Tek taraflı büyük ölçekli kazı altında mevcut metro istasyonunun hasar riski üzerine deneysel çalışma

Metrolar yakınında kazı yapmanın neden riskli olabileceği

Şehirler yeni metro hatları ve yeraltı alışveriş merkezleri ekledikçe, inşaatçılar genellikle hizmetteki istasyonların hemen yanına büyük çukurlar kazmak zorunda kalıyor. İlk bakışta bu istasyonlar sağlam yeraltı kaleleri gibi görünür. Ancak zeminin yalnızca bir tarafından toprak uzaklaştırıldığında, yeraltındaki basınçların gizli dengesi değişir. Bu çalışma, büyük güvenlik sonuçları olan pratik bir soruyu gündeme getiriyor: işletmedeki bir metro istasyonunun bir tarafında mühendisler ne kadar genişlikte ve ne kadar derinlikte kazı yapabilir ki istasyon eğilmesin, çevre sokaklar çatlamasın veya binalar hasar görmesin?

Gerçek bir istasyon laboratuvar deneyine ilham veriyor

Araştırma, Çin’in Chengdu kentindeki üç metro hattının kesiştiği yoğun yeraltı merkezi Jincheng Plaza İstasyonu’na dayanıyor. Hatlardan biri zaten inşa edilmiş, diğerleri ise bitmiş istasyonun hemen yanında devasa yeni bir kazı gerektiriyor ve istasyonun uzun yan duvarlarından birini açığa çıkarıyor. Tam inşaattan önce riskleri değerlendirmek için yazarlar, istasyonun ve çevresindeki yumuşak kaya ile zeminin ayrıntılı bir ölçek modelini yaptılar. 1:100 ölçeği kullanarak laboratuvarda şeffaf bir toprak kutusu yerleştirdiler, sert plastikten yapılmış minyatür bir istasyonu gömdüler ve sonra toprağın bir tarafını kontrollü adımlarla “kazdılar”.

Minik bir istasyonun hareketini ve gerilmesini izlemek

Model gerçek bir şantiye gibi enstrümanlandı. Yer değiştirme ölçerler istasyon çatısının dikey ve yatay hareketini takip etti. Duvar arkasındaki basınç hücreleri zeminin yaptığı itmenin nasıl değiştiğini ölçtü ve duvardaki gerinim ölçerler istasyonun yapısının ne kadar gerildiğini veya sıkıştığını kaydetti. Ekip, tek taraflı kazının dört derinlik ve yedi genişlik kombinasyonunu içeren 28 farklı senaryo çalıştırdı; mütevazı çukurlardan istasyonun tüm uzunluğu boyunca toprağın kaldırılmasına kadar değişiyordu. Her küçük kazı adımından sonra zeminin oturmasını beklediler ve yeni deformasyon, basınç ve gerilmeleri kaydettikten sonra bir sonraki adıma geçtiler.

Tek taraf fazla kazılınca neler oluyor

Deneyler, istasyon çatısının dikey oturmasının tüm test edilen durumlarda küçük kaldığını ve güvenlik sınırları içinde olduğunu gösterdi; istasyon neredeyse batmadı. Gerçek tehlike yatay hareketten geldi. Tek taraflı kazı derin ve genişleştikçe istasyon sürekli olarak çukura doğru eğildi. Kazı derinliği istasyon yüksekliğinin yaklaşık üçte ikisinden fazla olduğunda eğilme belirginleşti. Kazı genişliği istasyon genişliğinin yaklaşık yarısı ile eşiti civarına geldiğinde yatay hareket uyarı seviyelerine ulaştı; daha büyük genişliklerde (gerçek projede 100 metre ve üzeri) ise yan deformasyon, yönetmeliklere dayalı güvenlik eşiğini aştı; bu da normal tren işletmesinin artık garanti edilemeyeceği anlamına geliyordu.

Yukarıda zemin gevşiyor, aşağıda sıkışıyor

Zemin de belirgin bir davranış sergiledi. İstasyon eğilirken kazılan duvarın hemen arkasındaki sığ zemin yapıyla temasını kaybedip gevşedi ve oradaki toprak basıncı keskin şekilde düştü—en uç durumda yaklaşık %98’e varan bir azalma görüldü. Aynı zamanda, duvarın tabanına yakın daha derin zemin daha fazla sıkıştı ve sıkışmış bir zon içinde basınç arttı. Bu kombinasyon, yüzeye yakın zeminin artık kaldırım veya bina temellerini güvenle taşıyamayacağı anlamına geliyor; bu da yol çökmesi veya yüksek binaların eğilme riski doğuruyor, oysa istasyonun beton kabuğu hâlâ yeterli dayanım gösterip çatlamıyor olabilir.

İnşaatçılar için pratik bir uyarı haritası

Yatay eğilme sorunun en hassas göstergesi olduğu için yazarlar verilerini basit bir risk bölgelendirme grafiği oluşturmakta kullandılar. Grafik kazı derinliği ve genişliğinin kombinasyonlarını dört renk kodlu seviyeye ayırıyor: A (risk yok) — inşaat normal şekilde devam edebilir; B (genel risk) — daha yakın izleme gerektirir; C (yüksek risk) — güvenlik değerlendirmesi için çalışmanın durdurulması gerekir; ve D (büyük risk) — derhal acil önlemler alınmalıdır. Jincheng Plaza projesine uygulandığında yöntem, 22 metre derinlik ve 80 metre genişlikte planlanan kazı için yüksek riskli C bölgesini doğru şekilde tahmin etti; ek destekler eklendikten sonra istasyon hareketi yaklaşık üçte iki oranında azaldı. Şehir plancıları ve mühendisler için bu çalışma, karmaşık yeraltı mekaniklerini metro istasyonlarını ve çevredeki binaları iddialı yeni kazılar sırasında güvende tutmak için kullanılabilecek pratik, kolay uygulanabilir bir araca dönüştürüyor.

Atıf: Zhou, F., Zhou, P., Cao, K. et al. Experimental study on the failure risk of existing metro station under unilateral large-scale excavation. Sci Rep 16, 5701 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36698-6

Anahtar kelimeler: metro istasyonu güvenliği, derin kazı, zemin deformasyonu, kentsel tünelleme, risk değerlendirmesi