T.C
NİĞDE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
JEOLOJİ MÜHENDİSLİĞİ ANA BİLİM DALI
KARGI (ÇORUM) HES TÜNELİNİN JEOTEKNİK ÖZELLİKLERİ
ÇAĞLAR AKKUŞ HAZİRAN 2013 Ç . A K K U Ş, 201 3 N İĞ D E Ü N İV ER SİTES İ FE N B İLİM LE R İ EN ST İT Ü SÜ f Y Ü K SE K LİSA N S TEZİ
T.C
NİĞDE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
JEOLOJİ MÜHENDİSLİĞİ ANA BİLİM DALI
KARGI (ÇORUM) HES TÜNELİNİN JEOTEKNİK ÖZELLİKLERİ
ÇAĞLAR AKKUŞ Yüksek Lisans Tezi
Danışman
Doç. Dr. Osman GÜNAYDIN
TEZ BİLDİRİMİ
Tez içindeki bütün bilgilerin bilimsel ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm.
iv ÖZET
KARGI (ÇORUM) HES TÜNELİNİN JEOTEKNİK ÖZELLİKLERİ
AKKUŞ, Çağlar Niğde Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Danışman : Doç. Dr. Osman GÜNAYDIN
HAZİRAN 2013, 98 sayfa
Bu yüksek lisans tez çalışmasında, Kargı (Çorum) HES tünelinin jeoteknik özellikleri araştırılmıştır. Tünelin duraylılığı açısından jeoteknik özelliklerin belirlenmesi önemlidir. Geçmişten günümüze kadar kaya sınıflama sisteminde kullanılan Q ve RMR sınıflamasının yanı sıra yeni bir sınıflama sistemi olan RMI sistemi açıklanmış ve bu sistemlerle aralarındaki farklar ortaya konulmuştur. Kaya klasının ilerlemeye etkisi, spesifik şarj-ilerleme, spesifik şarj-spesifik delgi boyu, delme-patlatma paterni-ilerleme, spesifik delgi-ilerleme korelasyonları yapılmıştır.
Teknolojinin ilerlemesiyle delme-patlatma yönteminin yanısıra tam cepheli tünel açma makineleri (TBM) daha da önem kazanmıştır. İlk yatırım maliyeti yüksek olduğu için makine verimliliği oldukça önemlidir. Makine verimliliği, makinenin seçiminden, zorlu jeolojik koşullara kadar birçok etkenlerden dolayı değişkenlik göstermekte olup projenin başından, bitimine kadar en önemli etkileyici faktör kuşkusuz ki jeolojik koşullardır.
v
Bu çalışmada, kuzey yönünde tünel açma işlemine devam eden TBM makine
parametrelerinin mevcut jeolojik parametrelere ne kadar bağımlı olduğu
gösterilmektedir. Kazılan kaya koşullarından yumuşak zemin koşullarına doğru bir geçiş gösterdiği zaman makine parametrelerinde ciddi bir değişimin olduğu açıkça gözlenmiştir. İtme kuvveti (thrust force) ve dönme hızı (tork speed) değerlerinde farklı birimler dikkate alınarak değerlendirilmiştir. Zemin koşullarının önceden tahmini amacı ile yapılan kılavuz delgisi (probe drill) yöntemi kullanılmıştır.
Anahtar kelimeler: Kaya sınıflandırma sistemleri, RMI sistemi, delme-patlatma, spesifik şarj, spesifik delgi, patlatma paterni, tünel açma makinesi (TBM), dönme, itme, kılavuz delgi
vi SUMMARY
GEOTECHNICAL PROPERTIES OF KARGI (CORUM) HEPP TUNNEL
AKKUS, Caglar Nigde University
Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Geological Engineering
Supervisor : Associate Professor Dr. Osman GUNAYDIN
JUNE 2013, 98 pages
The geotechnical properties of Kargi (Corum) HEPP Energy Tunnel have been studied in this thesis. Determining of the geotechnical properties are important for the tunnel stability. A new rock classification system the RMI is explained and differences are determined along with the Q and the RMR rock class systems which are being used since past to up to date. The effect of rock class, powder factor ratio, specific drill length and drill & blast pattern on to tunnel excavation progress graphics and correlations have been done.
Using tunnel boring machines (TBM) is the most important mechanized tunneling method as well as drill-blast with progress technology. Machine efficiency is very important since the initial investment is high. From the beginning of the project till the end, the most effective factor is mostly the actual geology excavated. This factor plays an important role, starting from the design period of the machine till the end of the project.
vii
In this thesis, ongoing boring tunnel at outlet of the energy tunnel (North), it is shown that TBM performance is highly dependent on geological conditions. A big variation in the machine parameters were seen obviously when the excavated geology has a high fluctuation to change rock conditions from hard to soft. Varieties were seen thrust and torque values. Probe drill methods were used for determining of ground conditions.
Keywords: Rock mass classification, RMI system, drilling-blasting, specific charge, specific drill, blast
viii ÖNSÖZ
Yüksek lisans tezi olarak hazırlanan bu çalışma Kargı (Çorum) HES tünelinde yapılan jeoloji-jeoteknik çalışmaları kapsamaktadır. Proje kapsamında yer alan tünelin giriş kısmı, su alma yapısı olarak nitelendirilen bölge Osmancık ilçesinin yaklaşık olarak batısında yer almakta ve tünel giriş kısmı ile Maksutlu köyünün doğusundaki tünel çıkışı arasındaki tünel güzergâhı yaklaşık olarak 11,8 km Kuzey-Güney yönünde devam etmektedir. Tünel çapı 9,80 m’dir. Kuzey yönünden tam cephe tünel açma metodu için kullanılan Tünel Açma Makinası (TBM) ve güneyden Yeni Avusturya Tünel Açma Yöntemi (NATM) kullanılarak delme-patlatma ile tünel açılması planlanmıştır. Türkiye için önem arz eden Kuzey Anadolu Fay Zonunun (KAFZ) tünel güzergâhının yaklaşık olarak 100 m kuzeyinden geçmesi, bu faya bağlı olarak birçok fay atımının tünel güzergâhını etkilemesi ve bundan dolayı tünel çıkış kısmındaki jeolojik birimlerin karmaşık yapı arz etmesinden dolayı TBM’nin ilerlemesi açısından önem teşkil etmektedir.
Açılacak olan 11,8 km uzunluğundaki tünelin su alma yapısı olarak adlandırılan bölgeden itibaren delme-patlatma yöntemiyle ilerleme sağlanmaktadır. Tüm tünellerde olduğu gibi burada da patlatma kaynaklı titreşimlerin ve bunun etkileri söz konusu olup bu etkilerin en aza indirgenmesi gerekmektedir. Kaya sınıflama sistemlerinden yeni bir sistem olan kaya kütlesi indeksi (RMI), inşaatı devam eden NATM tünelinde kullanılmaktadır. Bu çalışma kapsamında tahkimat sistemi bu sınıflamaya göre yapılmaktadır. Ayrıca kaya klasının ilerlemeye etkisi, spesifik şarj-ilerleme, spesifik şarj-spesifik delgi boyu, delme-patlatma paterni-ilerleme, spesifik delgi-ilerleme korelasyonları yapılmıştır.
Kuzey yönünden güneye doğru TBM ile tünel açmaya devam edilmektedir. TBM’ nin ilerlemesi açısından önem teşkil eden jeolojik birimlerin, fayların, ezilme zonlarının, zemin değişimlerinin belirlenmesi ve makine parametreleri kullanılarak jeolojisi ile ilişkisi üzerinde bir takım çalışmalar yapılmış ve bu çalışmalarla ilgili grafikler hazırlanmıştır.
Bu çalışmamın her aşamasında çalışmalarımı yönlendiren, değerli bilgi ve önerilerinden yararlandığım sayın hocam Doç. Dr. Osman GÜNAYDIN’ a en içten teşekkürlerimi
ix
sunarım. Yüksek lisans tez çalışmam esnasında tecrübelerine ve bilgilerine başvurduğum Gülermak A.Ş Jeoloji-Jeoteknik Birimi Şefi Ömer H. YENİ’ye teşekkür ederim. TBM ile ilgili her türlü bilgi ve yardımlarını esirgemeyen Gülermak A.Ş Tünel Şefi Alper ÖZTÜRK’e, TBM vardiya mühendisleri Mesut Emre AYMİR, M. İhsan YAĞCIOĞLU ve Sinan ACUN’a teşekkür ederim.
Ayrıca Kargı HES Projesi Gülermak A.Ş. Proje Müdürü Sayın Mustafa YURT’a katkılarından dolayı teşekkür ederim. Bu çalışma kapsamında aileme her türlü desteklerinden dolayı müteşekkir olduğumu belirtmek isterim.
x İÇİNDEKİLER ÖZET ... iv SUMMARY ... viii ÖNSÖZ ... viiii İÇİNDEKİLER DİZİNİ ... x ÇİZELGELER DİZİNİ ... xii ŞEKİLLER DİZİNİ ... xiii SİMGELER ve KISALTMALAR ... xv BÖLÜM I GİRİŞ ... 1 1.1 Amaç ve Kapsam ... 1
1.2 Coğrafi Konum, Yerleşim ve Ulaşım ... 2
BÖLÜM II GENEL KISIMLAR ... 3
2.1 Yer altı Kazıları, Tüneller ve Tünel Jeolojisi ... 3
2.2 Kayaç ve Kaya Ortamlarının Tanımlanması ... 6
BÖLÜM III KAYA KÜTLESİ SINIFLAMA SİSTEMLERİ ... 9
3.1 Kaya Yükü Sınıflama Sistemi (Terzaghi Sınıflaması) ... 10
3.2 RMR (Rock Mass Rating) Kaya Kütlesi Sınıflama Sistemi ... 11
3.3 Norveç Jeoteknik Enstitüsü (NGI) Kaya Sınıflama Sistemi (Q) ... 14
3.4 Kaya Kütle İndisi Sistemi (RMI) ... 18
3.4.1 RMR, Q ve RMI sistemleri arasındaki farklar ... 22
3.4.2 RMI’nin Kullanım Alanları ... 23
3.4.3 RMI Girdi Parametreleri ... 26
BÖLÜM IV TÜNELLERDE DELME-PATLATMA ve TANIMLAMALAR ... 31
Tanımlamalar ve Hesaplamalar ... 38
Patlatmada kullanılan tanımlamalar ... 39
BÖLÜM V TAM CEPHELİ TÜNEL AÇMA MAKİNELERİ (TBM) VE KARGI HES PROJESİ TÜNELİNDE KULLANILAN TBM ÖZELLİKLERİ ... 42
5.1 TBM Gelişim Süreci ... 42
5.2 Tünel Açma Makinelerinin (TBM) Genel Özellikleri ... 43
5.3 Tünel Açma Makinelerinin (TBM) Sınıflandırılması ... 44
xi
5.3.2 Tek kalkanlı tünel açma makineleri (Single Shield) ... 45
5.3.3 Çift kalkanlı tünel açma makineleri (Double Shield) ... 45
5.3.4 Pasa basınçlı tünel açma makineleri (EPB TBM) ... 46
5.3.5 TBM tasarım kriterleri ... 47
5.4 Kargı HES Projesi Kapsamında Kullanılan Double Shield (Çift Kalkanlı) TBM’in Teknik Özellikleri ... 49
5.5 Kargı HES Projesi Kapsamında Kullanılan TBM’in Teknik Özellikleri ile Performansının Jeoteknik Açıdan İncelenmesi ... 53
5.5.1 Kılavuz deliklerinin açılması ... 53
5.5.2 Kılavuz deliklerinin analizi ve yorumlanması ... 56
5.5.3 TBM verilerinin jeoloji-jeoteknik açıdan incelenmesi ... 59
BÖLÜM VI ARAŞTIRMA ve BULGULAR ... 64
6.1 İnceleme Alanının Genel Jeolojisi ... 64
6.1.1 Kunduz Metamorfiti (Mkm) ... 66
6.1.1.1 Kunduz Metamorfiti “Metapelit Üyesi” (Mkm) ... 66
6.1.1.2 Kunduz Metamorfiti “Mermer Üyesi”(Mkmm) ... 67
6.1.2 Kirazbaşı Karmaşığı (Kkk) ... 67
6.1.3 Metmenli Formasyonu (Kpm) ... 68
6.1.4 Örencik Formasyonu (Tö) ... 69
6.1.5 Beynamaz Volkanitleri (Tbe) ... 69
6.1.6 Alüvyon (Qal) ... 70
6.2 Yapısal Jeoloji ... 70
6.2.1 Faylar ... 70
6.2.2 Uyumsuzluklar ... 72
6.2.3 Bindirmeler ... 72
6.2.4 Katmanlanma, Şistozite ve Eklemler ... 72
6.3 Tünellerin Mühendislik Jeolojisi Özellikleri ... 73
BÖLÜM VII SONUÇLAR ... 92
KAYNAKLAR ... 95
ÖZGEÇMİŞ ... 99
xii
ÇİZELGELER DİZİNİ
Çizelge 2.1 Kaya kütle sınıflama sistemleri ... 5
Çizelge 2.2 Arazide kayaçların dayanımlaranın tahmini değerleri ... 8
Çizelge 3.1 Kaya Kütlesi Derecelendirme (RMR) Sınıflaması ... 13
Çizelge 3.2 Q Sisteminin girdi parametreleri ve değerleri ... 14 46 Çizelge 3.3 Kayaçlarda ve kaya kütlelerinde kullanılan içsel parametrelere ve önemine bakış ... 24
Çizelge 3.4 RMR, Q ve RMI sistemlerinde kullanılan girdi parametreleri ... 25
Çizelge 3.5 RMR, Q ve RMI sistemi girdi parametreleri ve puanlamaların karşılaştırılması ... 26
Çizelge 5.1 TBM sınıflandırmasının şematik kesiti ... 44
Çizelge 5.2Tünel Kazılarında TBM seçimi için karar ağacı ... 48
Çizelge 5.3 Zemin parametrelerine göre TBM seçim kriterleri ... 49
Çizelge 5.4 Robbins Double Shield (Çift kalkanlı) makine teknik özellikleri ... 50
Çizelge 5.5 TBM Kılavuz delgisi verileri (10+400km) ... 56
Çizelge 5.6 Penetrasyona bağlı TBM Kılavuz delgisi verileri ... 58
Çizelge 6.1 Korelasyon grafiklerinde kullanılan NATM Tünele ait veriler ... 102
Çizelge 6.2 NATM Tünele ait kaya sınıflama tablosu ... 105
Çizelge 6.3 Jeolojik duruma bağlı TBM günlük ilerleme grafiğine ait veriler ... 106
Çizelge 6.4 TBM verileri (Tork, Thrust Force, Thrust Speed, CHD Speed)- Jeoloji grafiğine ait veriler ... 113
Çizelge 6.5 Kesici kafa torku (cutter head torque)-Kesici kafa dönme hızı (Cutter head speed Rpm) korelasyon grafiğine ait veriler ... 147
xiii
ŞEKİLLER DİZİNİ
Şekil 1.1 Proje alanı yeri ve ulaşımı ... ... 2
Şekil 2.1 Kaya niteliğindeki ortamların adlandırılması ... ... 7
Şekil 3.1 Terzaghi Kaya Yükü sınıflamasında kaya yükü kavramı ve gevşeme zonu ... 10
Şekil 3.2 RMR Kaya Kütlesi Sınıflandırma Sistemi girdi parametreleri ... 12
Şekil 3.3 RMI’nın önemli unsuru olan eklem sisteminin genel prensip şeması... 18
Şekil 3.4 Kaya kütlesindeki yaklaşık olarak kayacın tek eksenli basınç dayanımını karakterize eden parametreler ... 19
Şekil 3.5 Eklem parametresi (JP) ve blok hacmi (Vb) ile eklem durum faktörü (jC) diyagramı ... 21
Şekil 3.6 Eklem parametrelerinin RQD, Jv ve Vb’nin korelasyonu ... 26
Şekil 3.7 RQD, Blok hacmi(Vb) ve Eklem sayısı (Jv) grafiği ... 26
Şekil 4.1 Aşırı kazı ve çatlatma yönünden klasik patlatma (a) ile son-kesme yönteminin (b) karşılaştırması ... 33
Şekil 4.2 Kargı HES Tünelinde kullanılan Üst yarı, Paralel-Cut paterni ... 36
Şekil 4.3 Kargı HES Tünelinde kullanılan Üst yarı, V-Cut paterni ... 37
Şekil 4.4 Powergel Magnum 365 Patlayıcı ... 40
Şekil 4.5 Aynada Paralel-cut son kesme yönteminin uygulanması ... 41
Şekil 4.6 Patlatılmaya hazır aynadan bir görünüm ... 41
Şekil 5.1 Kalkansız TBM genel görünümü ... 45
Şekil 5.2 Tek kalkanlı TBM genel görünümü ... 45
Şekil 5.3 Kargı HES Projesinde kullanılan Robbins yapımı Double Shield TBM ... 46
Şekil 5.4 Herrenknecht marka EPB TBM ... 47
Şekil 5.5 Kılavuz delgisi (Probe Drill) yöntemi ... 54
Şekil 5.6 Kılavuz delgisi (Probe Drill) yönteminde kullanılan tijler ve enjeksiyon işlemi için şişirme pakeri ... 55
Şekil 5.7 Kılavuz delgisi (Probe Drill) yönteminde kullanılan kesici kafalar (Rockbit) 55 Şekil 5.8 Derinliğe göre kılavuz delgisi analizine göre zemin değişimi ... 57
Şekil 5.9 Derinliğe göre kılavuz delgisi verileri grafiği ... 57
xiv
Şekil 5.11 Zeminin şilti (kalkan) sıkması ... 60
Şekil 5.12 Bypass tünel açarak el kazısı ile şiltin(kalkan) etrafının kazılması ... 61
Şekil 5.13 Açılan bypass tünellerde enjkesiyon ve boşluk olan yerlere köpük basma ... 61
Şekil 5.14 Kötü zemin koşullarından dolayı diskin aşınması (a) Aşınma olmadan önceki hal (b) Aşındıktan sonraki hal ... 62
Şekil 5.15 Yoğun deformasyona ve basınca mağruz kalmış segment betonlar ve kaya bulonu çakma ... 63
Şekil 6.1 Bölgenin genelleştirilmiş stratigrafik kesiti ... 65
Şekil 6.2 Kaya klası-ilerleme korelasyon grafiği ... 75
Şekil 6.3 Delme-patlatma paterni-ilerleme korelasyon grafiği ... 76
Şekil 6.4 Spesifik delgi- ilerleme korelasyon grafiği ... 77
Şekil 6.5 Spesifik şarj- ilerleme korelasyon grafiği ... 78
Şekil 6.6 Spesifik şarj- spesifik delgi korelasyon grafiği ... 79
Şekil 6.7 Jeolojik duruma bağlı TBM günlük ilerleme grafiği ... 81
Şekil 6.8 TBM verileri (Tork, Thrust Force, Thrust Speed, CHD Speed)- Jeoloji grafiği ... 83
Şekil 6.9 Conveyor bar-Bypass tünel grafiği ... 86
Şekil 6.10 Kesici kafa torku (cutter head torque)-Kesici kafa dönme hızı (Cutter head speed Rpm) korelasyon grafiği ... 88
Şekil 6.11 Cutterhead tork-ilerleme grafiği ... 90
xv
SİMGELER VE KISALTMALAR
Simgeler Açıklama
P Kırılma anındaki yük
Kesme direnci
C Kohezyon
Normal gerilme
İçsel sürtünme açısı
Jn Eklem takım sayısı
Jr Eklem pürüzlülük sayısı
Ja Eklem alterasyon sayısı
Jw Eklem suyu azaltma faktörü
Kısaltmalar Açıklama
HES Hidro Elektrik Santral
TBM Tünel Açma Makinesi
NATM Yeni Avusturya Tünel Açma Metodu
KAFZ Kuzey Anadolu Fay Zonu
RMR Kaya Kütle Derecelendirme Sınıflaması
Q Norveç Jeoteknik Enstitüsü Sınıflama Sistemi
RQD Kaya Kalitesi Göstergesi
SRF Gerilim Azaltma Faktörü
RMI Kaya Dayanım İndeksi
CH Cutter head (kesici kafa)
EPB Arazi Basınç Dengeleme Makinesi
1 BÖLÜM I
GİRİŞ
1.1 Amaç ve Kapsam
Gün geçtikçe artan Türkiye nufusu, enerji gereksiniminin artmasından dolayı enerji sorunu ile karşı karşıya gelmektedir. Bu amaçla ülke genelinde birçok elektrik üretme tesislerinin kurulması amaçlanmıştır. Bu elektrik üretme tesislerinin başında hidro elektrik santraller yer almaktadır. Hidroelektrik santral, yüksek bir noktadan düşen hareket halindeki suyun kinetik enerjisinden yararlanılarak elektrik enerjisinin üretildiği elektrik santrali türüdür. Hidroelektrik santralde, düşen su kütlesinin kinetik enerjisinden yararlanılarak bir türbin çalıştırılır. Elektrik enerjisi isteği kış aylarında maksimumudur. Bu devrede, nehirlerde su çekildiğinden hidroelektrik enerji üretimi en düşük seviyeyededir. Diğer yandan enerjisinin değeri, geceleri gündüze, pazar günleri iş gününe oranla daha düşüktür. Hidroelektrik bir tesisin değeri, yalnız üretilen enerji miktarına değil, bu enerjinin kalitesine, yani zaman içindeki dağılımına da bağlıdır. Hidroelektrik santralin kurulacağı yerin seçimini topoğrafik koşullar belirler ve bazen bu yer kullanma merkezlerinden çok uzakta olabilir. Böylece enerji nakli yüzünden maliyet fiyatı bakımından büyük yük altına girilir ve genellikle tüm hallerde kuruluş masrafları, termik santrallere oranla daha yüksektir. Buna karşılık, hidroelektrik santralin yakıt tüketimi yoktur, işletme ve bakım masrafları, termik santralden çok azdır.
Kargı HES Projesi, Kızılırmak Nehri’nin enerji potansiyelini değerlendirmek amacıyla Osmancık-Kargı ilçesi yakınlarında geliştirilmiştir. 102 MW gücündeki santral, tamamlanmasından itibaren yıllık 470 GWh temiz hidroelektrik enerjisi sağlayacaktır. Tesisteki yıllık üretim ile 150 000 haneye elektrik temin edilecektir.
Proje kapsamında yer alan tünelin giriş kısmı, su alma yapısı olarak nitelendirilen bölge Osmancık ilçesinin yaklaşık olarak batısında yer almakta ve tünel giriş kısmı ile Maksutlu köyünün doğusundaki tünel çıkışı arasındaki tünel güzergâhı yaklaşık olarak 11,8 km Kuzey-Güney yönünde devam etmektedir. Tünel çapı 9,80 m’dir. Kuzey yönünden Tam Cephe Tünel Açma Metodu için kullanılan Tünel Açma Makinası (TBM) ve güneyden Yeni Avusturya Tünel Açma Yöntemi (NATM) kullanılarak delme-patlatma ile tünel açılması planlanmıştır. Türkiye için önem arz eden Kuzey
2
Anadolu Fay Zonunun (KAFZ) tünel güzergâhının yaklaşık olarak 100 m kuzeyinden geçmesi ve bundan dolayı tünel çıkış kısmındaki jeolojik birimlerin karmaşık yapı arz etmesinden dolayı TBM’in ilerlemesi açısından ve buna göre jeoteknik özelliklerin belirlenmesi son derece önem teşkil etmektedir. Zemin karakteristikleri takibi ve önlem alınması önemli bir durumdur.
1.2 Coğrafi Konum, Yerleşim ve Ulaşım
İnceleme alanı, Çorum ili Osmancık İlçesi’nin yaklaşık 20 km batısında yer almaktadır. Proje sahası 41°01'20'' - 40°58'80'' boylamları ve 34°36'50'' - 34°42'40'' enlemleri arasında, Çorum G33-a2 ve Sinop F33-d3 no’lu 1/25 000 ölçekli topoğrafik paftalarda yer almaktadır. Proje alanı içerisinden İstanbul-Samsun Devlet Karayolu geçmekte olup, proje sahasına ulaşım, Çankırı-Tosya karayolu üzerinden veya Ankara-Çorum- Osmancık karayolu üzerinden sağlanmaktadır (Şekil 1.1).
3 BÖLÜM II GENEL KISIMLAR 2.1 Yer altı Kazıları, Tüneller ve Tünel Jeolojisi
Bir tünelin doğasını, şeklini ve maliyetini belirleyen en önemli faktör jeolojidir (Taylor ve Conwell, 1981). Örnek olarak bir tünelin güzergâh, tasarım ve inşaatı büyük ölçüde jeolojik değerlendirmelere bağlıdır. Buna göre saha incelemesi ne kadar iyi yapılırsa
yapılsın, güzergâh boyunca yer koşullarına ait bilgiler hiçbir zaman tam olmadığından, tünel açma belirsiz ve bazen de tehlikeli bir girişimdir. Bu nedenle özellikle jeolojik
açıdan karmaşık alanlarda tünel inşaatı maliyetinin hesaplanması belirsizlikler içerir. Tünel güzergâhları için jeolojik incelemeler genellikle üç aşamada gerçekleştirilir. İlk aşamada büro çalışmasında jeolojik koşullar hakkında genel bilgi sahibi olunur ve sonraki araştırmaları planlamak için mevcut haritalar ve hava fotoğrafları değerlendirlir. İkinci aşama daha ayrıntılı bir inceleme gerektirir ve belirli bir lokasyonun uygunluğunu belirlemeye odaklanılır. Bu aşamada alternatif tünel güzergâhları dikkate alınır. Tünel güzergâhı seçildikten sonra incelemenin üçüncü aşaması başlar ve nihai tasarım ile tünel maliyetlerinin hesaplanmasına yardımcı olmak üzere ilave çalışma yapılır. İncelemede tünel güzergâhının jeolojisi hazırlanır ve tünel ekseni boyunca jeoloji en kesitleri çıkarılır. Yer altı jeolojisini ortaya konulmasında araştırma çukurları, galeriler, sondajlar ve pilot tünellerden yararlanılır. Karotlu sondaj yardımıyla tünel güzergahı boyunca geçilecek birimler yapılan korelasyonlarla tespit edilir. Bu verilerin doğru yorumlanması tünel güzergâhı için önem teşkil etmektedir. Bunların yanı sıra jeofizik yöntemlerden de faydalanılır. Temel kayaların kötü mostra verdiği yerlerde yer altı koşullarının belirlenmesinde değerli katkılar sağlayabilir. Sismik kırılma yöntemleri kullanılarak tünelin giriş kısmındaki örtü kalınlığının derinliğini hesaplanmasında, fayların, bozuşma zonlarının veya gömülü fayların yerlerini tespit etmede kaya kütlesini tahmin etmekte kullanılabilir.
Çeşitli kayaçların içinde yapılan iki tarafı açık kazılara tünel ismi verilir. Genel anlamda tünel yer altı geçidi demektir. Kıyılarda görülen iki tarafı açık delikler ilk çağlardaki insanlarda çeşitli amaçlar için tünel açma fikrini vermiştir. İlk tünelin M.Ö. 4000 yıllarında, Babil Şehri civarında, Fırat Nehri altında açıldığı söylenir. 1 km uzunlukta 3,5-4,5 m çapında olan bu tünel aç-kapa yöntemiyle yapılmıştır. Daha sonra dünyanın birçok yerinde insan gücü ve kazma kürek yardımıyla başlanan pek çok tünel
4
açılmıştır. 1679’da barutun keşfinden sonra kayaları parçalayarak tünel açma gelişmiştir. 1807’de Thames Nehri altında açılmaya başlanan ilk su içi tünelinde birçok zorluklarla karşılaşılmış, açma bırakılmış ve daha sonra Brunel tarafından bulunan kalkan yöntemiyle tünel 1842 yılında tamamlanmıştır. Türkiye’de demiryolu yapımı ile tünel açma artmış, 1871’de yapılan İstanbul-İzmit arasındaki tünellerin açılmasında ve 1903’te başlayan Konya Bağdat hattında Toroslarda, tünellerde ve ovalarda yeraltısuyu bulma sondajlarında jeologlar çalışmıştır. Bugün artık her yerde çeşitli amaçlarla yapılan tünellerde ayrıntılı mühendislik jeolojisi çalışmaları yapılmaktadır (Erguvanlı, 1982). Tünelleri açılış amaçlarına ve arazi cinsine göre, üç şekilde sınıflandırılmıştır. 1) Trafik tünelleri:
a- Demiryolu tünelleri
b- Karayolu ve otoyol tünelleri c- Yaya tünelleri
d- Metrolar 2) Taşıma tünelleri:
a- Hidroelekrik tesis tünelleri (basınç, dolusavak ve derivasyon tünelleri) b- Su taşıma tünelleri
c- Kanalizasyon tünelleri
d- Endüstri tesislerinde taşıma tünelleri 3) Arazi cinsine göre tüneller
a- Sert kayada açılan tüneller
b- Yumuşak zeminde açılan tüneller
Akıcı zemin: Toprak ve molozdan oluşan kazı ile beraber akmaya başlayan
zemindir. Akma hızı su kapsamı ile orantılıdır.
Çok hızlı akıcı zemin: Çimentosuz kum ve çakıldan oluşan bu zeminde kuru
iken de akma görülür. Su ile akma artar.
Akan zemin: Killi ve siltli zeminlerde akan zemin denir. Bunların tane çapları küçük ve plastik olduğundan bunlarda çamur akmaları görülür. Bu çamur irice boşluklara kadar girer.
Sıkışan zemin: Kil ve siltler daha az su kapsarsa bunlara sıkışan zemin adı verilir. Bunlar plastik sınırdadır. Basınç altında kırılmazlar; kabarır, dalgalanır ve kıvrılırlar.
5
Şişen zemin: Bunlar özellikle bentonit tipli kil minerali kapsayan zeminlerdir.
Bu zeminler su alınca şişer kabarır ve hareket ederler.
Çeşitli araştırmacılar tarafından araştırılan kaya sınıflama sistemleri için tünel açma yöntemleri, uygulama alanları ve geliştiren araştırmacılar 2000 yılında Palmström tarafından bir araya getirilmiştir (Çizelge 2.1).
Çizelge 2.1 Kaya kütle sınıflama sistemleri, (Palmström, 2000)
Sınıflandırma Sistemi Geliştiren Araştırmacı Uygulama Alanları
1 Kaya yükü Terzaghi, 1946 Tünelcilik
2 Desteksiz durma süresi Lauffer, 1958 Tünelcilik
3 NATM Rabcewich,Müller,
Pacher,1958-1964
Tünelcilik
4 Kaya mekaniği için kaya sınıflaması
Paching ve Coates, 1968 Kaya mekaniği temel veri girişi
5 RQD Deere ve diğ., 1964 Sondaj karot logları
6 Boyut-dayanım sınıflaması Franklin, 1975 Madencilik
7 RSR Wickham ve diğ., 1972 Tünel destek tipleri
seçimi 8 Kaya kütle sınıflama sistemi Bieniawski, 1973 Tünel, madencilik 9 Q sistemi Barton ve diğ., 1974 Tüneller ve maden 10 Temel jeoteknik sınıflama ISRM, 1981 Genel amaçlı kaya
mekaniği
11 MBR Cumming ve diğ., 1982 Madencilik
12 Birleştirilmişsınıflama Williamson, 1980 Genelleştirme amaçlı 13 Jeoteknik dayanım indeksi
(GSI)
Hoek, 1994 Yerltı kazıları için destek sistemi dizaynı 14 Kaya kütle indeksi (RMI) Palmstrom, 1995 Tünelcilik
6 2.2 Kayaç ve Kaya Ortamlarının Tanımlanması
Başlıca magmatik, metamorfik ve sedimanter olarak sınıflandırılan kayaçlar, yer kabuğunun oluşturucu gereçleri olan ve bileşim, yapı, köken bakımından aynı nitelikleri taşıyan mineral kütleleri olarak tanımlanabilir. Kaya kütlesi ise; eklemler, faylar, katmanlanma düzlemleri ve bunun gibi doğal süreksizlikler ile kesilmiş kayaç malzemesidir. Mühendislik yönünden kayaç; kaya kütlesinde eklem tabakalanma, şistozite, fay vb. gibi doğal süreksizliklerin arasında kalan ve malzemenin çekilme dayanımının azalmasına neden olabilecek herhangi bir kırık veya zayıflık düzlemi içermeyen değişik boyutlardaki kaya parçalarıdır (Ulusay ve Sönmez, 2007)
Kayaç malzemesini oluşturan tanelerin fiziksel özellikleri ve bu tanelerin birbirine bağlanma biçimleri, aşağıda sıralanan parametreler yardımıyla tanımlanır. Kaya kütleleri ve kaya kütlelerinin davranışı ile ilgili olarak Müller 1963’ te Müller sonrasında ise 1986’da Yüzer ve Vardar tarafından önerilen kavramlar, kaya kütlelerinin davranışına yönelik olarak günümüze değin sürdürülmüş çalışmalar açısından önem taşımaktadır. Müller, süreksizliklerin durumunu da dikkate alarak, kayaların çatlaksız ortamdan (tek cisim ortamı) süreksiz parçalanma ortamına kadar değişen ortam özelliklerine sahip olabileceğini, dolayısıyla bu ortamların farklı davranış sergileyebileceğini belirtmiştir. Müller’in bu yaklaşımı Şekil 2.1’de verilen daha sonra Vardar (2005) tarafından önerilen ortam adlandırılmasında daha ayrıntılı olarak tanımlanmaktadır. Şekil 2.1’de verilen kaya ortamlarının adları ve bunların sistem büyüklüğündeki görünümleri yanısıra, gerilme-deformasyon grafiği üzerinde kayanın yenilme öncesi, yenilme sırası ve yenilme sonrasındaki davranışları görülmektedir. Müller’in yaklaşımının, 1980’de kaya kütleleri için önerilen Hoek-Brown yenilme ölçütünün (Hoek ve Brown, 1980a ve 1980b) gelişiminde ve buna ilişkin kaya kütlesi kavramının açısından bir kaynak olduğu açıktır.
7
Şekil 2.1 Kaya niteliğindeki ortamların adlandırılması (Vardar, 2005)
Kayaçların mekanik davranışları, genelde elasto-plastik davranış kısmen ideal olmayan elastik davranış olarak tanımlanabilmektedir. Zamandan bağımsız olarak düşünüldüğünde süreksizliklerden tamamen arındırılmış kayaç önce elastik davranış, daha sonrada kısmen plastik davranış göstermektedir. Yükler altında öncelikle mikro süreksizlikler sıkılaştığı ve boşluklar kapandığı için düşük yük artışına karşın yüksek deformasyonlar oluşmaktadır. Sıkışma boşlukların kapanmasından sonra taneler ve kristaller birbirleriyle kenetlenerek kayacın gerçek elastik davranışını diyagrama yansıtır.
Mühendislik esaslı çalışmalarda kaya ortamlarının tanımlanması aşağıdaki özellikler kullanılarak yapılmaktadır (Ulusay, 1994). Bunlar;
Renk; Kayacı oluşturan tanelerin özgün renklerinin bir araya gelerek
oluşturduğu renktir. Örneğin yüzlek rengi, ayrışma rengi, taze kayaç rengi ve çizgi rengi, tanımlayıcı belirteçlerdendir. Kayacın rengi kantitatif olarak ‘ Kayaç Renk Kartı ‘ kullanılarak yapılmaktadır. Bu amaçla Geological Society of America (1963) ve Munsell (1941) tarafından hazırlanan kayaç renk kartları yaygın olarak kullanılmaktadır.
Doku; bir kayacın dokusu denince, kayacı oluşturan taneler arasındaki karşılıklı ilişki ile bunların geometrik görünümü akla gelir. Bu görünümün öğeleri bir çökel kayaçta boy, şekil ile onu oluşturan öğelerin kristalinliği ve taneliğidir (Kekeç, B vd., 2004).
8
Süreksizliklerin özellikleri; Kaya ortamının içerdiği süreksizliklerin türü, aralığı, devamlılığı, prüzlülüğü, süreksizlik yüzeylerinin açıklığı, dolgu malzemesinin özellikleri gibi özellikleri kapsamaktadır. Bu çalışma kapsamında ele alınan delme-patlatma operasyonlarını etkileyen en önemli faktörlerden birisi de süreksizliklerdir.
Kayacın adı; Litolojik özellikler dikkate alınarak adlandırma yapılmalıdır.
Kayacın tahmini dayanımı; Kayaçlarda tek eksenli basınç dayanımı
labaratuvarda doğrudan tek eksenli basınç deneyleri ile, arazide nokta yük deneyleri ile saptanabilmektedir. Bu testler yapılmadığı takdirde veya bir ön değerlendirme yapmak için kayaç örneklerinin dayanımları jeolog çekici kullanılarak arazide aşağıdaki tablo yardımıyla tahmin edilebilir (Çizelge, 2.2).
Çizelge 2.2 Arazide kayaçların dayanımlaranın tahmini değerleri (Ulusay, 1994)
Tanım Dayanım sınıfı simgesi Yaklaşık Tek Eksenli Basınç Dayanımı (MPA)
ÇOK ZAYIF KAYAÇ- Jeolog çekicinin
Sivri ucunun sert darbeleri altında
Parçalanır. Bıçakla kesilebilir R1 1-25
ZAYIF KAYAÇ- Bıçakla kesilmesi ve
kazınması zordur. Jeolog çekicinin sivri ucu, sıkı bir darbe sonucu derince saplanır
R2 25-50
AZ DAYANIKLI KAYAÇ- Bıçakla
yüzeyi kazınamaz, jeolog çekicini sivri ucunun sıkı bir darbesiyle sığ bir delik açılabilir
R3 50-100
DAYANIKLI KAYAÇ- Avuç içinde
Tutulan örnek jeolog çekici ile
Vurulan sert bir darbeyle kırılır R4 100-200
ÇOK DAYANIKLI KAYAÇ- Çatlaksız
Bir örneğin kırılması için jeolog
9 BÖLÜM III
KAYA KÜTLESİ SINIFLAMA SİSTEMLERİ
Kaya kütlesi sınıflama sistemleri, mühendislik tasarımının doğrudan yapılmasını sağlayacak bir araç olarak değerlendirilmemelidir. Bu sistemler, nihai tasarımın yapılabilmesi için tasarım hedefleri ve sahanın jeolojisi de dikkate alınarak, gözleme dayanan, analitik ve nümerik çözümleme teknikleriyle birlikte kullanılmalıdır. Bu sistemler doğru kullanıldıkları zaman, ön tasarımda yararlı birer araç olabilmektedirler. Kaya kütlesi sınıflama sistemlerinin kullanılmasındaki başlıca amaçlar,
a) Kaya kütlesinin davranışını etkileyen başlıca özellikleri tayin etmek,
b) Kaya kütlelerini kendi aralarında benzer özellikler gösteren bölgelere ayırarak değişik kaya kütlesi sınıflarını belirlemek,
c) Her kaya kütlesi sınıfının karakteristiklerini anlamak amacıyla ölçütler oluşturmak,
d) Bir sahada kaya kütlesi koşullarıyla ilgili kazanılan deneyimi diğer saha şartlarıyla karşılaştırıp ilişki kurmak
e) Mühendislik tasarımı için sayısal veri ve bir kılavuz elde etmek,
f) Mühendisler arasında ortak bir temele dayalı bilimsel ve teknik iletişimi sağlamak şeklinde sıralanabilir (Bieniewski, 1989).
Aşağıda belirtilen üç husus, kaya kütlesi sınıflama sistemlerinden sağlanan kazanımları belirtmektedir.
1- Sınıflama parametreleri olarak en az sayıda veri sağlayarak saha çalışmalarının kalitesini yükseltmek
2- Tasarım amaçlarıyla sayısal verinin yanı sıra,
3- Daha sağlıklı bir mühendislik kararına varılmasını ve proje konusunda daha etkin bir iletişimi sağlamak.
10
3.1 Kaya Yükü Sınıflama Sistemi (Terzaghi Sınıflaması)
Terzaghi (1946) tarafından önerilen bu sistem, tünellerde çelik destek tasarımı için kaya yüklerinin değerlendirilmesi amacıyla geliştirilmiş ilk gerçekçi kaya sınıflama sistemidir (Şekil 3.1). Bu sistem son 50 yıldır çelik desteklerin tünel kazılarında yaygın şekilde kullanılmış olması nedeniyle, önemli bir gelişme olarak kabul edilmiş ve uygulanmıştır. Bununla birlikte; püskürtme beton, kaya saplaması ve çelik hasır kullanımını beraberinde getiren çağdaş tünelcilik sistemleri için uygun bir yöntem değildir.
Şekil 3.1 Terzaghi Kaya Yükü sınıflamasında kaya yükü kavramı ve gevşeme zonu
(Terzaghi,1946)
Terzaghi’nin önerdiği modele göre, tünel kazısı sırasında tünelin çevresinde ve üzerinde kaya kütlesinin kenetlenmenin derecesi azalmaktadır. Buna göre Şekil 3.1’de ‘abcd’ ile gösterilen alanın içinde kalan gevşemiş kaya kütlesi tünele doğru hareket etmeye başlar. Bu hareket ‘ac’ ve ‘bd’ ile gösterilen yan sınırlar boyunca sürtünme kuvvetleri tarafından karşılanmaya çalışılacaktır. Dolayısıyla tünelin tavanı ile yan duvarların, Hp yüksekliğine eşdeğer bir bölgenin dengelenmesi için desteklenmeyi gerekli kılar. Hareketlerin meydana geldiği kaya zonunun genişliği (B1), kaya kütlesinin özelliklerine ve tünelin boyutlarına (H1 ve B) bağlıdır.
11
3.2 RMR (Rock Mass Rating) Kaya Kütlesi Sınıflama Sistemi
RMR sınıflama sistemi, Bieniawski tarafından 1972-1973 yılları arasında geliştirilmiştir (Bieniawski, 1973). Sistem 1973’den 1989’a kadar yeni verilerle desteklenerek bazı değişikliklere uğramış ve son şeklini 1989 yılında almıştır (Bieniawski, 1989). Yaygın olarak kullanılan RMR sınıflama sistemi de, önerildikleri tarihten sonra 1989 ve 1993 yılları arasında bazı değişikliklere uğrayarak günümüzdeki son şeklini almışlardır (Çizelge 3.1).
Sistemin uygulanması için, kaya kütlesi belirli özellikleri açısından benzerlik taşıyan yapısal bölgelere ayrılır. Kaya türünün veya süreksizlikler arası mesafenin üniform olduğu yapısal bölgelerle yaygın olarak karşılaşılabilir. Pek çok durumda yapısal bölgelerin sınırları; fay, dayk, makaslama zonu gibi ana süreksizliklerle çakışmaktadır. Yapısal bölgeler belirlendikten sonra, kazı aynaları boyunca veya sondajlı bir çalışma yapılıyorsa her ilerlemede sınıflamanın gerektirdiği parametreler belirlenir. RMR sistemine göre kaya kütlelerinin sınıflandırılmasında aşağıda belirtilen parametreler esas alınmaktadır (Şekil 3.2).
1- Kayaç malzemesinin dayanımı: Bu parametre, kaya kütlesinin dayanımının en üst sınırının belirlemesi açısından önemlidir. Ayrıca kaya mekaniğinde sıkıştırıcı gerilim alanlarının önemi dikkate alındığında, tek eksenli sıkışma dayanımının sınıflama açısından gerekli bir parametre olacağı bellidir.
2- RQD: Bu parametre, kayaç karotlarının kalitesinin bir göstergesi olmakla birlikte, süreksizlik yöneliminin etkisini yansıtmaz. Bununla birlikte, tünel projelerinde yaygın olarak kullanılan ve farklı tünel koşullarında kaya davranışının karşılaştırılmasına olanak sağlayan sayısal bir indeks olması açısından önemlidir.
3- Jeolojik parametreler: Süreksizliklerin aralığı, yönelimi ve yüzey koşulları (pürüzlülük, açıklık, bozunma, dolgu, devamlılık)
4- Yeraltısuyu koşulları 5- Gerilim alanı
12
13
Çizelge 3.1Kaya Kütlesi Derecelendirme (RMR) Sınıflaması (Sönmez ve Ulusay, 2002)
1 Kayacın Sağlam Dayanımı Nokta Yükü Dayanım İndeksi >10 Mpa 4-10 Mpa
2-4 Mpa 1-2 Mpa Düşük aralıklar için tek eksenli test
Tek Eksenli
Basınç Dayanımı >250 Mpa 100-250 Mpa
50-100
Mpa 25-50 Mpa 5-25Mpa 1-5 Mpa <1Mpa
Derecelendirme 15 12 7 4 2 1 0 2 Kayaç Kalite Tanımı (RQD) %90-100 %75-90 %50-75 %25-50 <%25 Derecelendirme 20 17 13 8 3 3 Süreksizlik Aralığı >2m 0,6-2m 200-600 mm 60-200 mm <60mm Derecelendirme 20 15 10 8 5 4 Süreksizlik Durumu Çok kaba yüzeyler, sürekli değil, ayrılma yok, sert eklem yüzeyleri Az kaba yüzeyle r, ayrılma <1mm, sert eklem yüzeyle ri Az kaba yüzeyler, ayrılma <1mm yumuşak eklem yüzeyi Sürtünme izli yüzeyler veya fay dolgusu <5mm veya 1-5 mm açıklı eklemler, sürekli eklemler Yumuşak fay dolgusu >5mm kalınlıkta veya açık eklemler, >5mm devamlı süreksizli k Derecelendirme 30 25 20 10 0
5 Yer altı suyu
Tünelin 10m’lik kısmında gelen su Yok 10 lt/dk <25 lt /dk 15-25 lt/dk >125 lt/dk Oran Eklem deki su basıncı 0 0,0-0,1 0,1-0,2 0,2-0,5 >0,5 Ana asal gerilme
Genel koşullar Tamamen
kuru Nemli Islak Damlama Su akışı
Derecelendirme 15 10 7 4 0
EKLEMLER
Eklem Doğrultu
ve Yönelimi Çok uygun Uygun Orta Uygun değil
Hiç uygun değil Derecelendirme 0 -2 -5 -10 -12 Kaya Sınıfı ve Tanımlama Kaya Sınıfı I II III IV V Derecelendirme 100-81 80-61 60-41 40-21 <20
14
3.3 Norveç Jeoteknik Enstitüsü (NGI) Kaya Sınıflama Sistemi (Q)
Özellikle tünel destek tasarımları için kaya kütlelerinin mühendislik sınıflamalrında kullanılan bu sınıflama 1974 yılında Barton ve arkadaşları tarafından Norveç Jeoteknik Enstitüsü’nde geliştirilmiş bir sınıflamadır. Sistem birbirinden bağımsız altı adet parametreyi esas almakta olup, Q değeri aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanmaktadır. Burada ;
RQD : Kaya eklem göstergesi
Jn : Eklem takım sayısı
Jr : Eklem pürüzlülük sayısı
Ja : Eklem alterasyon sayısı
Jw : Eklem su azaltma faktörü
SRF : Gerilme azaltma faktörü
Bu eşitlikte “RQD/Jn” kaya kütlesinin yapısını ve blok boyutunu, “Jr/Ja” dolgulu veya dolgusuz süreksizlik yüzeylerinin pürüzlülük ve süreksizlik karkteristiklerini dolayısıyla makaslama dayanımını ve “Jw/SRF” etkin gerilme koşullarını temsil etmektedir. Bu sistem, mevcut tünellerden elde edilen 1000’den fazla olaya ait deneyimler esas alınarak geliştirilmiştir. Gerilme azaltma faktörü (SRF) ile ilgili olarak Grimstad ve Barton (1993) ve Barton ve Grimstad (1994) tarafından yapılan bir değişiklik dışında, Q sistemi önemli bir değişikliğe maruz kalmamıştır. SRF üzerinde yapılan değişikliği de içerecek şekilde, Q değerinin hesaplanması için kullanılan 6 parametrenin değişik koşullara göre alacağı değerler Çizelge 3.2’de verilmiştir.
Çizelge 3.2 Q Sisteminin girdi parametreleri ve değerleri (Barton vd., 1974 ve Barton,
2000’den düzenlenmiştir)
1. RQD Kaya Kalitesi Göstergesi Tanımı
0-25 A. Çok Zayıf
25-50 B. Zayıf
50-75 C. Orta
75-90 D. İyi
15
2.Eklem Takım Sayısı Jn
A. Masif, eklem çok az veya hiç yok 0,5-1,0
B. Bir eklem takımı 2
C. Bir eklem takımı ve gelişigüzel eklemler 3
D. İki eklem takımı 4
E. İki eklem takımı ve gelişigüzel eklemler 6
F. Üç eklem takımı 9
G. Üç eklem takımı ve gelişigüzel eklemler 12 H. Dört veya daha fazla eklem takımı,
gelişigüzel çok fazla sayıda, küp şeker görünümünde
15
İ. Parçalanmış kaya, toprak görünümünde 20
Not: (2) Arakesitler (kesişen tüneller) için (3,0 x Jn) kullanılır. (3) Tünel girişleri için (2,0 x Jn) kullanılır.
3.Eklem Prüzlülük Sayısı Jr
(a) Süreksizlik – kaya dokanağı ve (b) 10 cm’lik bir makaslamadan önceki süreksizlik-kaya dokanağı
A. Süreksiz eklemler 4
B. Pürüzlü ve düzensiz, dalgalı 3
C. Düz, dalgalı 2
D. Kaygan, dalgalı 1.5
E. Pürüzlü veya düzensiz, düzlemsel 1.5
F. Düz, düzlemsel 1.0
G. Kaygan, düzlemsel 0.5
Not: (4) Bu sıralamada tanımlamalar, küçük ve ara ölçekli özellikleri göstermektedir.
H. Süreksizlik yüzeylerinin birbirine temasını önleyecek yeterli kalınlıkta kil minerali içeren zon
1.0 İ. Süreksizlik yüzeylerinin birbirine temasını
önleyecek
yeterli kalınlıktaki kumlu, çakıllı zon
1.0
Not: (5) İlgili eklem takımının ortalama aralığı 3 m’den büyükse Jr’ye 1,0 eklenebilir.
16
4.Eklem Alterasyon Sayısı Ja Ф (yaklaşık)
(a) Kaya – süreksizlik dokanağı (mineral dolgusu yok, sadece yüzey kaplaması) A. Yüzeyler sıkı, sert, yumuşamayan geçirimsiz
dolgu (örneğin kuvars ve epidot) 0,75 -
B. Eklem yüzeyinde değişim yok, sadece yüzey
sıvaması var 1 25-30
C. Çok az değişime (bozunmaya) uğramış süreksizlik yüzeyleri. Yumuşamayan mineral kaplamaları, kum taneleri, kil içermeyen bozunmamış kaya vb.
2 20-25
D. Siltli veya kumlu kil kaplamaları, çok az ve
yumuşamayan kil içeriği 3 20-25
E. Yumuşamayan veya düşük sürtünmeye sahip kil kaplama (örneğin kaolinit veya mika). Ayrıca klonit, talk, jips, grafit bd. İl az miktarda şişen killer
4 8-16
(b) 10 cm’lik makaslamadan önceki süreksizlik kaya dokanağı (ince mineral dolguları) F. Kum taneleri, kil içermeyen bozunmamış
kaya vd. 4 25-30
G. Aşırı konsolide olmuş yumuşamayan kil minerali dolguları (sürekli, ancak kalınlığı <5 mm)
6 16-24
H. Orta ve düşük derecede aşırı konsolidasyona maruz kalmış, yumuşamayan kil mineral dolguları (sürekli ncak kalınlığı <5mm)
8 12-16
İ. Şişen kil mineralleri – örneğin montmorillenit (sürekli ancak kalınlığı <5 mm) Ja’nın değeri şişen kil tane boyutundaki malzemenin miktarına ve su girşine bağlı
8-12 6-12
J, K, L. Bozunmuş veya parçalanmış kaya ve kil bantları ya da zonları (kil koşulunun tanımı için G, H ve İ’ye bakınız)
6-8 veya 8-12 6-24
M. Siltli veya kumlu kil bantları veya zonları,
çok az kil (yumuşamayan) 10 6-24
N, O, P. Kalın ve sürekli kil bantları veya zonları (kil koşulunun tanımı için G, H ve İ’ye bakınız)
10-13 veya
17
5.Eklem Suyu Azaltma faktörü Yaklaşık su basıncı (kgf/cm2)
Jw
A. Kısmi kazı ve düşük su geliri (örneğin
genel olarak <5 lt/dk) <1 1.00
B. Orta derecede su geliri veya basıncı,
yer yer eklem dolgularının yıkanması 1-2.5 0,66
C. Dolgusuz eklemler içeren sağlam
kayada aşırı su geliri veya yüksek basınç 2.5-10 0.5
D. Aşırı su geliri veya yüksek basınç, eklem dolgularının ileri derecede yıkanması
2.5-10 0.33
E. Çok ileri derecede su geliri veya
patlama sırasında zamanla azalan yüksek basıncı
>10 0.2-0.05
F. Zamanla azalmaksızın devam eden son
derece fazla su geliri veya su basıncı >10 0.1-0.05 Not: (8) C,D,E ve F’deki faktörler kaba
tahminlerdir. Eğer drenaja yönelik önlemler alınırsa Jw artar.
(9) Buz oluşumundan kaynaklanabilecek özel sorunlar dikkate alınmamıştır.
6. Gerilme Azaltma Faktörü SRF
(a) Tünel açılırken kaya kütlesinini
gevşemesine neden olabilecek kazıyı kesen zayıf zonlar
A. Kil veya kimyasal olarak ayrışmış
kaya içeren zayıflık zonları, çok geveşk çevre kayacı (herhangi bir derinlikte)
10 B. Kil veya kimyasal olarak ayrışmış
kaya içeren tek bir zayıf zon (kazı derinliği ≤ 50 m)
5 C. Kil veya kimyasal olarak ayrışmış
kaya içeren tek bir zayıf zon (kazı derinliği > 50 m)
2.5 D. Kil içermeyen dayanıklı kayada birden
fazla makaslama zonu, gevşek çevre kayacı (herhangi bir derinlikte)
7.5 E. Kil içermeyen dayanıklı kayada tek bir
makaslama zonu (kazı derinliği ≤ 50 m) 5.0
F. Kil içermeyen dayanıklı kayada tek bir
makaslama zonu (kazı derinliği > 50 m) 2.5
G. Gevşek ve açık eklemler, ileri derecede eklemli “küp şeker” görünümlü (herhangi bir derinlikte)
5.0 H. Düşük gerilme, yüzeye yakın, açık
eklemeler 2.5
İ. Orta derecde gerilme, uygun gerilme
koşulları 1
J. Yüksek gerilme, çok sıkı yapı, genellikle duraylı, yan duvarlar açısısından uygun olmayabilir.
18 3.4 Kaya Kütle İndisi Sistemi (RMI)
Kaya kütlesi sınıflama sistemlerinde kullanılan kaya sınıfı parametreleri birbirleriyle benzer şekildedir. Kaya mühendisliği sınıflamaları sistemi, kaya mühendisliği ve dizayn açısından önemli bir role sahiptir (Barton ve Bieniawski, Şubat 2008). Kaya tahkimat sistemlerinin tahmininde, kayanın durumu için önem teşkil eden girdi parametreleri, Q ve RMR (Rock Mass Rating) sistemlerinde kullanılmaktadır. Tünel stabilitesi için sınıflamada kullanılan bu parametrelerin her biri belirlenen değerler veya puanlar toplanarak bir kaya sınıfını ortaya çıkartmaktadır. Ayrıca NATM (New Austrian Tunneling Method) ve RMI tahkimat metodlarında benzer parametreler kullanılmaktadır.
Sivil mühendislikte genellikle kullanılan yapı malzemeleri, sıklıkla, dayanım özelliklerine göre karakterize edilirler. Ancak bununla beraber, kaya mühendisliğinde, genel kullanımda özel bir kaya kütle karakterizasyonu bulunmamaktadır. Çoğu mühendislik çalışmaları, değişik tanımlamalar, sınıflandırmalar ve tecrübelerden elde edilen bilgilerden yararlanılarak başarılmıştır. Hoke ve Brown, Bieniawski, Snow, Griani ve daha pek çok yazar, kaya kütlelerinin ‘dayanım karakterizasyonu’ na ihtiyaç olduğunu belirtmişlerdir. Kaya kütle indisi sistemi (RMI), bu ihtiyacı karşılamak amacıyla geliştirilmiştir. Mühendislik çalışmalarında en önemli işlemlerden birisi de RMI ‘deki parametrelerin doğru bir şekilde kullanımıdır.
19
RMI, önceki genel sınıflamalardan sayısal, üstel formüller içerdiği için daha farklı ve mühendislik jeolojisi uygulamalarında, tasarımların kullanılmasında yer almış bir sistemdir. RMI’de girdi parametreleri olarak kullanılan önemli parametrelerden temel ikisi, tek eksenli basınç deneyi değeri ve eklem parametreleridir (Şekil 3.3). Tek eksenli basınç dayanımı değeri genel olarak labaratuvar testlerinden elde edilmektedir. Fakat bu her zaman arazi koşullarında bu mümkün olmayabilir. Bundan dolayı Palmstrom’ün geliştirmiş olduğu Şekil 3.4’de görülen bir kaya kütlesindeki yaklaşık olarak tek eksenli basınç deneyini karakterize eden şematik kesit mevcuttur.
Şekil 3.4 Kaya kütlesindeki yaklaşık olarak kayacın tek eksenli basınç dayanımını
karakterize eden parametreler (Palmstrom, 1995)
RMI, kaya içerisindeki eklemlenmelerin kesişmesinin dayanımını düşüreceği prensibi üzerine kurulmuştur. Bu durum aşağıdaki şekilde ifade edilmiştir (Palström,1995);
Burada;
: Doğal kayaçlar örneklerinde hesaplanmış olan, kayacın tek eksenli basınç dayanımı (Mpa)
20
JP : Doğal kayaçta eklemlenmeler sebebiyle meydana gelen dayanım kaybını ifade eden, eklemlenme parametresidir. Şekil 3.3‘de gösterildiği üzere bu parametre, kaya kütlesindeki genel eklemlenme yapılarını kapsamaktadır.
RMI sınıflama sisteminde çok iyi kayadan çok kötü kayaya kadar sınıflandırma yapılabilmektedir.
Eklem parametresi (JP), blok büyüklüğünden yola çıkılarak elde edilen blok hacmi
(Vb) ve eklem durumu faktörü (jC) ile hesaplanmaktadır.
Blok hacmi (Vb), eklemlerin yoğunlu ile veya eklemlerin derecelerinin ölçümü ile
hesaplanmaktadır. Bundan dolayı da kayanın geometrisini doğru tanımlamak önemlidir.
Eklem durum faktörü (jC), bloklar arası sürtünme özelliğini ifade eder. Barton vd.
(1974), Q sisteminde yer alan Jr ve Ja olarak nitelendirilen pürüzlülük ve alterasyon parametrelerinin eklemlerin makaslama dayanımı ve genleşmenin önemini işaret etmiştir. Q sisteminde verilen bu iki parametrenin (Jr/Ja) oranı, eklemlerin makaslama dayanım özellikleri ile doğru orantılı olduğunu göstermektedir (Barton ve diğ., 1974; Barton ve Bandis, 1990). Bu nedenle lokal olan yerler için RMI’de de aynı değerler kullanılmış ve eklem durumu faktörü (jC) ile kombinasyonlu bir şekilde bu parametrelerin kullanılmasına yer verilmiştir. Q sisteminde yer alan Jr ve Ja sembolleri RMI sınıflamasında değiştirilerek jR ve jA şeklinde kullanılmıştır. Çünkü yapılan bazı küçük değişikliklerle tanımlamaların karışmasınında önüne geçilmeyi amaçlanmıştır.
Eklem büyüklük faktörü (jL), eklemler için büyüklük faktörünün doğru seçilmesi önemli
bir parametredir. Uzun kırık-çatlakların kayaya etkisi oldukça fazladır. Masif kayalardaki süreksizliklerin ve diğer eklemlerin arasındaki parçalanmış malzemelerin tesbiti önem arz etmektedir. Eklem durumu faktörü jC aşağıdaki bağıntı ile hesaplanmaktadır;
jR: Duvar yüzeylerindeki eklemin düzlemselliği ve eklem pürüzlülüğü (Q sistemindeki Jr ile benzer şekilde)
jA: Duvar ekleminin izafi karakteri, eklem ayrışma faktörü (Q sistemindeki Ja ile benzer şekilde)
21
jL: Eklem büyüklüğü ve devamlılık faktörü
Eklem durum etkisi (jC) nin bu bileşenlerinin sayısal değerleri arazi gözlemlerinden ölçümlerle elde edilebilir (Şekil 3.5).
Şekil 3.5 Eklem parametresi (JP) ve blok hacmi (Vb) ile eklem durum faktörü (jC)
diyagramı (Palmstrom, 1996)
RMI’de kullanılan JP’nin açıklanması için geri hesaplamalar ve 8 adet büyük skalalı, basınç dayanım deneylerinin sonuçları kullanılmıştır. Örneklerden yola çıkılarak, bilinen değerler diyagram üzerine yerleştirilmiş ve değerler bulunmuştur. Şekil 3.5’den faydalanarak aşağıdaki formül elde edilmektedir;
* JP: Eklem parametresi jC: Eklem durumu Vb: Blok hacmi D: Blok çapı
22
Kaya tahkimat sistemi tahmininde RMI’nin kullanımı ise;
Eklemli kayalarda ve bloklu zeminlerde gerilme nin etkisi (SL) yer altı suyu (GW) etki etmektedir. Böylece ;
Zemin durum faktörü; olarak hesaplanır.
Gc tahkimat yapılacak bölgenin büyüklüğü veya geometrisi ile orantılıdır. Bu nedenle;
Dt: Tünel çapı; Db: Blok çapı; Co: Ana eklemlerin yönelimi Nj: Eklemlerin sayısı Zayıf zonlar için, zon kalınlığının tünel çapından küçük olan yerlerde tünel çapı (Dt) nin yerine geometrik oran (Sr) kullanılır.
3.4.1 RMR, Q ve RMI sistemleri arasındaki farklar
Üç sistemdeki yaygın parametreler her ne kadar aynı gibi görünse de birtakım farklılıklar içermektedir (Çizelge 3.4). Bunlardan bazıları aşağıda sıralanmıştır;
1- Girdi parametrelerinin hesaplanması üç sistemde de farklıdır
- RMR sistemini kullananlar parametrelerdeki verilen değerleri toplayarak RMR değerine ulaşırlar
- Q sisteminde, seçilen veriler ile bir takım çarpma ve bölme işlemi yapılır
- RMI sistemini kullananlar ise çarpmanın kombinasyonu ile üstel hesaplamalar yapar ve daha doğru sonuçlar ortaya çıkar
2- Kaya kalitesine göre tahkimatın seçiminde farklı yollar bulunur - RMR’de bir tablodan seçim yapılır (10 m yüksekliğindeki bir tünel)
- Q sisteminde; grafik üzerinde Q değeri ile tünel çapı veya yüksekliği çakıştırılır ve tahkimat belirlenir
- RMI’de destek sistemleri ikiye ayrılır
a) Eklemli kayalar, zemin koşulları ve geometrik oranlar (tünel büyüklüğü-çapı, blok büyüklüğü) ile grafik yardımıyla,
b) Aşırı gerilme olan zeminlerde (masif kayalar ve iri bloklar), teğetsel gerilmelerin yoğun olduğu yerlerde RMI değerlerine göre tahkimat sistemi oluşturulur.
23
3- Q sisteminde kaya parametreleri direkt olarak girilmemektedir, fakat bu parametrelerden bazıları dolaylı olarak kullanılmaktadır. 2002’de tek eksenli basınç deneyini direk olarak içeren Qc sistemi ortaya konuldu (Barton, 2002). Şimdiye kadar tahkimat sistemi için bu parametre nadiren kullanılıyordu.
4- RMR sisteminde gerilme 25 Mpa’a kadardı. Bunun anlamı RMR’da, tünelde gerilme problemi yoktur (örneğin, kaya patlaması, sıkışma vs).
5- Zayıf zonlar için üç sistemde farklı farklı nitelendirme yapmıştır. RMR’de özel bir parametre yoktur, Q sisteminde zonun derinliğine ve bileşimine bağlı tanımlama yapılmıştır. RMI sisteminde zonun büyüklüğüne yer verilmiştir.
3.4.2 RMI’nin Kullanım Alanları
RMI’nin geliştirilmesi esnasında temel amaç, kaya mühendisliğinde uygulanabilen, kaya kütlelerini karakterize eden bir sistem içermektir. RMI malzemeye bağlı olduğundan bir kaya kütlesinin asıl özelliklerini ve parametrelerini içerir.
- Anlık kaya gerilmeleri, - Yer altı suyunun varlığı,
- Yüklerin veya gerilmelerin oluşturduğu baskılar, - Yapı elemanlarının dağılımı (eklemler, anizotropi vb.), - Permablite veya yüzey suyu hareketleri,
- İnsan faaliyetinden gelen etkiler gibi durumlardan bağımsızdır.
Kaya kütlesi ve kayaların ilgili olduğu temel aktiviteler Çizelge 3.3’de verilmiştir. Bunun yanı sıra verilen tablo RMI’nin ilgili alanlarını da göstermektedir.
Yazarların kendi tecrübe ve basılmış makalelerine dayanarak yazılan bu yazıda aşağıdaki düşünceler, RMI’nin gelişimde ve girdi parametrelerinin seçilmesinde önem kazanmıştır (Çizelge 3.4);
- Basit ifadeler için az girdi parametrelerine yer verilmelidir.
- Mümkün olduğu kadar, jeolojik verilere yer verilmeli ve varolan yöntemler uygulanmalı
- Girdi parametrelerini bulmak için basit ve pratik yöntemler tercih edilmelidir. - Sayısal değerlere kolayca çevrilebilmesi açısından doğru tanımlamalar
24
Çizelge 3.3 Kayaçlarda ve kaya kütlelerinde kullanılan içsel parametrelere ve önemine
bakış (Palmstrom, 1995)
FAYDA AKTİVİTE
PARAMETRELER ve ÖNEMİ
KayaçDayanımı Eklemlenme Tekillik
Kayaçların ve kayaç kütlelerinin iyileştirilmesi . Delme x -/(x) - + Tünel açma (TBM) x X (x) = Patlatma x (x) (x) = Ufalanma (x) X (x) . Parçalanma x - - . Kazıma x - - = Kesme x X (x) Kaya materyallerinin uygulanması . Beton için kaya agregası x (x) - . Kaya dolgu x X - . Doğal taş x X (x) Kaya kütlelerinin yararları + Yer altı kazıları (x)/x X X + Yüzey kesimleri ve eğimi (x) X X = Baraj inşaatları (x) X X Lejant
+Karakterize edilmeye uygun x Yüksek etki
= Kısmen kar. edil. Uygun (x) sınırlı etki
25
Çizelge 3.4 RMR, Q ve RMI sistemlerinde kullanılan girdi parametreleri
GİRDİ PARAMETRELERİ BİRİM KULLANILAN SEMBOL
Parametre Sınıflama RMR Q RMI
A. Kaya Tek Eksenli Basınç değeri MPa A1 1)
B. Eklem durumu RQD (Kaya Kalitesi Göstergesi) % A2 RQD - Blok hacmi m3 - - Vb Ortalama süreksizlik aralığı m A3 - - C. Eklem paterni
Eklem sistemi sayısı puanlama - Jn Nj
Ana eklem takımının
yönelimi puanlama B - Co
D. Eklem
karakteristikleri
Eklem pürüzlülüğü puanlama A4c Jr(2) jR(2) jS
- jW
Eklem ayrışması
(ayrışma ve dolgu) puanlama A4e Ja jA
Eklem büyüklüğü puanlama A4a - jL
Eklem devamlılığı puanlama - - cj
Eklem açıklığı puanlama A4b - -
E. Kesişim
(Interlocking)
Kayanın örselenme
durumu puanlama - - IL
F. Yer altı suyu Su gelişi veya su basıncı puanlama A5 Jw GW
G. Kaya
gerilmesi(Tünel etrafında)
Gerilme seviyesi puanlama -
SRF
SL Aşırı gerilme (kaya
patlaması,sıkışan zemin)
puanlama - CF(3)
H. Zayıf zon
Zayıf zonun tipi puanlama -
Zayıf zonun büyüklüğü m - - Tz
Zonun yönelimi puanlama - - Coz
1) Tek eksenli basınç deneyi Qc=Q*Qc/100 (Barton, 2002) 2) jR=js*jw 3) CF= kaya kütlesi yeterliliği. RMI’de kayaların kesişimlerine yer verilmiştir (interlocking). Bu yolla kayanın örselenmesini de
26
Şekil 3.6 Eklem parametrelerinin RQD, Jv ve Vb’nin korelasyonu (Palmstrom, 2005)
RQD belirlenmesi sondajlarla mümkün olmaktadır. Bu nedenle pahalı bir yöntemdir. Sınıflama sistemlerinde girdi parametreleri olarak kullanılan RQD, blok hacmi veya eklem sayısı yardımıyla da bulunabilir (Şekil 3.6, Şekil 3.7).
Şekil 3.7 RQD, Blok hacmi(Vb) ve Eklem sayısı (Jv) grafiği (Palmstrom, 2005)
3.4.3 RMI Girdi Parametreleri
Palmstrom’un RMI sistemi için belirttiği girdi parametreleri Çizelge 3.5’de gösterilmiştir.
Çizelge 3.5 RMR, Q ve RMI sistemi girdi parametreleri ve puanlamaların karşılaştırılması
A.KAYA RMR Q RMI
A1. Sağlam kayanın dayanım A1 -
Zemin <1 Mpa 0 Qc=Q* /100 hariç , dahil değil ‘nin direk değeri alınır Kaya
a.Çok düşük dayanımlı 1-5 Mpa 1
b.Düşük dayanımlı 5-25 Mpa 2
c.Orta dayanımlı 25-50 Mpa 4
d.Az dayanımlı 50-100 Mpa 7
27
f.Çok yüksek dayanımlı > 250 Mpa 15
C.EKLEMLERİNDURUMU RMR Q RMI
C1.Eklem takımı sayısı - Jn= Nj=
Yok veya birkaç tane
- 0.75 6 a. 1 eklem takımı 2 3 b. 1 eklem takımı ve gelişigüzel eklemler 3 2 c. 2 eklem takımı 4 1.5 d. 2 eklem takımı ve gelişigüzel eklemler 6 1.2 e. 3 eklem takımı 9 1 f. 3 eklem takımı ve gelişigüzel eklemler 12 0.85
g. 4 eklem takımı veya daha
fazla eklem takımı 15 0.6
h. Parçalanmış,ufalanmış
eklemler 20 0.5
C2.Ana eklem takımlarının
yönelimi B= - Co a. Çok uygun 0 - 1 b. Uygun -2 1 c. Orta -5 1.5 d. Uygun değil -10 2
e. Hiç uygun değil -12 3
B.EKLEM DERECESİ RMR Q RMI
B1.Kaya Kalite Değeri A2 RQD= -
a.Çok iyi RQD=90-100 Direk RQD alınır (min 10) - b.İyi 75-90 c.Orta 50-75 d.Zayıf 25-50 e.Çok zayıf <25
Yaklaşık olarak RQD ve Jv arasında bir korelasyon bulunur. RQD=110-2.5*Jv (Jv eklem parametresi
B2. Blok büyüklüğü - - Vb=
Blok hacmi - - m
3 ‘deki blok hacmi değeri alınır
Blok hacmi; Jv’den hesaplanabilir Vb = ß*Jv-3
Kübik blok şekli için ß=27-32 ,orta-uzun veya düz blok şekli için ß = 32-40 ,uzun veya düzlemsel blok şekli için ß=40-75
B3.Süreksizlik aralığı A3 (1) - - a.Çok büyük boşluklu Boşluk>2m 20 - - b.Büyük boşluklu 0.6-2m 15 c.Orta derecede 200-600mm 10 d.Küçük boşluklu 60-200 8 e.Çok küçük boşluklu <60 5
28 D.EKLEM KARAKTERİSTİKLERİ RMR Q RMI D1. Eklem prüzlülüğü A4c (js)= js= a.Çok pürüzlü 6 2 2 b.Pürüzlü veya düzensiz 5 1.5 1.5 c.Hafif pürüzlü 3 1.25 1.25 d.Pürüzsüz 1 1 1 e.Cilalı yüzey 0 0.75 0.75 f.Fay aynası 0 0.5 0.5 D2.Eklem dalgalılığı (Büyük ölçekli pürüzlülüklerde) - (jw) Jw= a.Kesikli(süreksiz) eklemler - 4 4 b.Kuvvetli dalgalı 2.5 2.5 c.Orta dalgalı 2 2 d.Hafif dalgalı 1.4 1.4 e.Düzlemsel 1 1
Eklem pürüzlülüğü Jr=js*jw (1 eklem için)
D3.Eklem alterasyon sayısı A4e= Ja= jA=
a.Sıkışmış veya kompak
dolgu 6 0.75 0.75
b.Ayrışmamış,sadece yüzey
sıvaması 6 1 1
c.Yüzeyde hafif ayrışmış 3 2 2
d.Eklem yüzeyleri ayrışmış(malzeme kaybı yok) 0 4 4 e.İnce malzemelerle yıkanmış(silt,kum vb.) 1 3 3 f.Yapışkan malzemelerle yıkanmış(kil,klorit vb.) 0 4 4
g.Eklem dolgulu 0 Aşağıda Aşağıda
Dolgu malzemesi
A4d= Ja= jA=
t<5mm t>5mm Duvar sürtünmesi var (1) Duvar sürtünmesi yok(2) t<5mm t>5mm Dolgu yok 6 - - - - -
h.İnce malzeme dolgulu
(silt,kum vb.) 5 2 4 8 4 8
j.Sert,yapışkan malzeme
dolgulu (kil,talk,klorit vs.) 4 2 6 8 6 8
l.Yumuşak,yapışkan malzeme
dolgulu(yumuşak kil) 2 0 8 12 8 12
n.Şişen kil malzemesi 0 0 10 18 10 18
1) 10 cm’lik makaslamadan önceki süreksizlik kaya dokanağı 2)Makaslama olduğunda dokanak yok
D4.Eklem uzunluğu A4a= - jL=
a.Kırık <0.3m 8
-
5
b.Parçalı <1m 6 3
c.Çok kısa ekl. 0.3-1.m 4 2
d.Kısa eklem 1-3m 2 1.5
e.Orta uz. Ekl. 3-10m 1 1
29 E.KAYA KÜTLESİNİN
KENETLENMESİ RMR Q RMI
Tabakanın kompakt oluşu - - IL
a.Çok sıkı tabakalı Örselenmemiş kaya kütlesi 1.3 b.Sıkı tabakalı Eklemli örselenmemiş kaya kütlesi 1 c.Örselenmiş Kıvrım,fay blokları 0.8 d.Birbirinegeçmiş kütle Blok arasındaki zayıf açıdan kopmuş 0.5
F.YERALTI SUYU ETKİSİ RMR Q RMI
Tünele giren su (q=debi lt/sn), pw=su
basıncı kg/cm2 A5= Jw GW
a.Kuru veya nemli q=0 Pw<1 15 1 1
b.Islak veya sızıntı q<10 Pw =1-2.5 10 0.66 2.5 c.Damlama q=10-25 Pw 2.5-10 7 0.5 5 d.Fışkırma q=25-125 4 0.3 - e.Zamanla artan q>125 Pw>10 0 0.15 - f.Büyük,devamlı su gelimi - 0.08 - G.KAYA GERİLMESİ
(Tünel etrafında) RMR Q RMI
G1.Gerilme kaya dayanımından düşükse( ) - SRF SL a.Çok düşük gerilme(portal) - 2.5 0.1 b.Düşük gerilme 0.5 c.Orta gerilme 1 1 d.Yüksek gerilme 0.67 1.5 G2.Aşırı gerilme>kaya dayanımı > - SRF CF=RMI/
e.Orta derecede katman dökülmesi (>1 sa)
-
25 0.75
f.Bir kaç dakika sonra katman dökülmesi ve kaya patlaması
100 0.5
g.Ağır kaya patlaması 300 0.2
h.Hafif sıkışma 10 0.75
i.Ağır sıkışma 20 0.5
30
H.ZAYIF ZON RMR Q RMI
H1.Zayıf zonun tipi - SRF -
a.Birden çok zayıf zon Herhangi bir derinlikte - 10 Zon ve makaslama karakteristikleri diğer parametrelerde yer almaktadır
b.Tekil zayıf zon D<50m 5
c.Tekil zayıf zon D>50m 2.5
d.Birden çok makaslama zonu Herhangi bir derinlikte 7.5 e.Tekil makaslama zonu D<50m 5 f.Tekil makaslama zonu D>50m 2.5
g.Kayıp zone Herhangi bir
derinlik 5
h.Yoğun eklemler
(şeker küpü şeklinde) Herhangi bir derinlik 5
H2.Zonun büyüklüğü - - Tz
Zonun kalınlığı veya genişliği - - Zonun genişliği kullanılır (m)
H3.Zonun yönelimi - - Coz=
a.Çok uygun - - 1 b.Uygun 1 c.Orta 1.5 d.Uygun değil 2
e.Hiç uygun değil 3
RMI değer aralıkları Sınıfı >100 Mükemmel 10 - 100 Çok yüksek 4 - 10 Yüksek 1 - 4 Orta 0.1 - 1 Düşük 0.01 - 0.1 Çok düşük < 0.01 Son derece düşük
