Maçka (Trabzon) tüneli destek sistemlerinin görgül ve sayısal analizi
Empirical and numerical analyses of support systems of Macka (Trabzon) tunnel
Yazar: MUSTAFA KANIK
Danışman: DOÇ. DR. ZÜLFÜ GÜROCAK
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Uygulamalı Jeoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Bu çalışmada Maçka Tüneli güzergâhındaki kayaçların mühendislik özellikleri ve kazı sırasında kullanılacak optimum destek sistemlerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Görgül yöntemler kullanılarak belirlenen destek sistemlerinin güvenirliliği ise sayısal analizler ile değerlendirilmiştir. 
 Tünel güzergâhındaki birimler yaşlıdan gence doğru, Erken Turoniyen yaşlı Çatak Formasyonu, Turoniyen-Santoniyen yaşlı Maçka Formasyonu, Turoniyen-Santoniyen yaşlı Esiroğlu Formasyonu, Erken Kampaniyen yaşlı Kaçkar Riyodasiti'dir. Toplam uzunluğu 5492 m olan tünel kazısının tek tüpünde yapılacak kazının 236 m'si Esiroğlu Formasyonu'nda, 1410 m si Kaçkar Riyodasiti'nde, 1125 m'si ise Çatak Formasyonu'nda yapılacaktır.
Tüm çalışmalar; arazi, laboratuvar ve büro çalışmaları olmak üzere üç aşamada gerçekleştirilmiştir. Arazi çalışmalarında, tünel güzergâhının detaylı jeolojik haritası yapılmış, süreksizliklerin mühendislik özelliklerinin belirlenmesi amacıyla hat etütleri gerçekleştirilmiş, jeoteknik amaçlı sondajlara ait karotlar incelenerek Kaya Kalite Göstergesi (RQD), toplam karot verimi (TKV) ve bozunma derecesi (W) belirlenmiş ve laboratuvar çalışmalarında kullanılmak üzere karot örnekler derlenmiştir. Laboratuvar çalışmaları ile kaya malzemesinin fiziksel, mekanik ve elastik özelliklerini belirlemek için jeomekanik deneyler yapılmıştır. Büro çalışmalarında arazi ve laboratuvar çalışmalarından elde edilen veriler kullanılarak, tünel güzergâhındaki kaya kütleleri görgül Kaya Kütle Sınıflaması (RMR89), Kaya Kütle İndeksi (RMi), Kaya Kütle Kalitesi (Q), Jeolojik Dayanım İndeksi (GSI) ve Yeni Avusturya Tünel Açma Metodu (NATM) sınıflama sistemleri kullanılarak sınıflandırılmıştır. RMR, Q ve RMi sınıflama sistemlerinin önerdiği destek sistemlerinin uygulanabilirlikleri, kazıdan sonra tünel etrafında oluşan plastik zonun kalınlığı ve yer değiştirme miktarlarına etkileri Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM) kullanılarak sayısal olarak analiz edilmiştir. Sayısal analizlere ait sonuçlar dikkate alınarak tünel güzergâhındaki kaya kütleleri için optimum destek sistemleri belirlenmiştir. 
Sayısal analiz sonuçlarına göre; tavan bölgesinde genel olarak RMR89 sınıflama sisteminin önerdiği püskürtme beton kalınlıkları ve Q sınıflama sisteminin önerdiği kaya bulonu aralıkları bu çalışmada önerilen destek sistemiyle benzerlik göstermektedir. Duvarda ise Q sınıflama sisteminin önerdiği kaya bulonu aralıkları, RMi sınıflama sisteminin önerdiği kaya bulonu uzunlukları ve RMR89 sınıflama sisteminin önerdiği püskürtme beton kalınlıkları bu çalışmada önerilen destek sistemleri ile benzerdir. Bu çalışmada önerilen optimum destek sistemleri RMR89, Q ve RMi sınıflama sistemlerinin önerdiği destek sistemleri karşılaştırıldığında, bu çalışmada önerilen destek sistemlerinin en fazla RMi sınıflama sisteminin önerdiği destek sistemleri ile uyumlu olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, the engineering properties of the rock masses along the Macka Tunnel route and the optimum support systems will be used during excavation are aimed to determine. The reliability of the support systems obtained from empirical methods is evaluated by numerical analysis. 
The units at the study area are Early Turonien aged Çatak Formation, Turonien-Santonien aged Maçka Formation, Turonien-Santonien aged Esiroglu Formation and Early Campanien aged Kackar Rhyodacite. 236 m of the excavation will be carried out in Esiroglu Formation, 1410 m in Kackar Rhyodacite and 1125 m in Catak Formation. 
Studies were carried out three stages as field, laboratory and office studies. By the field studies, detailed geological map of the tunnel route was done, line surveys were carried out to determine the engineering properties of discontinuities. Drilling cores were examined thus Rock Quality Design (RQD), total core recovery (TCR) and weathering degree (W) of the rock masses were determined. Also, core samples were taken for laboratory studies. By the laboratory studies, mechanical, physical and elastic properties of the rock materials were defined. During the office studies, the rock masses along the tunnel route were classified by Rock Mass Rating (RMR89), Rock Mass Index (RMi), Rock Mass Quality (Q), Geological Strength Index (GSI) and New Australian Tunneling Method (NATM) with the data obtained from both field and laboratory studies. The applicability of the support systems suggested by RMR89, Q and RMi, thickness of the plastic zone and the effect of the displacements around the tunnel were analyzed numerically by using Finite Elements Method (FEM). Optimum support systems were defined considering the results of numerical analyses.
According to the results of numerical analyses; for the crown of the tunnel, shotcrete thickness suggested by RMR89 classification system and the bolt spacing suggested by Q classification system are similar to one which is suggested in this study. For the walls; bolt spacing of Q classification system, bolt length of RMi classification system and shotcrete thickness of RMR89 classification system are similar to one which is suggested by this study. When the support systems suggested in this study are compared with support systems suggested by RMR, Q and RMi classification systems,  it was determined that the support system suggested in this study were compatible with the support systems suggested by RMi classification system.