• Sonuç bulunamadı

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ YERLEŞİM ALANLARINDA TÜNEL KAZILARINA BAĞLI DEFORMASYONLARIN MODELLENMESİ (Dışkapı, Ankara) Hadi SOJOUDI JEOLOJİ MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ANKARA 2015 Her hakkı saklıdır

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Share "ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ YERLEŞİM ALANLARINDA TÜNEL KAZILARINA BAĞLI DEFORMASYONLARIN MODELLENMESİ (Dışkapı, Ankara) Hadi SOJOUDI JEOLOJİ MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ANKARA 2015 Her hakkı saklıdır"

Copied!
86
0
0

Yükleniyor.... (view fulltext now)

Tam metin

(1)

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

YÜKSEK LİSANS TEZİ

YERLEŞİM ALANLARINDA TÜNEL KAZILARINA BAĞLI DEFORMASYONLARIN MODELLENMESİ

(Dışkapı, Ankara)

Hadi SOJOUDI

JEOLOJİ MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

ANKARA 2015

Her hakkı saklıdır

(2)

i ETİK

Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü tez yazım kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez içindeki bütün bilgilerin doğru ve tam olduğunu, bilgilerin üretilmesi aşamasında bilimsel etiğe uygun davrandığımı, yararlandığım bütün kaynakları atıf yaparak belirttiğimi beyan ederim.

25.02.2015

Hadi SOJOUDI

(3)

ii ÖZET

Yüksek Lisans Tezi

YERLEŞİM ALANLARINDA TÜNEL KAZILARINA BAĞLI DEFORMASYONLARIN MODELLENMESİ (Dışkapı, Ankara)

Hadi SOJOUDI Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Jeoloji Mühendisliği Anabilim Dalı

Danışman: Prof. Dr. Recep KILIÇ

Yüksek nüfusa sahip şehirlerde trafik yoğunluğunun azaltılması ve hızlı ulaşımın sağlanması için yeraltı ulaşımına ihtiyaç günden güne artmaktadır. Metro çalışmalarının artması ve kazı teknolojisinin ilerlemesine karşılık yeraltı kazıları sırasında zeminde ve yapılarda hasarlar gözlenebilmektedir.

İncelemede, Ankara İli, Keçiören İlçesi sınırları içerisinde çift hatlı Tandoğan - Keçiören metrosu ilk hattının kazısı 2006, ikinci hattının kazısı ise 2012 yılında yapılmıştır. İnceleme alanı olan tünel kazısının Km: 3+440.00 ile Km: 3+580.00 arasında Çubuk Çayı’nın yatağındaki alüvyon zeminler bulunmaktadır.

Yeraltı suyu derinliği ilk durumda 4.5 m olup, zeminler siltli kum, iyi dereceli kum, kötü dereceli kum, siltli çakıl ve iyi derceli çakıldır. Tünel yüzeyden itibaren 13.5 m derinlikte ve 5.90 m çapında, TBM ile açılmıştır. 2006 yılında yapılan 2. hattın kazısı sırasında çevresindeki yapılarda ciddi hasarlar gözlenmemiştir

Bu çalışmada, her iki hattaki doğal şartlar için meydana gelebilecek deformasyonlar tahmininde Plaxis 8.5v programı kullanılmıştır. İncelemeler 2006 ve 2012 yıllarında kazılan tüneller için yapılmıştır. 2006 yılındaki meydana gelen oturmalar yaklaşık 200 mm olarak ölçülmüştür. Oturma miktarına göre hacim kaybı (VL) Shmidt (1974) eşitliği kullanılarak %8.75 olarak hesaplanmıştır. Bu değer CI ile eşit kabul edilerek, yeryüzündeki oturma miktarı Plaxis programı yardımı ile Amfi Binasında 184 mm ve Gıda Mühendisliği Binasında 220 mm hesaplanmıştır. 2012 yılındaki birinci hat tünel kazısında yeryüzündeki 300 mm oturma ölçülmüş, buna göre hacim kaybı (VL) üzerinden %13 hesaplanmıştır. Plaxis Programında bu değere göre oturmalar Amfi Binasında 261 mm ve Gıda Mühendisliği Binasında 299 mm hesaplanmıştır. Plaxis ile yapılan modellemede hesaplanan oturmalar ölçülenlerle yaklaşık olarak uyum sağlamaktadır.

Kazı sırasında çökme nedeni ile boşluklar meydana gelmiştir. Boşlukların boyutları zeminde yapılan jeoteknik amaçlı sondajlar, sismik ve jeoradar yöntemleri ile tespit edilmiştir. En büyük çökmeler Km:

3+490,000’de 80 m3 ve Km:3+542.000’de 80 m3 olmuştur. Çökmenin olası nedenleri kesici kafanın görevini tam olarak yerine getirememesi, yeraltı suyu seviyesi değişiminin zeminin iskelet yapısı üzerine olumsuz etkisinin dikkate alınamamış olması ve 2006 yılında açılan tünelin çökme bölgesindeki zeminin örselenmiş olduğu düşünülmektedir.

Şubat 2015, 75 Sayfa

Anahtar Kelimeler: Kuvaterner Alüvyon, Çökme, Oturma, PLAXIS 2D, Yeraltı kazıları, TBM, Gar- Keçiören Metrosu, Ankara

(4)

iii ABSTRACT

Master Thesis

MODELING OF TUNNEL EXCAVATION RELATED SETTLEMENTS AT RESIDENTIAL AREAS (Dışkapı, Ankara)

Hadi SOJOUDI Ankara University

Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Geological Engineering

Supervisor: Prof. Dr. Recep KILIÇ

In metropolitan areas, the need for underground transportation is increasing on daily basis to decrease traffic density and ability to access high-speed transportation. During ongoing underground excavations due to the tunneling process and excavation, progress damage to soils and structures can be seen. In this thesis, a two-way tunnel in Ankara city in Keçiören area is being studied. First and second lines of this tunnel have been excavated in 2006 and 2012 respectively. The area subject to study is located between 3+440.00 to 3+580.00 km on Çubuk river with Alluvial material. In first condition, underground water depth is 4.5 meters and the soils consists of silty sand, well graded sand, poorly graded sand, silty gravel and well graded gravel, depth of the tunnel is 13.5 m, diameter of tunnel is 5.9 m and tunnel excavated with TBM. While the excavating line number 2 in 2006 there hasn’t been any important damage in buildings.

In this study ground surface settlement estimation of both tunnel lines are conducted in natural conditions with Plaxis 8.5 v software. Studies are made for tunnels excavated in 2006 and 2012. Settlements occurred in 2006 was measured at 200 mm. Settlements based on the amount of volume loss (VL) was calculated by Shmidt (1974) formula as 8.75%. This value was considered equal to tunnel contraction increment (CI) parameter in Plaxis program, the amount of settlement was calculated by program for Amfi Building is at 184 mm for Food Engineering Building is at 220 mm. In the fırst line tunnel excavation in 2012 settlements measured 300 mm, according to volume loss (VL) is calculated 13%.

Ground surface settlements that was calculated for Amfi Building is at 261 mm and Food Engineering Building is at 299 mm. Settlements amount that is calculated by Plaxis program approximately consistent with measurements.

Moreover, while excavation, gaps have emerged in ground after collapse took place. Boreholes, Seismic and Georadar methods have marked dimensions and the places of gaps. Maximum collapse values are measured in 3+490.00 km 80m3 and 3+542.00 km 80m3. Possible reasons for collapse can be listed as TBM shield defect, change in ground structure due to underground water level changes, and the impact of distributed soils of the previously excavated tunnel in 2006.

February 2015, 75 Pages

Key Words: Quaternary Alluvium, Collapse, Settlement, PLAXIS 2D, Underground excavation, TBM, GAR- Keçiören Subway, Ankara

(5)

iv TEŞEKKÜR

Tez çalışmasının her aşamasında bilgi ve deneyimleri ile desteğini esirgemeyen danışman hocam, Sn. Prof. Dr. Recep KILIÇ’a (Ankara Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Anabilim Dalı) arazi ve laboratuvar çalışmalarında yardımlarını esirgemeyen Dr. Koray ULAMIŞ’a, maddi ve manevi destekleri için sevgili Annem Meryem ve babam Mustafa’ya sonsuz teşekkürlerimi sunarım.

Hadi SOJOUDI Ankara, Şubat 2015

(6)

v

İÇİNDEKİLER

TEZ ONAY SAYFASI

ETİK………..i

ÖZET ... ii

ABSTRACT ... iii

SİMGELER DİZİNİ ... vii

KISALTMALAR ... vii

ŞEKİLLER DİZİNİ ... viii

ÇİZELGELER DİZİNİ ... x

1. GİRİŞ ... 1

1.1 Araştırmanın Amacı ... 1

1.2 Çalışma Alanı ... 3

1.3 İnceleme Alanında Yapılan Çalışmalar ... 4

1.4 Proje hakkında bilgiler ... 5

1.4.1 İnceleme alanındaki binalara ait bilgiler ... 5

1.4.2 Projedeki TBM ve tünelin bilgileri ... 6

2. TÜNEL YAPIMINDA ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR ... 9

3. METRO GÜZERGAHININ JEOLOJİSİ ... 13

3.1 Tekke Volkanitleri (Α) ... 13

3.2 Gölbaşı Formasyonu (TP) ... 14

3.3 Alüvyon (QAL) ... 14

4. ZEMİNLERDE DEFORMASYON HESAPLAMA YÖNTEMLERİ ... 15

4.1 Litwinniszyn (1956) Yöntemi ... 15

4.2 Peck (1969) Yöntemi ... 17

4.3 Verruijt ve Booker (1996) Yöntemi ... 19

4.4 Loganathan ve Poulos (1998) Yöntemi ... 21

4.5 Nümerik Yöntemler ... 25

4.5.1 Nümerik yöntemlerle zeminlerin modellemesi ... 26

4.5.2 Zemin ve yapı modellemesinde kullanılan bilgisayar programları ... 27

5. ARAZİ VE LABORATUVAR ÇALIŞMALARI ... 29

5.1 Sondajlar ... 29

5.2 Yeraltı Suyu Seviyesi (YASS) ... 32

(7)

vi

5.3 Presiyometre Deneyi ... 33

5.4 Jeofizik İnceleme ... 34

5.4.1 Masw (MULTİ CHANNEL ANALYSİS OF SURFACE WAVES) ... 34

5.5 Laboratuvar Çalışmaları ... 36

5.6 Değerlendirmeler... 37

6. TÜNEL GÜZERGAHLARINDAKİ DEFORMASYONLARIN İNCELEMESİ ... 40

6.1 Projeye Ait Örnek Modellemeler ... 40

6.1.1 Yarıçapı değişiminin etkisi ... 41

6.1.2 Tünel derinliği değişimin etkisi ... 43

6.1.3 Yeraltı suyu seviyesi değişimi ... 44

6.1.4 Tünel büzülme katsayısı (CI) değişimi ... 46

6.1.5 Tünel altındaki zemin kalınlığı değişimi ... 48

6.1.6 Yanal zemin basıncı değişimi (KO) ... 49

6.1.7 Yatay sınır değişimi ... 51

6.1.8 Poisson oranı değişimi ... 53

7. KEÇIÖREN METROSU HATTINDAKI MODELLEME VE ANALİZLER ... 55

7.1 Modelleme ... 55

7.2 Analiz ve Değerlendirmeler ... 59

8. TÜNEL KAZISI SIRASINDA OLUŞAN ÇÖKMELER VE HASARLAR ... 62

8.1 Nail Oraman Amfi Binasındaki Hasarlar ... 64

8.2 Gıda Mühendisliği Binasındaki Hasarlar ... 65

8.3 Meydana Gelen Hasarların Yüzeysel Sınıflandırması ... 68

9. SONUÇLAR ... 70

KAYNAKLAR ... 71

ÖZGEÇMİŞ ... 75

(8)

vii

SİMGELER DİZİNİ

Bj J.proses elemanına bağlanan eşik değer elemanın ağırlığı c Kohezyon

D Tünel çapı E Elastisite modülü G Gap parametresi

Gp Fiziksel boşluklar (gap parametresi formülü) H Yükseklik

i Tünel çukuru eğrilik ifadesi i,imax Dönüm noktası

k Zeminin geçirimlilik katsayısı N Veri adedi

Qa Alüvyon

qu Nihai taşıma gücü R Tünel yarıçapı

S Tünel yüzeyindeki çökme değeri

S max Tünel yeryüzündeki en yüksek oturma değeri Sx Yeryüzündeki oturma miktarı

t Tünel kaplama kalınlığı Tg Gölbaşı formasyonu Tt Tekke volkanik

U ֯3D Tünel kaplamanın elastik boşlukları Uz Derinliğe bağlı oturma miktarı V0 Tünel hacmi

VL Tünel hacim kaybı oranı

VS Tünel açılması nedeniyle birim uzunluk boyunca oluşan yüzde hacim kaybı W Ağırlık

Wkj K. Proses elemanı J. proses elemanına bağlayan bağıntının ağırlık değeri x Tünel ekseninden itibaren yanal mesafe

Xk Ağ girdileri Z Tünel derinliği

γn Zemin doğal birim hacim ağırlığı γd Zemin kuru birim hacim ağırlığı γsat Zemin doygun birim hacim ağırlığı

λ Tünel taç kısmın yeryüzündeki oturmalara oranı ν Poisson oranı

ϕ İçsel sürtünme açısı kısaltmalar

NATM Yeni Avusturya Tünel Açma Yöntemi TBM Tünel açma makinası

SPT Standart penetrasyon darbe sayısı YSA Yapay Sinir Ağları

(9)

viii

ŞEKİLLER DİZİNİ

Şekil 1.1 Çalışma alanının yer bulduru haritası (Google Earth 2015) ... 3

Şekil 1.2 Keçiören – Tandoğan metrosu Km: 3+280.00 ile Km: 3+580.00 çalışma alanı (Google Earth, 2015) ... 4

Şekil 1.3 Projede kullanılan tek kalkanlı “Herrenknecht” TBM makinesi (Anonim 2012a) ... 8

Şekil 1.4 Alüvyon zeminlere uygun olan EPB kesici kafa (Anonim 2014) ... 8

Şekil 2.1 Kalkan karşısında zemin kaybı oluşumu ... 9

Şekil 2.2 Aşırı sökülme neden ile meydana gelen zemin kaybı ... 10

Şekil 2.3 Kalkan sapma açısına bağlı olan meydana gelen zemin kaybı ... 11

Şekil 2.4 Tünel çevresinde bozulan zeminlerin etkisi ile meydana gelen zemin kaybı ... 11

Şekil 2.5 Kalkan ile segment arasındaki boşluktan dolayı meydan gelen zemin kaybı... 12

Şekil 3.1 İnceleme alanı ve çevresinin jeoloji haritası (Büyükönal, 1971). ... 13

Şekil 4.1 Oturma modellemesi (Attewell 1978) ... 16

Şekil 4.2 Zemin kütlesi içinde dikdörtgen şeklindeki boşluk alanı (Suwansawat 2002) ... 17

Şekil 4.3 Tünelde çapsal oturma eğrisi (Peck 1969) ... 17

Şekil 4.4 Verruijt ve Bookerin yöntemi (1996) ... 20

Şekil 4.5 Tünel çevresinde oluşan üniform ve oval deformasyonlar (Verruijt ve Booker 1996) ... 21

Şekil 4.6 Gap parametresi tünel doğru hizada ve iyi desteklenmiş durumunda (Lee vd. 1992) ... 22

Şekil 4.7 Gap parametresi tünelin doğru hizada olması ve ayna kısmında zemin gevşemesi durumunda (Lee vd. 1992) ... 22

Şekil 4.8 Gap parametresi tünelin yönden sapması ve ayna kısmında zemin gevşeme durumunda (Lee vd. 1992) ... 22

Şekil 4.9 Lognathan ve Poulos’un önerdikleri zemin eş değerindeki oturma hesaplaması (Lognathan and Poulos 1998) ... 24

Şekil 4.10 Sonlu eleman ağ tipleri (Augarde 1997) ... 27

Şekil 5.1 Sondaj kuyularında yeraltı suyu derinliği ölçümü... 32

Şekil 5.2 Sondaj kuyularındaki yeraltı suyu derinliklerinin tarihlere göre değişimi (Kılıç 2014) ... 33

Şekil 5.3 Çalışma alanındaki jeofizik yöntemlerle Vs dalgaların ölçumü (Google Earth 2014) ... 35

Şekil 5.4 Gıda Mühendisliği bolümü karşındaki alınan Vs-Derinlik sonuçları (Kılıç vd. 2013) ... 35

Şekil 5.5 Nail Oraman amfi binasının batı kısmında alınan Vs-Derinlik sonuçları (Kılıç vd. 2013) ... 36

Şekil 5.6 Çalışma alanının jeoteknik kesiti (Kılıç vd. 2013) ... 39

Şekil 6.1 Parametrelerin incelemesi için kullanılan 2D model ... 41

Şekil 6.2 Tünel çapı değişimine göre yeryüzündeki oturmalar ... 42

Şekil 6.3 Tünel çapı değişimine göre taç üzerindeki zeminin oturmaları ... 42

Şekil 6.4 λ nın tünel yarı çapına göre değişimi ... 42

Şekil 6.5 Tünel derinliği değişimine göre yeryüzündeki oturmalar ... 43

Şekil 6.6 Tünel derinliğine göre taç üzerindeki zeminin oturmaları ... 44

Şekil 6.7 λ nın tünel derinliğine göre değişimi ... 44

Şekil 6.8 Yeraltı suyu seviyesi değişimine göre yeryüzündeki oturmalar ... 45

Şekil 6.9 Yeraltı suyu seviyesine göre taç üzerindeki zeminin oturmaları ... 45

Şekil 6.10 λ nın yeraltı suyu seviyesine göre değişimi ... 46

Şekil 6.11 Yeryüzeyinde oturmalar CI değişimine göre ... 47

Şekil 6.12 CI değişimine bağlı taç üzerindeki zeminin oturmaları ... 47

Şekil 6.13 λ nın CI’ya göre değişimi ... 48

Şekil 6.14 Tünel altındaki zemin kalınlığına bağlı yeryüzeyindeki oturmalar ... 48

Şekil 6.15 Tünel altındaki zemin kalınlığına bağlı taç üzerindeki zeminin oturmaları ... 49

Şekil 6.16 λ nın tünel altındaki zemin kalınlığına bağlı değişimi ... 49

Şekil 6.17 K0 Yanal basınç değişimine göre yeryüzeyindeki oturmalar ... 50

Şekil 6.18 Ko yanal basınç değişimine göre taç üzerindeki zemin oturmaları ... 50

Şekil 6.19 λ nın KO yanal basıncına göre değişimi ... 51

Şekil 6.20 Yatay sınır değişimine bağlı yeryüzeyindeki oturmalar ... 52

Şekil 6.21 Yatay sınır değişimine bağlı taç üzerindeki zemin oturmaları ... 52

Şekil 6.22 Yatay sınır değişimine göre λ değişimi ... 52

Şekil 6.23 Poisson oranına göre yeryüzeyindeki oturmalar ... 53

(10)

ix

Şekil 6.24 Poisson oranının değişimine bağlı taç üzerindeki zeminin oturmaları ... 53

Şekil 6.25 λ nın poisson oranına göre değişimi ... 54

Şekil 7.1 Keçiören – Tandoğan metrosu, Bahçe Bitki, Gıda Mühendisliği Bölümüve Meyve suyu üretim binaları. (Anonim 2012b) ... 57

Şekil 7.2 Nail Oraman amfi binası altındaki geçen iki tünelin kesiti ... 58

Şekil 7.3 Gıda Mühendisliği binası altındaki geçen iki tünelin kesiti ... 58

Şekil 7.4 Amfi binası olan modellemede 2.hat için CI=8.75% ve 1.hat için CI=13% olduğunda en fazla deformasyon ... 60

Şekil 7.5 Gıda Mühendisliği binası olan modellemede 2.hat için CI=8.75% ve 1.hat için CI=13% olduğunda en fazla deformasyon ... 61

Şekil 8.1 TBM Kesicilerin değiştirilmesi için açılan şaft (28 Eylül 2012)... 62

Şekil 8.2 Km:3+488,000 Nail Oraman Amfi binası altında oluşan çökme ve taze beton ile doldurulması (18 Haziran 2012) ... 63

Şekil 8.3 Km: 3+495,000 şaft açılmasından sonra Nail amfi Oraman binanın kuzey batısında 7 m uzaklığında oluşan çökme (22 Kasım 2012) ... 63

Şekil 8.4 Nail Oraman amfi binasının dış duvarı ve şaft kazısının doldurduktan sonraki hali ... 64

Şekil 8.5 Bahçe Bitkileri bölümü ile Amfi binanın duvardaki çatlaklar (Amfi binasının kesiştiği nokta) ... 64

Şekil 8.6 Gıda Mühendisliği binanın karşısındaki bahçe alanı (oluşan deformasyonlar) ... 65

Şekil 8.7 Gıda Mühendisliği binasının bazı kirişlerindeki çatlaklar ... 66

Şekil 8.8 Gıda Mühendisliği binasının iç duvarlardaki çatlaklar ... 66

Şekil 8.9 Gıda Mühendisliği binasının dış duvarındaki çatlaklar ... 67

Şekil 8.10 Gıda Mühendisliği binasında bodrum katındaki duvarlarda oluşan çatlak ... 67

Şekil 8.11 Gıda Mühendisliği binasındaki mevcut dilatasyonda 5 cm’lik meydana gelen deformasyon ... 68

(11)

x

ÇİZELGELER DİZİNİ

Çizelge 1.1 2012 ve 2013 yılında meydana gelen çökmeler (Kılıç 2014) ... 2

Çizelge 1.2 (M4) Ankara metrosu (Tandoğan–Keçiören) güzergahı teknik özellikleri (Anonim 2014) ... 5

Çizelge 1.3 İnceleme alanında yapılara ait bilgiler (Kılıç 2014) ... 5

Çizelge 1.4 TBM Hakkında Teknik Özellikler (Anonim 2004) ... 7

Çizelge 1.5 Tünel kaplamaların (segment) teknik özellikleri (Anonim 2012b) ... 7

Çizelge 4.1 Önerilen dönüm noktası (i) değerleri farklı araştırmacılara göre (Yahya 2014) ... 18

Çizelge 4.2 Jeoteknik mühendisliği alanında nümerik yöntemlerle kullanılan programlar (Choi 2006, Jinga ve Hudson 2002, Bobet 2010) ... 28

Çizelge 5.1 Sondajların koordinatları (Kılıç vd. 2013) ... 29

Çizelge 5.2 Jeoteknik amaçlı sondajlarda kesilen zeminlerin derinliğine bağlı SPTN darbe sayısı ve izafi sıkılığı (Kılıç vd. 2013) ... 30

Çizelge 5.3 sondajların derinliği, SPT darbe sayısı ve izafi sıkılık (Kılıç vd. 2013) ... 31

Çizelge 5.4 Sondaj kuyularının numarası ve tarihlere göre değişimi (m) ... 32

Çizelge 5.5 Presiyometre deney sonuçları (Kılıç vd. 2013) ... 34

Çizelge 5.6 SPT darbe sayısı ile içsel sürtünme açısı ve izafi sıkılık ilişkisi (Meyerhof 1956) ... 37

Çizelge 5.7 Poisson oranının tipik değerleri (Bowles 1996) ... 37

Çizelge 5.8 Çalışma alanındaki zemin özellikleri ... 37

Çizelge 6.1 Plaxis programında kullanılan modelin özellikleri... 40

Çizelge 6.2 Modellemede kullanılan zemin özellikleri ... 40

Çizelge 6.3 Modellemede tünel özellikleri ... 40

Çizelge 7.1 Bahçe bitkileri bölümü ve Nail Oraman amfisinde ölçülen oturma raporu (Anonim 2012b) . 58 Çizelge 8.1 Binalarda oluşan hasarların yüzeysel sınıflandırması (Burland et al. 2001a)... 69

(12)

1 1. GİRİŞ

Günümüz şehirlerinin nüfus artışına paralel olarak ulaşım yapılarına ihtiyaç artmaktadır.

Ulaşımın yeraltından sağlanmasında metro çalışmaları önemli rol oynamaktadır. İlk yeraltı demiryolu 1863’ de Londra’ da yapılmış olup, o zamandan beri büyük şehirlerde yer altı ulaşımı gelişmektedir (Hellawell vd. 2001).

Mühendislik açısından en önemli hususlardan birisi kazı faaliyetlerinde tünel çevresinde meydana gelen deformasyonlardır. Tünel kazısı sırasında ve sonrasında genel olarak gerilme dağılımı yer altında ve zemin çevresinde değişmektedir. Gerilme değişimleri, tünelin çevresindeki zeminden başlayıp yeryüzüne kadar devam etmektedir. Gerilme değişimlerine bağlı olarak yeryüzeyindeki meydana gelen deformasyonlar oturma eğrisini oluşturmaktadır. Zeminin türüne bağlı olarak zemin yüzeyinde oturma miktarının artmasıyla, yenilmeler ve sonuçta çökme meydana gelebilir. Tünel kazısı sırasında yeryüzündeki oluşan çökmelerin etkisi özellikle tünelin etrafındaki yapılarda (yüksek, tarihi ve hassas binalar) daha fazla olabilmektedir (Mollajavadi 2011).

Tünel tasarımı ve inşasında zemin deformasyondan dolayı meydana gelen hasarların tahmin edilmesi ve azaltılması oldukça önemlidir. Özellikle sığ ve yumuşak zeminlerde tünel kazıları yapılmadan önce, yüksek maliyetli enjeksiyon iyileştirmeleri veya bina temellerinin güçlendirilmesi gibi işlemlerin yapılması gerekmektedir. Gerilme değişimleri tünelin ayna kısmında veya tünel çevresindeki aşırı sökülmelerden dolayı zemindeki deformasyonları oluşturmaktadırlar. Bu tabir zemin kaybı (ground loss) olarak ta tanımlanmaktadır (Pinto ve Whittle 2014).

1.1 Araştırmanın Amacı

Metro çalışması sırasında tünel açma makinası (TBM) ile akış halinde yeraltı suyu bulunduran Çubuk çayı içerisinde güncel alüvyonlarda oluşan çökme ve oturmaların bilgisayar programı ile modellenmiş, oturmalara sebep olan parametreler hesaplanmış ve tünel güzergâhı üzerindeki yapılarda oluşan hasarlar incelenmiştir.

(13)

2

Zemin özellikleri sondajlı çalışmalar ve laboratuvar deneylerine bağlı olarak Plaxis 2D programına tanıtılmış olup, modelde kazılan tünelin özellikleri, zeminin geometrisi ve yapıdan gelecek yük miktarları kullanılmıştır. Analizlerle zeminde oluşacak oturmalar ve göçmeler incelenmiştir. Tünel kazılarında oluşan oturmalarda etken parametrelerin belirlenmesi için Plaxis programında örnek modellemeler yapılmış ve analiz sonuçları şekiller üzerinde tartışılmıştır.

Çalışma alanında 2006 yılında 2. hatta (Keçiören’den Tandoğan’a gidiş istikameti) yapılan tünel kazısı nedeni ile tünel güzergâhındaki zemin üzerinde yaklaşık 20 cm oturma belirlenmiş olup, Gıda Mühendisliği binası ve Nail Oraman Amfisinde her hangi bir hasar gözlenmemiştir. 2012 ve 2013 yılında 1. Hatta (Tandoğan’dan Keçiören’e gidiş istikameti) tünel güzergâhındaki zemin üzerinde yaklaşık 30 cm oturmalar ve önemli çökmeler meydan gelmiştir (Çizelge 1.1).

1Çizelge 1.1 2012 ve 2013 yılında meydana gelen çökmeler (Kılıç 2014)

Tarih Yaklaşık Km

Yaklaşık Çökme

Hacmi (m3) Açıklama

18.06.2012 3+488,000 60 Nail Oraman Amfinin kuzeybatısında

28.06.2012 3+490,000 80 Nail Oraman Amfinin kuzeybatısında

22.10.2012 3+495,000 30 Şaft yapısı civarında

23.10.2012 3+542,000 80 Gıda Müh. Binasının giriş kapısı

11.04.2013 3+530.000 20 Gıda Müh. Binasının güneydoğusunda

Bu çalışmada zeminin jeoteknik özelliklerini, yeraltı suyu seviyesi, tünele ait veriler ve binadan gelen yükler göz önüne alarak modelleme ve analizler yapılmıştır. Metro hattı üzerinde oluşan oturmaları Plaxis programında modellemek için Shmidt (1974)eşitliği ile hacim kaybı (VL) hesaplanmış bu değeri programda tünel büzülme katsayısı (CI%) olarak kabul edilmiş ve oturmalar hesaplanmıştır.

Oluşan hasarlar yapıların iç ve dış cephelerinde incelenen yenilmeler, Burland vd.

(2001) tarafından önerilen sınıflamaya göre incelenmiş ve grupları belirlenmiştir. Sonuç

(14)

3

olarak meydana gelen oturmaların etken nedenlerini modelleme çalışması ile arazi ve laboratuvar verileri esas alınarak belirlenmiştir.

1.2 Çalışma Alanı

Çalışma alanı (Şekil 1.1), Ankara’nın kuzey kesiminde Keçiören İlçesi sınırları içinde Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi, Bahçe Bitkileri ve Gıda Mühendisliği Bölümleri'nin bulunduğu alanda ve Tandoğan–Keçiören Metro hattının Km: 3+280.00 ile Km: 3+580.00 arasındaki kesiminde yer almaktadır (Şekil 1.2).

1Şekil 1.1 Çalışma alanının yer bulduru haritası (Google Earth 2015)

N

(15)

4

2Şekil 1.2 Keçiören – Tandoğan metrosu Km: 3+280.00 ile Km: 3+580.00 çalışma alanı (Google Earth, 2015)

1.3 İnceleme Alanında Yapılan Çalışmalar

Zeminlerin yatay ve düşey dağılımları ile yeraltı suyu seviyesini belirlemek ve zemin özelliklerini incelemek amacı ile 11 noktada derinlikleri 8.50 m ile 25.0 m arasında değişen 154.5 m jeoteknik amaçlı sondajlar yapılmıştır. Sondaj sırasında Standart Penetrasyon Testi (SPT) ile iri taneli zeminlerin sıkılığı, ince taneli zeminlerin kıvamı belirlenmiş ve örselenmiş örnekler alınmıştır. Zeminler taneli olması nedeni ile örselenmemiş örnek (UD) alınamamıştır. Zeminlerin taşıma gücü ve oturma miktarlarının belirlenmesi için presiyometre deneyleri yapılmıştır. Tünel kazısı sırasında tünel hattının üzerindeki arazide ve yapıların altında meydana gelen boşlukların boyutları ve konumu resiztivite, sismik, jeoradar ve jeoteknik amaçlı sondajlar yardımı ile belirlenmiştir. Sondaj sırasında alınan örneklerin tane boyu dağılımı ve zemin sınıfı belirlenmiştir (Kılıç vd. 2013, Kılıç 2014). İnceleme alanındaki zeminler için doğal

(16)

5

gerilmeler, TBM ile yapılan kazılarda meydana gelen gerilme değişimleri ile dağılımları, çökme ve oturmalar jeoteknik ve jeofizik verilere bağlı olarak Plaxis 2D iki boyutlu sonlu eleman metoduna dayalı program ile irdelenmiştir.

1.4 Proje Hakkında Bilgiler

Ankara’nın en büyük ilçesi olan Keçiören’i Tandoğan üzerinden şehir merkezine bağlayacak olan Tandoğan - Keçiören Metro Hattı'nın (M4) toplam uzunluğu 10580 m olup hat üzerinde 11 istasyon yer almaktadır. Tünel güzergâhlarının özellikleri çizelge 1.2’de verilmiştir (Anonim 2014). Tamamı yer altında olan hat TBM ve Yeni Avusturya Tünel Açma Yöntemi (NATM) ile açılmaktadır. Tünelin çok az bir kısmı Aç-Kapa Yöntemi ile açılmıştır. Metro hattı tamamlandığında saatte tek yönde 50000 yolcu taşınması planlamaktadır (Anonim 2012a).

2Çizelge 1.2 (M4) Ankara metrosu (Tandoğan–Keçiören) güzergahı teknik özellikleri (Anonim 2014)

Kazı Türü Uzunluğu (m)

Delme Tünel (TBM) 4210

Delme Tünel (NATM) 3067

Aç-Kapa Tünel 683

İstasyonlar 1260

Toplam Kazı 9220

1.4.1 İnceleme alanındaki binalara ait bilgiler

İnceleme alanında Gıda Mühendisliği ve Nail Oraman Amfi Binası yer almaktadır. Yapı bilgileri çizelge 1.3’de verilmiştir.

3Çizelge 1.3 İnceleme alanında yapılara ait bilgiler (Kılıç 2014)

Bina adı Kat adedi Uygulanan yaklaşık gerilme (kN/m2)

Gıda Mühendisliği 2 nolu

Binası Bodrum + Zemin + 2 Kat 60

Nail Oraman Amfisi 1 Kat 20

(17)

6 1.4.2 Projedeki TBM ve tünelin bilgileri

Tünel kazılması gelişen teknolojiye bağlı olarak çok farklı şekillerde yapılabilmektedir.

Bunların arasında özellikle tam cephe kazı yöntemiyle TBM ile yapılan kazılar, hızlı ve ekonomik olması nedeniyle son yıllarda ulaşım, sulama, enerji vb. amaçlı projelerde yoğun olarak kullanılmaktadır. Tünel delme makinelerinden en iyi verimin alınabilmesi için TBM, arazideki jeolojik ve jeoteknik şartlara göre tasarlanmalıdır.

Tünel makineleri farklı özelliklerine göre sınıflandırılmışlardır. Genel olarak çapı 3.0 m’den az olanlar "küçük çaplı" olarak kabul edilmektedir. Daha çok sulama ve alt yapı çalışmalarında kullanılırlar. Çapı 3.0 m’den fazla olanlar "büyük çaplı" olarak kabul edilmektedir. Hemen her türlü zemin şartında kullanılabilen bu makinelerde istenilen başarının elde edilebilmesi için zeminin jeolojik ve jeoteknik özellikleri önceden çok iyi belirlenmelidir. Kalkanlı (Shield) makinelerde öndeki kesici kafa kısmının üzerinde ve arkasındaki kısımda koruyucu bölüm vardır, diğer bölümleri ise açıktır. Kafa kısmının arkasında yer alan bu koruyucu bölümün tipine göre tek kalkanlı veya çift kalkanlı olarak adlandırılırlar.

Zemin basınç dengeleyici (EPB) cihazlar zayıf zeminlerde kullanılır ve tünel kazısına paralel olarak iç kaplama yapabilme özelliğine sahiptirler. Zayıf zeminlerde kullanılan zemin basınç dengeleyici tipte olan makineler de kalkanlı makineler grubunda yer alırlar. Bu makinelerde ön bölümde yer alan bir sistem ile kimyasal madde ya da bentonit türü malzemeler kullanılarak bir piston sistemi ile zeminden gelen basınç ile makinenin uygulayacağı basınç dengelenir (Koçbay 2010).

Bu çalışmada kullanılan makinanın projedeki günlük ilerleme hızı ortalama 15 m/gün ve en fazla 33.6 m/gün olup ve EPB ile ilerlemektedir. Makinenin fotoğrafları şekil 1.3, 1.4’de ve tünelin özellikleri ise çizelge 1.4-1.5’de gösterilmektedir (Anonim 2004, Anonim 2012b).

(18)

7

4Çizelge 1.4 TBM Hakkında Teknik Özellikler (Anonim 2004)

Tünel Tünel uzunluğu 2 x 4,060 m

En yüksek eğim +/- 3,5%

Tünel Borusu

Tünel iç çapı Ø 5,240 mm

Tünel dış çapı Ø 5,760 mm

Segment uzunluğu 1,400 mm

Segment sayısı 5 + 1

Tünel Kazı Sistemi

En yüksek basınç 3 bar Yaklaşık uzunluk 70 m En yüksek ilerleme hızı 80 mm/dak

Kalkan (Shield)

Toplam kalkan uzunluğu 7,460 mm Zemin basınç sensörü 4 parça Kalkan dış çapı

(without hard facing)

5,950 mm

Kesici Kafa

Nominal çap 5,980 mm

Ağırlık 52 ton

Dönme yönü Sol / Sağ

Matkap sayısı 64 parça

Kemer (Konveyör) Bölgesi

Kurulu güç 30 kW

Uzunluk 59 m

Kapasite En fazla 400 t/h

Kemer genişliği 800 mm

Kemer hızı 2,5 m/s

Sulandırma Sulandırma oranı 30 m3/h

İkinci Havalandırma Kurulu güç 30 kW

Çap Ø 600 mm

5Çizelge 1.5 Tünel kaplamaların (segment) teknik özellikleri (Anonim 2012b)

Kalınlık, t (m) Elastisite Modülü, E (kN/m2) Poisson Oranı, υ

0,26 3,14E+07 0,15

(19)

8 3

Şekil 1.3 Projede kullanılan tek kalkanlı “Herrenknecht” TBM makinesi (Anonim 2012a)

4Şekil 1.4 Alüvyon zeminlere uygun olan EPB kesici kafa (Anonyms 2014)

(20)

9

2. TÜNEL YAPIMINDA ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR

Önemli deformasyonlar tünel inşa sırasında yumuşak zeminlerde “zemin kaybı”

(ground loss) olarak tanımlanmaktadır. EPB’li tünel açma makinelerde tünel inşa sırasında zemindeki gerilmeler tünel çevresinde ve ayna kısmında değişmektedir.

Gerilme değişimleri tünel çevresinde ve ayna kısmında deformasyonlara neden olacaktır. Deformasyonların büyüklüğü zeminin jeostatik durumuna, zemin özelliklerine ve tünel açma yöntemlerine bağlıdır (Lunardi 2000).

Yeryüzünde ve tünelin ayna kısmında oluşacak deformasyonların etkisini azaltmak amacı ile kalkanlı tünel makineleri kullanılmaktadır. Kalkanlı tünel açma makineleri ayna kısmında hava basınca veya çamur basıncı uygulayarak zemin basıncını dengelemektedir.

Zemin kaybı tünelde kesici kafanın ilerlemesi, kalkanların kurulumu ve segmentlerin yerleşmesi sırasında oluşabilmektedir. Zemin kaybı beş farklı şekilde meydana gelmekte olup, oluşum şekilleri aşağıda açıklanmıştır (Suwansawat 2002).

1. Basınç tünel aynası ve tünel çevresinde düşük olursa veya TBM kalkansız durumda ilerlerse böylece yukarıdaki zemin tünel ayasına doğru hareket edecektir.

5Şekil 2.1 Kalkan karşısında zemin kaybı oluşumu

(21)

10

2. Matkap çapı istenilen tünel çapından büyük olduğundan matkabın çevresinde boşluklar oluşacak ve bu boşluklar etraftaki zeminle dolacaktır. Bu hacim değişimi, aşırı sökülme nedeni ile tünel civarında deformasyonlara neden olacaktır.

6 Şekil 2.2 Aşırı sökülme neden ile meydana gelen zemin kaybı Aşırı sökülme

Kesme yüzeyindeki boşluk

(22)

11

3. Kazı sırasında makinenin esneme ve sürünme sonucunda kazı elips şeklinde oluşacak.

Bu durumda çevresindeki oluşan boşluk hacminin artmasına neden olacaktır.

7Şekil 2.3 Kalkan sapma açısına bağlı olan meydana gelen zemin kaybı

4. TBM ilerlediğinde etrafındaki mevcut zemini deforme edecek ve yukardaki mevcut zemin ağırlığı ile hâlihazırda örselenen zeminde ikincil deformasyonlar oluşacaktır.

8Şekil 2.4 Tünel çevresinde bozulan zeminlerin etkisi ile meydana gelen zemin kaybı Sapma açısı

Bozulan zemin

(23)

12

5. Tünel segmentleri kalkanların arkasında kurulduğu zaman, kalkan çapı segmentlerden büyük olduğu için segment etrafında bir boşluk oluşur, bu boşluk zeminde örselenmeye neden olur. Bunu engellemek için segmentlerin arkasına kontakt enjeksiyonu yapılmaktadır.

9Şekil 2.5 Kalkan ile segment arasındaki boşluktan dolayı meydan gelen zemin kaybı Segment

Boşluk

(24)

13 3. METRO GÜZERGAHININ JEOLOJİSİ

Metro güzergâhında yaşlıdan gence doğru, Üst Pliyosen yaşlı Gölbaşı Formasyonu ile Kuvaterner yaşlı alüvyon yer almaktadır (Şekil 3.1).

10Şekil 3.1 İnceleme alanı ve çevresinin jeoloji haritası (Büyükönal 1971)

3.1 Tekke Volkanitleri (α)

Birim, kireçtaşı, traki andezit, bazalt, dasit, tüf, aglomeradan oluşur. İnceleme alanında esas itibari ile eskiden taş ocağı olarak kullanılan günlenmiş yüzeyi kırmızımsı renkli, taze yüzeyi gri renkli akma izleri görülen dasitler mevcuttur. Tekke volkanitleri içinde siller halinde bulunduğu formasyonlarla eş yaşlıdır. Değişik evrelerde oluşmuş birim Eosen yaşlı olarak kabul edilmiştir (Büyükönal,1971). Birim, bölgede zaman aralığında karasal koşulların sürdüğü sırada oluşan volkanizmanın ürünleridir. Bu volkanizmanın

α

α

Qal

Tp Tp

Tp Çalışma Alanı

(25)

14

tüf ve lavları göl ve akarsularda çökelimini sürdüren kaya türlerinin içine siller halinde sokulmuştur.

3.2 Gölbaşı Formasyonu (TP)

İlk kez Erol (1954)tarafından adlandırılan birim, gri, boz, kırmızı renkli, tutturulmamış veya az tutturulmuş değişik boyda, farklı kökenli konglomera, kumtaşı ve çamurtaşından oluşur. Çoğunlukla yatay tabakalıdır. Kumtaşları ve çamurtaşları arasında moloz akması süreçleriyle oluşmuş konglomeralar yaygındır. Kumtaşı ve konglomeranın tane ve çakıllarını kuvarsit, bazalt, kireçtaşları, diyabaz, radyolarit, serpantinit ve gabro oluşturur. Çimento ise kalsit ve kilden oluşmaktadır. Bozdağ bazaltı ve daha eski birimler üzerine uyumsuz olarak gelir. Üst sınırı ise izlenemez. Yanal devamlılığında Gölbaşı formasyonunu oluşturan kaya türlerinde değişimler izlenir.

Salomon-Calvi ve Kleinsorge (1940) aynı birim içinde Pliyosen yaşlı mastodon fosilleri bulmuştur. Birimin yaşı, stratigrafideki yeri ve eski çalışmalar göz önüne alındığında Pliyosen olarak kabul edilebilir. Gölbaşı formasyonu alüvyon yelpazesi ve akarsu çökellerinden oluşmuştur.

3.3 Alüvyon (Qal)

Birim, bölgedeki nehirlerin yataklarında tutturulmamış veya çok az tutturulmuş, kum, silt, kil ve çakıllardan oluşur (Akyürek vd. 1979).

İnceleme alanında tünel kazı çalışmaları Çubuk çayı alüvyonlar içeresinde yer almaktadır.

(26)

15

4. ZEMİNLERDE DEFORMASYON HESAPLAMA YÖNTEMLERİ

Tünel kazılarında zemin deformasyonun hesaplamasında kullanılan bazı yöntemleri genel olarak aşağıda sunulmuştur:

 Yaklaşık yöntemler

 Analiz yöntemler

 Nümerik yöntemler

4.1 Litwinniszyn (1956) Yöntemi

Bu modelde zemin sayısız küre biçimindeki malzemelerin birbirinin üzerinde toplanmış hali olup, yer değişimleri tanelerin birisinin kaldırılmasıyla oluşur (Şekil 4.1). Şekilde görüldüğü gibi aşağıdaki birinci tane hareket ettiğinden boş bir alan oluşturacak, yukarıda mevcut olan iki kürenin o boş alanda yer alma ihtimali %50 olacaktır. Bir üst sıradaki üç kürenin aşağıdaki boş alanın doldurulma ihtimali, her biri sırayla %25 - %50 - %25 olacaktır. Bu şekilde, yukarıda mevcut kürelerin boşluğu doldurana kadar oturma ihtimalleri kendi aralarında denge oluşturana kadar değişmektedir. Bu modelde etken parametre yer çekimdir. Bu yer değişimlerinin oluşan “Gauss Eğrisi” yeryüzündeki oturmayı temsil eder. Bu eğri oluşturulması için yanal ve makaslama gerilmelerinin etkisi gözardı edilmektedir (Wei 2011).

(27)

16

11Şekil 4.1 Oturma modellemesi (Attewell 1978)

 ,

2 2

0 0

a

0.8 exp 0.5

2 aK 2

n n

v y z a

z z y z z

K t

a a

  

 

     

         (Litwinniszyn 1956)

δν(y,z): y,z koordinatlarındaki oturma miktarı

z

0, Ka, n: Deneysel katsayı

z

: Düşey koordinat

2a, t: Dikdörtgen şeklindeki boşluk alanı (Şekil 4.2)

(28)

17

12Şekil 4.2 Zemin kütlesi içinde dikdörtgen şeklindeki boşluk alanı (Suwansawat 2002)

4.2 Peck (1969) Yöntemi

Peck (1969), farklı tünel proje verilerini esas alarak Litwinniszyn’ın eşitliğini şekil 4.3’de görüldüğü gibi sadeleştirilmiştir.

2

( ) maxexp( ) 2 S x S x

  i

S(x)= Yeryüzeyindeki oturma miktarı, Smax= En yüksek oturma miktarı, i= Dönüm noktası

13Şekil 4.3 Tünelde çapsal oturma eğrisi (Peck 1969)

(29)

18

Zemin kaybının hacmi tünel boyu düzeyinde aşağıdaki denklemden elde edilmektedir.

2

22

d i d 2 i 2.5iSmax

s max max

x

S x S

V e xs

  

 

 

Vs: Oturma hacmi S: Oturma miktarı

Smax: En fazla oturma miktarı i: Dönüm noktası

Maksimum yüzey oturması yukardaki denklemlerin birleşmesi ile elde edilmiştir

max 2.5i SVs

Dönüm noktanın (i) bulması için çok sayıda araştırmalar yapılmıştır. Özet olarak farklı araştırmacılara göre dönüm noktasının hesaplanması çizelge 4.1’te verilmiştir.

6Çizelge 4.1 Önerilen dönüm noktası (i) değerleri farklı araştırmacılara göre (Yahya 2014)

Ad i Değeri Açıklama

Peck (1969)

0

2 z n

i

R R

  n=0.1 to 0.8

Gözlenmiş çalışmalara dayalı

Atkinson and Potts (1977)

0

i0.25 RZ Gevşek kum için

0

i0.25 0.5R 1.5Z Siki kum ve oc kil için

Gözlenmiş çalışmalara dayalı

O’Reilly and New (1982)

i0.43z01.1 Kohezyonlu zemin için

i0.28z00.1 iri taneli zemin için

Gözlenmiş çalışmalara dayalı (UK tünellerinde)

Mair (1993) i0.5z0 Gözlenmiş çalışmalara dayalı (Tüm

dünyadaki tünel projeleri)

Attewell (1977)

0

2 z n

i

R   R

α=1 ve n=1

Gözlenmiş çalışmalara dayalı (UK tünellerinde)

(30)

19

Çizelge 4.1 Önerilen dönüm noktası (i) değerleri farklı araştırmacılara göre (Yahya 2014) (devam)

Clough and Schimdt (1981)

0

2 z n

i

R  R

α=1 ve n=0.8

Gözlenmiş çalışmalara dayalı (ABD tünellerinde)

R: Tünelin yarıçapı

z0: Tünelin merkezinden itibaren yeryüzüne kadar mesafe

4.3 Verruijtve Booker (1996) Yöntemi

Verruijt ve Bookerin (1996) yöntemi sert zeminler için geçerlidir ve buna göre farklı Poisson katsayıları kullanılması gerekmektedir. Bu yöntem Sagasta (1987)’nın, önerdiği yöntemdeki gibi aynı koşullar ve malzemelerin drenajsiz ve sonsuz bir alanda olduğunu varsaymaktadır (Verruijt ve Booker 1996, Suwansawat 2002).

Bu yöntemde tünel bir nokta kadar küçülebilir; birinci aşamada tünel merkezinin simetrisi yer yüzeyinin üzerinde çizilerek makaslama gerilmelerinin uygulanmasıyla tünelde oval deformasyonlar oluşacaktır. İkinci aşamada, bu noktaların yüzeydeki çekme gerilmelerinin birleşmesi ile tahmini oturma miktarı aşağıdaki bağlantılarla elde edilmektedir.

(31)

20

14Şekil 4.4 Verruijt ve Bookerin yöntemi (1996)

𝑧= −𝜀𝑅2(𝑧1

𝑟12+𝑧2

𝑟22) + 𝛿𝑅2(𝑧1(𝑘𝑥2− 𝑧22)

𝑟14 +𝑧2(𝑘𝑥2− 𝑧22)

𝑟24 ) +2𝜀𝑅2

𝑚 ((m + 1)𝑧2

𝑟22 𝑚𝑧(𝑥2− 𝑧22) 𝑟24 )

− 2𝛿𝑅2ℎ (𝑥2− 𝑧22

𝑟24 + 𝑚

𝑚 + 12𝑧𝑧2(3𝑥2− 𝑧22) 𝑟26 )

Uz: Düşey yönündeki tahmini oturma miktarı ε: Tünel yarıçapı yer değiştirme miktarı δ: Tünelin oval deformasyon miktarı 𝑧1: 𝑧 − 𝐻

𝑧2: 𝑧 + 𝐻 𝑟12: 𝑧12+ 𝑥2 𝑟22: 𝑧22+ 𝑥2 R: Tünel yarıçapı

H: Tünelin merkezi derinliği, yeryüzü üzerindeki sanal noktanın yüksekliği m: 1/(1-2 ν)

k: ν(1- ν) ν: Poisson oranı

(32)

21

Şekil 4.5’te görüldüğü gibi esas olarak tünelin deformasyon şekilleri ikiye ayrılır.

Birincisi, tünelin yarıçap değişimi bu yer değişimi tünelin yapım sırasında gerçekleşir.

İkincisi, tünelin oval şeklinde deformasyonlarıdır. Bu yer değişimi tünel örtüsünün yer değişimleri ile oluşmaktadır.

15Şekil 4.5 Tünel çevresinde oluşan üniform ve oval deformasyonlar (Verruijt ve Booker 1996)

4.4 Loganathan ve Poulos (1998) Yöntemi

Zemindeki oturma miktarı uygulamada tünelin yapılış yöntemine, tünel yapısına, zemin özelliklerine bağlıdır. Tünel çevresindeki oluşan boşluklar boşluk parametresi (Gap) olarak tanımlanmaktadır. Gap parametresi şekil 4.6-4.8’de gösterilmektedir (Lee vd.

1992, Suwansawat 2002).

δ ε

(33)

22

16 Şekil 4.6 Gap parametresi tünel doğru hizada ve iyi desteklenmiş durumunda (Lee vd. 1992)

17 Şekil 4.7 Gap parametresi tünelin doğru hizada olması ve ayna kısmında zemin gevşemesi durumunda (Lee vd. 1992)

18Şekil 4.8 Gap parametresi tünelin yönden sapması ve ayna kısmında zemin gevşeme durumunda (Lee vd. 1992)

Kalkan

(34)

23

Gap Parametresi aşağıdaki eşitlikle belirlenmektedir.

0

g=Gp+u +w3D

Gp: Fiziksel boşluklar, bu boşluklar kazılan zeminle tünel örtüsü arasındaki boşluklardır.

u03D: Tünel aynasındaki elasto-plastik deformasyon w=Kazı kalitesi ve işçi faktörü

Loganathan ve Poulos bu formülü aşağıdaki gibi önerdiler (Loganathan ve Poulos 1998):

2

0 2

4 100%

4 gR g

R

ε

0: Zemin eş değerinde olan zemin kaybı (equivalent ground loss) g: Gap parametresi

R: Tünel yarıçapı

(35)

24

19Şekil 4.9 Lognathan ve Poulos’un önerdikleri zemin eş değerindeki oturma hesaplaması (Lognathan and Poulos 1998)

Lognathan ve Poulos (1998), tünelin yer değişimlerini dairesel şeklinde almamak şartıyla, şekil 4.9’te gösterdiği gibi zeminin eş değerindeki oturma miktarını aşağıdaki bağıntılı ile önermiştir.

2 2 2

, 2 2 2

4 1.38 0.69

4 .exp ( )

g x z

R g x z

R H R H

, :

x z x, z koordinatındaki oturma miktarı

Bu bağıntıdan aşağıdaki sonuçlar belirlenmektedir:

1- Tünel taç kısmındaki deformasyon, zeminin yatay deformasyonun yarısı kadardır.

2- Maksimum yatay hareketler tünelin yan duvarlarında olup taç ve taban kısmında yanal hareketler sıfır olarak gözükmektedir.

3- Gap değeri tünelin taban kısmında yaklaşık sıfırdır.

(36)

25

4- Tüm deformasyonların %75’i tünelin üst kısmında olmaktadır.

5- Hansmire ve Cording (1985) 'e göre; β değeri 45+ϕ/2 olarak kabul edilmiştir. Zemin drenajsız olup β=45 ֯ ve cotβ=1 değerleri alınmıştır. Verrujit ve Booker (1996) yönteminde δ=0 iken oturma eğrisi daha geniş olacaktır, fakat Loganathan ve Poulos (1998) bu yöntemde tünelin elips şekil değişimini sıfır aldığında daha doğru cevaplar elde etmişlerdir. Tünelin elips şeklinde deforme olması, tünel kaplamasıyla ilgilidir. Bu deformasyon uzun zamanda oluşacağı için gözardı edilebilecek niteliktedir. Eşitliği düzenlenmiş şekli aşağıdaki gibidir.

 

2 2

2

0 2 2 2 2

4 1.38

4(1 ) exp

( )

z

H gR g x

U R

H x R H R

 

    

   

Uz=0 Yeryüzeyindeki oturma miktarı

4.5 Nümerik Yöntemler

Yaklaşık yöntemlerdeki hata paylarının yüksek olması ve parametrelerin seçimindeki kabullerin sonuçları olumsuz yönde etkilemesi nedeni ile analizlerde nümerik yöntemlerin kullanılmaya ve geliştirilmeye başlamıştır. Burada önemli olan program girdilerinin gerçeği yansıtacak nitelikte olmasıdır. Jeolojik malzemenin anizotropik ve heterojen özelliklerde olması nedeni ile bazı parametrelerde yine de yaklaşık veya ortalama değerler alınması gerekebilmektedir.

Rowe vd. (1992) zeminin elastik davranışını modelleyerek, tünelin dış kaplamasında oluşacak çekme modülünün basınç modülünden daha etkili olduğunu belirlemişlerdir.

Finno ve Clough (1985), zeminde Cam-Clay yöntemi ile iki boyutlu modelleme sonucunda tünel aynası etrafında oluşacak boşluk suyu basıncının değişiminin tünel çapının yaklaşık iki katı kadar olduğunu belirlemişlerdir. Ayrıca yeryüzünde oluşacak deformasyonların, tünel aynasındaki kazılan kesim ile ilgili olduğunu vurgulamışlardır (Bloodworth 2002, Mollajavadi 2011).

(37)

26

El Nahhas vd. (1992) iki boyutlu modellemede tünel çevresindeki kazılan zeminin oluşturacak boşluğu modelde uygulayarak hacimsel deformasyonu incelemişlerdir.

Sonuç olarak tünel desteklerinin kurulumu zemin hacimsel deformasyonu belirli bir değere vardıktan sonra kurulmaktadırlar.

Najjar ve Zaman (1993) “Kalahama” adlı maden kazısını lineer olmayan sonlu elemanlar yöntemi ile kohezyon ve elastisite modülünü inceleyerek; bu iki parametrenin azalması ile zemin deformasyonların davranışı artık lineer olmayacak bir şekilde değişeceğini belirlemişlerdir.

Selby (1999) İngiltere’de açılan tünellerde "Düzlemsel Elastik" ve "Sonlu Eleman"

yöntemi ile yeryüzündeki oturma miktarlarını arazideki gerçek oturmalarla karşılaştırmışlardır. Sonuçta; yöntemde elde edilen oturma eğrilerinin daha sığ ve daha geniş olduğunu belirlemişlerdir.

4.5.1 Nümerik yöntemlerle zeminlerin modellemesi

Sonlu eleman yöntemleri nümerik yöntemler içinde en popüler yöntem olup tünel inşasında meydana gelen oturmaların tahmini için kullanılmaktadır (Augarde ve Phil 1997).

Bir model için uygun sonlu elemanlar ağını oluşturmak ana hatlarıyla ele alınacak olursa, ağ sistemini oluşturmak için öncelikle birleşim noktalarının (node) yerlerinin belirlenmesi ve elemanlarla bu noktalar arası ilişkinin sağlanması gerekir, Sonlu eleman analizleri için kullanılan ağlar iki sınıfa ayılabilir. Düzgün sonlu eleman ağında temas noktalarının yerleri basit matematiksel ilişkilerle ifade edilebilir. Şekil 4.10.a’da, bütün elemanlar aynı boyutta ve noktalarının hepsinin bir doğru üzerinde yer aldığı üniform ağ biçimi gösterilmiştir, bu ağ tipi en basit olan tiptir. Modeldeki uyum düzgün ağ sisteminde şekil 4.10.b’de görüldüğü gibi de sağlanabilir. Düzgün olmayan ağlar ise genellikle sistemde farklı yönlerde uyum sağlanmasına izin verirler şekil 4.10.c’de düzgün ağ sisteminde temel şablon bir kere oluşturulduktan sonra model için

(38)

27

genelleştirmeye gidilebilir. Düzgün olmayan ağ sisteminin oluşturması daha zordur. Üç boyutlu ağ oluşturulması için çeşitli algoritmalar mevcuttur. Modellemelerde uç boyutlu düzgün olmayan ağ sistemi nod’ların fazla oluşturma imkânı olduğu ve lineer olmayan yapıların modellenmesinde kullanışlı olduğu için düzgün ağ sistemine göre daha doğru sonuçlar elde edilebilir (Bulut 2007).

20Şekil 4.10 Sonlu eleman ağ tipleri (Augarde 1997)

4.5.2 Zemin ve yapı modellemesinde kullanılan bilgisayar programları

Nümerik modelleme yapmak için kaya ve zemin ortamlarda ilgili mühendislik alanında birçok program kullanmaktadır. Bazı önemli programların özellikleri ve uygulanma alanları çizelge 4,2’de gösterilmektedir.

(39)

28

7Çizelge 4.2 Jeoteknik mühendisliği alanında nümerik yöntemlerle kullanılan programlar (Choi 2006, Jinga ve Hudson 2002, Bobet 2010)

Program Özellikler Uygulama Alanı

FLAC

İki boyutlu sonlu eleman programıdır.

Dinamik, sıcaklık, sünme, akış analizleri.

Fish programlama diline sahip olup aşamalı kazı ve destekleme sistemlerin modellemesi için uygundur

Zemin ve kayanın mekanik davranışların incelenmesi, zeminlerin mekanik ve hidrolik özellikleri kombine etmesi, yeraltı kazılar için uygun, titreşim analizi avantajı var

PLAXIS

Sonlu elemanlar metodu ile iki ve üç boyutlu yöntem ile otomatik ağ oluşturma imkanı vardır

Yeraltı kazı için zeminlerde uygun, hidrolik ve mekanik özellikleri kombine etmesi , hidrostatik ve hidrostatik olmayan durumda ayrıca zeminlerde boşluk suyu basıncının modellenmesine uygundur

PHASE 2

Yeraltı kazılarının etrafındaki deplasmanların ve gerilmelerin

hesaplaması için elastoplastik iki boyutlu sonlu eleman programı.

Otomatik üçgen veya dörtgen ağ oluşturabilmektedir

Genellikle tünel yapıları için kaya ortamında kullanılmaktadır

UNWEDGE

Üç boyutlu tünel destekleme sistemi oluşturmak ve stabilite analizleri, basit güvenlik faktörü analizi yapabilmektedir

Tünel yapıların destek sistemi için analiz ve tasarım, tünel yüklemelerinin parametrik incelemesine uygundur

SWEDGE

Yeraltı kazılarında ve yamaçlarda destekleme sistemlerin üç boyutlu modellemesi, sığ destek sistemlerin geometri ve stabilite analizleri için uygundur

Şevlerin algısal tasarlaması, şevlerde ve kazılarda yüklemelerin parametrik incelemesi mümkündür

(40)

29

5. ARAZİ VE LABORATUVAR ÇALIŞMALARI

Arazi ve laboratuvar çalışmaları beş gruba ayırılmıştır:

 Sondajlar

 Yeraltı Suyu Seviyesi Ölçümleri

 Presiyometre Deneyi

 Jeofizik İnceleme

 Laboratuvar Çalışmaları

5.1 Sondajlar

2012 yılında 1. Hat güzergâhı üzerinde ve etrafında Km: 3+280.000 ile Km: 3+580 Ankara Üniversitesi rektörlük tarafından Interjeo şirketine tünel 11 adet jeoteknik amaçlı sondaj yaptırılmıştır. İnceleme alanında yapılan sondajların derinliği 8.5 m ile 25 m arasında ve toplam 154.5 m’dir. Bu çalışmada daha çok altı sondajın verilerinden faydalanmıştır (Çizelge 5.1). Sondajlarda kesilen zemin gruplarının derinlikle değişimi çizelge 5.2 de verilmiştir. Sondajlarda her 1.5 m’de standart penetrasyon deneyi (SPT) yapılmış ve örselenmiş örnekler alınmıştır. SPT darbe direnci ve izafi sıkılık çizelge 5.3 de verilmiştir.

8Çizelge 5.1 Sondajların koordinatları (Kılıç vd. 2013)

Sondaj Kuyusu Koordinatlar

y x z

SK 1 488359.844 4425788.537 848.7

SK 2 488354.882 4425777.292 848.3

SK 3 488343.317 4425749.383 848.4

SK 4 488342.072 4425734.916 848.6

SK 5 488333.773 4425726.797 848.8

SK 6 488326.819 4425708.452 849.0

(41)

30

9Çizelge 5.2 Jeoteknik amaçlı sondajlarda kesilen zeminlerin derinliğine bağlı SPTN darbe sayısı ve izafi sıkılığı (Kılıç vd. 2013)

Sondaj Kuyusu

Derinlik (m)

Zemin Grubu Sondaj

Kuyusu

Derinlik (m)

Zemin Grubu

SK 1 25 0 – 2 m CL SK 4 13 0 – 3 m SP

2 – 4 m SM 3 – 5 m Beton Dolgu

4 – 13 m SW 5 - 8 m SP-SM

13 – 25 m GW-GM 8 – 13m GP

SK 2 13 0 - 3.5 m CL SK 5 8.5 0 – 4 m Beton Dolgu

3.5 - 6.5 m SW

6.5 – 10 m MH 4 - 8.5 m GP

10 – 13 m SM

SK 3 12 0 – 2 m ML SK 6 11 0 - 6.5m SM

2 – 8 m SP-SM 6.5 – 10m SP-SM

8 – 12 m GP-GM 10 – 11m SW-SM

GW: Düzgün dane dağılımlo çakıl, GP: Üniform çakıl, GM: Siltli çakıl, SW: Düzgün dane dağılımlı kum, SP: Üniform kum, SM: Siltli kum, CL: Düşük plastisiteli kil, ML: Düşük plastisiteli silt, MH: Yüksek plastisiteli (elastic) silt

Referanslar

Outline

Benzer Belgeler

Bu yöntem ile birlikte bir düğüm mevcut bir ağa katılım yapacağı zaman, ağ koordinatörü bulut sistemine bağlanarak katılacak düğüme ait güvenlik bilgilerini

Bu araştırmada, Genetik Algoritmaya prensiplerine dayanan sezgi üstü algoritma NP zorluğundaki problemi çözmek için ve bir turistin kendisine verilen bir zaman

BATGEN-1 Gen havuzunun Sonbahar ve İlkbahar Dönemlerine Ait UPOV Kriterlerine Göre Morfolojik Karakterizasyonu

ile rehidre edilerek orta nem düzeyine getirilmiş ve tüketici ambalajlarında paketlenerek katma değeri yüksek bir ürün elde edilmiştir. Periyodik olarak alınan örneklerde başta

Ancak, S8 kod numaralı örneğe ait diğer kalite ve saflık kriterleri incelendiğinde, natürel sızma zeytinyağları arasında en düşük peroksit sayısına sahip ürün olmasına

Termal konfor, zihnimizin termal çevre ile etkileşiminden duyduğu memnuniyet ya da memnuniyetsizliğin bir ölçüsüdür ve ortamda bulunanların faaliyetlerine devam ederken

Bu bağlamda literatürde bulunan EM hasatlama yapılan bant sayıları ve elde edilen verimlilik değerlerinin nispeten düşük olması ve tez kapsamında dört bantlı ve

Yönden bağımsız bir soğurucu yapısının, yani hem TE hem de TM polarizasyonu altında aynı veya yakın rezonans frekansında tepki veren ve dalga geliş açısının