AVRASYA TÜNELİ DEPREM UYARI ve YAPISAL SAĞLIK İZLEME SİSTEMİ

Transkript

1 ÖZET: AVRASYA TÜNELİ DEPREM UYARI ve YAPISAL SAĞLIK İZLEME SİSTEMİ Süleyman TUNÇ 1, Mustafa HATIPOĞLU 2, R. Çağın YALÇINTEPE 2 ve Samim ADA 2 1 Elektronik ve Hab. Yük Müh.,Sentez Yer ve Yapı Müh. Tic. Ltd. Şti., İstanbul 2 Jeofizik Müh., Bölümü, Sentez Yer ve Yapı Müh. Tic. Ltd. Şti., İstanbul stunc@syy.com.tr Avrasya tüneli ya da İstanbul Boğazı Karayolu Tüp Geçişi Projesi, temeli 26 Şubat 2011 tarihinde atılan Asya ve Avrupa yakalarını, Kennedy Caddesi nde Kumkapı ile D-100 Karayolu nda Koşuyolu mevkii güzergahında deniz tabanının altından bağlayan ve boğaz geçişine imkan sağlayan karayolu tünelidir. Toplam güzergah tünel ve bağlantı yolları ile 14,6 kilometredir. Kumkapı ile Koşuyolu arasında yoğun trafikte 100 dakikaya varan seyahat süresinin 5 dakikaya kadar indirilmesi hedeflenmiştir. Sismik aktivitesi yüksek Kuzey Anadolu Fayı, Avrasya Tüneli güzergâhının 17 km yakınından geçiyor. Sismik aktivitelerden doğacak gerilme ve yer değiştirmeleri (kayma için ±50 mm, uzama/kısalma için ±75 mm olarak belirlenen) kabul edilebilir düzeye indirmek amacıyla tasarlanan iki sismik bağlantı noktası mevcuttur. Deprem davranışı ile ilgili tasarımda, moment büyüklüğü Mw = 7,25 kabul edilmiş olup; Tünelin 500 yılda bir görülebilecek depreme karşı servis şartları ve yılda bir görülebilecek depreme karşı ise güvenlik şartları bozulmaksızın davranabileceği ortaya konuldu. Tasarım aşamasında sismik bilezik konumlarının başarıyla saptandığı, Tünel inşaatı sırasında sürekli ölçülen kesici kafa döndürme moment (tork) değerleriyle doğrulandı. Tünel iki katlı olup 2. katına 9 adet Guralp Marka CMG-5TCDE ve Sismik bağlantı noktalarındaki yerdeğiştirmeleri ölçmek için her bir sismik bağlantı noktasına 9 adet lazer sensör olmak üzere 18 adet lazer sensör, Guralp Marka sayısallaştırıcıya bağlanarak, ivme ve yerdeğiştirme sensörlerin verilerinin aynı programda alt alta çizilerek görülmesi sağlandı. Deprem sırasında oluşan yer hareketine ait en büyük ivme değerinin (PGA) 0.25g yi geçmesi durumunda, tünel kapatma prosüdürleri devreye girecek şekilde seviye tetikleme sistemi hazırlandı. ANAHTAR KELİMELER: Deprem Alarm sistemi, yapısal sağlık izleme sistemi, ivmeölçer, yerdeğiştirme ölçer, tünel, gerçek zamanlı izleme.

2 ABSTRACT: EURASIA TUNNEL EARTHQUAKE WARNING and STRUCTURAL HEALTH MONITORING SYSTEM Eurasia Tunnel (Bosporus road tube tunnel project) broke ground The tunnel connects under the sea basement Asia and European sides and provides passing through under the sea basement by car between Kumkapı, Kennedy Avenue in European side and Koşuyolu in Asian side. Total route tunnel and linking roads is 14.6 km. The aim of the project is decreasing travel time to 5 minutes between Kumkapı and Koşuyolu, which can be reached 100 minutes in heavy traffic. North Anatolian Fault, which has high seismic activity, passes 17 km away from the Eurasia Tunnel route. There are two seismic joint points designed for decreasing stresses and displacements (set for shear ±50 mm, for extension/shrink ±75 mm) caused by seismic activities in acceptable level. Designing in earthquake response proved that for moment magnitude Mw = 7,25; service state of the tunnel can stands against the earthquake occurred in 500 years and security state of the tunnel can stands against the earthquake occurred in 2500 years without any deterioration. Succession of determination of the Locations of the seismic collars in design has been proven by continuous measurement of the spinning moment of the cutting head (torque) during tunnel construction. Acceleration and displacement data can be displayed on the same software and the screen by connecting to Güralp digitizer both laser sensors placed 9 laser sensors every seismic joint for measuring displacement on the seismic connection points in total 18 and 9 Güralp CMG-5TCDE on the second floor of the tunnel. Triggering system has been designed for engaging the tunnel shutdown procedures in case of exceeding Peak Ground Acceleration (PGA) value 0.25g during the earthquake. KEYWORDS: Earthquake Alarm System, Structural Health Monitoring System, accelerometer, displacement sensor, tunnel, online monitoring.

3 1. GİRİŞ Avrasya tüneli Projesinin temeli 26 Şubat 2011 tarihinde atılmış ve Asya-Avrupa yakalarını, Kennedy Caddesi nde Kumkapı ile D-100 Karayolu nda Koşuyolu mevkii güzergahında deniz tabanının altından bağlayan ve boğaz geçişine imkan sağlayan karayolu tünelidir, Şekil 1. Toplam güzergah tünel ve bağlantı yolları ile 14,6 kilometredir. Kuzey Anadolu Fayı, Avrasya Tüneli güzergâhının 17 km yakınından geçiyor. Sismik aktivitelerden doğacak gerilme ve yer değiştirmeleri (kayma için ±50 mm, uzama/kısalma için ±75 mm olarak belirlenen) kabul edilebilir düzeye indirmek amacıyla tasarlanan iki sismik bağlantı noktası (seismic joint) mevcuttur. Şekil 1. Tünel Güzergahı Deprem davranışı ile ilgili tasarımda, moment büyüklüğü Mw = 7,25 kabul edilmiştir. Tasarım aşamasında sismik bilezik konumlarının başarıyla saptandığı, Tünel inşaatı sırasında sürekli ölçülen kesici kafa döndürme moment (tork) değerleriyle doğrulandı. Tünel iki katlı olup 2. katına 9 adet Guralp Marka CMG-5TCDE ve Sismik bağlantı noktalarındaki yerdeğiştirmeleri ölçmek için her bir sismik bağlantı noktasına 9 adet lazer sensör olmak üzere 18 adet lazer sensör, Guralp Marka sayısallaştırıcıya bağlanarak, ivme ve yerdeğiştirme sensörlerin verilerinin aynı programda alt alta çizilerek görülmesi sağlandı, Şekil KURULUM 2.1. İvmeölçer ve Sayısallaştırıcı Kurulumu Şekil 2. Sensör Yerleşim Planı Öncelikli olarak kurulum noktaları ziyaret edilerek, kurulum yerlerine uygun dizaynlar yapıldı. Özellike ivme ölçer sensörlerin montajının, tünel yapısında bulunan bileziklerin sadece birinin üzerine gelecek şekilde yapıldı, Şekil 3. İvmeölçer olarak Güralp Systems e ait CMG-5TC (Şekil 4) ve sayısallaştırıcı olarak da CMG-CD24S3EAM (Şekil 5) kullanılmıştır. Bu cihazlara ait özellikler aşağıda verilmiştir. Bu sensörlerin gücü; bir biririnin yedeği olan 24V luk iki güçkaynağı üzerinden verilmiştir.

4 Şekil 3 İvmeölçer yerleştirme dizaynı Şekil 4. CMG-5TC ivmeölçer Şekil 5. CMG-CD24S3EAM 24 Bit sayısallaştırıcı

5 İvmeölçer ve sayısallaştırıcı Özellikleri 24-bit Strong Motion Accelerometer Type : Triaxial Orthogonal Bandwidth : DC- 100 Hz Output Sensitivity : ±2g High Gain Outputs : 0.4g, 0.2g, 0.1g, 0.05g or 0.01g Dynamic Range : 165 db Peak/Full scale output : ±10 V differential Clip level (2g) : ±2.1g Self-noise below NLNM : < 1 μg rms Cross axis rejection : g/g Linearity : 0.1 % full scale Acquisition modes : Continuous (ring buffer) and triggered Calibration & test : Independent signal & enable lines exposed on sensor connector Data : Offloaded automatically to removable thumb drive connected to the USB host port. Parallel recording (mirroring) data on an external USB thumb drive. File formats : MiniSEED,GCF,SAC and ASCII Data storage : Internal USB, minimum 16 GB Program storage : Internal,4 GB Interfaces : 1 x Ethernet 10/100BaseT (M6 connectors) 1 x USB 2.0 Device Port for data access 1 x USB 2.0 Host Port for peripherals 1 x RS-232 for Data access 2 x Port for Sensor A and B 1 x Port for GPS 1 x Port for Power Power consumption (12 V DC) : 2.6 W (With GPS) Power voltage range : 9 36V DC Operating temperature : -20 to +75 C

6 Şekil 6. İvmeölçer sensör, sayısallaştırıcı ve güç kaynağının montaj sonrası görünümü Yerdeğiştirme ölçer (Laser sensör) ve Sayısallaştırıcı Kurumumu Ortamın temiz olmaması dolayısı ile yerdeğiştirme sensörü olarak kullanılmak üzere lazer sensörler seçildi. Üç eksende de ölçü alabilmek için yapılan dizayna 3 adet lazer sensör monte edilerek sayısallaştırıcıya bağlandı. Sismik bağlantı noktasının mesafesinin uzun olması nedeni ile bir kol dizayn edilerek bir tarafın hareketinin diğer tarafa bağlı sensörlerin önüne gelmesi sağlandı, Şekil 7,8,9. Şekil 7. Yerdeğiştirme sensörlerin ait dizayn

7 Şekil 8. Yerdeğiştirme sensörlerin ait dizayn Şekil 9. Yerdeğiştirme sensörlerin ait dizayn Yer değiştirme sensörünün özellikleri Measurement range : mm Geometric resolution : 0.1 mm Measuring accuracy : 1 % Reference value, accuracy of measurement:measurement distance Repeatability : 0.5 % Reference value repeatability : Measurement distance Measurement time : 2 ms Supply voltage : V, DC Analog output Type : Voltage Dimension (W x H x L) : 21 mm x 50 mm x 50 mm Housing material : Plastic, PC Lens cover material : Glass Net weight : 50 g Ambient temperature operation : C Ambient temperature storage : C

8 Şekil 10. Yerdeğiştirme sensör ve sayısallaştırıcı montaj sonrası görünümü. Tünel içerisine; 9 adet ivmeölçer sensör, 18 adet yerdeğiştirme ölçer lazer sensör ve bunların bağlı olduğu 15 adet sayısallaştırıcı kullanılmış olup, tünel dışında bulunan kontrol odasına, trigger için CMG-NAM ve Serverlaer kurulmuştur. Bunların şematik çizimi Şekil 11 de gösterilmiştir Yazılım Kurulumu Şekil 11. Yapısal sağlık izleme sistemi ve deprem uyarı sistemi şematik çizimi Serverlarda veri arşivleme ve sensör kontrol yazılımı SCREAM (seismometer configuration, real-time acquisition and monitoring) kullanılmıştır, Şekil 12. Toplanan verilerin analizinde ise; ART (Strong-Motion Analysis and Research Tool) yazılımı kullanılmıştır, Şekil 13.

9 Şekil 12. Scream yazılımı ana pencere görünümü Şekil 13. ART yazılımı ana pencere görünümü

10 Deprem sırasında oluşan yer hareketine ait en büyük ivme değerinin (PGA) 0.25g yi geçmesi durumunda, tünel kapatma prosüdürleri devreye girecek şekilde seviye tetikleme sistemi hazırlandı. Bunun için CMG-NAM üzerindeki algoritmada 9 sensörden herhangi 7 sinin 5 sn içinde bu değeri aşması durumunda trigger alarm tetiklemesi ayarlandı, Şekil 14. Şekil 14. CMG-NAM Trigger algoritması Şekil 15 de, CMG-NAM den gelen trigger sinyalini Windows-Server da sesli ve görsel uyarıyı veren SAS (Sismic Alarm System) programın çıktısı görülmektedir. Siyah ekran; Eğer Windows server ile CMG-NAM arasında bağlantı yok ise görülmektedir. Yeşil ekran bağlantı sağlandığında ve kırmızı ekran ise alarm oluştuğunda görülmektedir. Şekil 16 da ise sensörlerin durumunu ve NTP (Network Time Protocol) üzerinden senkronizasyonlarını saat başı kontrol ederek raporlayan Station Monitoring System programının çıktısı görülmektedir.

11 Şekil 15. SAS programının görünümü Şekil 16. Station Monitoring System programının görünümü

12 2.4. İsimlendirme Sensörlere isim verilirken, sensörlerin yerleri dikkate alınarak yapılmıştır. İsimlendirmeye ait detaylar aşağıda verilmiştir. TEA001; T : Tünel E : Europe A : Asia EA : from Europe to Asia 001 : 1. EAM ACC01; ACC : Acceleration sensor 01 : 1. Accelerometer SJ101; SJ : Seismic Joint 1 : 1. Joint (Europe side) 01 : 1. sensör. 3. ÖRNEK DEPREM Şekil 17. Sismik Joint isimlendirme sırası 12 Haziran 2017 tarihinde Karaburun Açıkları Ege Denizi nde yerel saat ile 15:28 de (12:28 GMT) aletsel büyüklüğü Ml=6.3 (Mw=6.2) olan şiddetli bir deprem meydana gelmiştir. Depremin odak derinliği yaklaşık 20 km civarında olup sığ odaklı bir depremdir. Deprem İzmir, Manisa, Aydın, Balıkesir ve İstanbul olmak üzere geniş bir alanda hissedilmiştir. Şekil 18. Karaburun Açıkları Ege Denizi (Ml= 6.3) depreminin lokasyon haritası

13 Depremin merkez üssünün Avrasya Tüneline uzaklığı yaklaşık 320 km civarındadır. Depremin ivme ölçerlerdeki kaydına bakıldığında en büyük PGA sismik jointler arasında kaydedilmiş ve yaklaşık, 2.5 gal (cm/s^2) civarındadır. Bu deprem aynı zamanda sismik jointlerin tünel boyunca (Avrupa-Asya yönünde) yaklaşık 140 um (mikrometer) lik bir hareket kaydedilmiştir. Şekil 19. Şekil 19. Karaburun Açıkları 12 Haziran 2017, 12:28 GMT aletsel büyüklüğü Ml=6.3 (Mw=6.2) depremi KAYNAKLAR. Proje bilgileri, Yapı Merkezi İnşaat ve Sanayi A.Ş. ve SK Engineering & Construction Co.Ltd. Adi Ortaklığı İşletmesi / YMSK Joint Venture İstanbul Boğazı Karayolu Tüp Geçişi Projesi İstanbul Strait Road Tube Crossing Project. Basın Bülteni (2017), 12 Haziran 2017 Ege Denizi Depremi, Boğaziçi Üniversitesi, Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü,