Mevcut köprü kazık temelinin altından geçen metro kalkan tünelinin inşaat etkisinin analizi ve emniyet değerlendirmesi

Köprülerin altını kazmanın önemi

Şehirler trafik sıkışıklığını hafifletmek için daha fazla metro hattı inşa ederken, birçok yeni tünel mevcut köprülere yakın ya da doğrudan onların altından geçmek zorunda kalıyor. Tünel kazılırken zemin çok fazla hareket ederse, üzerindeki köprü eğilebilir, çatlayabilir veya hatta çökmeye varan hasar görebilir. Bu çalışma, yoğun kullanımdaki bir kentsel viyadüğün kazık temellerinin altından geçen gerçek bir proje örneğini inceliyor ve basit ama sonuçları ağır bir soruyu soruyor: bunu güvenle yapabilir miyiz ve hangi koruyucu önlemler en iyi sonucu veriyor?

Üstte şehir trafiği, altta tünel açma

Proje, yeni bir metro hattının derin beton kazıklarla desteklenen bir karayolu köprüsünün altında geçtiği yoğun bir ilçede gerçekleştiriliyor. Kalkan tünel açma makinesi, köprü temellerinin sadece birkaç metre altındaki karışık kaya ve zemin tabakaları içinde ilerliyor. Köprü ağır trafik taşıdığı ve kazıkları değiştirmenin zor olduğu için mühendislerin inşaattan önce zeminin ve kazıkların nasıl tepki vereceğini tahmin etmeleri ve çalışma sırasında kabul edilebilir risk düzeyine karar vermeleri gerekiyor.

3B dijital modelle sanal test

Yeraltında neler olacağını ön görmek için yazarlar köprü, kazıklar, zemin tabakaları ve ilerleyen tünelin ayrıntılı bir üç boyutlu bilgisayar modelini oluşturdu. Bu modeli, inşaat sırasında köprü üzerindeki sensörlerden alınan gerçek izleme verileriyle karşılaştırarak kalibre ettiler. Eşleşme çok yakın çıktı; bu da modelin kazıkların ne kadar oturacağı, beton içindeki gerilmelerin nasıl değişeceği ve tünel geçerken çevre kaya ve zeminin nasıl deforme olacağını doğru şekilde yeniden üretebileceğine güven verdi.

Ne kadar hareket ve gerilme hâlâ güvenli

Simülasyonlar, tünel yaklaşırken, altından geçerken ve uzaklaşırken köprü kazıklarının dip kısmının üst kısmından daha fazla çöktüğünü gösterdi. Kazıkların maksimum düşey oturması yaklaşık bir santimetreye ulaştıktan sonra stabilize oldu ve mevcut köprüler için Çin güvenlik yönetmeliklerinde izin verilen sınırlar içinde kaldı. Kazık betonundaki ve çevre kayadaki gerilmeler ile deformasyonlar da çatlama veya hasara yol açacak bilinen değerlere göre oldukça düşük kaldı. Başka bir deyişle, modellenen koşullarda köprü yeraltı bozulmasına rağmen normal şekilde işlemeye devam edebilirdi.

Karmaşık riskleri net bir güvenlik derecesine dönüştürmek

Gerçek zemin koşulları düzensiz ve inşaat her zaman ideal plana uymadığı için ekip yalnızca simülasyona güvenmedi. Kalkan tünelin köprü kazıklarının altından geçmesi durumunda güvenliği en çok etkileyen faktörleri belirlemek üzere 300’den fazla teknik makaleyi incelediler; bunlar arasında tünelin kazıklara mesafesi, zeminin dayanımı ve köprünün rijitliği gibi etkenler vardı. Uzman görüşünü istatistiksel ağırlıklandırma ile birleştirerek çok kriterli bir değerlendirme sistemi kurdular ve ardından mevcut projeyi ideal güvenli ve güvensiz durumlarla karşılaştıran bir sıralama yöntemi uyguladılar. Bu süreç, inşaat senaryosunu özel kontrol önlemleri ve sıkı izleme gerektiren nispeten yüksek riskli olarak tanımlayan III. Derece olarak sınıflandırdı; tam bir başarısızlığın olası olmadığı kabul edilse de ekstra tedbir gerekli görüldü.

Köprüyü korumanın dört yolunun test edilmesi

Çalışma daha sonra dijital modele dönerek dört koruma stratejisini karşılaştırdı. Birinci seçenek köprü yükünü taşımaya yardımcı olacak yeni destek kazıklarının eklenmesi. İkinci seçenek mevcut kazıkların ek betonla güçlendirilmesi. Üçüncü seçenek kazıkların çevresine enjeksiyonla harç verilip daha rijit bir zemin bloğu oluşturulması. Dördüncü ise köprünün hemen altındaki tünel segmentlerinde standart beton halkaların yerine daha güçlü çelik segmentlerin kullanılması. Dört seçenek de köprü oturmasını daha güvenli seviyelere düşürdü, ancak eşit derecede etkili değiller: tünel döşemelerini çeliğe çevirmek en küçük kazık hareketini sağladı, bunu harç enjeksiyonu, kazık güçlendirmesi ve maliyet/karmaşıklık açısından en az iyileştirmeyi sağlayan aktif destekleme izledi.

Gelecek şehir tünelleri için ne anlama geliyor

Uzman olmayanlar için temel çıkarım hem güven verici hem de ihtiyatlı. Araştırma, dikkatli planlama, gelişmiş bilgisayar modellemesi ve projeye özel koruyucu önlemlerle yeni metro tünellerinin mevcut köprülerin altında güvenle geçirilebileceğini gösteriyor. Aynı zamanda sayısal risk derecelendirmesi — III. Derece — bu tür projelerin hiçbir zaman rutin olmadığını ve hassas operasyonlar olarak ele alınmaları gerektiğini işaret ediyor. Test edilen seçenekler arasında, köprü kazıklarına yakın yerel tünel segmentlerini çelikle değiştirmek en etkili ve uygulanabilir korunma yöntemi olarak öne çıktı ve büyüyen şehirlerde benzer yeraltı zorluklarıyla karşılaşan mühendisler için net bir yol sundu.

Atıf: Xu, J., Zhang, X., Lin, S. et al. Analysis of construction impact and safety evaluation of metro shield tunnel under-crossing existing bridge pile foundation. Sci Rep 16, 11899 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42025-w

Anahtar kelimeler: metro tünel inşaatı, köprü kazık temelleri, yeraltı risk değerlendirmesi, kalkan tünel açma emniyeti, kentsel altyapı koruması