Tünellerde Zemin ve Destekleme Tipleri
1. KAZI
NATM (New Austrian Tunnelling Method) Yeni Avusturya Tünel Açma yöntemi olarak bilinen bu method tünellerde kullanılacak desteklemeleri ve destekleme türlerini belirlemek için kazı sırasında meydana gelebilecek deformasyonları ve bu deformasyonlardan kaynaklanacak duraysızlık durumlarının sönümlenmesini ve bu sönümlemeler için yapılması gereken işlemleri belirten bir yöntemdir. Bu yöntemde deformasyonların önüne geçmek için öncelikle zemin içerisindeki iç basınç hesaplamalarına, zemin çatlak sistemlerine ve durumlarının bilinmesine ihtiyaç duyulur. Bunun için jeolojik, jeoteknik ve mekanik ölçümler yapılır.
Ayrıca çatlak analizleri için gerilme/deformasyon analizleri yapılır. Diğer bir değişle NATM tünel çevresinde yük taşıyıcı bir halka sistemi kurularak tüneli çevreleyen kaya, zemin vb. yapıların desteklenmesini ve tünelde meydana gelebilecek deformasyonlardan kaynaklı göçme, akıntı gibi olayların önüne geçmesini sağlar. Bu nedenle tünel destekleme imalatı sırasında bir çok faktör göz önünde bulundurulmalıdır. Bunlar kaya kütlesinin veya zemin sınıfı (RMR, Q, RSR), Kaya kütlesinin süreksizlik özellikleri, kazı ile destekleme arasında geçen süre, destek sistemlerinin elastisitesi, ekiplerin becerileri, kazı yöntemlerinin kayacın bozuşmasına etkisidir.
Tünel ortamının değerlendirilmesinde ise göz önünde bulundurulması gerekenler şunlardır:
- Sağlam kayacın yük direncinin
- Yer altı suyu ve çatlak suyu direnci
- Kayacın/zeminin kalitesi, sınıfı ve RQD hesaplamaları
- Çatlak sisteminin sayısı
- Çatlak yüzeylerin pürüzsüzlüğü ce ara dolgu yapılan mazlemenin cinsi
- Tünelin yapılış amacına göre çatlak sistemlerinin doğrultu-eğim özellikleri
Zemin Türleri
NATM yönteminde kaya sınıflarının belirlenmesi için jeolojik, hidrojeolojik, geoteknik çalışmalar yapılmalıdır. Proje öncesinde yapılan ve projede görülmesi beklenen formasyon tipleri, litolojik birimler ve jeolojik ön görülerle elde edilen sonuçlar karşılaştırılmalıdır. Bu çalışmalar kazı öncesi çalışmalar olup, kazı sırasında yapılan kaya kütlesi belirlemeleri için kazı öncesi çalışmalardan elde edilen jeolojik haritalar ve bu haritalardaki sayısal veriler kullanılarak Q ve RMR sınıflandırmaları yapılır. NATM yönteminde kaya kütleleri ÖNORM 2203’e göre tanımlanır. Bu tanımlamalar Q ve RMR sistemleri kullanılarak yapılmıştır. Bu sınıflandırmada 3 ana kaya kütlesi grubu vardır. Bunlar A sınıfı, B sınıfı ve C sınıfı zeminlerdir. Bu sınıflar kendi içlerinde de farklı sınıflara ayrılmaktadır.A Tipi Kaya Sınıfı
A sınıfı kaya sistemleri stabil-hafif aşırı sökülen kaya kütleleri olarak tanımlanırlar. A sınıfı kaya kütleleri elastik davranışı yüksek, stabil kaya kütleleridir. Desteklemeye gerek duyulmayan, yer çekimi nedeniyle sığ göçüklerin görüldüğü, bu göçüklerin de genellikle izole olduğu, önemsiz eklem yapılarından kaynaklanan göçüklerdir. Elastik deformasyonlar hızla azalır. A sınıfı kay kütleleri 2’ye ayrılır. Bunlar A1 ve A2 sınıf zeminlerdir.A2 kaya sınıfı:
Az sökülen kaya kütlesidir. Deformasyonlar A1 sınıfında olduğu gibi küçüktür ve çok hızlı bir şekilde sönümlenir. Sökülmeler tünel tavanında ve yan duvarlarda gözlenir. Bunun nedeni kaya kütlesinin ağırlığından kaynaklıdır ve sığ dökülmelerdir. Kazı profili A1 sınıfına benzerdir. Üstyarı kazısı 2.5-3.5 m, alt yarı kazısı ise 4 m olarak sınırlandırılmıştır.
B Tipi Kaya Sınıfı
Gevrek kaya kütlesi olarak tanımlanmaktadır. Bu tip kaya kütlelerinin davranışları yapısal kenetlenme ve çekme mukavemetinin düşüklüğünden dolayı gevşemeye ve ayrışmaya meyilli zeminlerdir. Bu nedenle destekleme imalatları gerekmektedir Destek yapımının gecikmesi durumunda çökmeler meydana gelebilir. B sınıfı kaya kütleleri B1, B2 ve B3 olarak ayrılır.
B1 Kaya Sınıfı: Gevrek kaya kütleleridir. Deformasyonlar küçüktür ve hızlıca sönümlenirler. Ortamda bulunan su kayanın stabilitesine etkisi yoktur. Kazının ilerlemesi kaya kütlesinin desteksiz durma süresine, destekleme imalatının süresine bağlıdır. Bu tip zeminlerde yerel bölgelerde ön destekleme gerektiği gözlenmektedir.
B2 Kaya Sınıfı: Çok gevrek kaya kütleleridir Zamanında yapılmayan destekleme imalatlarından kaynaklı göçmeler meydana gelebilir. Ancak tünel desteklemesinin zamanında yapılmasıyla deformasyonlar hızlıca azalır. Ortamdaki suyun niteliği ve niceliği kaya kütlesinin akma mukavemetine etkisi vardır. Bu tip zeminlerde kazılar genellikle yumuşak patlatma olarak gerçekleşir. Desteklemeler genellikle tünel tavanı ve yan duvarlarda gözlenir. Ancak gerektiği zamanlarda kazıyı desteklemek için süren tipi destekleme boruları kullanılır.
B3 Kaya Sınıfı: Taneli kaya kütlelerinden oluşur. Kohezyonun ve çimentolaşmanın azlığından kaynaklı kaya kütlesinin stabilitesini kötü etkiler. Bu nedenle destekleme yapılmadan gerçekleşen kazılarda göçmeler meydana gelir.
C Tipi Kaya Sınıfı
Baskılı kaya kütleleri olarak bilinir. Plastisitesi yüksek (elastik olmayan), akmaya meyilli zeminlerdir. Çatlamaya ve dökülmeye eğilimli olmasından ve şişme özelliği göstermesinden kaynaklı bu tip zeminlerde destekleme imalatı olmadan kazının ilerlemesi mümkün değildir. C sınıfı kaya kütleleri 5 farklı gruba ayrılır.C1(Dağ Atma) Kaya Sınıfı: Bu tip kaya kütlelerinde masif kayada bulunan yüksek ön gerilmeler nedeniyle elastik enerji depolanması gözlenir. Bu enerjiden kaynaklı kaya kütlelerinin ani yer değiştirmelerine, göçmelerine rastlanır. Bu nedenle taban kazısı gerekir ve kazı mekanik kazı yöntemleri veya düzgün patlatma ile gerçekleştirilir. Kısa, sık kaya bulonları ve çelik hasır kullanılarak göçmelerin önüne geçilebilir.
C2 ( Baskılı) Kaya Sınıfı: Orta derecede ancak uzun süren ve kolay sönümlenmeyen deformasyonlar gözlenir. Bu nedenle kazı düzgün patlatma ve mekanik kazı yöntemleri ile yapılır ve kazının hemen sonrasında püskürtme betonu dökülerek destekleme imalatı yapılır. Ayrıca tünel tavanında süren uygulaması için göçmelerin önüne geçilir.
C3 (Çok Baskılı) Kaya Sınıfı: Yüksek ve hızlı deformasyonlar vardır. Bu deformasyonlar uzun sürer ve yavaşlama hızı düşüktür. Bu nedenle yoğun bir destekleme gerekmektedir. Kullanılan süren borularının boy uzunluğu artması ve ilerleme kazısının azalması gerekmektedir. Aşırı düşey hareketlerin gözlendiği kazı aynasında kaplamanın genişletilmesi, bulonlama ve bunların enjeksiyonlanması veya geçici kemerlerin kullanılması gerekir. Gerektiği durumlarda ters kemer sistemi (ring sistemi) yapılması için 5. ve 6. Kazılara ihtiyaç duyulur ve sistem kitlenir.
C4 (Akıcı) Kaya Sınıfı: Kohezyon çok azdır ve kısa süre bile desteksiz bırakılan alanlarda malzeme akışı gözlenmektedir. Süren imalatı yapılmadan veya püskürtme betonu kullanılmadan kazının ilerlemesi mümkün değildir. Bu tip zeminlerde de sistemin kitlenip, hareketinin önüne geçilmesi için ring sistemi yapılır.
C5 (Çok kohezyonlu, stabilitesi oldukça düşük)Kaya Sınıfı: Şişme potansiyeli yüksek olan kil, tuz, anhidrit gibi mineralleri ve kay türlerini içermesinden dolayı hacim artışı gözlenir ve bu hacim artışı gevşemeler ve akmaya neden olur. Desteksiz kazının ilerlemesi mümkün değildir. Tavan kesiminin büyük bir kısmında süren borular veya çelik levha süren imalatına ihtiyaç duyulur. Ayrıca püskürtme betonunun yapılması gerekmektedir.
