Akşar regülatörü T3 tüneli (Bitlis-Hizan) destek sistemlerinin görgül ve sayısal yöntemlerle incelenmesi
Investigation of support systems of akşar regulator T3 tunnel (Bi̇tli̇s-Hi̇zan) by empirical and numerical methods
Yazar: YÜCEL DEMİRCAN
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN HÜSNÜ AKSOY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Mühendislik jeolojisi = Engineering geology

Özet:
Bu tezde, Doğu Anadolu Bölgesinde, Bitlis ili Hizan ilçesi, Akşar köyü yakınlarında inşa edilecek "Akşar Regülatörü ve Nazar Hes" projesi kapsamında açılacak iletim tünellerinden biri olan, 2739 m uzunluğundaki T3 tünelinin, kaya kütlesi sınıflamaları yapılarak kazı destek sınıflarının belirlenmesi amaçlanmıştır.
Bu çalışmada RMR ve RMQR gibi bilinen ve yeni geliştirilmiş görgül yöntemlerin yanı sıra, kapanma-sınırlama (Convergence-Confinement) yöntemi gibi analitik çözümlere de yer verilmiştir. Ayrıca, kazı çevresindeki kaya davranışı ve tünel destek sistemlerinin önerilmesinde, Phase2 sonlu elemanlar programı kullanılarak bulunan sonuçlar doğrulanmıştır.
T3 tünel güzergahı üzerinde açılan 1+332 kilometrede AT2SK-2 ve 2+518 kilometrede AT2SK-3 no.lu araştırma sondajlarından, tünel kotunda alınan örneklerden analizlerde kullanılacak olan parametreleri belirlemek amacıyla kaya mekaniği laboratuvarında, tek eksenli sıkışma dayanımı, üç eksenli sıkışma dayanımı, elastisite modülü ve Poisson oranının tayini amacıyla deneyler yapılmıştır. Sağlam kayanın (kaya malzemesinin) mühendislik parametrelerinin belirlenmesi amacıyla yapılan deneylerden elde edilen sonuçlar, kaya kütlesi sınıflamaları, tünel destek sınıflarının belirlenmesi ve sayısal modellerin oluşturulmasında başlıca girdiler olarak kullanılmışlardır.
Görgül yöntemler kullanılarak, tünel kazısı sırasında karşılaşılabilecek kaya kütlelerine ait sınıflar, RMR için "destek sınıfı III" ve RMQR için ise "destek sınıfı IV" olarak belirlenmiştir. Ayrıca tünel kazısı sırasında, tünel çevresinde gelişen deformasyonun, destek basıncına bağlı olarak değişim hesaplanmış ve deformasyon boy kesitinde ve zemin reaksiyon eğrilerinde gösterilmişlerdir. RMR ve RMQR'ın önerdiği destek sistemleri, belirlenen destek sınıflarına göre, kaya desteği etkileşim grafikleri ayrı ayrı çizilmiş ve değerlendirilmiştir. Phase2 programı kullanılarak destek sistemlerinin iki farklı kaya kütlesi içerisinde modelleri hazırlanmıştır. Sonuçlar, dayanım faktörü ve toplam yerdeğiştirme olarak sayısallaştırılmıştır. Buna göre, elasto-plastik kaya davranış modellerinde en büyük toplam yer değiştirmeler desteksiz koşullarda 1+332. km'de 0,15 m ve 2+518. km'de 0,17 m olarak gerçekleşmiştir. Destek sistemlerinin uygulanması halinde ise, toplam yer değiştirmelerin oldukça düştüğü görülmüş, yer değiştirmeler, 1+332 km'de 0,003 m ve 2+518 km'de 0,0048 m olarak gerçekleşmiştir. Ayrıca destek-etkileşim grafiklerinden RMR kaya destek sisteminde 0,7 MPa ve RMQR destek sisteminde ise 3,3 MPa gibi yüksek destek basınçları elde edilmiştir.
Görgül, analitik ve sayısal çözümleme teknikleriyle değerlendirilen farklı iki kaya kütlesinde kullanılan farklı iki destek sınıfı (RMR ve RMQR) destekleme sisteminin bu tünel kazısı için oldukça güvenli olduğu, ancak RMQR destek önerisinin daha tutucu ve dolayısıyla daha yüksek güvenlik katsayısı verdiği görülmüştür. Ayrıca sayısal modellerde oluşan toplam deformasyonun oldukça küçük çıkması, görgül yöntemlerle belirlenen destek sınıflarının tünel kazısı sırasında uygulanması halinde oldukça güvenli olacağını göstermiştir.


Anahtar Kelimeler: Akşar-Nazar HES, boyuna deformasyon profili (LDP), destek karakteristiği eğrisi (SCC), kapanma-sınırlanma, kaya kütlesi sınıflamaları, nümerik model, tünel, zemin reaksiyon eğrisi (GRC).

Abstract:
In this thesis, it is aimed to carry out rock mass classification and suggest excavation support classes for one of the conveyance tunnels of the T3 tunnel having a length of 2739 m, planned to be opened within the framework of the project "Akşar Regulator and Nazar HEPP" in the Eastern Anatolia, Bitlis Hizan Region. 
The study covers known and newly developed empirical methods such as RMR and RMQR, respectively as well as the Convergence- Confinement method as analytical solution. Rock behaviour around the excavation and suggestion for tunnel support systems have been confirmed by the results of the Phase2 finite element program.
In order to determine the parameters to be used in the analyses, samples were taken at the tunnel elevation from the investigation boreholes at the chainage 1+332 km, AT2SK-2 and at the chainage 2+518 km, AT2SK-3 of the T3 tunnel alignment, to carry out uniaxial and triaxial compressive strength tests, and to determine Young's moduli and Poisson's ratio at the rock mechanics laboratory. The results obtained for the engineering parameters of the intact rock were used as the main inputs of the rock mass classification, determination of tunnel support classes and generation of the numerical model.
Using empirical methods, the rock mass classes, that might be encountered during the excavation of the tunnel, were determined as "support class III" for RMR and "support class IV" for RMQR systems. Changes in the deformation around the tunnel were calculated depending on the support pressure during the tunnel excavation, and longitudinal deformation profile and ground reaction curves were shown accordingly. On the basis of support classes proposed by RMR and RMQR  systems, rock support interaction curves were drawn separately and evaluated. Models of the support system in two different rock masses were prepared and evaluated by Phase2 program. The results were digitized as strength factor and total displacement. According to elasto-plastic behaviour of the modeled rock, maximum total displacements in unsupported conditions were realized 0,15 m at the chainage 1+332 km and 0,17 m at the chainage 2+518 km. On the other hand, the total displacement was observed to decrease, in case of application of the support system, accordingly. Displacements were realized as 0,003 m at the chainage 1+332 km and 0,0048 m at the chainage 2+518 km. Also, as seen from the rock - support interaction curves, quite high support pressures as 0,7 MPa and 3,3 MPa were generated by the RMR and the RMQR rock support systems, respectively.
Two different support class systems which are used in two different rock mass classification systems (RMR and RMQR), evaluated by empirical, analytical and numerical methods,  for the tunnel excavation, were determined to be quite safe, however, a higher safety factor value was obtained for a more conservative recommendation of RMQR support. Also, quite small deformation values obtained from numerical models indicated that using the support classes determined by empirical methods during the tunnel excavation would provide a quite safe tunnel operation.


Keywords: Aksar-Nazar HEPP, longitudinal deformation profile (LDP), support characteristic curve (SCC), convergence-confinement, rock mass classifications, numerical model, tunnel, ground reaction curve (GRC).