Şehiriçi tünelcilikte 3 boyutlu modelleme yardımı ile jeolojik – jeoteknik risklerin belirlenmesi
Determining geological - geotechnical risks with the help of 3d modeling in urban tunneling
Yazar: BURAK KÜÇÜK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT YILMAZ
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Jeoloji Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Jeoloji = Geology ; Jeoteknik = Geotechnics

Özet:
Günümüzde kentsel bölgelerde tünelcilik faaliyetleri giderek artmakta, hızla artan nüfusa nefes aldıracak çalışmalar yeraltında sürdürülmektedir. Bu kapsamda çeşitli kara yolu, demir yolu, gaz, atık su, temiz su, haberleşme vb. tünel çalışmaları yapılmakta, belirlenen süre ve bütçelerde tamamlanmaya çalışılmaktadır. Ancak çoğu zaman, proje tasarım aşaması öncesinde yapılması gereken jeolojik – jeoteknik incelemelerin göz ardı edilmesi veya eksik yapılması nedeniyle tünel kazıları sırasında öngörülemeyen olumsuz olaylarla karşılaşılmaktadır. Bu aksaklıklar maddi olarak yükleniciyi zor durumda bırakmakta ve projede gecikmelere sebep olmaktadır. 

Bu tez çalışması, tünel faaliyetlerine başlamadan önce gerçekleştirilmiş jeolojik – jeoteknik çalışmaları ve jeolojik model incelemeleri, tünel güzergâhı boyunca yeraltı şartlarına bağlı muhtemel riskleri de sisteme dahil ederek tasarım adına gerekli verileri ortaya koyma amacı taşımaktadır. Burada asıl hedef tasarım çalışmalarının, riskleri temel alan alternatif yapım metodlarını da kapsayan yaklaşımı dikkate almasıdır. Risk tarafından bakıldığında bu durum zemin ve kaya yenilme modellerini, muhtemel problemleri, bu olayların gerçekleşme ihtimallerini, etki düzeylerini ve sonuçlarını belirtmek olarak da söylenebilir.

Tez kapsamında inşaatı devam eden bir metro tüneli projesinin saha araştırmaları ve sondaj çalışmalarından elde edilen bilgilere göre, Autodesk Civil3D Geotechnical Module 2018 yazılımı kullanılarak 3 boyutlu jeolojik modellemesi yapılmıştır. Modelleme ile birlikte açılması planlanan tünellerin kaya ve zemin ortamına bağlı olarak belirlenen aralıklarda tahmini ayna haritaları oluşturulmuştur. Güzergâh boyunca tüm kaya ve zemin gruplarının fiziksel - mekanik özellikleri (indeks özellikler, Atterberg limitleri, tek eksenli – üç eksenli basın dayanımı, aşındırıcılık deneyi, direk kesme testi, şişme deneyi vb. test ve deneyleri sonucunda) ve hidrojeolojik bulgularından yola çıkılarak jeolojik - jeoteknik risk tanımları ve risk puanlaması yapılmıştır.

Jeolojik – jeoteknik risk puanının belirlenmesinde Risk Değerlendirme Karar Matrisi, riskin temelini oluşturan etki çarpanı için Analitik Hiyerarşi Prosesi, olasılık çarpanı için temelde modelleme üzerine kurgulanan ayna haritalarının bölgedeki en yakın sondaja uzaklığına göre gerçekte karşılaşılabilme ihtimali üzerine ampirik (deneysel) metodlar önerilmektedir.

Yapılan çalışma, proje inşaatına başlamadan önce tünellerde güzergâh seçimi, tasarım, maliyet ve zaman kavramlarının yanına jeolojik – jeoteknik risk olgularını da ekleyerek çalışma yelpazesini ve perspektifini genişletmektedir. Aynı zamanda farklı alanlardan mühendislerin ortak bir dil üzerinden anlaşmasını, ölçülemeyen potansiyel risklerin ölçülebilir hale getirilmesini sağlamaktadır.

Abstract:
Tunneling activities in urban areas are increasing from day to day and the works that will allow the rapidly growing population to breathe are being carried out underground. Within this scope, various highway, railway, gas, waste water, clean water, communication tunnels are being carried out and efforts are made to complete them within the specified time and budgets. However, unforeseen unfavorable events are encountered during tunnel excavations due to the neglect or inadequate geological - geotechnical investigations that should be done before the design phase. These failures leave the contractor in a difficult situation and cause delays in the project.

The aim of this thesis is to present the necessary information for the design by considering the potential risks related to underground conditions on the tunnel route before starting the tunnel activities. The main objective is that the design model takes into account a framework including possible alternative construction scenarios depending on risks. In terms of risk, this situation can be evaluated as defining the probable problems, rock-soil failure models, their realization probability, effects and results.

According to the information obtained from site investigations and drilling works of a metro tunnel project under construction, 3 dimensional geological modeling has been carried out and the estimated tunnel face maps of the tunnels planned to be opened in the determined intervals depending on the rock and soil groups have been created by using Autodesk Civil3D Geotechnical Module 2018. Based on physical / mechanical properties (index properties, Atterberg limits, uniaxial - triaxial compressive strength, abrasion test, direct shear test, swelling test, etc. as a result of tests) and hydrogeological findings of all rock and soil groups along the route, geological and geotechnical risk definitions and risk scoring have been made.

Risk Assessment Decision Matrix is used to determine geological - geotechnical risk score. Empirical (experimental) methods are proposed on the probability that the Analytic Hierarchy Process for the effect multiplier constituting the basis of the risk and the probability that the tunnel face maps based on modeling to the nearest borehole in the region.

Before starting the construction of the project; in addition to route selection, design, cost and time concepts in tunnels, geological - geotechnical risk phenomena are added and it extends its working range and perspective. At the same time, it enables engineers from different fields to agree on a common language, making potential risks that cannot be measured become measurable.