YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ TÜNEL DERSİ TÜNEL DERSİ Genişletilmiş 9 Bölüm Genişletilmiş 9 Bölüm İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ TÜNEL DERSİ TÜNEL DERSİ Genişletilmiş 9 Bölüm Genişletilmiş 9 Bölüm Genişletilmiş 9. Bölüm Genişletilmiş 9. Bölüm (Permeabilite katsayısı,Tünellerde su geliri ve hesaplanması, Suyun (Permeabilite katsayısı,Tünellerde su geliri ve hesaplanması, Suyun etkileri Çimento enjeksiyonu Su kanal kesit boyutları ve pompa gücü etkileri Çimento enjeksiyonu Su kanal kesit boyutları ve pompa gücü Genişletilmiş 9. Bölüm Genişletilmiş 9. Bölüm (Permeabilite katsayısı,Tünellerde su geliri ve hesaplanması, Suyun (Permeabilite katsayısı,Tünellerde su geliri ve hesaplanması, Suyun etkileri Çimento enjeksiyonu Su kanal kesit boyutları ve pompa gücü etkileri Çimento enjeksiyonu Su kanal kesit boyutları ve pompa gücü etkileri, Çimento enjeksiyonu, Su kanal kesit boyutları ve pompa gücü etkileri, Çimento enjeksiyonu, Su kanal kesit boyutları ve pompa gücü hesapları) hesapları) etkileri, Çimento enjeksiyonu, Su kanal kesit boyutları ve pompa gücü etkileri, Çimento enjeksiyonu, Su kanal kesit boyutları ve pompa gücü hesapları) hesapları) Prof. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLU Prof. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLU Prof. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLU Prof. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLU Yapı Merkezi AR&GE Bölümü Yapı Merkezi AR&GE Bölümü Yapı Merkezi AR&GE Bölümü Yapı Merkezi AR&GE Bölümü 1 2010 2010 2010 2010
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
Genişletilmiş 9 BölümGenişletilmiş 9 BölümGenişletilmiş 9. BölümGenişletilmiş 9. Bölüm(Permeabilite katsayısı,Tünellerde su geliri ve hesaplanması, Suyun (Permeabilite katsayısı,Tünellerde su geliri ve hesaplanması, Suyun
etkileri Çimento enjeksiyonu Su kanal kesit boyutları ve pompa gücüetkileri Çimento enjeksiyonu Su kanal kesit boyutları ve pompa gücü
Genişletilmiş 9. BölümGenişletilmiş 9. Bölüm(Permeabilite katsayısı,Tünellerde su geliri ve hesaplanması, Suyun (Permeabilite katsayısı,Tünellerde su geliri ve hesaplanması, Suyun
etkileri Çimento enjeksiyonu Su kanal kesit boyutları ve pompa gücüetkileri Çimento enjeksiyonu Su kanal kesit boyutları ve pompa gücüetkileri, Çimento enjeksiyonu, Su kanal kesit boyutları ve pompa gücü etkileri, Çimento enjeksiyonu, Su kanal kesit boyutları ve pompa gücü hesapları)hesapları)
etkileri, Çimento enjeksiyonu, Su kanal kesit boyutları ve pompa gücü etkileri, Çimento enjeksiyonu, Su kanal kesit boyutları ve pompa gücü hesapları)hesapları)
Prof. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLUProf. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLUProf. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLUProf. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLU
Yapı Merkezi AR&GE BölümüYapı Merkezi AR&GE BölümüYapı Merkezi AR&GE BölümüYapı Merkezi AR&GE Bölümü
11
2010201020102010
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
• Bilgi föyünün hazırlanmasında ülkemizde tünel mühendisliği konusunda büyük bilgi birikimi ve
deneyimleri olan YapıMerkezi İnşaat A.Ş.’ nin arşivlerinden ve yayınlarından geniş ölçüde istifade edilmiştir.
• Bu akademik etkinliği destekleyen Yapı Merkezi Holding A.Ş. Onursal Başkanı Dr. Müh. Sayın Ersin ARIOĞLU ile
Yönetim Kurulu Üyeleri’ ne teşekkür edilir.
• Çalışmanın dijital ortamda hazırlanmasında büyük emeği geçen Y. Müh. Gözde KURT, Y. Müh. Sanem KAYALI ve
Y. Müh. Ali YÜKSEL’ e teşekkür edilir.
B l “k l ” ö il k h l• Bu çalışma “kamusal yarar” gözetilerek hazırlanmıştır.
• Çalışmada kullanılan bilgi föyleri, sunu malzemesi vs. kaynak gösterilmek kaydıyla kullanılabilir.
Bil i fö ü k d l bütü k l d ğ l di l ö ü l d d E i ARIOĞLU• Bilgi föyü kapsamında yapılan bütün çıkarımlar, değerlendirmeler ve görüşlerden sadece Ergin ARIOĞLU
sorumludur. Çalıştığı kurumu bağlamaz.
“Bu ülkede, okumaya karşı istek artmadıkça, gaflet ve bu gafletten doğacak felaket azalmaz” (Benjamin FRANKLIN)
22
Tünelle ilgili çeşitli konularda daha geniş bilgi almak isteyenler Yapı Merkezi web sitesi olan www.yapimerkezi.com.tr adresi, “Ar – Ge Yayınları” bölümünden temin edebilirler.
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Prof. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLU ‐ Kısa Özgeçmiş ‐İTÜ Maden Fakültesinden 1969 Haziran Döneminde Maden Y.Müh. olarak mezun oldu. Aynı üniversitenin Maden MühendisliğiBölümünde Mart 2000’ e kadar öğretim üyesi olarak akademikfaaliyetlerini yürüten ve bu tarihte emekliye ayrılan Prof.ARIOĞLU akademik ve eğitim faaliyetlerini Yapı Merkezi HoldingA. Ş. bünyesindeki AR – GE Bölümü Koordinatörü olaraksürdürmektedir. Prof. ARIOĞLU’ nun toplam 16 adet ( 3’ ü yabancısürdürmektedir. Prof. ARIOĞLU nun toplam 16 adet ( 3 ü yabancıdilde İngilizce İspanyolca, Farsça) telif kitabı, ilgi alanlarındayayımlanmış 275’ i aşkın makale, bildiri ve tartışma yazısımevcuttur. Ayrıca 100’ ün üzerinde “ülke sorunları” üzerindeçeşitli gazete/dergilerde yayınlanmış makale ve söyleşininsahibidir Sığ / derin yeraltı yapılarının stabilitesi madensahibidir. Sığ / derin yeraltı yapılarının stabilitesi, madenişletmelerinde dolgu kullanımı ve iksa boyutlandırılması, kayamekaniği, kayaya gömülü kazık tasarımı, agrega/balast,püskürtme beton ve çok yüksek beton dayanımı konularında300’ü aşkın bilimsel+teknik raporun yazarı/ortak yazarıdır. Ve1970 ve 1980 yıllarında TÜBİTAK’ça desteklenen araştırmaraporlarının sahibidir. Prof. ARIOĞLU 3 kez Prefabrik Birliği’nce“Bilimsel Çalışma Ödülü”ne layık görülmüştür. Yapı Merkezi 3000kgf/cm2 – 7 Günlük – Çok Yüksek Dayanımlı Beton Projesi’ ndeproje koordinatörü olarak katılmıştır. 1994‐2000 yıllarındap j ş yTMMOB’ nin Maden Mühendisleri Odası İstanbul Şubesi YönetimKurulu Başkanlığını yürütmüştür. Şubat 2009 tarihinden itibarenYTÜ İnşaat Mühendisliği Bölümünde Tünel Dersi okutmaktadı[email protected]
33
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Tünelde Su Gelirinin Olası EtkileriTünelde Su Gelirinin Olası Etkileri
o Tünel arın/tavan
stabilitesini bozarakstabilitesini bozarak
“göçük” olasılığını arttırır.
Sığ tünel durumunda
göçük yeryüzüne kadargöçük yeryüzüne kadar
ilerleyerek ciddi stabilite
sorunları yaratır.
o İlerleme hızını etkileyerek
tüneli “durma” noktasına
getirir.
o Tünelin tekrar ilerlemesi
için yapılacak “enjeksiyon
işlemleri” proje maliyetini
olumsuz şekilde etkiler.
44Kaynak: Kaponig Tüneli, Avusturya, su geliri 300 l/sn, Riedmueller G., Schubert, W., 2001’ den değiştirilerek.
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Yeraltı Su Seviyesinin Tünel Su Gelirine Etkisi
A Durumu
• Tünel yer altı su seviyesinin üzerinde olduğundan “ su basıncı” yoktur.
• Daha derin açıldığından kaya kütlesinin YASS
Ayrışma zonu
ç ğ ypermeabilitesi daha düşüktür.
• Tünel geçkisi yer yüzeyine daha yakın açıldığından “ayrışma zonu”nun etkisi
YASS
ATünel
ç ğ y şaltındadır. Yüzey / yağmur sularına maruzdur.
B Durumu
BTünel
• Tünel yer altı su seviyesinin basıncına maruzdur. Kaya kütlesinin permeabilitesi ve su basıncı yüksekliğine bağlı olarak tünel içinde “su geliri” beklenmelidir.
• Herhangi bir “karstik oluşum” olmadığı müddetçe permeabilite derinlikle azalmaktadır.
55
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Fay Zonu / Su Gelirinin Neden Olduğu Aşırı Kazı ve Kaya Göçükleri
Tünel kemerleşme sınırı
Karşılaşılan ya da beklenen fay – fay zonları
İ İ Ü
Su geliri fay zonunun yerinde kohezyon değerini azaltır
BOŞALMA RİSKLİ KÜTLE
Kaya bulonu Süren
Su
Su olması durumunda açılan drenaj delgileri
ALTYARI (KAZILMAMIŞ)
Hasır çelik + kafes kiriş iksa + püskürtme beton
Püskürtme beton + gerekirse hasır çelik ve sweilex bulon
Su
ALTYARI (KAZILMAMIŞ)
Kaynak: Biberoğlu ve Dalgıç, 1996.
66
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
İstanbul Metro Proje İnşası (Yenikapı) Sırasında 19 Eylül 2001 Tarihinde Meydana Gelen Göçük
Yapay dolgu
Yer altı suyu
Bilinmeyen bostan su kuyusuKum, çakıl
Kil
Bilinmeyen bostan su kuyusuKuyu çapı: 1,5 – 3 m (40 yıllık?)
Kumtaşı, kiltaşı, silttaşı
Arın çivileri L= 12 m
Göçük olayına ilişkin kimi bilgiler:
o Yaklaşık örtü kalınlığı: 14 m
o Tünel açma metodu Klasik kazı yöntemi – NATM –
o Göçük olayı 04:30’ da meydana gelmiştir.
o Göçen bina: 2 katlı/ workshop binalar
o Can kaybı: Binalarda oturan sakinler
o Göçük olayından önce meydana gelen anomaliler: Konverjans ölçümlerindeki artım hızı, tünel içi ve yerüstü
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Karstik Yapının Altında Açılan 14.6 km Uzunluğundaki Tünelde Su Gelirine İlişkin Olası Senaryolar
GIONA DAĞI
TünelDeniz
Tünel
Deniz
Kireçtaşı kütlelerinin ana boşalımının kaynakları
İKarstlaşma zonu
A Genel durumB Derinde gelişmiş bir karstik kanalın yol açacağı durum
İkincil boşalımın kaynakları
Yeraltı suyunun ana akışı
İkincil yer altı suyu akım yönü
Kireçtaşı Fliş Alüvyon Bindirme
0Kireçtaşı ince çatlaklı – karstik yapı değilKarstlaşma zonunun tabanıYer altı su seviyesi (karstik veya ince çatlaklı ortam)Doygun zonda akış yönüİletim zonunda akış yönü
(x)m2 birim kazı arınının alanıdır.Kaynak: Bieniawski et al, 2009’an basitleştirilerek.
Değerlendirme notu:
• Derinlik ve arındaki su geliri miktarı fay zonunda TBM ilerlemesini olumsuz etkilemektedir Fay• Derinlik ve arındaki su geliri miktarı fay zonunda TBM ilerlemesini olumsuz etkilemektedir. Faymalzemesinin “sıkı kil” olması arını “kuru” ortam yapmakta ve ilerleme daha yüksek olmaktadır.
• Verilen bir derinlikte artan arın su geliriyle TBM ilerlemesi önemli ölçüde azalmaktadır . Örneğinderinlik H > 200 m’de arında su geliri > 0 1 lt/dak/m2 ise TBM’nin ilerlemesi 1 m/gün’den küçük
1717
derinlik, H > 200 m’de arında su geliri > 0.1 lt/dak/m2 ise TBM’nin ilerlemesi 1 m/gün’den küçükolmaktadır. Bu düşük ilerleme hızı birim (kazı+iksa) giderinin çok yüksek olması demektir. Ayrıca, derintünellerde düşük ilerleme hızının TBM’nin “sıkışma riski”ni arttırdığı unutulmamalıdır.
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Denizaltı Tünellerin Güzergahını Belirleyen Temel ParametrelerDenizaltı Tünellerin Güzergahını Belirleyen Temel Parametreler
Çökel
Minimum kaya kalınlığı
Minimum kaya kalınlığı
o Karayolunun proje eğimi
o Su gelirini önleme ve tünel stabilitesini sağlamak için gerekli en az kaya kalınlığı
Kaynak: Palmström A 2002
1818
Kaynak: Palmström, A., 2002.http://www.rockmass.net/misc/norw/sub‐sea_tunnels.pdf .
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Fay Zonundan Geçen Denizaltı Tünelinde Kaya Formasyonunun Birim Metresindeki Çatlak Sayısı DeğişimiÇatlak Sayısı Değişimi
o Fay zonunda çatlak sıklığı
diğer bölgelerdeki sıklığa
DOĞUBATI
kıyasla daha yüksektir.
Dolayısı ile hidrolik bir basınç
altında bu çatlaklardan su
gelmesi yüksek olasılıktadır.
o Çatlak sıklığının yüksek
l d d l b d kiolmasından dolayı bu zondaki
basınç ve kayma dalgalarının
yayılma hızları ana kaya
kütlesine göre çok düşüktür
Kaya
KayaGevşek dolgu
kütlesine göre çok düşüktür.
Hızdaki bu belirgin anomali,
bu kritik zonların önceden
belirlenmesinde önem taşır.belirlenmesinde önem taşır.Eğik açılmış delgiler
1919Kaynak: Palmström, A., Huang, Z., 2007’ den değiştirilerek.http://www.rockmass.net/misc/paper/Norwegian_exp_in_Xiamen.pdf
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Tünel Derinliğinin Zayıf ‐ Ayrışmış Zon Geçişlerine Etkisi
A Durumu:
Tünel geniş zayıflık zonundan geçer. Bu
nedenle gerek delme patlatma gerekse TBM
ile yapılan kazılarda ciddi stabilite
problemleri sözkonusudur. Ayrıca, zemin/Fay zonu
Sığ tünel kaya iyileştirmelerine yönelik olarak
yapılacak enjeksiyon masrafları da daha
fazladır
Derin tünel
fazladır.
B Durumu:
A durumuna kıyasla daha sınırlı bir zayıflık
zonu genişliği sözkonusu olacağından
stabilite ve su sızıntıları problemleri göreceli
Kaynak: Palström A Nilsen B ?’ den değiştirilerek
olarak daha azdır. (Artan derinlikle birlikte
kemerleşme daha iyi oluşacağından iksa
basınçları açısından da avantajlıdır. Ayrıca
2020
Kaynak: Palström, A., Nilsen, B, ? den değiştirilerek. basınçları açısından da avantajlıdır. Ayrıca
permeabilite katsayısı da artan derinlikle
azalabilir).
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Su Derinliğinin Minimum Kaya Örtü Kalınlığı ile Değişimi
Zayıf kaya formasyonu:
o Yerinde basınç dayanımı düşük
İTünel o İçsel sürtünme açısı: 15° – 30 °
o Jeolojik dayanım indeksi GSI =10 – 30
o Yerinde taşıma kapasitesi düşük
iği, m İyi kaya formasyonu:
o Yerinde kaya basınç dayanımı yüksek
Su Derinl o Yerinde kaya basınç dayanımı yüksek
o İçsel sürtünme açısı: 30 ° – 45 °
o Jeolojik dayanım indeksi GSI= 60‐90
o Yerinde taşıma kapasitesi yüksek
Örnek: Su derinliği 100 m olan karayolu
tünelinde stabilite açısından minimum kaya
örtü kalınlığı iyi ve zayıf kaya formasyonunda
sırası ile 35 m ve 52 m olmaktadır.
2121
Minimum kaya kalınlığı, m
Kaynak: Palmström, A., 2002’den değiştirilerek
sırası ile 35 m ve 52 m olmaktadır.
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Norveç’ te Açılan Çeşitli Denizaltı Tünellerinde Bırakılan Minimum Kaya Topuğu Kalınlığıç ç Ç ş y p ğ ğ
75
Karayolu tüneli
Açıklama Temel tasarım ölçütü:
Denizden su gelirini
m
Boru hattı tüneliSu tüneli Stabil olmayan örnekler(*)
Denizden su gelirini
önlemek açısından kaya
topuğunun kalınlığı
Kalın
lığı, h k,
50 kesinlikle yeterli olmalıdır.
Örneğin 50 m (su+zemin
katmanı) olan bir karayolu
Kaya Örtü K
25
ZeminKaya
tünelinde kaya topuğunun
kalınlığı en az 30 m
olmalıdır
hk
hzhsu
Zemin
Tünel
olmalıdır.
0 50 100 150 2000
Temel Kaya Yüzeyine Kadar olan Derinlik, (hsu+hz) , m
2222Kaynak: Nielsen, 1994
(*) Zayıflık zonlarında oluşan göçükler
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
ρ1,ρ2 = Sırasıyla göçük öncesi ve sonrası zemin birim
hacim ağırlıkları
α1
( ) ⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠
12
2
2
H+DV = L H+D . + b + A.L =Göçük oluşmadan önceki hacim ‐ yerinde hacim ‐
tgα
2D +H D DV = L.H. + b + L.D + . + b = Göçükten sonra zemin/kaya kütlesinin hacmi
2⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠2
2 1 2
ç ytgα 2tgα tgα
Olası göçüğün yüksekliği aşağıdaki hacim koşulundan hareketle bulunabilir:
1 1 2 2
1
V .ρ = V .ρ
ρV V V
2323
∼11 1
2
ρu = , u = Zeminin hacimsel kabarma katsayısı, u = 1,2 1,5, Genellikle u = 1,3
ρ
12 1 1
2
ρV = .V = u.V
ρ
Kaynak: Nilsen, 1994
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Üç Şeritli Karayolu Tünelinde (Kesit alanı, A= 68 m2) Potansiyel Göçmenin Maksimum ç Ş y ( , ) y çYüksekliğinin, Zayıflık Zonu Genişliği, L, ve α1 ve α2 (α2 =40°) ile Değişimleri
u=1,3
α1=35°ekliği H
, m
ekliği H
, m
L= 2 m
L= 4 mu=1,2u=1,3G
öçük
Yükse
Göçük
Yükse
,
u=1,5
Olası
Olası
Kaynak: Nielsen, 1994.
Göçük yığınının yatayla yaptığı açı, α1, °L, m
Değerlendirme Notu:
Verilen geometrik koşullar için bulunan olası göçük yüksekliği, H “kaya örtü kalınlığı”ndan, Hk daima küçük
olmalıdır (H < Hk)
2424
olmalıdır (H < Hk).
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Kuru ve Suya Doygun Numunelerin Basınç Dayanımları Arasındaki İstatistiksel İlişkiler
60
70
Silttaşı Çamurtaşı Marn Tüfm
ı –suya
, s, M
Pa n=31, r= 0,888lab,s lab,kσ = 0,353.σ ‐ 2,41
Kuru numunenin tek eksenli basınç
mukavemeti arttıkça suya doygun numunenin
basınç dayanımı da artmaktadır. Bu artış lineer
40
50
i basınç da
yanım
numun
e –,σ
lab, bir istatistik modelle temsil edilebilir.
Suya doygun numunenin kuru numuneye
basınç dayanımı oranı ile, kuru numunenin tek
eksenli basınç dayanımı arasında kuvvetli bir
10
20
30
Tek eksenli
doygun
n eksenli basınç dayanımı arasında kuvvetli bir
istatistiksel ilinti elde edilmemiştir. Bünyesinde
önemli miktarda kil içeren silttaşı, çamurtaşı ve
marn gibi sedimenter kayaçlarda suya doygun
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0
10
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0
10
Tek eksenli basınç dayanımı – kuru numune – ,σlab,k, MPa
Barton 1995; 2000) (σlab,b= Sağlam numunenin tek eksenli basınç dayanımı, MPa⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
≈ ≈
⎛ ⎞⎜ ⎟
RMR‐50 RMR‐4515 15
GSI‐45lab,b15
Q 10 Q 10
σQ = 10
3333
⎝ ⎠⎜ ⎟⎝ ⎠
cQ = 10 .100
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Kaya Kütlesinin Permeabilite Katsayısı – Kaya Kütle Özellikleri Arasındaki İlişki (devam)
Sayısal Örnek
Soru:
25 m derinlikte bir tünelde jeolojik dayanım indisi GSI= 20 ile tanımlanan bir düşey zayıflık zonu geçilecektir. Kaya
numunesinin tek eksenli basınç dayanımı σlab,b= 10 MPa ve porozitesi %2’ dir. bu zonun permeabilitesini
kestirinizkestiriniz.
Çözüm:
Sınıflama sistemleri arasındaki çevrimler
o RMR= GSI + 5= 20 + 5= 25 , RMR= 25>23
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟RMR‐50 25‐50
o
o
⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠15 15Q = 10 = 10 = 0,0215
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠
lab,bc
σ 10Q = Q. = 0,0215. = 0,00215
100 100
o Barton 2002 abağından hareketle hesaplanan Qc=2,15.10‐3 ve verilen derinlik H= 25 m ve porozite n=%2
değerlerine karşı gelen permeabilite katsayısı L≈1000 Lugeon bulunur Böyle geçirimliliği yüksek bir zondan “su
⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠
c 100 100
3434
değerlerine karşı gelen permeabilite katsayısı L≈1000 Lugeon bulunur. Böyle geçirimliliği yüksek bir zondan su
geliri” beklenmesi yüksek bir olasılıktır.
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Kaya Kütlesinin Permeabilite Katsayısı – Kaya Kütle Özellikleri Arasındaki İlişki (devam)
Ey
Sert ‐Sert ‐çatlaklı
Sert ‐masif
Ana fay
Küçük fay
Sert gözenekli
çatlaklıYaklaşık derinlik, H, m
Ey‐1
Ey
Porozite,n
Olağanüstü zayıf
Aşırı zayıf
Çok zayıf
Zayıf Ortalama İyi Çok iyi
Aşırı iyi
Olağanüstü iyi
3535Kaynak: Barton, 2002.
Şekil – Kaya kütlesi permeabilitesinin Q sisteminde belirlenmesi
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Tünellerde Su Gelirinin Hesaplanması
Genel
Tünellerde su gelirinin hesaplanması yönelik “teorik modelleri”’ n kurulması oldukça zordur. Bu zorluk problemin
yapısından kaynaklanmaktadır. Özellikle kaya kütlesinin çatlaklılık geometrisini ve hidrolik parametreleri –
geçirimlilik, su akım çizgilerinin yörüngesi, su basıncının dağılımı vb. – tam olarak ortaya koyulması zordur. Aşağıda
verilen modelle kestirilen “su gelir”’lerinin sadece mühendise bir ön fikir verdiği unutulmamalıdır.
o Dengeli rejimde su gelirinin bulunması (Heuer, 1995; Dumlu, 2005).
o Düşey boşaltım modeli (Bkz Şekil a): Bu modelde geçirgen serbest akifer veya sabit hidrolik basıncı sağlayano Düşey boşaltım modeli (Bkz Şekil a): Bu modelde geçirgen serbest akifer veya sabit hidrolik basıncı sağlayan
deniz, göl gibi su kaynağı mevcuttur. Kaya kütlesi içinde açılan dairesel kesitli bir tünelde sözkonusu sınır
koşullarındaki su geliri
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
su
2π 6,28.kHq = kH =
Z Zln 2 ln 2
r r
ile belirlenebilir. Burada qsu= Birim tünel uzunluğu başına su debisi, Z= Tünelin aks örtü kalınlığı. Bir anlamda
serbest akiferde suya doygun kalınlıktır. r= Tünel kazı yarıçapı, H=Hsu + Z, Hsu= Deniz, göldeki su kalınlığı, k= Kaya
kütlesinin ortalama geçirimlilik katsayısı
3636
kütlesinin ortalama geçirimlilik katsayısı.
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Tünellerde Su Gelirinin Hesaplanması (devam)
Hsu
ZH H
r
Tünel
r
a Düşey rejim b Radyal rejim
o Radyal akım (Bkz Şekil b): Sonsuz kaya kütlesi içinde açılmış bir tünelde su geliri radyal yönde
Şekil – Tünellerde su gelirinin hesaplanması
gelişir. Akiferin etki yarıçapı Ro’ a bağlı olarak su geliri
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟
suo o
2π kHq = kH = 6,28.
R Rln ln
3737şeklinde yazılabilir. Burada H yer altı su seviyesinin tünel aksı ile arasındaki dik mesafeyi tanımlar.
⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
ln lnr r
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Tünellerde Su Gelirinin Hesaplanması (devam)
Etki yarıçapı Ro akifer kalınlığı bilinen serbest akiferde Ro=2Z alınabilir. Basınçlı akiferdeki etki
b t kif d ki l 10 d f bü ük l k k b l dil bili (D l 2005) Byarıçapı serbest akiferdekine oranla en az 10 defa büyük olarak kabul edilebilir (Dumlu, 2005). Bu
durumda radyal rejimde birim tünel uzunluğu başına gelen su debisi daha küçük olacağı açıktır.
o Tünel arınından sızan su geliri:
qarın= F. q
ile hesaplanabilir. Unutulmamalıdır ki bu ifadeden hesaplanan su geliri yaklaşıktır. F faktörü amprik
olup, büyük ölçüde kaya kütlesinin çatlaklılık durumuna bağlıdır. Projelerde F 1 ila 5 arasında değer
alır (Heuer, 1995). Örneğin çok az çatlak bulunmasında F= 1 alınabilir. Çatlaklı bir kaya kütlesinde
kaya permeabilitesine bağlı olarak F= 1 – 2 arasında değer alır. Sözgelimi k= 10 Lugeon için F= 1,5
kabul edilebilir. k> 30 Lugeon durumunda ise F= 3 – 5 arasındadır (Heuer, 1995).
3838
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Kaya Kütlesinin Permeabilitesi ve Çimento Enjeksiyon Uygulama Limitleri
Jeolojik yorumlama
Kaya malzemesi Birkaç çatlak Tipik çatlak koşulları Yapısal bozulma etkisiKaya malzemesi Birkaç çatlak Tipik çatlak koşulları Yapısal bozulma etkisi
Geçirimsiz Düşük su geliri Belirgin su geliri Yüksek su geliri
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Sayısal Örnek
Soru:
Basınçlı su deney sonuçlarına göre kaya kütlesinin permeabilitesi k= 2,5.10‐4 cm/sn bulunmuştur. Tünele su
i i i i dü ji d l ğ ö ö ül k di Hid lik ük kliği H 30 ld ğ ö l li i igirişinin düşey rejimde olacağı öngörülmektedir. Hidrolik yüksekliğin H= 30 m olduğuna göre olası su gelirini
hesaplayınız.
Çözüm:
Birim tünel uzunluğu başına su geliri
( )⎛ ⎞ ⎛ ⎞
‐6 ‐4 32π 6,28q = kH= . 2,5.10 x30 = 1,95.10 m / sn / 1m
2Z 20
q= 11,74 lt/dakika/1 metre tünel uzunluğu
mertebesindedir. Arından gelecek su ise ortalama F= 3 değeri için
( )⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
2Z 20ln ln 2x
r 3,6
g ğ ç
qarın= F . q = 3 x 11,74 = 35,2 lt/dak – 1 metre tünel uzunluğu için –
Yukarıdaki ifadeden açıkça görüldüğü gibi tüneldeki su geliri q, qarın büyük ölçüde kaya kütlesinin
permeabilitesine k ve akiferin hidrolik yüksekliğine H bağlıdır Tünel mühendisi fay zayıflık zonlarında kayapermeabilitesine k ve akiferin hidrolik yüksekliğine H bağlıdır. Tünel mühendisi fay, zayıflık zonlarında kaya
kütlesinin permeabilite katsayısının olağanüstü artacağını, daha açık anlatımla bu tür zonların geçişinde “su
gelir”’inin sürpriz boyutlarda olacağını hiçbir zaman unutmamalıdır. Ve bu zonları geçmeden önce gereken teknik
ö l l i ( j k i l ik kl ğ tt k ü kü t b t k l l ğ tt k ih
Düşük permeabilite Ortalama permeabilite Yüksek permeabilite
Permeabilite, k (m/sec)
*Pemeabilite sınıflandırması Beton Birliği Teknik Raporu, No.31, 1998’den alınmıştır.
5757
Kaynak: Celestino, 2001 ve Dimmock, 2010’dan değiştirilerek, Yapı Merkezi / Ar‐Ge Bölümü, 2010.http://www.ita‐aites.org/fileadmin/filemounts/general/pdf/ItaAssociation/ProductAndPublication/Training/TrainingCourses/SP1_2005.pdf
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Arın / Tavan Stabilitesini Arttırmak Suretiyle Varolan “Risk”in Etkin Şekilde Azaltılması
O
R = O x Z R RiskO Gözlenen
olasılıkZ Zarar
1
İyileştirilen arın iksası
Enjeksiyon yapılan zemin
Y ll k t l bi l
1
2
3
1 1
Yolların kapatılması, binaların boşaltılması
Arında göçük
3
2
Yeryüzü tasmanı, göçüğüKalıntı risk
Z
3
0 %100
Kaynak: Kovari and Ramoni, 2006.http://www.ita‐aites.org/fileadmin/filemounts/general/pdf/ItaAssociation/Organisation/Members/MemberNations/Malaysia/KN02.pdf
5858
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Riskli Oluşumun Gözlenme Olasılığı
Oluşma derecesi Olasılık yüzdesi
1 Çok düşük İhmal edilebilir < 1
2 Düşük Uzak olasılık > 1
3 Orta Mümkün > 10
4 Yüksek Yüksek olasılık > 50
5 Ç k ük k H h k i > 905 Çok yüksek Hemen hemen kesin > 90
Kaynak: Tunnel Design Guide, BTS, London, 2004.
5959
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Risk Yönetiminde “Etki” Açılımı
Etki Düzey Maliyet Zaman Saygınlık kaybıİşyeri güvenliği ve sağlığı
Çevresel
Projeİ
1Çok düşük
İhmal edilebilir İhmal edilebilirProje süresine etkisi yok
Yok İhmal edilebilirİhmal edilebilir
2 Düşük Belirgin> 1% Proje maliyeti
> 5% Proje süresi
Düşük düzeydekayıp
Minoryaralanma
Minor çevresel hasarmaliyeti süresi kayıp yaralanma hasar
3 Orta Ciddi> 5% Proje maliyeti
> 10% Proje süresi
Lokal basın / iş ilişkilerinde etkili
Önemli yaralanma
Çevresel hasar yöntemi gerekli
4 Yüksek
Projeningeleceğine etkili / İşveren ilişkilerinde
> 10% Proje maliyeti
> 25% Proje süresi
Ulusal basında projenin tartışmaya açılması / iş Can kaybı
Önleyicitedbirlerin
hukuksal sorunların başlaması
maliyeti süresiilişkilerine büyük ölçüde etkimesi
alınması
Ulusal boyutta Kamusal sağlık
5Çok yüksek
Projeyi ciddi ölçüde tehdit etmesi
> 50% Proje maliyeti
> 50% Proje süresi
firmanın saygınlık kaybı / iş ilişkilerinde ciddi sarsılmalar
Çoklu can kaybı
açısından veya ulusal kaynak korumasında geri dönülmez etkiler
6060
sarsılmalar etkiler
Kaynak: Tunnel Design Guide, BTS, London, 2004.
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Tünel projelerinde Risk Skor Matrisi
Etki derecesi
Oluşumun olasılığıÇok düşük
1Düşük
2Orta3
Yüksek4
Çok yüksek5
Çok düşük 1 İ İ İ İ TÇ ş
Düşük 2 İ İ T T B
Orta 3 İ T T B B
Yüksek 4 İ T B B TE
Çok yüksek 5 İ B B TE TEÇ y
Açıklamalar: İ İhmal edilebilirT Tolere edilebilirB Belirgin risk 10‐14
Kaynak: Tunnel Design Guide, BTS, London, 2004.
TE Tolere edilemez risk 15‐25
Risk = Riskli oluşumun olasılığı x Etki
6161
Kaynak: Tunnel Design Guide, BTS, London, 2004.
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
SU KANALLARI VE POMPALARISU KANALLARI VE POMPALARIo Genel
Tü l k i l i d l kl d l k l l l h d i i dTünel kazı ve işletmesi sırasında çatlaklardan sızan suların kanal aracılıyla su havuz dairesinde
toplanıp, su ihraç – pompa – sistemiyle yerüstüne tahliye edilmesi gerekmektedir. Su ihraç projesinde
en önemli parametrelerden biri su debisinin kestirilmesidir. Bu büyüklük tünelin geoteknik
çalışmasında yapılan “hidrojeolojik” etütlerden elde edilir. Ön proje yaklaşımında ise su debisi kaya
sınıflama sistemlerinde rapor edilen değerlerden yararlanabilir. Örneğin; RMR kaya sınıflama
sisteminde olası su gelirleri aşağıdaki mertebelerdedir. (Daha ayrıntılı bilgi için Palmström, 2009’ ag ş ğ ( y g ç ,
Boru iç çapının “D” seçimi pompa sisteminin enerji masrafları açısından önemlidir. literatürde
Bresse ifadesi olarak bilinen amprik formülden ekonomik – optimal – çap hesaplanabilir:
D = 1,5. Q , m
Q= Debi, m3/sn
(Özgür 1985’ den alıntılayan Arıoğlu Ergin ve Yılmaz 2001)
, Q ,
7171
(Özgür, 1985 den alıntılayan Arıoğlu, Ergin ve Yılmaz, 2001).
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Devamıdır…Lokal kayıpları dikkate almak için geometrik boru uzunluğunu 1,10 olarak arttırmak yeterli
olabilir. Bu takdirde turbanslı rejimde (λ≈0,02 için) çalışan bir su ihraç tesisinde pompa gücü kafi
yaklaşımla
N≈22,2.Δh.Q + 9,29.10‐3.L.Q0,5
bağıntısından hesaplanabilir. (Bu bağıntıda ve η= 0,60 kabul edilmiştir). Pompanın
l k ğ d ki kild ö il i i (A ğl E i Y l 2001)
D = 1,5. Q
çalışma noktası aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. (Arıoğlu, Ergin ve Yılmaz, 2001).
H, m
Pompa karakteristiğiHp=f(Q) (Devir sabit) Artan LArtan L
yükseklik, Σ
H Boru sisteminin tanımladığı eğriHboru= f(Q, L)
ΣHç
Yerüstü
onom
etriky
Pompa çalışma noktası Pompa
Δh
k b 3/
Toplam
mo
Δh= Geometrik kot farkı
7272
Akış Debisi, Q, m3/snQç
Şekil – Pompa ve su boru ihraç sistemine ait karakteristik eğriler ve pompanın çalışma noktası (Qç, ΣHç), artan boru geometrikuzunluğunun, L etkisi (Enerji masraflarının aşağıya çekilmesi açısından pompa çalışma noktası, aynı zamanda verilen devirsayısında pompanın maksimum verim noktası civarında olmalıdır).
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
POMPA SİSTEMİNDE DİKKAT EDİLECEK TEMEL HUSUSLARPOMPA SİSTEMİNDE DİKKAT EDİLECEK TEMEL HUSUSLAR
Pompa gücü, olası su “debi” ve “boru geometrisinde”’ ki artışları karşılayacak büyüklükte
tasarlanmalıdır.
Su kanal geometrik boyutları “verimli rejim” için tasarlanmalıdır. n pürüzlülük değerlerinin
seçiminde özen gösterilmelidir.
Tünel geçkisinde özellikle zayıflık/ fay zonlarının varlığı dikkate alınarak, ani ve büyük su
boşaltmalarına karşı hemen çalıştırılabilecek yedek pompa daima mevcut olmalıdır. Ayrıca, su
gelirini a altmak amac la tünel makine park nda enjeksi on ekipman b l nmal d r Başar lgelirini azaltmak amacıyla tünel makine parkında enjeksiyon ekipmanı bulunmalıdır. Başarılı
enjeksiyonda kullanılacak karışımın teknik özellikleri yanı sıra uygulanacak basınç seviyesi de
önemlidir.
Pompa tasarımında su ihracında tüketilen enerjinin daima optimalde olmasına özen
gösterilmelidir. Uzun tünellerde su ihracımasrafının önemli bir gider olduğu unutulmamalıdır.
TBM ile yapılan kazılarda arın önünden gelen sürekli ve büyük debili sular tünel ilerleme hızını
olumsuz etkiler. Özellikle su geliri yumuşak/ karışık kaya kütlelerinde arın stabilitesi açısından
da ciddi bir tehdit unsurudur
7373
da ciddi bir tehdit unsurudur.
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU
Sonuçlandırıcı Düşünceler
• Yerinde su sızıntı – Lugeon – deney sonuçlarının kaya kütlesinin çatlak parametreleri (RQD, çatlak sayısı,
çatlak açıklığı, dolgu malzeme türü, ayrışma derecesi, vb.) ile ilişkilerinin araştırılmasıç ç ğ g y ş ) ş ş