Zayıf Kaya Kütlelerinde Açılan Tünellerde Ampirik ve Nümerik Yöntemlerle Duraylılık Analizi

Yıl 2013, Cilt: 37 Sayı: 2, 103 - 118, 15.12.2013

Ayberk Kaya Fikri Bulut

Öz

Zayıf kaya
kütlelerinde açılacak tünellerin tasarımı, mühendislik jeolojisi açısından bazı
zorluklar sunmaktadır. Tasarım aşamasında yapılacak küçük bir hata, kazı
aşamasında maliyeti yüksek ve zaman alıcı sorunlara yol açabilmektedir. Bu tür
ciddi sorunlarla karşılaşmamak için zayıf kaya kütlelerinde açılacak tünellerin,
tasarım aşamasında, en uygun ve ekonomik kazı yöntemine göre projelendirilmesi
gerekmektedir. Bu çalışmada, Cankurtaran (Hopa-Artvin) Tüneli’nin güzergahında yüzeylenen
Paleosen yaşlı Şenkaya Sırtı Formasyonu’na ait ince tabakalı marnların duraylılığı,
ampirik ve nümerik yöntemler kullanılarak incelenmiştir. İlk önce, ISRM
tanımlama kriterleri esas alınarak marnların içerdiği süreksizlerin özellikleri
ve kaya malzemesinin jeomekanik özellikleri belirlenmiştir. İkinci aşamada, marnlar
RMR₈₉, Q ve GSI sistemleri ile sınıflandırılmış ve kütle özellikleri
tespit edilmiştir. Son aşamada ise marnlarda açılması planlanan tünelin
duraylılığı, Singh vd. (1992), Goel vd. (1995), Bhasin ve Grimstad (1996) kriterleri
ve Sonlu Eleman Yöntemi (FEM) yardımıyla araştırılmıştır. Yapılan analizler
sonucunda güvenlik sayısı değerinin 0.08 ile 1.43 arasında değiştiği ve tünelde
duraysızlık sorunuyla karşılaşma riskinin olabileceği sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler

Ampirik ve nümerik yöntemler, Sonlu Eleman Yöntemi, Tünel duraylılığı, Zayıf kaya kütlesi

Kaynakça

• ASTM (American Society for Testing and Materials), 2005. Laboratory determination of pulse velocities and ultrasonic elastic constants of rock, ASTM Publications, 7 p.
• Aydan, Ö., Akagi, T., Kawamoto, T., 1993. Squeezing potential of rocks around tunnels; theory and prediction. Rock Mechanics and Rock Engineering, 26 (2), 137-163.
• Barla, G., 1995. Squeezing rocks in tunnels. ISRM News Journal, 2 (3-4), 44-49.
• Barton, N., Lien, R., Lunde, J., 1974. Engineering classification of rock masses for the design of tunnel support. Rock Mechanics, 6, 189-239.
• Bhasin, R., Grimstad, E., 1996. The use of stress-strength relationship in the assessment of tunnel stability. Tunnelling and Underground Space Technology, 11(1), 93-98
• Bieniawski, Z.T., 1989. Engineering Rock Mass Classifications. Wiley, New York, 251 p.
• Cai, M., Kaiser, P., K., Tasaka, Y., Minami, M., 2007. Determination of residual strength parameters of jointed rock masses using the GSI system. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, 4 (2), 247-265.
• Carranza-Torres, C., Fairhurst, C., 1999. The elasto-plastic response of underground excavations in rock masses that satisfy the Hoek-Brown failure criterion. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 36 (6), 777-809.
• Carranza-Torres, C., Fairhurst, C., 2000. Application of the convergence-confinement method of tunnel design to rock masses that satisfy the Hoek-Brown failure criterion. Tunnelling and Underground Space Technology, 15 (2), 187-213.
• Çapkınoğlu, Ş., 1981. Borçka-Çavuşlu (Hopa) arasının jeolojisi. K.T.Ü., Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon, Yüksek Lisans Tezi, 36 s (yayımlanmamış).
• Fenner, R. 1938. Untersuchungen zur erkenntnis des gebirgsdrucks. Glückauf, 74 (32), 681-695.
• Goel, R.K., Jethwa, J.L., Paithankar, A.G., 1995. Indian experiences with Q and RMR systems. Tunnelling and Underground Space Technology, 10 (1), 97-109.
• Güven, İ.H., 1993. Doğu Pontidler’in jeolojisi ve 1/250.000 ölçekli komplikasyonu. MTA, Ankara (yayımlanmamış).
• Hoek, E., Carranza-Torres, C., Corkum, B., 2002. Hoek-Brown failure criterion 2002 edition. Proceedings of the NARMS-TAC 2002, Mining Innovation and Technology, Toronto, Canada, 267-273.
• Hoek, E., Diederichs, M.S., 2006. Empirical estimation of rock mass modulus. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, 43, 203-215.
• Hoek, E., Kaiser, P.K., Bawden, W.F., 1995. Support of underground excavations in hard rock. Balkema, Rotterdam, 215 p.
• ISRM (International Society for Rock Mechanics), 1977. ISRM suggested methods: rock characterization, testing and monitoring. Pergamon Press, London, 211 p.
• ISRM (International Society for Rock Mechanics), 1981. ISRM suggested methods: the quantitative description of discontinuities in rock masses. Pergammon Press, Oxford.
• ISRM (International Society for Rock Mechanics), 1985. Suggested method for determining point load strength. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics, Abstracts, 2 (22) 53-60.
• Kaya, A., 2012. Cankurtaran (Hopa-Artvin) Tünel güzergahının ve çevresinin jeoteknik açıdan incelenmesi. K.T.Ü., Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon, Doktora Tezi, 185 s (yayımlanmamış).