortalaması%27 olmaktadır.

20

30

40

=% 27,22X

%

n=30, r= 0,545

yç,syç,k

yç,k

σ= 2,96.σ + 10,24σ

40

50

60

(σyç,,s/σ

yçk), %

, ,

2727

70

80

90





Kuru ve Suya Doygun Numunelerin Elastik Modülleri Arasındaki İstatistiksel İlişkiler

9000

10000

11000

12000do

ygun

Pa s kE = 0,46.E ‐ 260,99

Silttaşı Çamurtaşı Marn Tüf

Basınç dayanımında olduğu gibi kuru ve suya

doygun numunelerin elastik modülleri arasında

anlamlı bir istatistiksel ilişki mevcuttur.

6000

7000

8000

Mod

ül, –suya

umun

e –, E

s, MP

n=25, r= 0,812s k

Suya doygun numunenin, kuru numunenin elastik

modülüne oranı, kuru numunenin elastik

modülünden bağımsız olduğu söylenebilir.

2000

3000

4000

5000

Elastik nu

Bileşiminde önemli miktarda kil içeren silttaşı,

çamurtaşı ve marn gibi sedimenter kayaçlarda suya

doygun numunenin kuru numune elastik modülüne

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000

0

1000

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000

0

10

Elastik Modül –kuru numune –,Ek, MPa

oranının aritmetik ortalaması %35 olmaktadır. (Söz

gelimi diğer kayaçlarda anılan oran %50 ‐ %80

aralığında değer almaktadır).

20

30

40k), %

= %34,83

n=25, r= 0,420

sk

k

E = 0,002.E + 25,11EX

40

50

60

(E,s/E

2828

70

80

90





Q Sisteminde Kaya Kütlesinin Kohezyon, İçsel Sürtünme Açısı ve Su Gelirinin Olası Etkileri

Kohezyon:

[σlab,b MPa]

lab,b

n

σRQD 1c = x x , MPa (Barton, 2002)

J SRF 100

İçsel sürtünme açısı:

⎛ ⎞⎜ ⎟rJφ = tg ‐ 1 xJ (Barton 2002)


⎜ ⎟⎝ ⎠

wa

φ = tg 1 xJ , (Barton,2002)J


o Su gelirinin kohezyon üzerine etkisi büyük ölçüde “σlab,b” değerinin artan su içeriği ile azalması ve özellikle

“zayıflık zonları”’ nda ise artan gerilme azaltma faktörü “SRF” ile etkili olabilir. Bu durumda kohezyon değeri

önemli ölçüde azalmaktadır.

o İçsel sürtünme açısı üzerindeki etkisi de artan su geliri/ basınç ile su azaltma faktörü Jw’ in belirgin ölçüde

2929

azalmasıyla ilintilidir. Genel olarak su gelirinin φ değeri üzerindeki etkisi limitlidir.



RMR ve Q Kaya Kütle Sınıflandırma Sistemlerinde Su Geliri Tanımları

Cidar tanımıSu geliri (10 m tünel uzunluğu için) lt/sn

Su basıncı kgf/cm2ğ ç ) /

Tamamen kuru ‐ <1

Nemli <10 1‐2,5

Islak 10‐25 2,5‐10

Damlama 25‐125 2,5‐10

Akış >125 >10Akış >125 >10

Kaynak: Alıntılayan Palmström, 2009.http://www.rockmass.net/class/Combining_RMR‐Q‐RMi.pdf

Örneğin; tünel cidarı “ıslak” olarak tanımlanıyorsa 10 metrelik tünel uzunluğunda

beklenebilecek su geliri Q= 10 – 25 lt/sn mertebesindedir. 500 metrelik bir tünel uzunluğundag / ğ

ki debi Q= 500 – 1250 lt/sn (0,5 – 1,250 m3/sn) olarak dikkate alınacaktır.

3030



RMR Kaya Kütle Sınıflandırma Sisteminde Su Geliri Puanının Kaya Permeabilite Değerine Göre Takdiri

Cidar tanımıTamamen

kuruNemli Islak Damlama Akış

Permeabilite,k (cm/sn)

< 10‐6 10‐6 – 10‐5 10‐5 – 10‐4 10‐4 – 10‐3 > 10‐3

Kaynak: Raymer ve Klecan, 2003.

RMR Puanı 15 10 7 4 0

3131



Kaya Kütlesinin Permeabilite Katsayısı – Kaya Kütle Özellikleri Arasındaki İlişki

Barton, 2002’ ye göre permeabilite katsayısı:

≈⎛ ⎞lab b l b b

1 1 1L = =

σQ σJ JRQD

( )

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

≈

lab,bc lab,br w

n a

‐7n a

Q σJ JRQDQ. x x100 J J SRF 100

100.J .J .SRFL = , Lugeon, 1 Lugeon 10 m / sn

RQD J J σ

Burada,

RQD= Kaya kütlesi göstergesi, %

. .r w lab,bRQD.J J σ

Jn= Çatlak seti sayısı ile ilintili faktör (Bkz kaya kütleleri “Q” sınıflama sistemi ek okuma parçalarına)

Jr= Çatlak pürüzlülük durumu ile ilgili

Ja= Çatlakların alternasyonu – ayrışması – ile ilintili faktöra Ç y y ş

Jw= Su geliri/ basıncı ile ilintili faktör

SRF= Gerilme azaltma faktörü

S ğl i t k k li b d MPσlab,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

3232

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 Kütlesinin Permeabilite Katsayısı – Kaya Kütle Özellikleri Arasındaki İlişki (devam)

Kaya permeabilite katsayısına bağlı olarak çatlak koşullarının değerlendirilmesi aşağıdaki çizelgede belirtilmiştir

(Look, 2007).

Lugeon Çatlak koşulu

<1 Kapalı veya çatlaksız

1 – 5 Küçük çatlak açıklıkları

5 – 50 Bazı açık çatlaklar

> 50 Çok açık çatlak

Eğer GSI olarak kaya kütlesi tanımlanmış ise aşağıdaki istatistiksel ilişkiler yardımıyla Q ve Qc değerleri bulunabilir.

> 50 Çok açık çatlak

ve Barton, 2002 abağından kaya kütlesinin permeabilite katsayısı Lugeon cinsinden kestirilebilir.

(Hoek vd. 1995) GSI= RMR – 5 → RMR= GSI + 5 RMR> 23

Barton 1995; 2000) (σlab,b= Sağlam numunenin tek eksenli basınç dayanımı, MPa⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

≈ ≈

⎛ ⎞⎜ ⎟

RMR‐50 RMR‐4515 15

GSI‐45lab,b15

Q 10 Q 10

σQ = 10

3333

⎝ ⎠⎜ ⎟⎝ ⎠

cQ = 10 .100




Sayısal Örnek

Soru:

25 m derinlikte bir tünelde jeolojik dayanım indisi GSI= 20 ile tanımlanan bir düşey zayıflık zonu geçilecektir. Kaya

numunesinin tek eksenli basınç dayanımı σlab,b= 10 MPa ve porozitesi %2’ dir. bu zonun permeabilitesini

kestirinizkestiriniz.

Çözüm:

Sınıflama sistemleri arasındaki çevrimler

o RMR= GSI + 5= 20 + 5= 25 , RMR= 25>23

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟RMR‐50 25‐50

o

o

⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠15 15Q = 10 = 10 = 0,0215

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠

lab,bc

σ 10Q = Q. = 0,0215. = 0,00215

100 100

o Barton 2002 abağından hareketle hesaplanan Qc=2,15.10‐3 ve verilen derinlik H= 25 m ve porozite n=%2

değerlerine karşı gelen permeabilite katsayısı L≈1000 Lugeon bulunur Böyle geçirimliliği yüksek bir zondan “su

⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠

c 100 100

3434

değerlerine karşı gelen permeabilite katsayısı L≈1000 Lugeon bulunur. Böyle geçirimliliği yüksek bir zondan su

geliri” beklenmesi yüksek bir olasılıktır.




Ey

Sert ‐Sert ‐çatlaklı

Sert ‐masif

Ana fay

Küçük fay

Sert gözenekli

çatlaklıYaklaşık derinlik, H, m

Ey‐1

Ey

Porozite,n

Olağanüstü zayıf

Aşırı zayıf

Çok zayıf

Zayıf Ortalama İyi Çok iyi

Aşırı iyi

Olağanüstü iyi

3535Kaynak: Barton, 2002.

Şekil – Kaya kütlesi permeabilitesinin Q sisteminde belirlenmesi



Tünellerde Su Gelirinin Hesaplanması

Genel

Tünellerde su gelirinin hesaplanması yönelik “teorik modelleri”’ n kurulması oldukça zordur. Bu zorluk problemin

yapısından kaynaklanmaktadır. Özellikle kaya kütlesinin çatlaklılık geometrisini ve hidrolik parametreleri –

geçirimlilik, su akım çizgilerinin yörüngesi, su basıncının dağılımı vb. – tam olarak ortaya koyulması zordur. Aşağıda

verilen modelle kestirilen “su gelir”’lerinin sadece mühendise bir ön fikir verdiği unutulmamalıdır.

o Dengeli rejimde su gelirinin bulunması (Heuer, 1995; Dumlu, 2005).

o Düşey boşaltım modeli (Bkz Şekil a): Bu modelde geçirgen serbest akifer veya sabit hidrolik basıncı sağlayano Düşey boşaltım modeli (Bkz Şekil a): Bu modelde geçirgen serbest akifer veya sabit hidrolik basıncı sağlayan

deniz, göl gibi su kaynağı mevcuttur. Kaya kütlesi içinde açılan dairesel kesitli bir tünelde sözkonusu sınır

koşullarındaki su geliri

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

su

2π 6,28.kHq = kH =

Z Zln 2 ln 2

r r

ile belirlenebilir. Burada qsu= Birim tünel uzunluğu başına su debisi, Z= Tünelin aks örtü kalınlığı. Bir anlamda

serbest akiferde suya doygun kalınlıktır. r= Tünel kazı yarıçapı, H=Hsu + Z, Hsu= Deniz, göldeki su kalınlığı, k= Kaya

kütlesinin ortalama geçirimlilik katsayısı

3636

kütlesinin ortalama geçirimlilik katsayısı.



Tünellerde Su Gelirinin Hesaplanması (devam)

Hsu

ZH H

r

Tünel

r

a Düşey rejim b Radyal rejim

o Radyal akım (Bkz Şekil b): Sonsuz kaya kütlesi içinde açılmış bir tünelde su geliri radyal yönde

Şekil – Tünellerde su gelirinin hesaplanması

gelişir. Akiferin etki yarıçapı Ro’ a bağlı olarak su geliri

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟

suo o

2π kHq = kH = 6,28.

R Rln ln

3737şeklinde yazılabilir. Burada H yer altı su seviyesinin tünel aksı ile arasındaki dik mesafeyi tanımlar.

⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

ln lnr r



Tünellerde Su Gelirinin Hesaplanması (devam)

Etki yarıçapı Ro akifer kalınlığı bilinen serbest akiferde Ro=2Z alınabilir. Basınçlı akiferdeki etki

b t kif d ki l 10 d f bü ük l k k b l dil bili (D l 2005) Byarıçapı serbest akiferdekine oranla en az 10 defa büyük olarak kabul edilebilir (Dumlu, 2005). Bu

durumda radyal rejimde birim tünel uzunluğu başına gelen su debisi daha küçük olacağı açıktır.

o Tünel arınından sızan su geliri:

qarın= F. q

ile hesaplanabilir. Unutulmamalıdır ki bu ifadeden hesaplanan su geliri yaklaşıktır. F faktörü amprik

olup, büyük ölçüde kaya kütlesinin çatlaklılık durumuna bağlıdır. Projelerde F 1 ila 5 arasında değer

alır (Heuer, 1995). Örneğin çok az çatlak bulunmasında F= 1 alınabilir. Çatlaklı bir kaya kütlesinde

kaya permeabilitesine bağlı olarak F= 1 – 2 arasında değer alır. Sözgelimi k= 10 Lugeon için F= 1,5

kabul edilebilir. k> 30 Lugeon durumunda ise F= 3 – 5 arasındadır (Heuer, 1995).

3838



Kaya Kütlesinin Permeabilitesi ve Çimento Enjeksiyon Uygulama Limitleri

Jeolojik yorumlama

Kaya malzemesi Birkaç çatlak Tipik çatlak koşulları Yapısal bozulma etkisiKaya malzemesi Birkaç çatlak Tipik çatlak koşulları Yapısal bozulma etkisi

Geçirimsiz Düşük su geliri Belirgin su geliri Yüksek su geliri

Sıkı

ş g g g g

Yaklaşık Lugeon değerleri1 3 10 30

Tünel arınına su geliri faktörü, Fh1.2 1.5 21 3 4 5

Normal çimento enjeksiyon uygulamasıUygulama

Yoğun enjeksiyon ile başarılı olabilme aralığı

Uygulama limitleri

Yerindeki koşullara bağlı

Normal olarak efektifEfektif değil

Kimyasal enjeksiyon veya ince çimento kullanımı

3939

Kaynak: Heuner, 1995.

bağlıkullanımı



Tünelde Su Gelirinin Kestirilmesi

ÖRNEK:

ri, Q

(lt/sn)

H

YASS Verilenler

• Basınç yüksekliği, H = 100 m

e gelen su gelir

(Tünel çapı, d= 10 m kabul edilmiştir)

•Kaya kütlesinin ortalama permeabilitesi, k = 4E‐005 (=4x10‐5)m/sn

Tünel

uğun

da tün

ele

Hidrolik basınç H

(Tünel çapı, d 10 m kabul edilmiştir) ( )

Belirlenen

10 m tünel uzunluğu için

10 m

uzunlu Hidrolik basınç, H

beklenen su geliri,Q = 68 lt/sn

Zemin /Kaya kütlesinin permeabilite katsayısı, k (m/sn)

4040

Kaynak: Marinos, 2005’den değiştirilerek.http://www.iaeg.info/portals/0/content/freecontent/TUNNELLING_THROUGH_KARSTIC_ROCKS.pdf



Atina Metrosunda Hesaplanan ve Yerinde Ölçülen Su Gelirleri

Kazı arınında ve arının 15‐20 m arkasındaki su geliri

Kazı arınında

Birim kazı l b

ZonHidrojeolojik zonda

tünel kesiti

g(m3/saat) ölçülen

maksimum su geliri (2)(m3/saat)

alanı başına su geliri

–arından– (x)

(lt/m2/dak)

(2) / (1) x 100(%)

HesaplananMaksimum ölçülen (1) ( / )

1“Aghios Savvas” alanı(2+200 – 2+350 km)

15‐50 40 15 3.2 37.5

2“Prophet Daniel” şaftı

100 300 140 45 9 5 322(2+680 – 2+950 km)

100‐300 140 45 9.5 32

3“Geoponiki”

şaftı(2+950 – 3+450 km)

15‐60 50 15 3.2 30(2+950 – 3+450 km)

4Agricultural University(3+450 – 3+600 km)

2‐10 10 3 0.6 30

(x)Eşdeğer kazı çapı 10 m alınmıştır.

Kaynak: Marinos, vd., 2006’dan değiştirilerek.http://www.iaeg.info/iaeg2006/PAPERS/IAEG_310.PDF

Eşdeğer kazı çapı 10 m alınmıştır.

4141



Sayısal Örnek

Soru:

Basınçlı su deney sonuçlarına göre kaya kütlesinin permeabilitesi k= 2,5.10‐4 cm/sn bulunmuştur. Tünele su

i i i i dü ji d l ğ ö ö ül k di Hid lik ük kliği H 30 ld ğ ö l li i igirişinin düşey rejimde olacağı öngörülmektedir. Hidrolik yüksekliğin H= 30 m olduğuna göre olası su gelirini

hesaplayınız.

Çözüm:

Birim tünel uzunluğu başına su geliri

( )⎛ ⎞ ⎛ ⎞

‐6 ‐4 32π 6,28q = kH= . 2,5.10 x30 = 1,95.10 m / sn / 1m

2Z 20

q= 11,74 lt/dakika/1 metre tünel uzunluğu

mertebesindedir. Arından gelecek su ise ortalama F= 3 değeri için

( )⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

2Z 20ln ln 2x

r 3,6

g ğ ç

qarın= F . q = 3 x 11,74 = 35,2 lt/dak – 1 metre tünel uzunluğu için –

Yukarıdaki ifadeden açıkça görüldüğü gibi tüneldeki su geliri q, qarın büyük ölçüde kaya kütlesinin

permeabilitesine k ve akiferin hidrolik yüksekliğine H bağlıdır Tünel mühendisi fay zayıflık zonlarında kayapermeabilitesine k ve akiferin hidrolik yüksekliğine H bağlıdır. Tünel mühendisi fay, zayıflık zonlarında kaya

kütlesinin permeabilite katsayısının olağanüstü artacağını, daha açık anlatımla bu tür zonların geçişinde “su

gelir”’inin sürpriz boyutlarda olacağını hiçbir zaman unutmamalıdır. Ve bu zonları geçmeden önce gereken teknik

ö l l i ( j k i l ik kl ğ tt k ü kü t b t k l l ğ tt k ih

4242

önlemlerin (enjeksiyon yapılması, iksa sıklığını arttırmak, püskürtme beton kalınlığını arttırmak, su ihraç

tesislerinin kurulu güçünü yükseltmek vb.) alınmasını sağlamalıdır.



Su Gelirinin Çatlak Parametrelerine Bağlı Olarak Kestirimi

Panti, 2006 ve Panti ve Nilsen, 2008’e göre tünelde su geliri,

‘dir.

×≈ × ×n r

su sa

J JQ H , lt / dak /m tunel

Jf

dir.

Burada,

f b l f k l /d k/ 2 l d d ğ k d ğ l k k l df = Permeabilite faktörü, lt/dak/m2 tünel, 0.05‐0.12 arasında değişir. Küçük değerler kaya kütlesinde

çatlakların “kapalı” ve çatlak dolgu malzemesinin “geçirimsiz” olma durumuna karşı gelir. Büyük değer ise

çatlakların büyük kısmının “açık” ve dolgu malzemesinin “ geçirimli” olmalarını işaret eder.

Jn = çatlak takımı sayısı ile ilgili faktör

Jr = Pürüzlülük ile ilgili faktör

Ja = Ayrışma derecesini ifade eden faktörJa Ayrışma derecesini ifade eden faktör

(Jn, Jr, Ja faktörleri Q sisteminden alınacaktır)

Hs = Statik basınç, m

4343



Tünel Kullanımına Bağlı Olarak İzin Verilebilir Su Sızıntı Miktarı

Sınıf Islaklık derecesi Tipik tünel kullanımıİzin verilebilir su sızıntısı(x),

10 m iç çapında 10 m tünel uzunluğu için izin verilebilir p

lt/m2/gün ğ ç

su sızıntısı, lt/gün

1 Tamamen kuru Depolama açıklıkları 0.01 3.14

2 KuruDon tehlikesi olan karayolu tünelleri

0.05 15.7

Karayolu/Demiryolu3 Kapiler ıslaklık

Karayolu/Demiryolutünelleri

0.1 31.4

4Az miktarda damlama

0.2 62.8damlama

5 DamlamaDrenaj ve kanalizasyon tünelleri

0.5 157

( ) 2

Kaynak: Specification for tunnelling, BTS 2010’den değiştirilerek.

(x)1 m2 tünel yüzey kaplama alanı cinsinden

4444



Tünellerde Enjeksiyon İşlemiyle Su Gelirinin Kontrol Edilmesi

• Enjeksiyonsuz durum

Sığ derinlik Derin tünelSığ derinlik Derin tünel

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

2πk (H ‐ 0.5D)Q =

4Hln + ξ ⎛ ⎞

⎜ ⎟⎝ ⎠

2πkHQ =

4Hln + ξ

• Enjeksiyonlu tünel durumu

⎜ ⎟⎝ ⎠

ξD ⎜ ⎟

⎝ ⎠ξ

D

Sığ derinlik Derin tünel

⎛ ⎞e2πk (H ‐ 0.5D)

Q =0.5D+ L k ⎛ ⎞⎛ ⎞

e2πk HQ =

0.5D+ L k k2H⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

e e0.5D+ L kln + ξ

0.5D k

⎛ ⎞⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠ ⎝ ⎠e e e

e

0.5D+ L k k2Hln + ln + ξ

0.5D k 0.5D+ L k

Q = Tünelde su geliri, m3/sn – 1 m tünel su uzunluğu için –, k = Kaya kütlesinin ortalama permeabilitesi, m/sn,

H = Tünel aksındaki su basınç yüksekliği, m, D = Tünel kazı çapı, m, ξ = Yük faktörü, 3‐5, ke = Enjeksiyon yapılan

kaya kütlesinin permeabilitesi, m/sn, Le = Enjeksiyon etki uzunluğu

4545

Kaynak: Dalmalm, 2004.



Çimento Enjeksiyon Kalınlığının ve Permeabilitesinin Su Gelirine Etkisi

Sığ Tünel

k 6 /

Derin Tünel

k 6 /

k/100 m)

k/100 m)

H = 10 m, D = 10 m, k = 1x10‐6 m/s H = 100 m, D = 10 m, k = 1x10‐6 m/s

ke =1.0 10‐8 m/sk =5.0x10‐8 m/s

ke =1.0 10‐8 m/ske =5.0x10‐8 m/s

geliri, Q (l/da

geliri, Q (l/dake 5.0x10 m/s

ke =1.0x10‐7 m/ske =1.5x10‐7 m/s

ke 5.0x10 m/ske =1.0x10‐7 m/ske =1.5x10‐7 m/s

H = Tünel aksında su basınç yüksekliği

Enjeksiyon kalınlığı, Le (m) Enjeksiyon kalınlığı, Le (m)

Su

Su

D = Tünel kazı çapık = Kaya kütlesinin permeabilitesike = Enjekte edilen kaya kütlesinin permeabilitesi


Verilen su basınç yüksekliği ve enjeksiyon kalınlığında artan enjeksiyon geçirimsizliğiyle su geliri önemli ölçüde azalmaktadır.

4646

Kaynak: Dalmalm, 2004.kth.diva‐portal.org/smash/get/diva2:9644/FULLTEXT01



Sayısal Örnek

Soru:

Derin bir tünelde (D = 10 m) H = 50 m su basıncında kaya kütlesinin permeabilitesi, k = 2x10‐7 m/sn’dir.

Enjeksiyonsuz durumda 100 m tünel uzunluğunda beklenen su gelirini bulunuz (Genellikle cidar faktörü ξ =3

alınır). Eğer tünelde çimento enjeksiyonu ile 5 lt/dak/100 m su geliri sağlanıyorsa enjeksiyonun başarı oranı

nedir?

Çözüm:

• Enjeksiyonsuz durum• Enjeksiyonsuz durum

××

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

‐7‐6 32πkH 2×3.14 ×2 10 ×100

Q = = = 18.777 10 m /sn4H 4×100

ln + ξ ln + 3D 10

– 1 m tünel uzunluğu için –

⎝ ⎠ ⎝ ⎠D 10

‐6 3 3Q = 18.777×10 (m /sn/m)×100 (m)×60 (sn/dak) = 0.1126 m /dak = 112.6 lt/dak – 100 m tünel uzunluğu –

• Su azaltım oranı

≈ee

Q ‐Q 112.6 ‐5η = × 100 = × 100 %95.5

Q 112 6

4747

Q 112.6



Su Geçirimsizliğini Sağlamak için Delme+Patlatma Tünellerde Yapılan Ön Enjeksiyon Uygulamaları

Geçirimli zon

TünelArın

A) Tünel açılırken tünel arınınınönünden açılan sondaj

Zayıf zon

B) Genelde su geçirgen zon tünel arınının8 m – 12 m ye kadar tünel açımı yapılır.

C) 15 m – 20 m

Arın

Enjeksiyon delgisi

C) 15 m 20 m uzunluğunda enjeksiyon delgilerinin açılması

Arın

D) Kaya kütlesinin birincil enjeksiyonu ve geçirimli zon

ArınEnjekte edilen zon geçirimli zon

E) Birincil enjeksiyonun kalite kontrolü

zon

4848Kaynak: Palmström, A., Huang, Z., 2007.

Arınkalite kontrolü için enjeksiyon deliklerinin denetlenmesi



Norveç Denizaltı Tünellerinde Uygulanan Kazı Destek Sistemleri ve Su Gelirleri

Tünel Kazı oranım/hafta

Tavan saplaması,Saplama/m tünel

Püskürtme beton Beton segment, Tünel uzunluğunun %’ i

Ön enjeksiyon, kg/m tünel

Tünel açılışında su sızıntısı, l/dak/km tü l

İşletme boyunca, l/dak/km tünelm3/m tünel

Tünel uzunluğunun

%’ si tünel%’ si

VardØ 17 6,9 0,95 >50 21 31,7 460 *

Karmsund 34 1,5 0,72 65 15 13,4 * *

EllingsØy 28 6,4 0,48 20 3 99,1 300 130

Kvalsund 56 4,0 0,31 * 0 0 320 180

GodØy * * 0,40 * 0 265 300 90

Freifjord 45 5,3 1,44 * 2,1 13,7 500 280

Hitra 46 4,2 1,44 * 0,2 11,4 60 *Hitra 46 4,2 1,44 0,2 11,4 60

FrØya 37 5 2,9 ** 5 197 8,5 *

BØmlafjord 55 3,8 1,9 ** 0 36 <50 *

Oslofjord 47 4,0 1,7 ** 1 165 150 *

North Cape 18/56*** 3,4 4 ** 34 10 60 *

(*) Data mevcut değildir.

4949Kaynak: Nilsen, Palmstrom, ?, http://geology.norconsult.no/Papers/Kyoto%202001%20Stability%20and%20leakage.pdf

Data mevcut değildir.(**) Tünel boyunca tavana püskürtme beton uygulaması yapılmıştır.(***) Şist, kumtaşı, mikaşist parçaları



Ön Tasarım İçin Önerilen Enjeksiyon Delik Aralığı

Kaya kütlesi çatlak durumuEnjeksiyon delik düzeni

Sık aralıklı Orta Aralıklı düzen

Az çatlaklı, kısmen açık çatlaklar 3 – 5 m 4 – 8 m 8 – 10 m

Orta çatlaklı 2 – 4 m 3 – 6 m 6 – 8 m

Çok çatlaklı, çatlak açıklıkları silt1 3 m 3 4 m 5 6 m

Kaynak: Boge ve Johansen, 1995’den Nilsen ve Palmström, 2000.

veya killi malzeme ile dolmuş1 – 3 m 3 – 4 m 5 – 6 m

5050



Enjeksiyon Karışımının Ön Seçimi

Çatlak türü ve çatlak açıklığı Tipik Lugeon değerleri, L Önerilen enjeksiyon karışımı

Açık kanallar / karstik boşluk ≥ 50 Kum/çakıllı çimento karışımı

Önemli çatlaklar, açıklık ≥ 1 cm 10 – 50 Bentonit veya akışkanlaştırıcı katkı içeren çimento karışımı

Sü k k l t k tk iAra çatlaklar, açıklık 0.3 – 1 cm 3 – 15

Süper akışkanlaştırıcı katkı içeren çimento karışımı

Çatlaklar açıklık 0 01 – 0 1 cm 1 – 5Süper akışkanlaştırıcı katkılı mikro

Çatlaklar, açıklık 0.01 0.1 cm 1 5 çimento karışımı

Açıklık ≤ 0.01 cm < 1

Ultra ince mikro çimento + süper akışkanlaştırıcı katkı ve/veya ilik t l k i liü t

Kaynak: Boge ve Johansen, 1995’den Nilsen ve Palmström, 2000.

çsilikat, acryle, epoksi, poliüretan gibi kimyasal esaslı karışımlar

5151



Normal Çimento ile Hazırlanan Tünel Enjeksiyon Karışım Örneği

Karışım

Normal Çimento ile Hazırlanan Tünel Enjeksiyon Karışım Örneği

Karışım bileşenleri Açıklama notu(Su/çimento) oranı=1,2 (Su/çimento) oranı=0,8

Normal Portland Çimento, kg

127,5 170 Ç , g

Su, litre 153 136

Enjeksiyon katkısı litre 37 3 36 3Enjeksiyon katkısı olarak mikro silikalı bulamaçEnjeksiyon katkısı, litre 37,3 36,3 mikro silikalı bulamaç karışım yapılmıştır

Akışkanlaştırıcı katkı, litre

2,5 3,1 Süper akınlaştırıcı katkı, SP40

Kaynak: Palmström, A., Huang, Z., 2007.

Hacim, litre 233,5 230

5252



Mevhibe İnönü Tünel Kazısında Yeraltı Suyu Gelirine Karşı Alınan Bazı Mühendislik Önlemleri

Pü kü t

Drenaj borusu

DolguSu ihraç borusuφ=5o

A

φ80

Seyyar dalgıç pompa

Püskürtme beton

Dolgu

borusu

Mıcır Püskürtme

Dalgıç pompa

φ

Su toplamaçukuru

Ap p

Drenajkanalı

Dolgu

Delikli PVC boru

beton

Su toplama çukuru

Mıcır

A

Drenaj deliği(φ=45 mm)(l 3 )

Çelik kafes iksa

Püskürtme A‐A KESİTİ(l=3 m) beton

A DETAYI

5353




TBM –kapalı mod– ile Yapılan Sığ Tünel Kazılarında Tavan Kemerinin “Çimento Enjeksiyonu” ile İyileştirmesi

Yararları:

• Tavan basıncı rijit bir kemerle taşındığından göçük

olasılığı etkin şekilde azaltılmıştır.ğ ş ş

• Yeryüzü tasman ve deformasyonları büyük ölçüde

azaltılmıştır

Limit denge durumunda taşıma kapasitesi:

• Enjeksiyon yapılan zeminin tek eksenli basınç dayanımı, σb

Li it d d d hd azaltılmıştır.

• Basınç altında çalışan TBM’de “kazı odası”nda

• Limit denge durumunda taşıma kapasitesi, q*

• Güvenlik katsayısı, GK

b 2

h dq* = 8 σ

bq*

GK =q

tamir+bakım çalışmaları için “güvenli ortam”

sağlanmıştır.Orijinal zemin

• Proje zamanında “sapma”lar önlenmiştir.

Tavanı enjeksiyon ile

5454

Kaynak: Kovari and Ramoni, 2006’dan değiştirilerek.http://www.ita‐aites.org/fileadmin/filemounts/general/pdf/ItaAssociation/Organisation/Members/MemberNations/Malaysia/KN02.pdf

enjeksiyon ile iyileştirilmiş



Drenaj Rejimine Bağlı Olarak Dairesel Kesitli Tünelde Tavan Basıncının Hesaplanması

c cosφ'

o Drenajsız durum:

γc cosφ

' ‐ .h +hr 1 sinφ

o Drenajlı durum:

( )γ

γ2 su 1 22

φ' ‐ .r 1 ‐ sinφP = h + h +hh sinφ

1+ .r 1 ‐ sinφ

γ 1 22 su

2 2

h +hr 1 ‐ sinφP = h +h hsinφ sinφ

1+ . 1+ .r 1 ‐ sinφ r 1 ‐ sinφ

h1

φSembollerin anlamları:

oP= Tavan basıncı

oD= Tünel kazı çapı

h2

oD= Tünel kazı çapı

or= Tünel kazı yarıçapı

oh1= Deniz/ göl su derinliği

oh2= Örtü kalınlığı

oγ’= Zemin/ kaya kütlesinin su altındaki birim ağırlığı, γ’=γs‐γsu1 2

Hidrolik eğim :

h +hiSegment oγs= Suya doygun zeminin birim hacim ağırlığı

oγsu= Suyun birim hacim ağırlığı

oc= Kohezyon

1 2

2

i =h

5555Kaynak: Kolymbas, D., Wagner, P., 2007; Kolymbas, 2008.

oc= Kohezyon

oφ= İçsel sürtünme açısı



Tünel Drenaj Örneği

Drenaj kanalı

Geomembran

Tünel Drenaj Örneği

kanalı

Püskürtme beton

Geospacer Kaynaklı

Geomembran

Geospacer

Kablo

Püskürtme beton kaplama

kanalı

Kuru dolguGeomembran

Delikli boru

Beton yatak

Taban

5656Kaynak: Kolymbas, 2008.



Geri Çözümleme ile Bulunan Çeşitli Tünel Kaplamalarının Permeabilite Aralığı

Püskürtme betonS l l dök d i b t

Düşük permeabilite* Ortalama permeabilite Yüksek permeabilite

Saplamalı dökme demir+betonSaplamalı dökme demirSaplamalı betonPüskürtme beton (Ölçülen değerler, Dimmock, 2010)

(Celestino, 2001)

Bugünün püskürtme betonBugünün püskürtme betonteknolojisiyle sağlanan “dayanıklılık”

1E‐12 1E‐11 1E‐10 1E‐09 1E‐081E‐16 1E‐15 1E‐14 1E‐13

Düşük permeabilite Ortalama permeabilite Yüksek permeabilite

Permeabilite, k (m/sec)

*Pemeabilite sınıflandırması Beton Birliği Teknik Raporu, No.31, 1998’den alınmıştır.

5757

Kaynak: Celestino, 2001 ve Dimmock, 2010’dan değiştirilerek, Yapı Merkezi / Ar‐Ge Bölümü, 2010.http://www.ita‐aites.org/fileadmin/filemounts/general/pdf/ItaAssociation/ProductAndPublication/Training/TrainingCourses/SP1_2005.pdf



Arın / Tavan Stabilitesini Arttırmak Suretiyle Varolan “Risk”in Etkin Şekilde Azaltılması

O

R = O x Z R RiskO Gözlenen

olasılıkZ Zarar

1

İyileştirilen arın iksası

Enjeksiyon yapılan zemin

Y ll k t l bi l

1

2

3

1 1

Yolların kapatılması, binaların boşaltılması

Arında göçük

3

2

Yeryüzü tasmanı, göçüğüKalıntı risk

Z

3

0 %100

Kaynak: Kovari and Ramoni, 2006.http://www.ita‐aites.org/fileadmin/filemounts/general/pdf/ItaAssociation/Organisation/Members/MemberNations/Malaysia/KN02.pdf

5858



Riskli Oluşumun Gözlenme Olasılığı

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 Ç k ük k H h k i > 905 Çok yüksek Hemen hemen kesin > 90

Kaynak: Tunnel Design Guide, BTS, London, 2004.

5959



Risk Yönetiminde “Etki” Açılımı

Etki Düzey Maliyet Zaman Saygınlık kaybıİşyeri güvenliği ve sağlığı

Çevresel

Projeİ

1Çok düşük

İhmal edilebilir İhmal edilebilirProje süresine etkisi yok

Yok İhmal edilebilirİhmal edilebilir

2 Düşük Belirgin> 1% Proje maliyeti

> 5% Proje süresi

Düşük düzeydekayıp

Minoryaralanma

Minor çevresel hasarmaliyeti süresi kayıp yaralanma hasar

3 Orta Ciddi> 5% Proje maliyeti

> 10% Proje süresi

Lokal basın / iş ilişkilerinde etkili

Önemli yaralanma

Çevresel hasar yöntemi gerekli

4 Yüksek

Projeningeleceğine etkili / İşveren ilişkilerinde

> 10% Proje maliyeti

> 25% Proje süresi

Ulusal basında projenin tartışmaya açılması / iş Can kaybı

Önleyicitedbirlerin

hukuksal sorunların başlaması

maliyeti süresiilişkilerine büyük ölçüde etkimesi

alınması

Ulusal boyutta Kamusal sağlık

5Çok yüksek

Projeyi ciddi ölçüde tehdit etmesi

> 50% Proje maliyeti

> 50% Proje süresi

firmanın saygınlık kaybı / iş ilişkilerinde ciddi sarsılmalar

Çoklu can kaybı

açısından veya ulusal kaynak korumasında geri dönülmez etkiler

6060

sarsılmalar etkiler




Tünel projelerinde Risk Skor Matrisi

Etki derecesi

Oluşumun olasılığıÇok düşük

1Düşük

2Orta3

Yüksek4

Çok yüksek5

Çok düşük 1 İ İ İ İ TÇ ş

Düşük 2 İ İ T T B

Orta 3 İ T T B B

Yüksek 4 İ T B B TE

Çok yüksek 5 İ B B TE TEÇ y

Açıklamalar: İ İhmal edilebilirT Tolere edilebilirB Belirgin risk 10‐14


TE Tolere edilemez risk 15‐25

Risk = Riskli oluşumun olasılığı x Etki

6161




SU KANALLARI VE POMPALARISU KANALLARI VE POMPALARIo Genel

Tü l k i l i d l kl d l k l l l h d i i dTünel kazı ve işletmesi sırasında çatlaklardan sızan suların kanal aracılıyla su havuz dairesinde

toplanıp, su ihraç – pompa – sistemiyle yerüstüne tahliye edilmesi gerekmektedir. Su ihraç projesinde

en önemli parametrelerden biri su debisinin kestirilmesidir. Bu büyüklük tünelin geoteknik

çalışmasında yapılan “hidrojeolojik” etütlerden elde edilir. Ön proje yaklaşımında ise su debisi kaya

sınıflama sistemlerinde rapor edilen değerlerden yararlanabilir. Örneğin; RMR kaya sınıflama

sisteminde olası su gelirleri aşağıdaki mertebelerdedir. (Daha ayrıntılı bilgi için Palmström, 2009’ ag ş ğ ( y g ç ,

http://www.rockmass.net/class/Combining_RMR‐Q‐RMi.pdf bakılmalıdır).

6262



Devamıdır…

Cidar tanımıSu geliri (10 m tünel uzunluğu için) lt/sn

Su basıncı kgf/cm2ğ ç ) /

Tamamen kuru ‐ <1

Nemli <10 1‐2,5

Islak 10‐25 2,5‐10

Damlama 25‐125 2,5‐10

Akış >125 >10Akış >125 >10

Kaynak: Alıntılayan Palmström, 2009; http://www.rockmass.net/class/Combining_RMR‐Q‐RMi.pdf

Örneğin; tünel cidarı ıslak olarak tanımlanıyorsa 10 metrelik tünel uzunluğunda

beklenebilecek su geliri Q= 10 – 25 lt/sn mertebesindedir. 500 metrelik bir tünel uzunluğundag / ğ

ki debi Q= 500 – 1250 lt/sn (0,5 – 1,250 m3/sn) olarak dikkate alınacaktır.

6363



Devamıdır…En verimli su kanal boyutlarından geçirebilecek akış debisi süreklilik ifadesine göre debi Q

Q= V. A

’ dir. Manning formülüne göre kanalda akış hızı V

n= Kanal pürüzlülüğünü ifade eden amprik faktör (Bkz Çizelge)

2 13 2

n

1V = .R .I

n

Rn= Kanalın hidrolik yarıçapı,

I= Kanal eğimi. Genellikle I= 0,001 – 0,004

n

AIan AR = =

Islak çevre Ç

ğ , ,

olarak verilmektedir. (Arıoğlu, Ergin ve Yılmaz, 2001).

Çizelge – Manning n faktörünün deneysel değerleri ve ortalama pürüz yüksekliği

Yapay kanal cidarları n ε, mm

Çıplak betonPerdahlı beton

0,014 ±0,0020,012±0,002

2,41,0Perdahlı beton

Kaba taş duvar0,012±0,0020,025±0,005

1,080

Kazılmış toprak kesit

Temiz 0 022±0 004 37

6464

Temiz Çakıllı yüzeyTaşlı

0,022±0,0040,022±0,0050,035±0,010

3780500

Kaynak: Wright, 1999, (Çevirenler: Kırkköprü ve Aydar, 2004).



Devamıdır…

Ö ği k i li bi k l d i li b l (*) dikk l k k d bi iÖrneğin, trapez kesitli bir su kanalında en verimli boyutları(*) dikkate alarak akış debisi

0,66 0,50 3h

1Q = A. .R .I , m /sn

n

2

n

a+bA = .h , m,

2

a = 1,756. A

b = 0 878 A

a

b = 0,878. A

h = 0,76. A

Ç = 2,63. A = 3b

α=60°

b

h

h

Ç 2,63. A 3b

A hR = = 0,38. A =

Ç 2

şeklinde yazılabilir. (Çeçen 1982’ den alıntılayan Arıoğlu, Ergin ve Yılmaz, 2001).

(*) Verilen akış kesitinde debinin maksimum olması için hidrolik yarıçapın “Rh” minimum olması gerekir Bu

6565

Verilen akış kesitinde debinin maksimum olması için hidrolik yarıçapın Rh minimum olması gerekir. Bu

koşulu sağlayan su kanalları en verimli olmaktadır.



Devamıdır…

k l ji hkik dil lidi ğ k ld h h i “ l ji i” k dSu kanalının rejim türü tahkik edilmelidir. Eğer kanalda h<hk ise “sel rejimi” sözkonusudur.

Kanaldaki su seviyesinin, h daima kritik su yüksekliğinden “hk” büyük olması sağlanmalıdır. Kritik

su yüksekliği isesu yüksekliği ise

2

3k 2

Qh = , m

b .g

’ dir (Çeçen, 1982). (Q m3/sn, b m ve yerçekimi ivmesi g= 9,81 m/sn2 olarak alınacaktır).

Ayrıca; kanaldaki ortalama akış hızı V su içindeki sürüntü maddelerinin kanalda çökmemesi

için “kritik hız”’ dan büyük olmalıdır. (Örneğin sürüntü maddelerin çapı d= 0,05 mm ise kritik hız

Vk=0,20 m/sn mertebesindedir).

6666



Sayısal Örnek:Sayısal Örnek:

Aşağıda geometrik boyutları belirtilen kayada (n=0,045) açılan su kanalının geçebileceği debiyi

hesaplayınız.p y

0,30 m

Çö üm

0,60mKanal eğimi I= 0,002

I

Çözüm:

Manning bağıntısından akış debisi

0,66 0,5 31Q A V A R I m /sn

Hidrolik yarıçap:

0,66 0,5 3hQ = A.V = A. .R .I , m /sn

n

Alan 0,30x0,60h

Alan 0,30x0,60R = = = 0,15 m

Islak çevre 2x0,30 + 0,60

( ) ( )0,66 0,5 31Q = 0,60x0,30x x 0,15 x 0,002 = 0,051 m /sn

0 045

6767Q= 184 m3/saat

0,045



SU KANALLARINDA DEBİ ÖLÇÜMLERİNDE KULLANILAN İNCE LEVHALI SAVAKLARÇ

Tam genişlikli dikdörtgen:

hsu

Su debisi:

⎛ ⎞≈ ⎜ ⎟⎝ ⎠

0,5 1,5suhQ 0,564 + 0,0846 .a.g .b

b

bplaka

a= Kanal genişliği

b= Plaka yüksekliği

h =Savaktaki su yüksekliği

⎝ ⎠

ahsu=Savaktaki su yüksekliği

g= Yerçekimi ivmesi

V Üçgen – çentik savak:

hSu debisi:

θ

b

hsu

θ= Çentik açısı

⎛ ⎞≈ ⎜ ⎟⎝ ⎠

0,5 2,5su

θQ 0,44 tg .g .h

2

6868

b

İnce plaka

θ Çentik açısı

20° < θ < 100°

Kaynak: Wright, 1999, (Çevirenler: Kırkköprü ve Aydar, 2004).



POMPA GÜCÜ ve KARAKTERİSTİK EĞRİLERPOMPA GÜCÜ ve KARAKTERİSTİK EĞRİLER

Pompa Gücü:

Pompa gücüp g

∑Q. HN= .

75.ηγ

ile bellidir.

Burada:

N M t ü ü PSN= Motor gücü, PS

Q= Su debisi, m3/sn

ΣH= Toplammonometrik yükseklik mΣH= Toplammonometrik yükseklik, m

γ= Suyun yoğunluğu, kg/m3. Su içinde sürüntü malzemesi mevcut ise sürüntü malzemesinin

hacimsel konsantrasyonu dikkate alınarak karışımın yoğunluğu hesaplanmalıdır. Bu durumda

γ> 1000 kg/m3 olduğu unutulmamalıdır.

η= Genel verim, η= 0,50 – 0,75 arasındadır.

6969



Devamıdır…

Δh= Kot farkı, m. Su seviyeleri arasındaki geometrik kot farkını ifade eder.

( )∑H= Δh+ JL + Lokal kayıplar kesit değişimi, dirsekler vb.

, y g

J= Birim boru sürtünme kaybı, m/m

L= Boru geometrik uzunluğu, m

Darcy – Weisback’ e göre birim yük kaybı:2V

J λ

λ= Boru sürtünme katsayısı. Örneğin “tam pürüzlü” rejimde Reynolds sayısının etkisi yoktur. Ve

J = λ2gD

⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

0,5

εD1 = ‐2,0.log

λ 3,7

formülünden hesaplanabilir. borunun bağıl pürüzlülüğünü gösterir.( )εD

7070

ε= Boru malzemesinin pürüzlük yüksekliği, D= Boru iç çapı.



Devamıdır…

Örneğin; çelik su borusunun pürüzlük yüksekliği ε= 0,046 mm’ dir. Boru çapı D= 0,10 m ise,

“tam pürüzlü” rejimde boru sürtünme katsayısı yukarıdaki amprik bağıntıdan λ≈0,016 olarak

hesaplanırhesaplanır.

V= Ortalama su akış hızı, m/sn

g= Yerçekimi ivmesi, g= 9,81 m/sn2

D= Boru iç çapı, mD Boru iç çapı, m

Boru iç çapının “D” seçimi pompa sisteminin enerji masrafları açısından önemlidir. literatürde

Bresse ifadesi olarak bilinen amprik formülden ekonomik – optimal – çap hesaplanabilir:

D = 1,5. Q , m

Q= Debi, m3/sn

(Özgür 1985’ den alıntılayan Arıoğlu Ergin ve Yılmaz 2001)

, Q ,

7171

(Özgür, 1985 den alıntılayan Arıoğlu, Ergin ve Yılmaz, 2001).



Devamıdır…Lokal kayıpları dikkate almak için geometrik boru uzunluğunu 1,10 olarak arttırmak yeterli

olabilir. Bu takdirde turbanslı rejimde (λ≈0,02 için) çalışan bir su ihraç tesisinde pompa gücü kafi

yaklaşımla

N≈22,2.Δh.Q + 9,29.10‐3.L.Q0,5

bağıntısından hesaplanabilir. (Bu bağıntıda ve η= 0,60 kabul edilmiştir). Pompanın

l k ğ d ki kild ö il i i (A ğl E i Y l 2001)

D = 1,5. Q

çalışma noktası aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. (Arıoğlu, Ergin ve Yılmaz, 2001).

H, m

Pompa karakteristiğiHp=f(Q) (Devir sabit) Artan LArtan L

yükseklik, Σ

H Boru sisteminin tanımladığı eğriHboru= f(Q, L)

ΣHç

Yerüstü

onom

etriky

Pompa çalışma noktası Pompa

Δh

k b 3/

Toplam

mo

Δh= Geometrik kot farkı

7272

Akış Debisi, Q, m3/snQç

Şekil – Pompa ve su boru ihraç sistemine ait karakteristik eğriler ve pompanın çalışma noktası (Qç, ΣHç), artan boru geometrikuzunluğunun, L etkisi (Enerji masraflarının aşağıya çekilmesi açısından pompa çalışma noktası, aynı zamanda verilen devirsayısında pompanın maksimum verim noktası civarında olmalıdır).



POMPA SİSTEMİNDE DİKKAT EDİLECEK TEMEL HUSUSLARPOMPA SİSTEMİNDE DİKKAT EDİLECEK TEMEL HUSUSLAR

Pompa gücü, olası su “debi” ve “boru geometrisinde”’ ki artışları karşılayacak büyüklükte

tasarlanmalıdır.

Su kanal geometrik boyutları “verimli rejim” için tasarlanmalıdır. n pürüzlülük değerlerinin

seçiminde özen gösterilmelidir.

Tünel geçkisinde özellikle zayıflık/ fay zonlarının varlığı dikkate alınarak, ani ve büyük su

boşaltmalarına karşı hemen çalıştırılabilecek yedek pompa daima mevcut olmalıdır. Ayrıca, su

gelirini a altmak amac la tünel makine park nda enjeksi on ekipman b l nmal d r Başar lgelirini azaltmak amacıyla tünel makine parkında enjeksiyon ekipmanı bulunmalıdır. Başarılı

enjeksiyonda kullanılacak karışımın teknik özellikleri yanı sıra uygulanacak basınç seviyesi de

önemlidir.

Pompa tasarımında su ihracında tüketilen enerjinin daima optimalde olmasına özen

gösterilmelidir. Uzun tünellerde su ihracımasrafının önemli bir gider olduğu unutulmamalıdır.

TBM ile yapılan kazılarda arın önünden gelen sürekli ve büyük debili sular tünel ilerleme hızını

olumsuz etkiler. Özellikle su geliri yumuşak/ karışık kaya kütlelerinde arın stabilitesi açısından

da ciddi bir tehdit unsurudur

7373

da ciddi bir tehdit unsurudur.



Sonuçlandırıcı Düşünceler

• Yerinde su sızıntı – Lugeon – deney sonuçlarının kaya kütlesinin çatlak parametreleri (RQD, çatlak sayısı,

çatlak açıklığı, dolgu malzeme türü, ayrışma derecesi, vb.) ile ilişkilerinin araştırılmasıç ç ğ g y ş ) ş ş

• Permeabilite katsayısının derinlik, gerilme koşullarıyla ilişkilerinin kaya türü, ayrışma derecesi bazında

incelenmesiincelenmesi

• 2002 Q formatında yer alan Q – Lugeon – Derinlik abağının ulusal tünel proje verileriyle irdelenerek

geliştirilmesi

• Kullanılan su geliri kestirim modellerinin kaya mekaniği disiplinindeki gelişmelerinin paralelinde gözden

geçirilerek “kestirim kapasiteleri”nin iyileştirilmesi

• TBM makine seçiminde ve TBM ilerleme/penetrasyon kestirim modellerinde “su geliri” faktörünün göz• TBM makine seçiminde ve TBM ilerleme/penetrasyon kestirim modellerinde su geliri faktörünün göz

önünde tutulması

7474

• Bu konuda TBM üretici firmalarının ellerindeki “bilgi birikimi”nin üniversiteler ve tünel firmaları tarafından

hazırlanan araştırma raporlarıyla değerlendirilmesi



Sonuçlandırıcı Düşünceler (devam)

• Çimento / kimyasal enjeksiyon ve dondurma yöntemi konusunda “ulusal bilgi birikimi”ni derinleştirmek

amacıyla, enjeksiyon / tünel firmaları doktora tezi seviyesinde uzun süreli araştırma projelerini desteklemeli

• Risk matrisinin sağlıklı verilerle oluşturulması açısından tünel yüklenici firmalarının “su geliri”nden

kaynaklanan göçük olgularının teknik analiz ve değerlendirme raporlarını mühendislik kamuoyunda

tartışmaya açması (Kuşkusuz tünel projelerinde önemli “gecikmeler”e neden olan diğer hususlar da

bildiri/makaleler ile teknik literatüre yoğun şekilde kazandırılmalıdır).

• Proje gerçekleştirme şeklinden bağımsız olarak proje sahibi kamu kuruluşu proje sahasında gerekli sayıda

jeofizik, jeolojik ve geoteknik araştırmaları (sondaj açılımı, laboratuar çalışmaları, vb.) yaptırmalı, elde edilen

l ö “ l i kl i” b l i di il i ö ü d l k “ö l l i”sonuçlara göre “olası riskleri” ve bunların en aza indirilmesi yönünde alınması gereken “önlemleri”

göstermeli. Projeyi teknik ve mali yönden başarılı kılacak tüm ileri teknoloji kullanımları, keza kamu

kuruluşu tarafından gösterilmeli

• Lifle kuvvetlendirilmiş püskürtme betonun tünellerde “birincil kaplama” olarak kullanımına yönelik

“dayanıklılık” ve “dayanım” performans çalışmalarına ağırlık verilmeli ve tünel firmaları bu yönde

7575

y y p ç ş ğ y

yüreklendirilmeli. Bu bağlamda lifli/lifsiz püskürtme betonların çok “uzun süreli performansları” bilimsel

çalışmalarla çıkartılmalı



EK OKUMA PARÇASI: İNCİRLİ ‐M. İNÖNÜ TÜNELİNDE SU

GELİRİGELİRİVE YAPIM ÇALIŞMALARINA ETKİSİ

7676

Documents

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ · 2019-01-07 · YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU AÇIKLAMA NOTU •Bilgi föyünün