İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ TÜNEL T NEL Ü DERS İ · PDF...

YILDIZTEKNKNVERSTESnaatMhendisliiBlm
TNELDERSErginARIOLU
YILDIZ TEKNK NVERSTESYILDIZ TEKNK NVERSTESYILDIZ TEKNK NVERSTESYILDIZ TEKNK NVERSTESYILDIZTEKNKNVERSTESYILDIZTEKNKNVERSTESNAATMHENDSLBLMNAATMHENDSLBLM
YILDIZTEKNKNVERSTESYILDIZTEKNKNVERSTESNAATMHENDSLBLMNAATMHENDSLBLM
TNELDERSTNELDERS5.Blm5.Blm GeniletilmiGeniletilmi
TNELDERSTNELDERS5.Blm5.Blm GeniletilmiGeniletilmi
((Daireselkesitlitnellerdegerilmedalm,KritikDaireselkesitlitnellerdegerilmedalm,Kritikiksaiksa basn/basn/yerdeitirmekavram,Zemindealantnellerdestabilitekonusuyerdeitirmekavram,Zemindealantnellerdestabilitekonusu))((Daireselkesitlitnellerdegerilmedalm,KritikDaireselkesitlitnellerdegerilmedalm,Kritikiksaiksa basn/basn/
yerdeitirmekavram,Zemindealantnellerdestabilitekonusuyerdeitirmekavram,Zemindealantnellerdestabilitekonusu))
Prof.Dr.Mh.ErginARIOLUProf.Dr.Mh.ErginARIOLUProf.Dr.Mh.ErginARIOLUProf.Dr.Mh.ErginARIOLU
YapMerkeziAR&GEBlmYapMerkeziAR&GEBlm
20092009
YapMerkeziAR&GEBlmYapMerkeziAR&GEBlm
20092009
11
2009200920092009

TNELDERSErginARIOLU
HATIRLATMA NOTU
LAVEGSTERM
HATIRLATMANOTU
Dey gerilme(z0, y=0) altnda dairesel kesitli bir tnelde (z= H) dalm yledir:y
o Yan cidarda A noktas teetsel gerilme t maksimumdur. Bykl ise t,A=3 z=3H dir. (z=P0= H
derinlik basncdr). R=2r0 de t z =H a asimptod olmaktadr. Burada = Kaya ktlesinin birim hacim
arl, H= Tnel derinliidir. Eer teetsel gerilmenin bykl, z,A kaya ktlesinin tek eksenli basn
dayanmn y,b ayorsa A noktasnda yenilme oluacaktr (Bkz Mohr Coulomb gsterimi).
o Yan cidarda radyal gerilme r,A sfrdr. r,A nn e gre deiiminde byk deerlerinde
r,A 0 olmaktadr.
0Rr
0Rr
A
o Tavanda O noktas teetsel gerilmenin bykl t,0 = z= H dir. yani cidardaki kaya ktlesi kme
gerilmesine almaktadr.
22

TNELDERSErginARIOLU
l l ll d l l l
LAVEGSTERM
DaireselKesitliTnellerdeGerilmeDalmlar:
Sadecedeygerilmemevcut Hidrostatikgerilmekoulumevcut
z 0 = P = H 0Rr
0Rr
z y 0 = = P = H
z
r
t
z
0r
t
tt
r
0r A
Oz
0Rr
0Rr
t
r0
P
A
O
0r
t
(r0=Kazyarap,R=ncelenenelemannmerkeznoktasnaolanuzakl)
33
Kaynak:Daemen,Fairhust,1978

TNELDERSErginARIOLULAVEGSTERM
Kaya ktlesinin ekme dayanmlar basn dayanmlarna kyasla ok kk olacandan, byk olaslkla tavanda
bir ekme yenilmesi oluacaktr.
0 d A t d l i d P H i t d l kt Ro r,0 0 dr. Artan deerlerinde r,0 z =P0=H asimptod olacaktr.
Hidrostatik gerilme koulunda (t,0, r,0) ve (t,A, r,A) dalmlar yledir:
A kt d t t l il i b kl 2 2 H l t d l i d h l d i lik
0Rr
Ro A noktasnda teetsel gerilmenin bykl t,A= 2 z=2 H olup, artan deerlerinde hzla derinlik
basncna (H) asimptod olur. y,b> t,A= 2 z=2 H ise, bu nokta civarnda basn yenilmesi meydana gelir.
T d h h i bi k il i d k kl k bi il k d ildi B il i
0Rr
o Tavanda herhangi bir ekme gerilmesinden kaynaklanacak bir yenilme szkonusu deildir. Basn yenilmesi
gzlenebilir.
E i t l t f d l tikl i l k l t l id d l b (P )Eer t,A y,lab ise tnel etrafnda plastiklemeyi nlemek amacyla tnel cidarna radyal basn (Pi=r)
uygulayarak, daha ak bir deyile iksa sistemleri (pskrtme beton, elik ba, tavan saplamalar) yerletirerek
gerilme ko llar n n tan mlad Mohr Co lomb k r lma dairesinin ka a ktlesinin enilme arf n n alt ndagerilme koullarnn tanmlad Mohr Coulomb krlma dairesinin kaya ktlesinin yenilme zarfnn altnda
kalmas salanr. Bylelikle iksa sistemiyle tnel cidarndaki gerilme koullar deitirilmek suretiyle verilen kaya
ktlesi iin stabilite koullar tnelde gerekletirilebilir (Bkz ekil)
44
ktlesi iin stabilite koullar tnelde gerekletirilebilir (Bkz ekil).

TNELDERSErginARIOLU
Kayaktlesiyenilmezarf/TnelcidarndaMohr yenilmedairesi:
LAVEGSTERM
YENLME/PLASTKLEMEZONUGK

TNELDERSErginARIOLU
ksa sistemiyle tnelde yenilmenin nlenmesi:
LAVEGSTERM
ksa sistemiyletneldeyenilmeninnlenmesi:
KayaktlesininMohr Coulombyenilmezarf:
( )
GvenlikkatsaysGK=1
Yenilmeszkonusu
( )n = f
k b l d kt
Teet AnoktasnaaitMohr dairesia
Gerilm
esi
ksa basncuygulandktansonrakiMohr dairesi
Kaym
a
t,A = 2 H0
r i = P
NormalGerilme,n
r i
Tneldeiksannuygulanmasyla
66
yg yyenilmenlenmektedir.

TNELDERSErginARIOLU
Saysal rnek:
260 m derinlikte ve kaz ap D= 8 m olan bir tnel, jeolojik dayanm indisi GSI= 50 ile tanmlanan kaya
ktlesinden geecektir. Tnelin etrafnda bir plastikleme/ yenilme zonunun olmamas istenmektedir. Bu proje
koulunu salamak iinkoulunu salamak iin
o zin verilebilir radyal yerdeitirme miktar, ve
o ksa basncnn bykln
hesaplaynz. Temel kabuller aada sralanmtr.
o Hidrostatik gerilme koulu mevcuttur.
o Kaya ktlesinin yenilme kriteri Mohr Coulomb kriterinden belirlenecektir.
o Salam kaya kumta numunesinin tek eksenli basn dayanm lab,b= 60 MPa, formasyonun Poisson oran
=0,20 dir.
o Problemlerde kullanlan dier byklklerin kestirimi mhendis tarafndan yaplacaktr.o Problemlerde kullanlan dier byklklerin kestirimi mhendis tarafndan yaplacaktr.
zm:
Genel:
Hidrostatik gerilme koulunda (z= y= x=P0) dairesel kesitli tnelin elastik blgede teorik radyal yerdeitirmesi
( ) ( )D 1+ P P
77dir (Bkz ekil).
( ) ( )ie 0 iy
u = P P2E

TNELDERSErginARIOLU
K i ik ik b iui
P0Devamdr
Kritikiksa basncise
0 y,bi k
2P P =
PiPiPi
Pi
P0P0
P0=Derinlikbasnc
Pi=ksa basnc
Pi

TNELDERSErginARIOLU
Devamdr
3530
mi55
50
0.20
anm
yanm
mlab
25201618
10
7
45
40
35nme
as
0.10
0.08
0.060.05
ek e
ksen
li s
km
a da
ya
meAs,
ekeksen
liskm
ada
y
mlab7
530
25
20
se
l sr
tn
0.04
0.03
n/ka
ya m
alze
mes
inin
te
mi
0.02 selSrtnm
kayam
alzemesininte
y
lab,b
c
15
1010 20 30 40 50 60 70 80 90
0.01
0.00810 20 30 40 50 60 70 80 90
Koh
ezyo
n
GSI
Kohe
zyon
k
GSI GSIa b
ekil Jeolojikdayanmindeksi,GSInnvemlab sabitininfarkldeerlerinebalolarak aekil Jeolojikdayanmindeksi,GSI nnvemlab sabitininfarkldeerlerinebalolarak a
kohezyonbiselsrtnmeasnndeiimleri
99

TNELDERSErginARIOLU
k l l k d l l d l b k ld d l l d
Devamdr
Kaya ktlesinin elastik modl Himalaya da alan birok tnelde yerinde l ve geri zmlemeye dayanan
bantlardan belirlenecektir:
Ey= Q0,36. H0,2 Q < 10 ; H 50 m Jw= 1 (Singh, 1997)
0,333lab,bQ.E = 10 0,1< Q < 100 ; l b b= 10 200 MPa (Barton, 2002)
Burada:
E El ik dl GP (1 GP 1000 MP )
yE = 10 1000,1

TNELDERSErginARIOLU
Devamdr
k b l il k k l i i k h i l i i kill d lGSI RMR 50 kabul ile kaya ktlesinin kohezyon ve isel srtnme asmlab 15 iin ekillerden srasyla
y y lab,blab,b
c0,046 c = 0,046. = 0,046x60 = 2,76 MPa
ve
35
kestirilebilir. Kaya ktlesinin tek eksenli basn dayanm isekestirilebilir. Kaya ktlesinin tek eksenli basn dayanm ise
K ktl i i l tik dl i
y
y,b
2c .cos 2x2,76xcos35 = = 10,6 MPa
1 sin 1 sin35
Kaya ktlesinin elastik modl ise
GSI= RMR 50 olduuna gre RMR44 5044
9 9Q e = e = 1 95 Bieniawski 1989
RMR50 5050
15 15
Q e = e = 1,95 Bieniawski,1989
Q 10 = 10 = 1 Barton, 1995; 2000
1,95 + 1Q 1 48
( ) ( )
0,36 0,20,36 0,2y
0,333 0,3
,Q = = 1,48
2
E = Q .H = 1,48 . 260 = 3,50 GPa = 3500 MPa
Q 1 48 6033
1111
, 0,3lab,b
y
Q. 1,48x60E = 10. = 10.
100 100
33
= 9,6 GPa = 9600 MPa

TNELDERSErginARIOLU
DevamdrElastik modl kestiriminde dier iki yaklam burada kullanlrsa y
0,6 0,14y labE = 1,5.Q .E (Singh 1997;Singh veGoel 2006)
lab lab,bE =M. = 350x60 = 21000 MPa= 21GPa
(Modl M 350 Kumta iin kabul edilebilir).
( ) ( )
0,6 0,14y
0 5 GSI10 50100 5
E = 1,5x 1,48 x 21 = 2,90 GPa
elde edilmektedir. Dikkat edilecei zere yaklam sonular arasnda nemli farkllklar vardr. bu durumda
0,5 GSI10 50100,5lab,b 40 40
y
60E = .10 = .10 = 7,74 GPa= 7740 MPa
100 100
drt yaklama ait sonularn aritmetik ortalamas alnarak farkllk lar bir lde azaltlabilir.
y3,50 + 9,60 + 2,90 + 7,74
E = = 5,9 GPa 5900 MPa4
Plastikleme zonunun olumamas iin gereken iksa basnc Pi,k hesaplanmas
o
4
1 + sin 1+ sin35 1 + 0,573K = = = = 3,68
1 sin 1 sin35 1 0 573
o
1 sin 1 sin35 1 0,573
( )0 y,b y,b 2i,k
2P 2 H 2x2,65x260 1

İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ TÜNEL T NEL Ü DERS İ · PDF...

Documents

Transcript of İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ TÜNEL T NEL Ü DERS İ · PDF...