İNCİRLİ - M. İNÖNÜ TÜNELİNDE SU GELİRİ VE YAPIM ÇALIŞMALARINA ETKİSİ İnş. Yük. Müh. Başar ARIOĞLU, Yapı Merkezi - Genel Müd. Yard. Mad. Yük. Müh. Ali YÜKSEL, Yapı Merkezi - İzray Şantiyesi Prof. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLU, İTÜ Maden Mühendisliği Bölümü ÖZET İstanbul LRTS 2. Aşama İnşaatı Güzergahının Bakırköy-İncirli ile Lepra Hastanesi arasında kalan bölümü, yoğun trafik yüküne sahip E-5 karayolunu kesmesi, çok sık yerleşım yapıları arasından geçmesi, topoğrafik koşullar ve hat geometrisinin getirdiği zorunluluklar dolayısıyla derin tünelle geçilmiştir.söz konusu tünel güzergahı, tabanında geçirimsiz Siltli Kil ve Kilden oluşan Güngören Formasyonları ve bunun üstündeki, geçirimli diğer kelimelerle Akifer niteliğindeki Marn ve Kireçtaşından oluşan Bakırköy Formasyonları içerisinde bulunmaktadır. Çalışmada yeraltı suyu gelirinin tünel kazı ve kaplama betonu yapımı sırasında ortaya çıkardığı sorunlar konu edilmiş ve buna karşı alınan belli başlı mühendislik önlemleri açıklanmıştır. 1. GİRİŞ İstanbul un hızlı kentleşmesi son yıllarda ulaşım problemini dramatik boyutlara getirmiş bulunmaktadır. Yine diğer taraftan lastik tekerlekli ulaşım araçlarının meydana getirdiği gaz emisyonunun çevre kirliliği yada hava kirliliği ne önemli bir katkıda bulunduğu açık şekilde bilinen bir gerçektir. Yukarıda özetle belirtilen problemler zincirine çözüm için hem hızlı, yüksek kapasitede ve konforlu ulaşım imkanları, hem de temiz enerji kullanması dolayısıyla Raylı Toplu Taşıma sistemeleri gündeme gelmiş ve İstanbul da Aksaray ile Hava alanı arasında kalan bölümde Hafif Raylı Sistem Güzergahı planlanmıştır. Bu güzergahın 2. aşamasını oluşturan Esenler - Hava Alanı arasındaki bölümünün inşaatı geçtiğimiz günlerde tamamlanarak sistemin deneme seferlerine başlanmıştır. Bu güzergahın yoğun trafik yüküne sahip karayolları, yoğun yapılaşma alanlarında bulunması, güzergah geometrisi ve topoğrafik koşullardan dolayı Bakırköy ile Ataköy- Lepra Hastanesi arasındaki güzergah kesimi Derin Tünel ile geçilmiştir. Diğer inşaat türlerinde olduğu gibi, yeraltı suyu, derin tünel yapımında da bir takım inşaat zorlukları oluşturmakta ve buna karşı bazı mühendislik önlemlerinin alınmasını gerekli hale getirmektedir. Bu çalışmada İncirli-M. İnönü Tünelinin yapım çalışmaları sırasında gözlenen su geliri konu edilmiş ve alınan mühendislik önlemlerine yer verilmiştir.
2. M. İNÖNÜ TÜNELİ VE YAPIM ÇALIŞMALARI 9.6 km lik güzergahın km 6+108 ile 7+585 arasındaki bölümü derin tünelle geçilmiştir. Bu bölümün başlıca şu nedenlerden dolayı derin tünel ile geçilmesi zorunlu olmuştur [1]; Şehrin ana arterini oluşturan E-5 karayolunun güzergahı birkaç noktada kesmesi, Yoğun bir yapılaşma alanından geçilmesi, Hat geometrisi ve Topoğrafik koşullar. Tünel yapım çalışmalarına 5 Mayıs 1993 tarihinde başlanmış, kazı ve ön sağlamlaştırma işleri toplam 293 işgününde, 6 Mayıs 1994 de tamamlanmış, son kaplama betonu yapımı ise 12 Eylül 1994 de bitirilmiştir. [2] Tünel, Yeni Avusturya Tünel Açma Metodu ile üç kademeli olarak açılmış,ön sağlamlaştırma püskürtme beton + Çift kat çelik hasır + çelik kafes iksa + kaya bulonu ndan oluşan iksa sistemi ile yapılmıştır. Tünelin kazı genişliği 10.76 m.,kazı yüksekliği 8.25 m.,toplam kazı alanı ise» 73 m 2 dir. İlerleme adımları tünel aynasının ve jeomekanik koşulları gözetilerek 0.80 ila 1.30 m. arasında tutulmuş, 20-25 cm kalınlığında püskürtme beton uygulaması yapılmıştır. Yine tabakaların jeomekanik koşullarına göre tünel kemerinde birbirleri arasında 30-35 cm mesafede toplam sayısı 10-35 arasında, 3 m. uzunluğunda, f 26 lık nervürlü çelik çubuklar önsüren olarak kullanılmıştır. Doğu Tüneli nin km 6+108 ile 6+400 ler arasında tünel aynasında orta dayanımlı Kireçtaşlarının hakim olduğu bölümlerde kazı işlemi kollu kazıcı tünel açma makinası (Wesfalia Lünen 178/300 H model, 80 ton., 436 KW) ile gerçekleştirilmiş, hakim olarak siltli kil ve kil tabakalarının bulunduğu Doğu Tüneli nin diğer bölümlerinde ve Batı Tüneli nde kazı tünel uyumlu ekskavatör (Liebherr R 942 HD ve R 912 HD) ile yapılmıştır [3]. Ön sağlamlıştırma işleminden sonra tünelin Son Kaplama sı çift kat hasır çelik donatılı, 40 cm kalınlığında B 30 betonu ile yapılmıştır [4]. 3. JEOLOJİK DURUM Tünel, İstanbul un batısında yayılım gösteren [5] tabanda Üst Miyosen yaşlı, Siltli Kil ve Kil tabakalarından oluşan Güngören Formasyonu ile bunun üstünde yer alan, yine Üst Miyosen yaşlı, Kireçtaşları ve Marn lardan oluşan Bakırköy Formasyonu içerisinde bulunmaktadır. Siltli Kil ve Killer koyu gri - gri-yeşilimsi-mavimsi renklerde aşırı konsolide olmuş - yer yer kiltaşı dayanımında, fissürlü ve çatlaklıdır. Kireçtaşı ve Marn tabakaları ise beyaz-krem renklerde bol Mactra fosil içeriğine sahip, genellikle düşey eğimli iki çatlak takımı ile sık-çok sık çatlaklı (5-20 cm), ince-çok ince (5-20 cm) tabakalıdır. Tabakalar genellikle 5 o -10 o güney-batıya eğimli ve az-çok antiklinalsenklinal yapılarını andırır biçimde ondülasyonlu ve özellikle tüneli, batıda Bahçelievler istasyonunun bitişiğindeki kısımlarda kesen, atımı 1 ila 4 m. ye varan iki değişik yönelimli faylarla kırıklıdır [6]. Doğu girişinde, km 6+108 den km 6+300'lere kadar tünel aynasında kil aratabakalı kireçtaşı ve marn tabakaları hakim litoloji olarak gözlenmektedir. km 6+200 lerden sonra tünel tabanında, Güngören ve Bakırköy Formasyonları arasında geçiş zonu niteliğindeki Kireçtaşı-Marn aratabakalı kahve renkli kil tabakaları belirmektedir. Buradan sonra,tünelin ilerleme yönüne göre eğimli olmasından dolayı tedrici olarak siltli kil tabakaları hakim olmaya başlamaktatır. Km 6+400'den sonra tünel aynasının tamamında siltli kil tabakaları bulunmaktadır [6] (Şekil-1). 4.TÜNELDE SU GELİRİ
4.1.SU TAŞIYAN (AKİFER ) TABAKALAR VE SU GELİRİNİ DENETLEYEN FAKTÖRLER Tünel Jeolojik boy kesiti (Şekil-1), incelendiğinde hidrojeolojik açıdan başlıca iki farklı karakterde tabakanın varlığı göze çarpmaktadır; Altta Siltli Kil ve Killerden oluşan Geçirimsiz tabaka ve Üstte ise çatlaklı Kireçtaşı ve Marnlardan oluşan Geçirimli tabaka. Farklı hidrojeolojik özellikteki bu iki tabaka ara kesitinin, tünel güzergahının büyük bir bölümünde, tünel aynasında yer alması, miktarları değişen ölçülerde bir Yer altı Suyu Geliri söz konusu olmuştur. Akifer özelliği gösteren tabakalarda tünelin açılmasını takiben, tünel açıklığı bir drenaj kanalı gibi çalışmaya başlamakta,bunun sonucunda akifer tabakalarındaki yeraltı suyu seviyesi ortamın geçirimliliğine bağlı olarak düşmekte ve tünel aynasında, hemen hemen sadece geçirimli-geçirimsiz tabaka ara kesitinden su geliri gözlenmektedir. Tünelde gözlenen yeraltı suyu gelirinin başlıca aşağıda belirtilen faktörler tarafından denetlendiği belirlenmiştir; Geçirimli tabakaların permeabilite büyüklüğü, Geçirimli ve geçirimsiz tabakalar arakesiti kotunun tünel aynasına göre konumu, Tünel aynasının Jeolojik Yapılar ile olan konumları. Bu çalışmanın ilerleyen bölümlerinde yukarıda belirtilen faktörlere tünelden, güzergah boyunca tipik örnekler verilecektir. 4.2. TÜNELDEN SU GELİRİ VE SU GELİRİ ÖLÇÜMLERİ Doğu tüneli başlangıcında km 6+150 lerde tünel aynasında sık-çok sık çatlaklı, karstik erime boşluklu kireçtaşları bulunmaktadır. Bunlardaki açık-bağlantlılı karstik boşluklardan zaman zaman 60 lt/dak ya ulaşan miktarlarda yeraltı suyu geliri söz konusu olmuştur. Tünelin ilerleyen bölümlerinde km 6+200 den sonra geçirimsiz kil tabakalarının belirmesiyle birlikte tünel aynasından damlama-akma şeklinde su geliri başlamıştır.(şekil -1) Tünel uzunluğunun artmasıyla birlikte tünelden dışarıya atılan su miktarı giderek artmış ve km 6+300 lerde toplam debi (tünel ağzında) 100 lt/dak ya ulaşmıştır.(şekil-2) km 6+700 - km 6+800 lerde aynanın üst bölümlerinde gevşek, siltli kum-kum seviyesi ile karşılaşıldığında, bu tabakadan akma - damlama türünde bir su geliri olmuştur. (Şekil-1) km 6+800 den sonra Bahçelievler istasyonuna kadar (km 7+006), tünel aynasının tamamında geçirimsiz karakterdeki siltli kil-kil tabakaları yeraldığından, tünelin bu aralığında bir su geliri sözkonusu olmamıştır. (Şekil-1) Batı tünelinde tünel açım işlemleri batı portalinden başlamış ve Bahçelievler istasyonuna doğru yapılmıştır. Batı tünelinini ilk bölümlerinde de tabakaları eğim yönü ilerleme yönü ile aynı olup bir antiklinalin ikinci kanadı içerisinde ilerlendiğinden bu ilk bölümlerde su geliri damlama-sızıntı şeklinde (~10 lt/dak) görülmüştür. km 7+400 lerde bir senklinal yapı ile karşılaşılmıştır. Bu senklinalin her iki kanadının eksene yakın bölümlerinde ve özellikle eksen noktası civarında su geliri, tünelde ölçülen en fazla su geliri (~200-300 lt/dak) olmuştur. Diğer taraftan senklinal yapıyı takip eden antiklinalin kanatlarından eksenine doğru yaklaşıldıkça aynadan su geliri giderek azalmış ve antiklinalin tepe kısımlarında ise hemen hemen su geliri görülmemiştir. Batı tünelinin son bölümlerindeki 1-4m. atımlı fay zonundan da ~200-250 lt/dak mertebelerinde bir su geliri gözlenmiştir Şekil-2 te güzergah boyunca, tünel aynasındaki ve tünel çıkışındaki toplam su debilerinin değişimi verilmiştir. Yine aynı şekil üzerinde tünel aynasındaki günlük
ilerleme hızları da aynı şekil üzerinde gösterilmiştir. Farkedileceğiı gibi su gelirinin arttığı bölümlerde ilerleme hızında belirgin bir azalma göze çarpmaktadır. Tablo-1 de Yeratı suyunun, bazı üretim parametreleri üzerindeki etkisi sayısal olarak gösterilmeye çalışılmıştır. Tablo-1 Batı Tünelinde Yeraltı Suyu Gelirinin Bazı Üretim Parametreleri Üzerindeki Etkisi Tünel Güzergahı, km 7+180 7+200 7+300 7+400 7+500 Aynadan Su Geliri, lt/dak 150 60 12.5 90 20 İlerleme Hızı, m/gün 3.18 3.21 3.81 2.21 2.24(*) Birim İlerleme için Atılan Su miktarı, m/m 3 68 27 4.7 58.6 8.6 Birim Kazı Hacmi için Atılan Su miktarı, m 3 / m 3 0.930 0.370 0.065 0.803 0.117 Birim Kazı Hacmi için P. Beton miktarı, m 3 / m 3 0.255 0.176 0.187 0.296 0.245 (*) İki vardiya çalışma yapılmıştır 4.3.SU GELİRİNİN TÜNEL ÇALIŞMALARINA ETKİSİ Tünelde karşılaşılan yeraltı suyu gelirinin tünel çalışmalarında başlıca; şu işlemleri etkilemektedir Kazı - yükleme, İksa yapım çalışmaları (Püskürtme beton,kaya Bulonu), Son kaplama betonu yapımı. Yeraltı suyu ile karşılaşılan bölümlerde, Kireçtaşlarına ait kil aratabakalarının suyun yumuşatma etkisi ile kohezyonu düşmekte ve kazı sırasında kendi kendine sökülme olayını hızlandırarak artmasına yolaçmaktadır. Su gelirinin ortaya çıkardığı bir diğer sorun da şu şekilde özetlenebilir; altyarı ( * ) veya taban kazısı sırasında yeraltı suyu tabakalardaki mevcut çatlaklara girerek çatlak yüzeyindeki malzemenin kayma mukavemetini - sürtünme açısını düşürerek çatlaklarla sınırlanmış olan blokların kayarak düşmesine yol açmakta ve altyarıda ve tabanda çalışan işçiler için tehlike oluşturmaktadır. Tünel kazısı sırasında oluşan hafriyat, tünel aynasında 955 L paletli ekskavatör ile yüklenmekte ve kamyonlarla dışarıya taşınmaktadır. Tünel aynasından gelen su ayna önünde toplanarak, hafriyatın yumuşamasına sebeb olmakta, makinaların ve kamyonların manevra kabiliyetini azaltmaktadır. Diğer taraftan, Doğu Tünelde ayna önündeki su zemini yumuşatarak kollu kazıcı makinanın zemine batmasına yolaçmıştır. Kazıdan hemen sonra, iksasız tabakaların gevşemesinin önlenmesi amacıyla kazı yüzeyine ve duvarlara 3-5 cm kalınlığında bir püskürtme beton yapılmaktadır. Özellikle akma şeklinde bir su geliri sözkonusu olduğu zaman taze beton, henüz prizini tamamlamamış olduğundan suyun yıkama etkisi ile yere dökülmekte, bu alana tekrar püskürtme beton yapılması gerekli olmaktadır. Dolayısıyla püskürtme beton sarfiyatı artmaktadır. ( * ) Bu çalışmada Kalot, Stross, ve Radye için sırasıyla Üstyarı, Altyarı ve Taban deyimleri kullanılacaktır.
Ø = 45 mm çapında, l = 4 m uzunluğunda açılan kaya bulonu delikleri açılınca ilkin drenaj kanalı gibi çalışmakta ve yeraltı suyu geliri enjeksiyon için yerleştirilen harcı yıkayarak delikten dışarıya sürüklemektedir. 5. SU GELİRİNE KARŞI ALINAN MÜHENDİSLİK ÖNLEMLERİ İncirli M. İnönü Tünelinde çeşitli işlem aşamalarında yeraltısuyu gelirinin ortaya çıkardığı sorunlar ve bunlara karşı alınan mühendislik önlemleri Tablo-2 de özetlenmeye çalışılmıştır. 5.1. TÜNEL KAZISI VE İLK İKSANIN YAPIMINDA ALINAN ÖNLEMLER Kazı sırasında, tabakaların gevşemesinin önlenmesi amacıyla yüzeye uyulanan 3-5 cm lik püskürtme betonun yıkanmaması için betona ilave edilen hızlandırıcı katkı miktarının artırılması yoluna gidilmiştir. Püskürtme beton yapımından sonra beton arkasında birirken veya betondan kontrolsuz bir şekilde akan-sızan suyun drene edilmesi için tünel duvarlarına yeterli aralıklarda ve sayıda, suyun geldiği tabakalar içerisinde olmak üzere f 45 mm çapında delik açılmış ve bu deliğe, tabakalar içerisinde içerisinde kalan kısmı perfore olan ø 25 mm lik plastik (PVC) boru yerleştirilmiş, bu boru ile drene edilen su tünelin her iki kenarındaki drenaj kanallarına verilmiştir. (Şekil-3) Tünel çalışmaları sırasında ayna önünde toplanan su, ayna önüne yerleştirilen seyyar dalgıç pompalar vasıtasıyla, batı tüneline tünel kenarlarında oluşturulan drenej kanallarına pompalanmış, buradanda eğim aşağı suyun kendi cazibesi ile tünel dışına atılması sağlanmıştır. Doğu tünelinde ise ayna önüne toplanan su, yine seyyar dalgıç pompalar ile aşağıda bahsedilen pompa çukurlarına pompalanmıştır. Kazı ve yükleme makinalarının tabana batmasını önlemek ve manevra kabiliyetini artımak için tabana invert kazısının ve püskürtme betonunun yapılmasından sonra tünel tabanına sudan etkilenmeyen grovak dolgu malzemesi serilmiştir. Doğu tünelinde ilerleme eğim aşağı olduğundan burada tünel tabanında biriken suyun drene edilebilmesi amacıyla tünel tabanındaki dolgu malzemesinin altına drenaj kabiliyeti olan mıcır veya balast serilmiştir. Drene edilen su belli aralıklarla tesis edilen ve içerisine dalgıç pompaların konulduğu pompa çukurlarında toplanmış, buradan tünel boyunca mevcut olan ø 5 ilk borularla dışarıya atılmıştır.(şekil-3) Kaya bulon deliklerine yerleştirilen enjeksiyon harcının su ile yıkanmasının önlenmesi için bir taraftan harcın su/çimento oranını düşürülmesi yoluna gidilerek harcın katılığı artırılmış ve böylece delik içinde su basıncını yenebilecek bir tıkaç oluşturulmuştur. Diğer taraftan da deliğe enjeksiyon harcı yerleştirilmeden önce priz hızlandırcı cam kartuj yerleştirlmiş, kaya bulonu çubuğu yerleştirilince cam tüp kırılarak kartuj içerisindeki malzeme harç içerisine yayılarak enjeksiyon harcının çok kısa bir sürede prizini sağlamıştır. 5.2.SON KAPLAMANIN YAPIMINDA ALINAN ÖNLEMLER Son kaplamanın yapımından önce tüneldeki yeraltı suyunun betona zararlılığı açısından bir değerlendirmenin yapılabilmesi amacıyla hem doğu hem de batı tünelinden su örnekleri alınmış ve Tablo-3 de belirtilen kimyasal parametreleri laboratuvarda analiz edilmiştir. Yapılan değerlendirmeler ise aynı tablonun son sütununda belirtilmiştir. Görüleceği üzere tünelin değişik noktalarından alınan ve az-çok tünel ortalamasını ifade edebilecek olan tünel çıkışından alınan su örneklerinin kimyasal parametreleri, zayıf derecede zararlılık değerlerinin altındadır.
Betonun dökümünden önce tünel cidarından akan ve sızan suların taze kaplama betonuna zarar vermemesi için tünel duvarlarının su gelen bölümleri kabarcıklı PVC örtü malzemesi ile kaplanmıştır. Kaplama betonunun yapımı sırasında iyi bir yerleştirmenin sağlanabilmesi dolaysıyla geçirimsiz nitelikte beton üretilebilmesi için taze betona, çimento ağırlığının %3 ü kadar Sikament FF akışkanlaştırıcı katkı maddesi ilave edilmiştir. Beton döküm anoları arasında meydana gelen derzlerden su gelmemesi için derzlere PVC su tutucular yerleştirilmiştir. 6. SONUÇLAR İncirli M.İnönü Tüneli güzergahının altta geçirimsiz Siltli Kil ve bunun üstündeki geçirimli Marn - Kireçtaşları içerisinde bulunmasından dolayı debisi (200-300 lt/dak) varan ölçüde yeraltı suyu geliri ile karşılaşılmıştır. (Şekil-1,2) Yeraltı suyu bir taraftan kazı -iksa yapım çalışmalarını olumsuz yönde etkilemiş ve ilerleme hızını düşürmüş diğer taraftan da buna karşı birtakım mühendislik önlemlerinin alınmasını gerekli kılmıştır. Sonuçta yeraltı suyu geliri tünel birim maliyetini artırıcı yönde rol oynamıştır.(tablo-2) Kazı sırasında suyun drene edilmesi için tünel duvarında, geçirimli tabakalar içerisinde drenaj deliği açılmış ve perfore boru yerleştirilmiştir. Ayna önünde toplanan su ise ayna tabanına yerleştirilen seyyar dalgıç pompalarla tünel kenarlarındaki geçici drenaj kanallarına atılmıştır.(şekil-3) Ayna önünde toplanan su çalışan makinaların manevra kabiliyetini azaltmış buna karşı, tünel tabanındaki suyun drene edilebilmesi için mıcır ve bunun üstüne su etkisi ile yumuşamayan grovak dolgu malzemesi serilmiştir. Tüneldeki su geliri bir yandan tabakaları gevşeterek aşırı sökülmenin artmasına diğer yandan da püskürtme beton yapımı sırasında taze betonun prizini tamamlamadan dökülmesine dolayısıyla püskürtme beton tüketiminin artmasına yol açmıştır. Bu durumda betona ilave edilen priz hızlandırıcı katkının artırılması yoluna gidilmiştir. Tünelden gelen suyun kimyasal bakımdan betona zararlı olmadığı tesbit edilmiş ancak kaplama betonu yapımını güçleştirmiş, keza burada da ek önlemlerin alınmasını zorunlu hale getirmiştir.(tablo-3) 7. KAYNAKLAR. [1]..., İstanbul LRTS Projesi 2. Aşama İnşaatı Güzergah Raporları, Yapı Merkezi, İstanbul,1994 [2]..., İncirli M. İnönü Tüneli Üretim Kayıtları, Yapı Merkezi, İstanbul,1994. [3] ARIOĞLU, B., YÜKSEL,A., ARIOĞLU E., İncirli M. İnönü Tüneli Yapım Çalışmaları ve Üretim Parametreleri, Ulaşımda Yeraltı Kazıları 1. Sempozyumu, Maden Mühendisleri Odası İstanbul Şubesi. İstanbul,Aralık 1994. [4]..., M.İnönü Tüneli Son Kaplama Betonu Yapım ve Değerlendirme Raporları, (Yayınlanmamış Raporlar), Yapı Merkezi, İstanbul, Mayıs 1994. [5] ARIÇ, C., Haliç-Küçükçekmece Gölü Bölgesinin Jeolojisi, İTÜ Maden Fak., İstanbul 1955. [6] YÜKSEL, A., İstanbul Hızlı Tramvay Projesi 2. Aşama İnşaatı İncirli-M.İnönü Tüneli'nin Mühendislik Jeolojisi, Yapı Merkezi., İstanbul Eylül 1994.