YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü. TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU

Transkript

1 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 8. Bölüm (Sığ ve derin tünel kazı faaliyetlerinden kaynaklanan zemin ve bina hareketleri teorik yaklaşım, geri çözümlemeye dayanan amprik yöntemler ve sayısal örnekler ) Prof. Dr. Müh. Yapı Merkezi AR&GE Bölümü 009 1

2 Tünel kazı işleminden kaynaklanan yüzey çökme eğrisi Çökme konturu S mak H= Örtü tabakası kalınlığı D= Tünel kazı çapı Z=Tünel aksderinliği D Z=H+ H Kaynak: Leca, E, 007.

3 Kalkanlı tünel makinesiyle açılan tünel zemin çökmesinin değişimleri 1. Zon. Zon 3. Zon 4. Zon 5. Zon Çökme 1: TBM önündeki çökme : Arın önündeki zemin çökmesi 3: Kalkan geçişi ş süresindeki çökme 4: Kuyruk boşluğundan kaynaklanan çökme S max = Maksimum zemin çökmesi Arın Kuyruk Segment 5: Devam eden çökme 1. Zon: Tünel açma makinesinin önündeki zemin çökmesi. Örneğin, kum içinde açılan tünelde bu çökme yeraltı suyunun alçalmasıyla ilintilidir.. Zon: Arın önündeki zemin çökmesidir. Bu çökme genellikle makinenin cephesine uygulanan arın basıncı nın yeterli olmaması ile yakından ilintilidir. Örneğin; bentonit bulamacının kullanıldığı tünellerde arın basıncı, sürekli şekilde değişmeden uygulanabildiğinden dolayı adımda gözlemlenebilecek çökmenin büyüklüğü çok küçüktür. 3. Zon: Tünel makinesinin arını geçerken zeminde oluşan çökmedir. Bu bölgedeki çökme genellikle makinenin fazla kazı yapması ve kalkanın ilerleme yönünden sapmasıyla yakından ilintilidir. 4. Zon: Kuyruk kısmında çökme kalkan ile segment arasındaki boşluktan kaynaklanan bu çökme, zamanında ve kaliteli şekilde uygulanacak çimento şerbeti yleminimize edilebilir. 5. Zon: Bu çökme genellikle zeminin uzun süreli oturması örneğin; yumuşak killerde boşluk basıncının zamanla azalması ile ilintilidir. Kaynak: Suguyama et al

4 Kalkanlı a tünel makinelerinde ee degözlemlenen e e tamamlanan a a a toplam zemin çökmesinin yüzde dağılımı Çökme, S Arın Kazı Zemin türü Arın önünde, % Kuyruk kısmının geçmesi durumunda, % Kum Yeraltı su seviyesinin altındaki kum Katı killer Siltler ve yumuşak killer Kaynak: Craig ve Muir Wood, 1978 den alıntılayan Möller, 006 4

5 Tünellerde Kazı Faaliyeti Sonucu Oluşan Tasman Büyüklükleri Dönüm noktası Sınır Açısı β=45 (φ/) Yüzey Oturma Eğrisi Gauss Hata Fonksiyonu S=S.e maks Etki alanı : 3 i Sınır Açısı: φ β =45 x i φ=zemin/ kaya kütlesinin içsel sürtünme açısı Zemin Kaybı V k +3i k mak maks 3i V = S.dx= π.i.s,5.i.s Kaynak: Arıoğlu, B., Yüksel, A., Arıoğlu, Ergin, 00 5

6 Tünellerde Kazı Faaliyeti Sonucu Oluşan Tasman Büyüklükleri Maksimum Eğim, (x= ±i) de ds = 0,607. dx x=±i S maks i Yatay Yerdeğiştirme Eğrisi x V=.S Z Z o Maksimum Yatay Yerdeğiştirme (x= ±i) de i V maks = 0,607.S Z Z o maks ε çekme Deformasyon Eğrisi x dv S maks x i =. 1.e dx Zo i Basınç Bölgesinde Maksimum Deformasyon ε ε basınç ε = S i ( ) maks b,maks x=0 Kaynak: Arıoğlu, B., Yüksel, A., Arıoğlu, Ergin, 00 Çekme Bölgesinde Maksimum Deformasyon maks ( ε ç,maks ) x=± 3 i S =0,466 Z o 6

7 Tasman Profillerinin Değerlendirilmesinde Kullanılan İstatistiksel Yaklaşım Yüzey Oturma Eğrisi Gauss HataFonksiyonu S=S.e maks x i Dönüşümler ln( S ) = Y x =X Dönüm 1 noktası =A i Sınır Açısı β=45 (φ/) 1 ln ( S ) Doğrusal Değişim Y=AX+B maks = B Kaynak: Arıoğlu, B., Yüksel, A., Arıoğlu, Ergin, 00 7

8 Tünel kazı faaliyetlerinden kaynaklanan çökmenin tasman değişim ğ ş eğrisi ğ o Birim ilerleme için çökme eğrisinin tanımladığı hacim V= π.i.s,5.i.s t mak mak o Hacimsel zemin kaybı Vt,5.i.S mak i.s mak V k = x100 = x100 = 318,4., % V π D D 4 o Maksimum zemin çökmesi 3 3,14.10 D S mak = V i i=a.z o o Zemin çökmesinin analitik eğrisi k S = 3 3,14.10 D X V.exp A.Z o A Z k o A= Regresyon katsayısı V k = Hacimsel zemin kaybı 8

9 Kalkanlı a tünel makinelerinin e günlük ü ilerleme eehızının zemin çökmesi üzerine e etkisi (Madrid Metrosu Yumuşak zemin/ kaya kütlesi) 0.8 o E= Geçilen zeminin elastik modülü 0.7 o S= Çökme E.S γd o γ= Zeminin birim hacim ağırlığı o D= Tünel kazı çapı, D= 7,9 m o Geçilen formasyon: o Kil/ kum: c = 35 kpa, E= 11 MPa o Marn: c =330 kpa, E= 00 MPa Günlük ilerleme hızı, m/gün Değerlendirme Notu: Artan ilerleme hızı ile arın çökmesi kontrol edilebilir. Özellikle sanat yapılarının (önemli viyadük ayakları, derin temel sistemleri vb.) altından geçerken ekonomik olarak uygulanacak pratik yöntemdir. Kaynak: Otea ve Moya?, sayfa 71. 9

10 Aşırı konsolide olmuş killerde zemin hacim kaybının, yük faktörü ile değişimi im Kaybı, V k, k % Zemin Haci YF = 0,3exp4, 4YF Yük Faktörü, YF Kaynak: Macklin, 1999 dan alıntılayan Möller, 006 YF YF = 0,3exp4,4YF N YF = N g Stabilite sayısı : D P ek + γ H+ Pi N= cu Göçme moduna karşı gelen stabilite sayısı D P ek + γ H+ Pg N g = c c u P ek = Trafik, bina temellerinden aktarılan ek basınç γ= Zeminin birim hacim ağırlığı H= Örtü kalınlığı D= Tünel kazı çapı c u = Drenajsız kohezyon P i, P g = Sırasıyla çalışma koşulunda ve göçme modunda d arına uygulanan minimum arın basıncı 10

11 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Londra Docklands Thames Nehri Batı Yakası Hafif Metro Tünellerinde Ölçülen Yerüstü Çökme ve Hacim Kayıp Yüzdeleri (Tünel çapı 5,85 m bentonit bulamaçlı kalkan tünel makinesi, günlük ilerleme m) Ölçüm istasyonlarına ait geoteknik profiller MS 1 MS MS 3 MS 4 MS 5 MS 6 MS 7 MS 8 Derinlik, mpd D Ölçüm istasyonu Yapay p y dolgu g Teras çakılı Kaynak: Yu, Akagi, 003. Tabakalı silt// kum,, kil,, ççakıltaşı ş katmanı Thanet kumu 11

12 Devamıdır Güney tüp Kuzey tüp Ölçüm istasyonu Z o, m S mak V k S mak V k MS 1 17,43 5,4 0,85 4,5 MS 1,43 4,1 0,70 MS 3 17,43 5,4 0,97 8,4 0,86 MS 4 16,43 6,7 MS 5 13, , , , ,64 MS 6 13,83 5,5 0,46 7,7 0,91 MS 7 16,43 6,4 0,54 1,0 0,79 MS 8 14,53 10,6 0,78 Z o = Tünel aks derinliği, S mak = Maksimum ki yerüstü üçökmesi, V k = Zemin kayıp yüzdesi Kaynak: Yu, Akagi,

13 Tasman Eğrisi Dönüm Noktasının Farklı Yaklaşımlarla Belirlenmesi Tasman Kaynaklanan Zemin Kaybı: V = π.i.s =,506.i.S k mak maks Tünel cidarındaki zeminin elastıksınırlar içerisinde yapacağı radyal kapanma u dolayısıyla oluşacak zemin kaybı V= t π.u.d D 1+υ u=.. P ek +.Z Ey V=V t k ( γ ) kabulu ile D P ek + γ.z o i = 0, υ S maks Ey o ( ) D= Tünelin eşdeğer çapı, Z o = Tünel aks derinliği γ= Zemin/ kaya kütlesi birim hacim ağırlığı ν= Poisson oranı, E y = Yerinde elastisite modülü, S maks = Maksimum Yüzey Tasmanı P ek = Yapı veya trafik yükünden kaynaklanan ilave yük miktarı elde edilir Kaynak: Arıoğlu, B., Yüksel, A., Arıoğlu, Ergin, 00 13

14 Yerinde elastik modül, E y = f(laboratuar basınç dayanımı, σ lab,b, Jeolojik dayanım indisi, GSI) değişimleri E y, GPa GSI 10 lab,b 40 σ E y = Hoek ve Brown, 1997 σ lab,b, MPa 14

15 Tasman Eğrisi Dönüm Noktasının Farklı Yaklaşımlarla Belirlenmesi Çökme Teknesi Etki Alanı Prensibine Göre Dönüm Noktası Değeri D D D 3i=.cosβ + Zo +.( 1+sinβ) tgβ o Siltli kil ve kireçtaşı marn tabakalarının ortalama içsel sürtünme açısı φ ort =(9+45)/ 7 o alınırsa, β=45 (7/) 30 o, Z o =16,35 m 1 9,6 9,6 9,6 i=..cos ,35 +.( 1 + sin30 ) tg30 3 İ =5,00m İçsel sürtünme açısı, φ m m Noktası, i, Dönüm Tünel eşdeğer çapı D= 9,6 m Tünel aks derinlik, Z o, m Kaynak: Arıoğlu, B., Yüksel, A., Arıoğlu, Ergin, 00 15

16 Madencilik yöntemiyle belirlenen dönüm noktası absisinin, i, tünel aks derinliği, Z o ile değişimleri ve çeşitli zemin türleri için önerilen i=f(z o ) bağıntıları Dk i = 0, ,333Z o.tgβ cosβ φ β = 45 φ= İçsel sürtünme açısı, β= Sınır açısı D k = Tünel kazı çapı, m Kabataş Füniküler Sistemi D k 6,7 m(0+085 m) tek hatlı D k 13,7 m(0+058 m) çift hatlı Taksim Kaynak: Arıoğlu, Ergin, vd.,

17 (i = A. Z o ) Bağıntısında A nın Zemin Türüne Bağlı Değişimi Zemin türü A Kaynak Katı Killer 0,4 O Reilly New, 198, Kumlu Katı Killer 0,5 0,6 Oteo vd., 1999 Yumuşak Siltli Killer 0,7 Glossop, 1978 Kil ve Granüler Karışık Zeminler 0, 0,3 Rankin, 1988 Bütün Zeminler Ortalama 0,5 O Reilly New, 198, Glossop, 1978 Karışık Zemin (Kireçtaşı Marn, Katı Kil, Sitli Kil 0,38 Bu Çalışma, YATM Metodu, D=9,6 m, Z o =9 0 m Kaynak: Arıoğlu, B., Yüksel, A., Arıoğlu, Ergin, 00 17

18 (i = A. Z o + B) Bağıntısında ğ A ve B nın Zemin Türüne ü Bağlı Değişimi i i Zemin türü İfade Açıklama Kaynak Kohezyonlu Killer i =0,43 Z o + 1.1, (m) Şildli Tünel Granüler Zeminler i =0,8 Z o 0.1, (m) O Reilly New, 198, Hamza, 1999 O Reilly New, 198, Hamza, 1999 Killi Zeminler i =0,40 040Z o , (m) Genelde Şild Tünel Açma Metodu, Genelde Yapı Merkezi, 199, killi Zeminler Karışık Zemin i =0,386 Z o +.84, (m) YATM Tünel Metodu Yapı Merkezi, 199 Karışık Zemin (Kireçtaşı Marn, Katı Kil, Sitli Kil i =0,40 Z o + 1.9, (m) (i= Zemin çökme eğrisinin dönüm noktası absisi, Z o = Tünel aks derinliği) M. İnönü Tüneli ve Herzog,1985 Dataları n=38 data, r=0,791 Bu çalışma Kaynak: Arıoğlu, B., Yüksel, A., Arıoğlu, Ergin, 00 18

19 Farklı Zemin Türlerinde ((i/d)=a.(z (Z o /D) n ) ifadesine i ait A ve n Değerleriğ Zemin türü A n Açıklama Kaynak Kil Schimdt,1969, Hamza vd., 1999 Kil Uzun vadeli Tasman Atwell,1981,, Hamza vd., 1999 Kil Leca, 1989 Kil YATM, Şild ve Hidrolik Şild Arıoğlu vd., 199 Kum Çakıl Yeraltı Su Seviyesi Üzerinde Atwell,1981 Kum Çakıl Yeraltı Su Seviyesi Altında Atwell,1981, Hamza vd., 1999 Kum Çakıl Yeraltı Su Seviyesinden Bağımsız Atwell,1981, Hamza vd., 1999 Kum Çakıl Arıoğlu vd., 199 Dolgu Atwell,1981 Karışık Zemin (Kireçtaşı Marn, Katı Kil, Sitli Kil 1, 181 0,78 M. İnönü Tüneli ve Herzog, 1985 verileri, n=38 data, r=0,779 Bu Çalışma Kaynak: Arıoğlu, B., Yüksel, A., Arıoğlu, Ergin, 00 19

20 (i = A. Z o o) ve (i = A. Zo + B) Değişimleri ğ ş 5 YapıMerkezi M. İnönü (NATM) Tüneli Yapı Merkezi Ümmühanana (EPBM) Tüneli NATM Tünelleri (Herzog,1985 Dataları) Şild (Herzog, 1985 Dataları) Bütün Datalar i=0.40 Zo+1.9 r = n= 38 Dönüm Noktası Abs Ab bsisi, i, i, m Hidrolik Şild(Herzog, 1985D Dataları) Yumuşak Siltli Kil Zeminler i=0,70.z o Analize Dahil Edimeyen Datalar Katı Killer i=0,40.z o M.İnönü Tüneli i=0,38.z o Tünel aks Derinlik, derinliği, Z o, Zm o, m Derinlik, Zo, m Granüler Zeminler i=0,5.z o Kaynak: Arıoğlu, B., Yüksel, A., Arıoğlu, Ergin, 00 0

21 Dönüm Noktası Tünel Geometrisi i İlişkileri i (Dö önüm Nokta ası Absisi/Tü ünel Yarıçap ı) [i/d] 5 Yapı Merkezi M.İnönü (YATM) Tüneli Yapı Merkezi Ümmühanana (EPBM) Tüneli YATM Tünelleri (Herzog, 1985 Dataları) Şild (Herzog, 1985 Dataları) Hidrolik Şild (Herzog, 1985 Dataları) i/d =1.181(Zo/D) 0.78 r = n=38 Analize Dahil Edimeyen Datalar (Derinlik/Tünel Çapı) [Zo/D] Kaynak: Arıoğlu, B., Yüksel, A., Arıoğlu, Ergin, 00 1

22 Yü YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Örnek: Dönüm noktasının belirlenmesi Mevhibe İnönü Tüneli MS14A (km 6+488) deki Jeolojik Kesit ve Geoteknik Büyüklükleri N DT-9 Sondaji RQD,% N=17 N=80 RQD=%18 RQD=%16 RQD=%8 0 0 Derinlik, m i= 6.5 m üzey Oturması Kireçtaşı S, mm Dönüm noktası Dönüm Noktasi N=88 RQD=%10 8 Marn Kireçtaşı Zo=16,35 m RQD=%0 10 Marn N= Kil N=50 N=45 N= Siltli Kil RK= N= m 0 Ölçek Kaynak: Arıoğlu, B., Yüksel, A., Arıoğlu, Ergin, 00

23 Tasman Eğrisi Dönüm Noktasının Farklı Yaklaşımlarla Belirlenmesi Veriler: D 9,60 m Z o = 16,35 m o Yerinde Elastiste Modülü, GSI 10 lab,b 40 σ E y = , Hoek ve Brown, 1997 γ ort = 0 t/m 3 P =1 ek t/m RQD =%15 için GSI=5 σ lab,b =17,0 MPa ν 0,5 S max = 0, m (km deki ölçüm sonucu) E y =.10 =1GPa = t/m 100 o Dönüm Noktası Değeri D P+γ.Z ş o i = 0, υ S maks Ey ( ) (9,6) ,35 i = 0,68... ( 1 + 0,5 ) = 6,9 m 0, Kaynak: Arıoğlu, B., Yüksel, A., Arıoğlu, Ergin, 00 3

24 Regresyon Analiz Sonuçları ve Maksimum Tasman Miktarının Tahmini (*) İstasyon No km Tünel aks derinliği, Z o, m Ölçülen Tasman, S ö, mm Regresyon Doğrusu Sabiti B Korelasyon Katsayısı r Hesaplanan Tasman, S h, mm Hata Miktarı ±Δ, % (**) MS ,75 8 3,584 0,98 6, MS ,65 18,734 0,985 9, MS ,65 14,646 1,000 13,66.5 MS , ,355 0,998 5, MS ,95 18,8175 0,97 16, MS ,5 17,9469 0,995 19, MS ,35 8,8336 0,997 17, MS ,65 3 3,1754 0,999 3, MS.14A , ,4594 0,994 31, MS ,5 8 4,3940 0,989 80, MS , ,0356 0,985 56, MS ,75 5,4431 0,988 11, MS , ,6174 0,999 37,1 8.6 MS , ,587 0,96 36, MS ,79 8,7343 0,955 15, MS.3A ,9 19 3,181 0,997 4, MS ,87 16,993 0,987 19, MS , ,5543 0,910 34, (*) Analiz verileri (Yapı Merkezi,1994 ) kaynağından alınmıştır. (**) Sh Sö Hata miktarı ±Δ = 100 S h şeklinde hesaplanmıştır. Kaynak: Arıoğlu, B., Yüksel, A., Arıoğlu, Ergin, 00 4

25 Tasman Profillerinin İstatistiksel Değerlendirilmesi Yüzey Oturması, S, mm Mesafe, x, m Ölçülen Hesaplanan Y Y = X r = X MS Ölçüm Kesitine Ait Çökme Profili ve Dönüştürülmüş Regresyon Doğrusu Yüzry Otur rması, S, mm Mesafe, x, m Ölçülen Hesaplanan Y Y = -0.09X r = X MS 3a Ölçüm Kesitine Ait Çökme Profili ve Dönüştürülmüş Regresyon Doğrusu Kaynak: Arıoğlu, B., Yüksel, A., Arıoğlu, Ergin, 00 5

26 Tasman Profillerinin İstatistiksel Değerlendirilmesi Yüzey Oturması, S, mm Mesafe, x, m Ölçülen Hesaplanan Y.0 Y= X r = X MS14 14a Ölçüm Kesitine Ait Çökme Profili ve Dönüştürülmüş ül ü Regresyon Doğrusuğ Yüzey Oturm ması, S, mm Mesafe, x, m Ölçülen Hesaplanan Y Y = X r = MS 0 Ölçüm Kesitine Ait Çökme Profili ve Dönüştürülmüş Regresyon Doğrusu X Kaynak: Arıoğlu, B., Yüksel, A., Arıoğlu, Ergin, 00 6

27 Mevhibe İnönü Tünelinde Tasman Profillerinin İstatistiksel Değerlendirilmesiğ Kesit No km Tünel aks derinliği, Z o, m Regresyon Doğrusu Eğimi A Hesaplanan Dönüm Noktası, i, m Korelasyon Katsayısı, r MS ,75 0, ,59 0,98 MS ,65 0,019 5,10 0,985 MS ,65 0,009 4,89 1,000 MS ,15 0, ,81 0,998 MS ,95 0,0351 3,78 0,97 MS ,5 0,09 4,67 0,995 MS ,35 0,0105 6,90 0,997 MS ,65 0,015 4,83 0,999 MS.14A ,35 0,0117 6,53 0,994 MS ,5 0,0086 7,6 0,989 MS ,75 0,0187 5,17 0,985 MS ,75 0,0558,99 0,988 MS ,95 0,013 6,16 0,999 MS ,35 0,009 7,36 0,96 MS ,79 0,051 9,94 0,955 MS.3A ,9 0,019 5,10 0,997 MS ,87 0,014 5,94 0,987 MS ,65 0, ,1 0,910 Kaynak: Arıoğlu, B., Yüksel, A., Arıoğlu, Ergin, 00 7

28 Mevhibe İnönü ö ütünelinde Kestirilen e ve Öçüe Ölçülen Tasman a Sonuçlarının 1:1 Doğrusu Üzerinde Gösterimi 100 +%5 man, S h, mm H esaplan nan Tas / 1 Doğrusu -% Ölçülen Tasman, Sö Sg, mm Kaynak: Arıoğlu, B., Yüksel, A., Arıoğlu, Ergin, 00 8

29 Bağıl tünel derinliğinin, çökme genişliği parametresi ile değişimleri Çökme Genişliği Parametresi, K o Killer için: Bağıl tünel deri inliği, Z/Z o Gevşek kumlar Dyer et al 1996 Yeraltı su seviyesinin altındaki siltli kum Moh et al 1996 Killer Mair ve Taylor, 1993 Z 0, ,35 1 Z K= Z 1 Z o o Herhangi bir Z derinliği için dönüm noktası absisi: ( ) i= K Z Z o o Z o = Tünel aks derinliği, Zo= H+D/ H= Örtü kalınlığı D= Tünel kazı çapı Z= Derinlik Kaynak: Mair ve Taylor, 1997 den alıntılayan Möller, 006 9

30 Kabataş Füniküler Sisteminde Tasman (yüzey oturma) büyüklüklerinin a) Yüzey oturma eğrisi, S, b) Deformasyon eğrisi, ε, c) Yatay yerdeğiştirme eğrisinin 6i boyunca değişimi a b c Kaynak: Arıoğlu, Ergin, vd.,

31 Maksimum as eğime e göre hasar düzeyi Hasar sınıfı Kaynak: Mair et al Maksimum eğim Maksimum tasman hasar düzeyi, mm <1/500 <10 1/500 1/ /00 1/ >1/50 >75 Değerlendirme İhmal edilebilir önemsiz Hafif: Taşıyıcı sistem bakımından önemsiz Orta: Taşıyıcılık açısından olası hasar sözkonusu Yüksek: Taşıyıcılık açısından önemli hasarlar sözkonusu 31

32 Hasar sınıflandırması as Hasar tipi Hasar derecesi Hasar tanımı Çatlak genişliği, mm 0 İhmal edilebilir Mikro çatlak < 0,1 1 Çok hafif hasar Mimari <1 Hafif hasar Mimari <5 3 Orta hasar Fonksiyonel 5 15 veya >3 4 Ciddi hasar Yapısal Çok ciddi Yapısal >5 Kaynak: Burland et al 1977, Burland 1995, Mair et al 1996 dan alıntılayan Leca, E, 007. Kritik uzama çatlak ilişkisi Hasar tipi &5 Kritik uzama (%) 0,050 0,050< 0,075 0,075< 0,150 0,150< 0,300 0,300< Kaynak: Boscardin ve Cording, 1989 dan alıntılayan l Leca,

33 Çözümlü ü Örnek: Aşağıda belirtilen geometrik ve geoteknik veriler için binalarda herhangi bir hasar oluşmaması için tünel arınına uygulanması gereken basıncı hesaplayınız. Tünel örtü kalınlığı H= 11 m Tünel kazı çapı D= 7,5 m Geçilen hakim zemin doygun kil sıkı kıvam (SPT N 60 = 1) Ortalama doygun birim hacim ağırlık γ s 1,85 t/m 3 Ortalama drenajsız kayma dayanımı kohezyon c = u 7 t/m Çözüm: Tünel kazı faaliyetinden kaynaklanan ortalamayüzey eğimi ds S = 0,606. mak dx i Yüzey tasman çökme eğrisininğ dönüm noktası kll killer için Attewell, 1981; Leca, 1989 D 7,5 i A.Zo = 0,5. H + = 0, = 7,375 m (Z o = Tünel aks derinliği) 33

34 Devamıdır (Yapı Merkezi, Arıoğlu, Ergin ve çeşitli araştırmanların kaynaklarında önerilen bir çok i=f(d) ifadeleri mevcuttur. Bu bağıntıların kullanılmasıyla tasman hesaplamaları istatistiksel olarak daha güvenilir yapılabilir). ds yüzey eğrisinin değeri hasar olmaması için 1 ile sınırlanmamıştır. Bu durumdayüzey tasmanının dx 500 maksimum değeri ds 1 S mak = 1,65..i = 1,65x x7,4 = 0,04 m dx 500 olarak elde edilmektedir. (Zemin hacim kaybı maksimum çökme) ilişkisiş Vt,5.i.Smak i.smak V k = x100 = x ,5, % V π.d D 4 (V t,v=sırasıyla birim uzunluk için yüzey tasman eğrisinin tanımladığı hacim ve tünel kazı hacmi) 7,4x0,04 V = 318,5 %1 ( 75 7,5 ) k Zemin kaybı V k ile stabilite sayısı N arasındaki ilintiden hareket ederek arın stabilitesi için gereken yatay basınç hesaplanabilir.arıoğlu, Ergin, 199 ifadesinden V k = 0,343.N 1,81, % bulunabilir. 34

35 Devamıdır Stabilite sayısı: P + γ.z P N= c ek o a u P V =0,343 P 0 + γ.z P ek o a k (*) cu ek GK 1,81 1,81 1,85x14,75 P a 7,8 P a 1 = 0,343 = 0, ,6 1,5 BuradanP a arın basıncı hesaplanabilir. a ab P a 17 t/m 1,81 Londra da killer içinde açılan tünellerde düşey basıncın (0,4 0,8)γZ o arasında değiştiği ölçülmüştür. Ortalama değerğ olarak k0,6. γzz o alınırsa sükunet konumundayatay basıncın büyüklüğüüklüğü P a olmaktadır. ( ) Düşey basınç x K = Düşey basınç x 1 sinφ o (*) Projede deneysel veriler yeterli sayıda ve istatistiksel değerlendirme gerekli şekilde yapılmışsa güvenlik katsayısı GK= 1 alınabilir. Tünelin yerleşim yerlerinden geçeceği dikkatealınarak GK 1,5,0 aralığı kabul edilebilir. Burada GK= 1,5 değeri kabul edilmiştir. 35

36 Devamıdır Sature killerde içsel sürtünme açısı φ 0alınabilir. (K o = Sükunet konumunda zemin itki katsayısı) P = 0,6x1,85x14,75 = 16 t/m a Bu değer, tasman geometrisine dayanan arın basınç değeriyle (P a =17t/m ) uyumludur. Diğer bir yaklaşım kullanılarak yukarıdaki hesaplamalar tahkik edilebilir. Peck 1974 ve Schmidt 1974 çalışmasına göre killerde açılan tünelde hacim kaybı ondalıklı cu γzo V k = exp E c u olarak verilmektedir (Mitchell, 1983). Sıkı killer için ortalama elastik modül değeri 3000 t/m alınabilir. V k =%1= 0,01 olduğu göz önünde tutulursa arın basıncı 7 1,5 1,85x14,75 P 0,01 = exp x 1,5 1,5 3 7,8 Pa 0,01 =,33.10.exp 11, 10 t/m Pa mertebesinde bulunur. a Ellstein, 1986 ya göre killi zeminler için arın güvenlik katsayısı göçmeye karşı 5,41cu GK = D Pa K o + H 1,5H γh γ 36

37 Devamıdır YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ olarak verilmektedir. Veriler yerine koyulduğunda ilk tatonman değeri olarak arın basıncı P a 15 t/m alınırsa 5, 41x7 GK =,6 7, ,85x11 1,5x11 1,85x11 bulunur. Bu değer ilk yaklaşımın sonucu ile uygun gözükmektedir.(arın basıncının düşey basınç değerinden (γxh) daimaküçük olması gerekmektedir. Aksi durumda sığ tünellerde yüzeyde ciddi kabarmalar oluşur). 37

38 EK 1 İstanbul Mevhibe İnönü Tüneli nde tasman (yüzey oturması) eğrisi dönüm noktasının belirlenmesi 38

39 İstanbul-Mevhibe İnönü Tüneli nde tasman (yüzey oturması) eğrisi dönüm noktasının belirlenmesi Determination of the inflection point of surface settlement curves at Mevhibe İnönü Tunnel of İstanbul Başar ARIOĞLU, Ali YÜKSEL, Yapı Merkezi İnş. San. A. Ş., Çamlıca-İSTANBUL ÖZET: Tünel kazı faaliyetlerinden kaynaklanan yüzey oturması büyüklüklerinden maksimum tasman miktarının yanısıra tasman eğrisinin dönüm noktasının belirlenmesi gerekmektedir. Zira, yapısal hasarları oluşturan farklı oturma ve birim basınç, çekme deformasyon miktarlarının büyüklüğü bu parametrelerin bir fonksiyonudur. İstanbul Hafif Raylı Sistemi M. İnönü Tünelinin kazısı sırasında 38 adet ölçüm kesitinde yüzey oturma ölçümleri alınmıştır. Bu çalışmada geoteknik ölçümlerde elde edilen yüzey oturma eğrilerinin dönüm noktası, Gauss Hata Fonksiyonu (Normal Dağılım Eğrisi) kullanılarak istatistik matematiği ile belirlenmiştir. ABSTRACT: The inflection point of settlement curve is closely related to differrential settlements and tensile compression deformations giving rise to building damages. In order to predict damage level of buildings in the metro tunnel projects the inflection point should be clearly determined. In this paper inflection point of settlement curves of Mevhibe İnönü Tunnel, is determined statistically making use of Gauss Error Function (Normal Distribution Curve). Also relationships between inflection point and tunnel geometry (depth, diameter) are set up taking several tunnel data in to consideration. 1. GİRİŞ Metro ulaşım yapıları yoğun yerleşim alanlarındadır ve yerleşim yapısı ve topoğrafik koşullar nedeniyle derin tünel şeklinde inşaa edilmek durumundadır. Tünel açıldığı zaman başlıca iki nedenden ötürü Yüzeyde oturma meydana gelmektedir (Arıoğlu, 1996) Açılan tünel bir drenaj kanalı gibi çalışmakta ve yeraltı su seviyesinde oluşan bu değişiklik zeminde su kaybına yolaçmaktadır. Bu durum özellikle killi formasyonlarda konsolidasyon oturmasıyla sonuçlanmaktadır. Tüneldeki kazı sonucu tünel çevresindeki zemin kaybı tünel kazısında uygulanan kazı destekleme yöntemine, tüneli çevreleyen zeminlerin jeomekanik büyüklüklerine ve tünel geometrisine (çap ve derinlik) bağlı olarak yüzeye yansımaktadır. Şekil-1 de tasman parametrelerinin fiziksel modelleri ve geometrik değişkenleri özetle gösterilmiştir. Tünel kazısı nedeniyle oluşan çökme profili Gaus Hata Fonksiyonu-Normal Dağılım Eğrisi ne uymaktadır (Birön, Arıoğlu-Ergin 1980, Arıoğlu,Ergin 001). Bu eğrinin başlıca iki büyüklüğü sözkonusudur. Bunlar maksimum yüzey oturması S max ve dönüm noktasının tünel eksenine olan uzaklığı i dır. Yapı hasarları üzerinde etkili olan farklı oturma ve uzama (çekme), kısalma (basınç) deformasyonu büyüklükleri yine yukarıda sıralanan iki parametrenin birer fonksiyonudur (Arıoğlu Ergin, Yüksel, 1984, 1985) (Şekil-1). Bu nedenle tasman eğrisi dönüm noktasının bilinmesi gereklidir. Bu çalışmada M. İnönü Tünelinde 38 ayrı ölçüm kesitinde yapılan geoteknik ölçümler sonucu elde edilen yüzey oturma profillerinin (Yapı Merkezi,1994) dönüm noktası, Gauss Hata Fonksiyonu kullanılarak istatistik matematiği ile belirlenmiştir. Buna ilaveten bulunan sonuçların, tünel geometrisi (derinlik, çap) ile olan ilişkileri literatürde rapor edilen diğer datalarla birlikte değerlendirilmiş ve tartışılmıştır.. M. İNÖNÜ TÜNELİ VE GEÇİLEN FORMASYONLARIN JEOTEKNİK BÜYÜKLÜKLERİ M. İnönü Tüneli İstanbul Hafif Raylı Sistemi inşaatının İncirli-Bakırköy Lepra Hastanesi arasında, güzergahın km km lerinde yeralmaktadır. Tünel atnalı geometrik formunda, tektüp çift hat olarak projelendirilmiştir. Tünel üzerindeki örtü kalınlığı 6-0 m arasında değişmektedir. Ortalama kazı alanı 73 m (h = 8,5m, b=10,76m) olup kazı-destekleme işleminde Yeni Avusturya Tünel Açma Metodu uygulanmıştır. Destekleme sisteminde 0-5 cm kalınlığında BS0 sınıfında püskürtme beton, çelik kafes iksa (a=0,80-1,00 m), tek-çift kat çelik hasır (Q 1/1 tip q = 3,48 kg/m ve çimento enjeksiyonlu kaya bulonu ( 6 mm, l =3,85 m, 8 adet/adım) kullanılmıştır.

40 Yüzey Oturma Eğrisi Gauss Hata Fonksiyonu S = S maks e x i Etki alanı : 3 i Sınır Açısı: β = 45 φ Zemin Kaybı DV Ç + 3i = S dx,5 i S 3i maks Maksimum Eğim,(x= ± i) de ds S maks = 0,607 dx i x=± i Yatay Yerdeğiştirme Eğrisi x V = S Z o Maksimum Yatay Yerdeğiştirme, (x= ± i) de i Vmaks = 0, 607 S maks Z o Deformasyon Eğrisi x i dv S = maks x 1 e dx Z o i Basınç Bölgesinde Maksimum Deformasyon S maks ( εb, maks ) = x= 0 i Çekme Bölgesinde Maksimum Deformasyon Smaks ( ε ç maks ) = 0,466, x=± 3 i Z o Şekil-1:Tasman (Yüzey Oturma ) Büyüklükleri (Birön, Aroğlu Ergin, 1980, Arıoğlu Ergin, 001)

41 Yapım yöntemine ilişkin ayrıntılı bilgiler (Arıoğlu ve ark., 1994a) kaynağında verilmiştir. Yer ekonomisi sağlamak bakımından burada tekrarlanmayacaktır. Tünelin içerisinden geçtiği jeolojik ortamda, tabanda siltli kil ve kilden oluşan Güngören Formasyonu ve bunun üzerinde ince kil aratabakaları içeren çok sık çatlaklı kireçtaşı, marn ardalanmasından oluşan Bakırköy Formasyonu bulunmaktadır. (Yüzer ve ark., 199, Yoldaş) Güngören ve Bakırköy formasyonu birbiri ile uyumlu olup -10 o güneydoğuya eğimli, hafif ondülasyonlara sahiptir. Tünelin doğu girişinden itibaren ilk 00m lik bölümünde ayna yüzeyinin tamamını kireçtaşı-marn tabakaları kaplamaktadır. Bundan sonraki yaklaşık 100m lik bölümde kireçtaşı marn tabakaları geçişli olarak yerini siltli kil kil tabakalarına bırakmaktadır. Bahçelievler İstasyonu ile tünelin batı girişi arasında ise tabakalarının ondülasyonuna bağlı olarak tünel aynasının üst yarısında zaman zaman kireçtaşı-marn tabakaları yeralmaktadır.(arıoğlu ve ark.,1994a) Geçilen formasyonların jeoteknik büyüklükleri Tablo-1 de özetlenmiştir. Tablo dan anlaşılacağı üzere kil ve siltli kil tabakaları katı-çok katı kil, kireç taşı marn tabakaları ise zayıf kaya sınıfındadır Tablo-1:Geçilen Formasyonların Ortalama İndeks ve Jeomekanik Büyüklükleri (Yüzer ve ark, 199,Yoldaş, 199) Jeomekanik Büyüklük Güngören Formasyonu BakırköyFormasyonu Kil Kil Siltli Kil Kireçtaşı- Marn Birim Hacim Ağırlık, γ n, kn/m 3 17,9 18,3,9 Standart Penetrasyon Testi, SPT(N/30cm) Plastisite Indeksi, PI 30, Kaya Kalite Derecesi, RQD, % Basınç Dayanımı, σ b,lab,, MPa ,9 Kohezyon, C, MPa - 0,037 3,73 Elastisite Modülü, E lab, MPa 16,4 (*) 44,3 (*) 57,8 537 İçsel Sürtünme Açısı, ( o ) ,5 Poisson Oranı, υ ,4 Tabaka Kalınlığı,m 1,0-5,7 1,0-6,0 9,5-17,0 (*) Presiyometre deneylerinden belirlenmiştir. 4. YÜZEY OTURMA ÖLÇÜMLERİ Kazısı sırasında tünel güzergahı üzerinde 38 adet geoteknik ölçüm noktası oluşturulmuş ve her ölçüm kesitinde 3-8 adet olmak üzere toplam 00 adet yüzey oturma noktası tesisi edilmiştir. Ölçümler hassas nivo ve invar mira kullanılarak yapılmış ve yapılan ölçümlere ait veriler PCde özel bir yazılım ile işlenmiştir. Her kesitte yapılan yüzey oturma ölçümleri değerlendirilerek çökme teknesinin profili elde edilmiştir. Bununla ilgili ayrıntılar (Arıoğlu, 1994b) kaynağında ele alınmıştır. 5. YÜZEY OTURMA PROFİLLERİNİN İSTATİSTİKSEL DEĞERLENDİRİLMESİ İLE DÖNÜM NOKTASININ BELİRLENMESİ Tünel kazısı sırasında zemin kaybından oluşan yüzey tasmanın profili Gauss Hata Fonksiyonu olarak bilinen S = S maks e x ( ) i analitik ifadesine uymaktadır. (Martos, 1958, Birön-Arıoğlu Ergin, Arıoğlu Ergin, 001) Burada: i = tasman eğrisi dönüm noktasının tünel eksenine olan uzaklığı, S = tünel eksenine (x) mesafedeki tasman miktarı S maks = tünel eksenindeki tasman miktarı Yukarıdaki bağıntıda ln S =, x = X ( ) Y 1 = A i, ln ( S maks ) = B,

42 dönüşümleri uygulanırsa; Y = AX + B doğrusal ifadesi elde edilir. Tasman profillerine ait veriler yukarıda belirtilen dönüşümler uygulanmış ve en küçük kareler metodu ile lineer regresyon ifadeleri belirlenmiştir. Bulunan lineer ifadelerdeki doğrunun eğimi nin geri dönüşümü ile i büyüklüğü elde edilmiştir. Bazı ölçüm istasyonlarında çökme profiline ait yeteri kadar nokta olmaması nedeniyle bu istasyonlara ait veriler analize sokulmamıştır. Analize dahil edilen ölçüm istasyonlarına ait sonuçlar Tablo- de özetlenmiştir. Şekil-a 5b de bazı tipik ölçüm kesitlerine ait tasman profillleri ve elde edilen regresyon doğruları yer almaktadır. Tablo-: Ölçüm Kestlerindeki Tasman Profillerine ait Regresyon Analizi Sonuçları (*) İstasyon No km Eşdeğer Derinlik, Z o, m Regresyon Doğrusu Eğimi A Hesaplanan Dönüm Noktası, i, m Korelasyon Katsayısı, r MS ,75-0,037 4,59 0,98 MS ,65-0,019 5,10 0,985 MS ,65-0,009 4,89 1,000 MS ,15-0,063,81 0,998 MS ,95-0,0351 3,78 0,97 MS ,5-0,09 4,67 0,995 MS ,35-0,0105 6,90 0,997 MS ,65-0,015 4,83 0,999 MS.14A ,35-0,0117 6,53 0,994 MS ,5-0,0086 7,6 0,989 MS ,75-0,0187 5,17 0,985 MS ,75-0,0558,99 0,988 MS ,95-0,013 6,16 0,999 MS ,35-0,009 7,36 0,96 MS ,79-0,051 9,94 0,955 MS.3A ,9-0,019 5,10 0,997 MS ,87-0,014 5,94 0,987 MS ,65-0, ,1 0,910 (*) Analiz dataları (Yapı Merkezi,1994 ) kaynağından alınmıştır. Z o = H+(D/); H: Tünel Örtü Kalınlığı, D: Tünel Eşdeğer Çapı Şekil-a: MS. Ölçüm Kesitinde Çökme Profili Şekil-b: MS. Ölçüm Kesitinde Çökme Profiline ait Dönüştürülmüş Regresyon Doğrusu

43 Şekil-3a: MS.9 Ölçüm Kesitinde Çökme Profili Şekil-3b: MS.9 Ölçüm Kesitinde Çökme Profiline ait Dönüştürülmüş Regresyon Doğrusu Şekil-4a: MS.14a Ölçüm Kesitinde Çökme Profili Şekil-4b: MS.14a Ölçüm Kesitinde Çökme Profiline ait Dönüştürülmüş Regresyon Doğrusu Şekil-5a: MS.0 Ölçüm Kesitinde Çökme Profili Şekil-5b: MS.0 Ölçüm Kesitinde Çökme Profiline ait Dönüştürülmüş Regresyon Doğrusu 4. TASMAN EĞRİSİ DÖNÜM NOKTASININ FARKLI YAKLAŞIMLARLA KESTİRİMİ Tasmandan kaynaklanan zemin kaybı tasman profilinin üzerindeki alan miktarı olup Vk =, 506 i S maks ifadesi ile bellidir (Şekil-1). Tünel cidarındaki zeminin elastık sınırlar içerisinde yapacağı radyal kapanma u dolayısıyla oluşacak zemin kaybı ise =π u D V t D u 1+ υ = E y ş γ ifadeleri ile bellidir. ( P + Z ) o

44 V t = V k kabulu yapılır (Schmidt, 1969, Arıoğlu Ergin, 199,1993) ve gerekli kısaltmalar yapılırsa; D Pş + γ Z o i = 0,68 ( 1 + υ) S maks E y ifadesi elde edilir. Burada, açıklanmayan sembollerin anlamları söyledir; D= tünelin eşdeğer çapı, E y = tüneli çevreleyen formasyonların yerinde elastisite modülü, P ş = tünel üzerindeki yapı veya trafik yükünden kaynaklanan ilave yük miktarı. Pratik olarak bu değer 1 t/m kabul edilmektedir. M. İnönü Tüneli nin km de bulunan ölçüm kesitine ait jeomekanik koşullar için dönüm noktası değeri i, yukardaki bağıntı kullanılarak burada hesaplanmıştır. Veriler: D 9,60 m γ ort = 0 t/m 3 (Tablo-1 den killi ve kireçtaşı tabakalarının ortalama yoğunluğu alınmıştır) ν 0,5 (Tablo-1 den) S max = 0,034 m (Tablo- den km deki ölçüm sonucu) H= 16,35 m (Şekil-6) E y = Tabakaların çatlaklılık, ayrışma durumunu ve laboratuvar basınç dayanımını dikkate alan Hoek tarafından verilen bağıntı (Hoek-Brown, 1998) yardımıyla bulunabilir. E y = σ b, lab GSI 10 40, GPa Şekil-6 MS 14A Ölçüm Kesitinde (km 6+488) Zemin Profili ve Hesaplanan Tasman Parametreleri Geçilen kaya ortamın Kaya Kalite Derecesi-RQD değeri bu kesite isabet eden sondajda ortalama %15 mertebesindedir(şekil-6). Bu değer formasyonun Çok Zayıf kaya olduğunu göstermektedir. Kireçtaşı marn ardalanmasındaki Yumuşak kil ara tabakalarının da bulunduğu gözönünde tutulursa formasyonun

45 Jeolojik Dayanım Indeksi için GSI 5 değeri alınabilir (Hoek,1998). Kayanın laboratuvar basınç dayanımı ise tablo-1 den σ b,lab =17,0 MPa alınmıştır E y = 10 1 GPa = t / m 100 bulunur. Değerler yerine koyulursa; (9,6) ,35 i = 0,68 ( 1 + 0,5) 0, i 6, 9 m bulunur. Maden mühendisliği bilim disiplininde çökme eğrisinin etki alanı içsel sürtünme açısına bağlı olarak D D D 3i = Cosβ + Zo + ( 1+ Sinβ ) tgβ ifadesi ile tanımlanmaktadır (Birön-Aroğlu Ergin, 1980). Yukarıda verilen bağıntının grafik gösterimi şekil-7 de belirtilmiştir. β içsel sürtünme açısı cinsinden β=45-(φ /) dir. Siltli kil ve kireçtaşı-marn tabakalarının ortalama içsel sürtünme açısı φ ort =(9+45)/ 7 o alınırsa, β=45-(7/) 30 o için dönüm noktası değeri i 1 9,6 9,6 9,6 i = Cos ,35 + ( 1+ Sin30) tg30 3 i=5,00 m hesaplanır. İçsel sürtünme açısı, ayrışmış ve çatlaklı kayalarda Jeolojik Dayanım Indeksi GSI ye bağlı olarak Hoek tarafından verilen abaktan (kireçtaşı için m i =10) GSI=5 için φ= 5 o olarak belirlenebilir (Hoek,1998, Arıoğlu Ergin, Yüksel, 1999). İçsel sürtünme açısının bu değeri için dönüm noktası büyüklüğü şekil-7 den i=5,4 m bulunur. Görüldüğü gibi istatistiksel olarak belirlenen i değeri ve diğer iki yaklaşım ile hesaplanan sonuçları mertebe olarak birbirleri ile uyum içindedir. Şekil-7: Dönüm Noktasının Eşdeğer Derinlik ve İçsel Sürtünme Açısına Bağlı Değişimleri Metro tünellerinde eşdeğer çap 6-10 m arasında değişmektedir. Diğer taraftan tüneli çevreleyen zeminlerin birim hacimağırlığı 1,7 -,4 t/m 3, poisson oranı ise 0,-0,4 mertebelerindedir. Geçilen ortamın yerinde elastisite modülü ortamın türüne, kaya ortamlarda ayrişma ve çatlaklılık durumuna göre kısmen daha geniş aralıkta değerler alacaktır. Dolayısıyla dönüm noktası değeri hassas olarak geçilen ortamın elastisite modülü ile yakından ilintildir. Nitekim i büyüklüğü literatürde eşdeğer derinliğin bir katı olarak

46 i = A Z o şeklinde verilmektedir. A değerinin farklı zemin türlerinde aldığı değerler tablo-3 de belirtilmiştir. Bu çalışmada A nın ortalama değeri 0,38 bulunmuştur. (Şekil-8) Mevhibe İnönü tünelinde geçilen zeminlerin çatlaklı kaya ve katı killer (Standart Penetrasyon Testi-SPT N>30) olduğu dikkate alınırsa bulunan A değerinin literatürdeki değerlerle uyum içinde olduğu ifade edilebilir. i değerinin tahmini için verilen başka bir ampirik bağıntı ise i = A Z + o B şeklindedir. Bu ifadedeki A ve B değerinin bazı zemin türlerinde aldığı değerler aşağıdaki tabloda özetlenmiştir. (Tablo-4) Arıoğlu, 199 kaynağında bu modelin denenmesi için kullanılan datalar bu çalışmada M. İnönü Tünelin de elde edilen sonuçlarla birlikte tekrar değerlendirilmiştir. Yapılan istatistiksel analizin sonuçları Şekil-8 üzerinde gösterilmiştir. Aynı datalar ile i Z = A D o D n şeklindeki ampirik ifade için de istatistitiksel analiz yapılmış ve elde edilen sonuç Şekil-9 üzerinde belirtilmiştir Keza bu analitik modelde A ve n değerlerinin farklı zemin türlerinde aldığı değerler tablo-5 de özetlenmiştir. Tablo-3: (i=a.z o )Bağıntısında A nın Farklı Zeminlerde Aldığı Değerler Zemin türü A Kaynak Katı Killer 0,4 O Reilly-New, 198, Kumlu Katı Killer 0,5-0,6 Oteo, et al, 1999 Yumuşak Silti Killer 0,7 Glossop, 1978 Kil-granüler ve Karışık zeminler 0,-0,3 Rankin, 1988 Bütün Zeminler Ortalama 0,5 O Reilly-New, 198, Glossop, 1978 Karışık Zemin (Kireçtaşı-Marn, Katı Kil, Sitli Kil) 0,38 Bu Çalışma, YATM Metodu, D=9,6m, Zo=9-0 m Tablo-4: Farklı Zemin Türlerinde A ve B Değerleri Zemin türü İfade Açıklama Kaynak Kohezyonlu Killer i=0,43 Zo+1.1, (m) Şidli Tünel O Reilly-New, 198, Hamza, 1999 Granüler Zeminler i=0,8 Zo-0.1, (m) O Reilly-New, 198, Hamza, 1999 Killi Zeminler i=0,40 Zo+0.60, (m) Genelde Şild Tünel Açma Metodu, Yapı Merkezi, 1991, Genelde killi Zeminler Karışık Zemin i=0,386 Zo+.84, (m) YATM Tünel Metodu Yapı Merkezi, 199 Karışık Zemin (Kireçtaşı-Marn, Katı Kil, Sitli Kil) i=0,40 Zo+1,9 (m) M. İnönü Tüneli ve Herzog,1985 Dataları n=38 data, r=0,791 Tablo-5: Farklı Zemin Türlerinde ( i/d)=a(z o /D) n ifdesine ait A ve n Değerleri Bu çalışma Zemin türü A n Açıklama Kaynak Kil Schimdt,1969, Hamza, 1999 Kil Uzun vadeli Tasman Atwell,1981, Hamza, 1999 Kil Leca, 1989 Kil YATM, Şild ve Hidrolik Şild Arıoğlu, Ergin, 199 Kum-Çakıl Yeraltı Su Seviyesinin Üzerinde Atwell,1981 Kum-Çakıl Yeraltı Su Seviyesinin Altında Atwell,1981, Hamza, 1999 Kum-Çakıl Yeraltı Su Seviyesinden Bağımsız Atwell,1981, Hamza, 1999 Kum-Çakıl Arıoğlu, Ergin, 199 Dolgu Atwell,1981 Karışık Zemin (Kireçtaşı-Marn, Katı Kil, Sitli Kil) 1, 181 0,78 M. İnönü Tüneli ve Herzog, 1985 Dataları, n=38 data, r=0,779 Bu çalışma

47 7. YÜZEY OTURMA PROFİLLERİNİN İSTATİSTİKSEL DEĞERLENDİRİLMESİ İLE MAKSİMUM TASMAN MİKTARININ TAHMİNİ 5. bölümde ele alınan istatistiksel analiz sonucu elde edilen regresyon doğrularının sabit sayısı B maksimum tasman büyüklüğü ile ilgilidir. Bu değerlerin B e = S maks geri dönüşümü ile maksimum tasman miktarı tahmin edilir. Analize dahil edilen ölçüm kesitlerine ait gözlenen ve hesaplanan tasman miktarları Tablo-5 de belirtilmiştir. Aynı tabloda yapılan kestirimdeki ± hata miktarları da verilmiştir. Yapılan değerlendirme sonucunda hata ortalamasının ± %7 olduğu belirlenmiştir. Bazı kesitlerdeki hata miktarlarının sözgelimi -%117, -%85 gibi büyük değerler alması lokal jeolojik farklılıklardan veya iksa sisteminin katılıklarındaki farklılıklarından kaynaklanabilir. Bu konuda belirtilebilecek diğer bir husus da ölçüm kesitinde yer alan noktaların sayısı ve noktalar arasındaki mesafedir. Bu nedenle proje tasarım aşamasında ölçüm kesitlerinin en az 5 veya daha fazla nokta bulunduracak şekilde ve noktalar arasındaki mesafenin bir geometrik seri ile artan aralıklarda düzenlenmesi önerilmektedir. Şekil 10 da hesaplanan ve ölçülen tasmanların 1/1 doğrusu üzerindeki dağılımı gösterilmiştir. Şekil-8 : Derinlik Dönüm Noktası İlişkileri

48 Şekil-9 :Dönüm Noktası Tünel Geometrisi İlişkileri Şekil-10: Ölçülen ve Hesaplanan Maksimum Tasman Değerlerinin 1/1 Doğrusu Üzerindeki Dağılımı

49 Tablo-: Tasman Regresyon Analizi Sonuçları ve Maksimum Tasman Miktarının Tahmini (*) İstasyon No km Eşdeğer Derinlik, Z o, m Ölçülen Tasman, S g, mm Regresyon Doğrusu Sabiti B Korelasyon Katsayısı r Hesaplanan Tasman, S h, mm Hata Miktarı ±, % (**) MS ,75 8 3,584 0,98 6, MS ,65 18,734 0,985 9, MS ,65 14,646 1,000 13, MS , ,355 0,998 5, MS ,95 18,8175 0,97 16, MS ,5 17,9469 0,995 19, MS ,35 8,8336 0,997 17, MS ,65 3 3,1754 0,999 3, MS.14A , ,4594 0,994 31, MS ,5 8 4,3940 0,989 80, MS , ,0356 0,985 56, MS ,75 5,4431 0,988 11, MS , ,6174 0,999 37,1 8.6 MS , ,587 0,96 36, MS ,79 8,7343 0,955 15, MS.3A ,9 19 3,181 0,997 4, MS ,87 16,993 0,987 19, MS , ,5543 0,910 34, (*) Analiz dataları (Yapı Merkezi,1994 ) kaynağından alınmıştır. S h S g (**) Hata miktarı ± = 100 şeklinde hesaplanmıştır. S h 7. SONUÇLAR Bu çalışmanın çerçevesinde ele alınan konulardan ortaya çıkartılan sonuçlar aşağıda sıralanmıştır. Mevhibe İnönü Tüneli kazısı sırasında yapılan yüzey oturma (tasman) ölçümlerinde elde edilen çökme profillerine ait dönüm noktası büyüklüğü i, Gauss Hata Fonksiyonu kullanılarak istatistik matematiği ile belirlenmiştir(tablo-). Dönüm noktası değeri, tipik bir ölçüm kesitinde, geçilen ortamın jeomekanik özelliklerini dikkate alan zemin kaybı ve etki alanı prensiblerine dayanan iki farklı yaklaşımla hesaplanmıştır. İstatistiksel olarak kestirilen ve jeomekanik yaklaşımlarla belirlenen dönüm noktası değerlerinin belirli bir mertebe içerisinde birbirleri ile uyum içerisinde olduğu anlaşılmıştir. İstatistiksel olarak bulunan i değerlerinin tünel geometrisi (derinlik, çap) ile olan istatistiksel ilişkileri literatürde rapor edilen benzeri datalar ile birlikte değerlendirmeye alınmıştır. (Tablo-3, 4, 5, Şekil-8, 9) Bu değişimlerden yararlanılarak yapı hasarlarını denetleyen ana büyüklükler (maksimum eğim, ortalama eğim, yatay yer değiştirme, birim kısalma - uzama deformasyonu) belirlenebilir (Şekil-1) Gauss Hata Fonksiyonu modeli kullanılarak istatistiksel olarak hesaplanan maksimum tasman değerlerinin ölçülen tasman değerleri ile karşılaştırması yapılmıştır. Hesaplanan tasman değerleri ölçülen değerlerden yaklaşık ±%5 mertebesinde sapmıştır (Şekil-10)

50 TEŞEKKÜR Yazarlar bu çalışmanın yapılmasında gösterdikleri yakın ilgi ve akademik destekleri için Yapı Merkezi Holding A.Ş. Yönetim Kurulu Başkanı Sayın. Dr. Müh. Ersin ARIOĞLU na ve Yapı Merkezi Yönetim Kurulu Murahhas Üyesi Sayın. İnş. Y. Müh. Emre Aykar a, teşekkür etmeyi görev sayarlar. Çalışmada belirtilen tüm görüş ve değerlendirmeler yazarlarına ait olup Yapı Merkezi, diğer herhangi kurum ve kuruluşu bağlamaz. KAYNAKLAR Arıoğlu Ergin, Yılmaz, A.O, 001, Pratik Madencilik Problemleri, Maden Mühendisleri Odası, Ankara. Arıoğlu Ergin, Yüksel, A., 1999, Tünel ve Yeraltı Mühendislik Yapılarında Çözümlü Püskürtme Beton Problemleri, Maden Mühendisleri Odası İstanbul Şubesi, İstanbul, (Temmuz). Arıoğlu Ergin, Köylüoğlu, O.S.: 1996, İzmir Metrosu TBM Tünel Metodu için Çökme ve Arın Basıncı Değerlendirmesi, İç Rapor No:YM/AR-GE/96-3B, AR-GE Bölümü,Yapı Merkezi, Istanbul. Arıoğlu, B., Yüksel, A., ve Arıoğlu, Ergin, 1994a, İncirli M. İnönü Tüneli Yapım Çalışmaları ve Üretim Parametreleri, I. Ulaştırma ve Yeraltı Kazıları Sempozyumu, Maden Mühendisleri Odası İstanbul Şubesi, İstanbul, (Şubat). Arıoğlu, Başar, Yüksel, A., ve Arıoğlu, Ergin, 1994b, İncirli - M.İnönü Tünelinde Uygulanan Geoteknik Ölçümler Ve Değerlendirmesi I. Ulaştırma ve Yeraltı Kazıları Sempozyumu, Maden Mühendisleri Odası İstanbul Şubesi, İstanbul, (Şubat). Arıoğlu Ergin, Arıoğlu, B., Arıoğlu Erdem, Odbay, O., 1993, Metro Tünel Projelerinde Yüzey Tasman Büyüklüklerinin Yarı - Teorik Yaklaşımlarla Belirlenmesi. Türkiye 13. Madencilik Bilimsel ve Teknik Kongresi, Maden Mühendisleri Odası, Ankara. Arıoğlu Ergin, Arıoğlu Erdem, Odbay, O., 199, Sığ ve Orta Derin Yeraltı Mühendislik Yapılarının Açılmasından Kaynaklanan Yüzey Tasmanına ait Parametrelerin Kestirimi, 4. Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği Kongresi, -3 Ekim, İstanbul. Arıoğlu Ergin, Yüksel, A, 1985, Zonguldak Kömür Havzasında Tasman Yapı Hasarları ve Bunların Değerlendirilmesi, Madencilik Dergisi, Maden Mühendisleri Odası Yayın Organı, Cilt XXIV, No.4, Ankara. Arıoğlu Ergin, Yüksel, A, 1984, Classification of House Damages due to Mining Subsidance, Housing Science, Vol. 8, No.4, pp , Miami. Birön, C, Arıoğlu Ergin, 1980, Madenlerde Tahkimat İşleri ve Tasarımı, Birsen Yayınevi, İstanbul. Attwell, P.B., 1981, Site Investigation and Surface Movements In Tunneling Works, Soft Ground Tunneling Failures and Displacemenst, Eds.(D. Resendis ve ark.), Rotterdam, Balkema. Glossop, N.H., 1978, Soil Deformation Caused by Soft Ground Tunneling, PhD Thesis, University of Durham. Hamza, M., et.al., 1999, Ground Movements Due to Construction of Cut-and-Cover Structures and Slurry Shield Tunnel of the Cairo Metro, Tunneling and Underground Space Technology, Vol.14, No.3, pp.81-89, Elsevier. Herzog, M., 1985, Die Setsungsmulde Über Seicht Liegenden Tunneln, Berlin, Bautechnik, 11, pp Hoek, E. et.al., 1998, Applicability of Geological Stength Index (GSI) Classification for Very Weak and Sheared Rock Masses. The Case of the Athens Schist Formation, Bull. of Eng. Geology and Environment, Vol.57, No., September. Hoek, E., Brown, E T., 1998, Practical Estimates of Rock Mass Strength, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., Vol.34, pp Martos, M., 1958, Concerning an Approximate Equation of Subsidance and its Time Factors, International Strata Control Congress, Leipzig. Léca, E, 1989, Analysis of NATM and Shield Tunnel in Soft Grounds, PhD Thesis, Virginia Polytechnic Institute and State Universty, Blacksburgs, USA, 476pgs. O Reilly, M.P., New, B.M, 1985, Settlements above Tunnels in the United Kingdom, Proceedings of Tunneling 8, Bringhton, pp Oteo, C, et.al., 1999, The Madrit Model: A Semi-empirical Method for Subsidance Estimating, Challenges for the 1 th Century, eds( Alten et al), Balkema, Rotterdam. Rankin, W.J., 1998, Ground Movements Resulting from Urban Tunneling,: Prediction and Effects, Eng. Geology of Underground Movements, Eds (F G Ball ve Ark.) Geological Society Publication, No.5.

51 Schmidt, B, 1969, Settlements and Ground Movements Associated with Tunneling in Soil, PhD Thesis, University of Urbana, USA. Yapı Merkezi, 199, İstanbul Metrosunda Yeryüzü Hareketlerinin Kestirimi, Yapı Merkezi AR-GE Bölümü, (Yayınlanmamış Rapor), İstanbul. Yapı Merkezi, 1994, M.İnönü Tüneli Geoteknik Ölçüm ve Değerlendirme Raporları, (Yayınlanmamış İç Raporlar), Yapı Merkezi Arşivi, İstanbul, Mayıs. Yoldaş, R., 199, İncirli Derin Tüneli Jeoteknik Raporu, Rapor No TR-46, Yapı Merkezi, İstanbul. Yüzer, E. ve ark., 199, İstanbul Hafif Metro Sistemi.Aşama Esenler-Ataköy Arasının Mühendislik Jeolojisi, İTÜ Maden Fakültesi, İstanbul.