2 Mayıs 2017 Salı İÇERIK

Transkript

1 TÜNEL İŞLERI

2 İÇERIK GEOMETRİK STANDARTLAR NATM (YENİ AVUSTURYA TÜNEL AÇMA YÖNTEMİ) KAYA SINIFLANDIRMASI YER ALTI KAZISI TÜNEL İKSASI (DESTEK SİSTEMİ) TÜNEL YALITIMI ÖLÇÜM NÜMERİK ANALİZ 2

3 3 GEOMETRİK STANDARTLAR

4 TÜNEL ENKESİTİ İki şeritli karayolu tünelinde yatay ve düşey gabari 5.00x8.00 m olmalıdır. Yatay gabari; 2x3.50 m trafik şeridi ve 2x0.5 m banket genişliğinin toplamından oluşmaktadır. Trafik alanı dışında yaya kaldırımı için 2x1.10 m alınmalıdır. Yangın söndürme elektrik kabloları, haberleşme için yaya kaldırımının bulunduğu alan düşünülmelidir. Havalandırma gereksinimlerinin karşılanması ve yaya geçişlerinin önemli olması durumlarında yaya kaldırımı 2x1.35 m olabilecektir. 4

5 Otoyolu tünelinde yatay ve düşey gabari üç trafik şeridi için 5.00x12.00 m olmalıdır m yatay gabari 3x3.75 m trafik şeridi ve m banket genişliğinin toplamından oluşmaktadır. Trafik alanı dışında yaya kaldırımı için 2x0.75 m alınmalıdır. Yangın söndürme, elektrik kabloları, haberleşme için yaya kaldırımının bulunduğu alan düşünülmelidir. 5

6 6

7 BOYUNA PROFİL Tünel boyuna eğimi, bölünmüş yol olması durumunda tek yönlü trafiğe hizmet eden her bir tüp için maksimum % 3 olmalıdır. Drenajın sağlanabilmesi için minimum eğim %0.5 olmalıdır. Zorunlu koşullarda yapılacak içbükey kurplar için düşey kurp yarıçapı 8000 m den, dışbükey kurplar için m den az olmamalıdır. 7

8 YATAY GEOMETRI Tünel boyunca yatay kurp yarıçapı minimum 1000 m olmalıdır. Tünel tüpleri arasındaki yatay mesafe kazı çeperinden itibaren tercihen 1.5D olmalı, ancak her bir tünel tüpünün kazısı sırasında oluşan deformasyonlardan önemli mertebelerde etkilenmeyecek şekilde, kaya koşullarına bağlı olarak teknik ve ekonomik optimizasyon yapılarak belirlenmelidir. Şehir içi gibi kamulaştırma problemi olan yerlerde bu mesafe kaya/zemin koşullarının iyileştirilmesi ve desteklenmesi şartı ile azaltılabilir. 8

9 9 NATM YENİ AVUSTURYA TÜNEL AÇMA YÖNTEMİ

10 NATM Projelendir İnşa et Gözlemle Yeniden projelendir şeklinde, değişen yeraltı koşullarına uyum sağlamada esnek bir yöntemdir. 10

11 Bu yöntemin temel felsefesi, tünelin kazı sırasında Sürekli gözlenmesi Ölçüm yapılması Tünel geometrisini oluştururken kayanın kendi dayanımından ve gücünden mümkün olduğunca fazla yararlanılması Tünel içerisinde yapılan her türlü işlemin, imalatın bir sistematiğe göre yürütülmesine dayanmaktadır. 11

12 Bu yöntemde yapılan; ince ve geçici bir destekleme uygulayarak, deformasyonlara izin vererek tünel içine doğru gelişen kaya basıncını azaltmak ve yükleri kazı çevresindeki kayaya dağıtmaktır. Böylelikle son destekleme (nihai kaplama) daha az yüklenecek, daha sonra yapılabilecek ve daha ince bir yapı olabilecektir. 12

13 Bu yöntemde klasik yöntemden farklı olarak; Tüneli çevreleyen kaya/zemin kütlesini esnek destek elemanlarıyla (püskürtme beton, kaya bulonu, hasır çelik, çelik iksa vb.) destekleyerek tünel çevresinde yük taşıyıcı bir halka oluşturulur. Geoteknik ölçüm ve kontrollerle kazı sırasında kazı destek sistemi gözden geçirilerek optimize edilir. Su yalıtımı yapılarak tünel aydınlatma ve havalandırma sistemleri yapılır. 13

14 14 KAYA SINIFLANDIRMASI

15 Yer altı kazıları karmaşık yapılar olup projelendirme ve yapım aşamasında kazı stabilitesini kontrol eden faktörleri dikkate alan basitleştirilmiş modellere ihtiyaç duyulur. Kaya sınıflandırmasında genellikle RQD, Q, RMR ve ÖNORM Yöntemleri kullanılmaktadır. 15

16 RQD KAYA SINIFLANDIRMASI RQD: Sondaj çalışmaları esnasında 10 cm den büyük kaya karotlarının toplamının o kaya parçalarının alındığı toplam sondaj uzunluğa oranıdır. RQD Tanımlama Çok iyi kaliteli İyi kaliteli Orta kaliteli Kötü kaliteli <25 Çok kötü kaliteli 16

17 Q KAYA SINIFLANDIRMASI Jn: Eklem takımı sayısı Jr: Eklem pürüzlülük sayısı Ja: Eklem yüzeyi araştırma sayısı Jw: Eklem su azaltma faktörü SRF: Gerilim azaltma faktörü 17

18 Q Tanımlama 0,001-0,01 Olağanüstü zayıf 0,01-0,1 Aşırı zayıf 0,1-1 Çok zayıf 1-4 Zayıf 4-10 Orta İyi Çok iyi Aşırı iyi Olağanüstü iyi 18

19 RMR SINIFLANDIRMASI Bu sınıflandırmada, sağlam kayanın tek eksenli basınç dayanımı, RQD değeri, eklem aralığı, eklem koşulları, eklem su durumu ve süreksizliklerin tünel eksenine göre durumu dikkate alınarak değerlendirme yapılır. Sınıf No RMR Puanı Tanımlama I Çok iyi kaya II İyi kaya III Orta kaya IV Zayıf kaya V <20 Çok zayıf kaya 19

20 ÖNORM KAYA SINIFLANDIRMASI Q ve RMR sınıflamalarından ön proje aşamasında faydalanmakla birlikte uygulama projesi ve yapım aşamasında kaya kütlesinin karmaşık özellikleri ve zamana bağlı davranışı göz önüne alınarak tünelin açılacağı ortamın geoteknik modeli oluşturulur ve destek sistemi bu modele göre belirlenir. Ayrıca tünel aynasında yapılacak jeolojik haritalama ve geoteknik ölçümlere göre model ve destek sistemi sürekli kontrol edilir. 20

21 ÖNORM da Q ve RMR değerine göre destek sınıfının belirlendiği bir dönüşüm tablosu kullanılmaktadır. ÖNORM a göre kayalar A,B ve C olmak üzere üç ana sınıfa ayrılmaktadır. Bunlar da kendi içlerinde sınıflara ayrılmaktadırlar. 21

22 A1 KAYA SINIFI Stabil kaya olarak tanımlanır. Süreksizliklerin olmadığı masif kaya görünümündedir. Deformasyonlar çok küçüktür. Kazı aşırı sökülmeleri azaltmak için yumuşak patlatma ile yapılmalıdır. 22

23 A2 KAYA SINIFI Sonradan az sökülen kaya olarak tanımlanır. Tünel tavanında ve yan duvarların üst kısımlarında süreksizliklerin konumu nedeniyle sığ sökülmeler ve kamasal kopmaların olması olasıdır. Yenilme zonu yoktur. Yumuşak patlatma yapılmalıdır. 23

24 B1 KAYA SINIFI Gevrek kaya olarak tanımlanır. Patlatmadan dolayı kayada oluşan gevşemeler ve kaya kütlesinin göreceli zayıflığından dolayı tavanda ve duvarlarda sökülmeler görülebilir. Deformasyonlar 2-3 cm civarındadır. 24

25 B2 KAYA SINIFI Çok gevrek kaya olarak tanımlanır. Desteklemenin zamanında yapılması durumunda deformasyonlar 3-5 cm civarındadır. Bozuşmuş kayada su akışı ile birlikte sınırlı yenilme bölgeleri oluşabilir. 25

26 B3 KAYA SINIFI Taneli kaya olarak tanımlanır. Deformasyonlar 10 cm. ye kadar çıkar. Kazı genellikle yumuşak patlatma ile yapılır. Ancak titreşime duyarlı kayalarda mekanik kazı yapılabilir. Düşük örtü kalınlığı ve asimetrik yükleme nedeniyle geoteknik ölçümlerle belirlenen deformasyonların sönümlenemeyerek devam etmesi ve 10 cm.yi aşması durumunda ringin kapanarak yük dağılımının dengelenmesi amacıyla invert uygulaması yapılmalıdır. 26

27 C1 KAYA SINIFI Bu destek sınıfı yalnızca yüksek örtü kalınlığı altında yüksek ön gerilmelere maruz, kırılgan kaya kütlelerinde depolanan enerjinin kazı ile boşalması sonucu oluşan kaya patlamaları durumunda kullanılır. Kazı yumuşak patlatma veya mekanik kazı ile yapılmalıdır. 27

28 C2 KAYA SINIFI Baskılı kaya kütlesi olarak adlandırılır. Kaya kütlesinde oluşan aşırı gerilmeler nedeniyle kayanın kayma dayanımı aşılabilir. Tünel kesiti çevresinde plastik zonlar oluşur. Tünel kazısı üst yarı, alt yarı ve taban kazısı olarak bölünmelidir. Üst yarı kazısı kendi içinde bölümlere ayrılmalıdır. 28

29 C3 KAYA SINIFI Çok baskılı kaya kütlesi olarak adlandırılır. Derin zayıflık zonlarının oluşması, başlangıçta yüksek ve hızlı deformasyonlar ile karakterize edilir. Aynada destekleme gerekmektedir. Galerili kazı yapılmalıdır. 29

30 C4 KAYA SINIFI Akıcı kaya kütlesi olarak tanımlanmaktadır. Çok az kohezyon ve sürtünme kısa süre desteksiz bırakılan bölünmüş kazıda bile tünel içine malzeme akışına neden olur. Kazıda birçok alt bölünme gerekir. Önceden süren montajı yapılmadan veya süren ve kazı ile birlikte püskürtme betonu kaplaması yapılmadan zeminin kendini tutması mümkün değildir. 30

31 C5 KAYA SINIFI Çok kohezyonlu kısa süreli stabil kaya kütlesidir. Şişme potansiyelli kil, tuz ve anhidrit içeren kaya kütlelerinde su alımıyla meydana gelen hacim artışı nedeniyle gevşemeler olur. Kemer ve aynada serbest açıklıkların sınırlanmasıyla kaya kütlesi sınırlı bir süre stabil kalabilir. 31

32 32 YER ALTI KAZISI

33 Tünel kazısının hangi yöntem kullanılarak yapılacağına, tünel kesiti ve uzunluğu, kazı yapılacak ortamın jeolojik ve hidrojeolojik özellikleri, tünel üzerindeki örtü kalınlığı, yapım süresi ve maliyeti göz önüne alınarak karar verilir. 33

34 Kazı Yöntemi Zayıf Zemin Zayıf Kaya Sert Kaya Mekanik el aletleri Ekskavatör * * * Kırıcı * * Roadheader * * TBM * * * Delme Patlatma * * 34

35 ROADHEADER 35

36 36

37 TBM (TÜNEL AÇMA MAKİNESİ) 37

38 38

39 39

40 Tünel kazısı zemin veya kayanın durumuna göre; tam ayna kazı, aşamalı kazı ve galerili kazı olarak yapılabilir. Stabil kaya ortamında; tünel kesit alanı az ise (<25m 2 ) tam ayna kazı yapılabilir. Tünel kesit alanı >25m 2 ise aşamalı kazı yapılmalıdır. 40

41 AŞAMALI KAZI 41

42 Zayıf zemin ortamında açılacak küçük kesitli tünellerde aşamalı kazı, orta kesitli tünellerde ise galerili kazı yapılmalıdır. 42

43 43

44 GALERİLİ KAZI 44

45 Kazı sırasında aşırı sökülmeler oluşursa buradaki boşluklar püskürtme beton ile doldurulmalıdır. 45

46 AŞIRI KAZI BOŞLUKLARININ SINIRLI OLMASI DURUMUNDA 46

47 AŞIRI KAZI BOŞLUKLARININ FAZLA OLMASI DURUMU-1 47

48 AŞIRI KAZI BOŞLUKLARININ FAZLA OLMASI DURUMU-2 48

49 49 TÜNEL İKSASI

50 NATM DESTEK ELEMANLARI Püskürtme Beton Hasır Çelik Kaya Bulonu Çelik İksa Çelik Levha Süren Kablo Ankrajı Enjeksiyon 50

51 PÜSKÜRTME BETON Püskürtme Beton; agrega, çimento, su ve priz hızlandırıcı katkı karışımının boru hattı içerisinde basınçlı hava ile taşınıp, püskürtülerek yerleştirilen beton olarak tanımlanmaktadır. Geleneksel betona göre kalıp gerektirmemesi ve özel katkılarla hemen dayanım kazanmaya başlaması gibi özellikleri nedeniyle yer altı mühendislik yapılarında tercih edilmektedir. 51

52 Püskürtme betona, çekme dayanımını arttırmak için çelik lifler ilave edilebilir. Çelik lif ilavesiyle betonda oluşabilecek çatlaklar önlenmiş olur. Çelik lifler ayrıca püskürtme betonun eğilme dayanımını ve basınç dayanımını da arttırmaktadır. Lifler beton hacminin her noktasına dağıldığından dayanım özelliklerinin her yönde daha üniform olduğu bir malzeme elde edilmektedir. 52

53 PÜSKÜRTME BETONUN İŞLEVİ Kırık ve çatlaklar arasına girerek kayacın yerindeki kayma dayanımını arttırır. Kaya elemanları arasındaki bağlantı düşükse; yüzeye uygulanan püskürtme beton statik bakımdan bir kabuk gibi çalışarak taşıyıcılık sağlar. Çöken, gevşeyen tabakalara karşı erken direnç göstererek iyi bir kemerleşme sağlar ve dayanımın zamanla artmasıyla gevşemeleri önler, deformasyonları en aza indirir. Kazılan yüzeylerin hava ve su ile temasını keserek yüzey bozunmasını ve gevşemeleri önler. 53

54 PÜSKÜRTME BETON UYGULAMASI HATALI UYGULAMA DOĞRU UYGULAMA 54

55 HASIR ÇELİK Hasır çelik, püskürtme beton donatısı olarak kullanılmaktadır. Püskürtme betonun kaya yüzeyine uygulanmasını kolaylaştırır. Püskürtme betonun prizi süresince dayanımını arttırır. Püskürtme betonun kayma dayanımını arttırır. Sünme ve aşırı gerilmelerden dolayı oluşabilecek çatlakları azaltır. Püskürtme betonun yenilmesi durumunda parçalanıp dökülmesini engeller. 55

56 HASIR ÇELİĞİN UYGULANMASI 56

57 KAYA BULONU Bulon ana destek elemanlarından biridir. Kayanın kayma dayanımını arttırır. Kaya bloklarının sabitlenmesinde noktasal olarak kullanılabildiği gibi çevredeki kayanın dayanımını arttırmak için sistematik olarak da kullanılabilir. Tünel kesiti çevresindeki kayanın tamamen yenilmesini engeller. 57

58 Bulonların performansı kullanılan bulonun cinsine göre değişiklik göstermektedir. Yaygın olarak SN PG IBO Swellex (Omega) tipi bulonlar kullanılmaktadır. 58

59 SN BULONU SN bulonları, enjeksiyonlamanın bulon yerleştirilmeden önce yapıldığı bulon tipleridir. 59

60 PG BULONU SN Bulonları ile benzerdirler. Tek farkları enjeksiyonlamanın bulonun deliğe yerleştirilmesinden sonra yapılmasıdır. 60

61 61

62 IBO BULONU IBO bulonları, delik delme işleminin bulon tarafından yapıldığı tip olup, bulon deliğinin bulonu yerleştirmeye imkan verecek süre stabil kalamadığı durumlarda kullanılır. 62

63 SWELLEX (OMEGA) BULONU Swellex (Omega) Bulonları mekanik olarak katlanmış çelik tüplerdir. Bulonun yüksek su basıncı ile genişlemesi sağlanır. Bu genişleme sırasında bulon deliğinin düzensiz şeklini aldığı için sıkı bir kenetlenme sağlayarak kayanın dayanımını artırır 63

64 64

65 ÇELİK İKSA Çelik İksa, kazı yapılan tünel kesitinde püskürtme beton, dayanımını kazanıncaya kadar geçen sürede yapım güvenliğini sağlar. Ayrıca püskürtme betonda yük dağılımını da sağlar. Uygulanan çelik iksa tipleri, kaya ortamına göre; I, H, U profil ve kafes kiriş olarak seçilebilir. U profiller deformasyonların yüksek olduğu durumlarda tercih edilmektedir. Kaya ile çelik iksa arasında boşluk kalmayacak şekilde monte edilmelidir. Genellikle B3 ve C kaya sınıflarında kullanılır. 65

66 66

67 ÇELİK LEVHA Düşük kohezyonlu ve kohezyonsuz akıcı zayıf zeminlerde kazı sırasında ve sonrasında malzemenin kendini tutamadığı durumlarda kullanılmaktadır. Kalınlığı 4-6 mm olan çelik levhaların boyları ilerleme adımı ve ortamın koşullarına göre seçilir. 67

68 SÜREN Kazıdan önce tünel kesitinde boyuna yönde desteksiz kazı açıklığının kısaltılması ve aşırı sökülmelerin önlenmesi amacıyla enjeksiyonlu veya enjeksiyonsuz demir çubuk veya çelik boru olarak kullanılan destek elemanlarıdır. Sürenler boyuna yönde bindirmeli olarak ilerleme adımının 2-2,5 katı kadar olmalıdır. Yeni ilerleme adımı için yapılacak süren uygulaması bir önceki adımın desteklemeleri tamamlanmadan yapılmalı ve süren eğimi aşırı kazıyı engelleyecek şekilde yataya yakın olmalıdır. 68

69 69

70 SÜRENSİZ KAZI ŞEKLİ 70

71 SÜRENLİ KAZI ŞEKLİ 71

72 72

73 ENJEKSİYON Tünel çevresindeki kayada boşlukların doldurulması, kaya kalitesinin iyileştirilmesi ve yüksek su basınçları altındaki tünellerde kazı sırasında tünel içine basınçlı su boşalımını engellemek amacıyla basınçlı olarak uygulanır. 74

74 75 TÜNEL YALITIMI

75 SU YALITIMI Su yalıtımı yapmaktaki amaç; Yer altı suyunun tünel içine sızmasını önlemek Yer altı suyunun kaplama betonu arkasında birikerek su basıncı oluşturmasını önlemek Yer altı suyunda bulunabilecek zararlı kimyasal maddelere karşı kaplama betonunu korumaktır. 76

76 DRENAJ Su yalıtımına ilave olarak yer altı suyunun drene edilmesi gerekir. Bunun için tünelin sağ ve sol yanına at nalı PVC borular yerleştirilir ve bu borular gözenekli beton ile kaplanır. Drenaj borularının bakımı için 50 metrede bir bakım bacaları yapılır ve buradan basınçlı su ile borular temizlenir. 77

77 78

78 79

79 80

80 81

81 82 ÖLÇÜM

82 JEOTEKNİK ÖLÇÜMLER Geoteknik ölçüm yapmaktaki amaç; Tünellerin projelendirilirken oluşturulan jeolojikjeoteknik modeli ve kabulleri kontrol etmek Belirlenen kaya sınıflamalarını kontrol etmek Tünel kazısı sırasında ortaya çıkan koşullara göre yapım yöntemini ve destekleme elemanlarını gözden geçirmek Desteklemeyi optimize ederek ekonomik ve güvenli tünel yapımının sağlanması Tünel kazısı sırasında aynanın önünde karşılaşılacak kaya ortamının davranışını yorumlayarak muhtemel problemlere karşı önlem almak 83

83 Jeoteknik ölçümler yaparak; Bulonlara gelen yükler Kaplama betonunun deformasyonu Kaplama betonunda oluşan gerilmeler Tünel etrafındaki gevşeme bölgelerinin sınırları Kaplama betonu üzerindeki su basıncı Yüzey ve yer altı oturmaları Yatay yer değiştirmeler belirlenmektedir. 84

84 Ölçümler; 1. Hafta: Her gün 2. Hafta: Haftada 2 kere 3. ve 4. Hafta: Haftada 1 kere Daha sonra ise iki haftada bir veya ayda bir kere yapılmalıdır. 85