Derin kazı tünellerinde deformasyon mekanizmaları ve kazık temelli birim tipi destek uygulamaları üzerine araştırma

Yeraltı Tünellerini Güvende Tutmak

Derin yeraltı tünelleri, modern kömür madenlerinin damarlarıdır; temiz hava, işçiler ve ağır ekipmanı taşırlar. Ancak büyük derinliklerde etrafındaki kaya zamanla sıkışarak tünel tabanını çatlatıp kabartabilir, bu da hem güvenliği hem de üretkenliği tehdit eder. Bu çalışma, İç Moğolistan’daki bir kömür madeninde deformasyon göstermiş bir taşıma tünelini yakından inceliyor ve tabandaki kazıklarla modüler destekleri, geleneksel kaya saplamaları ve kablolarla birlikte kullanarak kayanın yerinde tutulmasına yönelik yeni bir yöntemi test ediyor.

Yer Hareket Etmeye Başladığında

Bu çalışmada incelenen tünel, yüzeyden yaklaşık 420 metre derinlikte, kalın ve büyük oranda stabil bir kömür damarında yer alıyor. Yine de tabanda düzensiz biçimde çatlamalar ve yükselmeler, tavanda çökme ve yan duvarlarda kabarmalar oluşmuştu. En ciddi sorun, sağlam kömür tarafındaki taban kabarmasıydı; bu, yolun biçimini bozuyor ve içinden geçen araçları tehlikeye atıyordu. Kömür sütunu tarafında da hasar gözlenirken, tavan ve sağlam kömür duvarı göreceli olarak daha az etkilenmişti. Bu desenler, derin kayadaki ilk denge durumunun kazı nedeniyle bozulduğunu işaret ediyordu.

Yeraltı Gerilmeleri Tüneli Nasıl Bozar

Tünelin neden deforme olduğunu anlamak için araştırmacılar saha örneklemesi, kaya numuneleri üzerinde laboratuvar testleri ve yerinde gerilme ölçümlerini bir araya getirdiler. Doğal yatay gerilmelerin, örtü ağırlığından kaynaklanan düşey gerilmeden daha güçlü olduğunu buldular. Bu ölçümler kullanılarak tünel çevresindeki kayayı üç boyutlu sayısal bir modelle simüle ettiler. Simülasyonlar, tünelin açılmasının gerilmeleri yeniden dağıttığını, açıklığın etrafında ve kayanın daha derin bölgelerinde çok yüksek sıkışma ile çekme bölgeleri oluşturduğunu gösterdi. Sonuç, tünel çevresinde elastik sınırının ötesine itilen, kalıcı olarak deforme olup çatlamaya başlayan halka biçiminde bir kaya zonu oluşmasıdır.

Tabanın Neden Düzensiz Yükseldiği

Araştırma ekibi ardından tünel tabanını uçlarında daha yumuşak zonlar üzerinde duran bir kiriş gibi ele alan basitleştirilmiş bir mekanik model kullandı. Taban kabarmasının miktarı ve konumunun iki şeye güçlü biçimde bağlı olduğunu gösterdiler: tabanın her iki yanındaki yumuşamış “plastik” zonların genişliği ve bu zonlarda gerilme yoğunlaşmasının derecesi. Her iki taraf benzer ise taban en çok ortada kabarır. Ancak bir tarafta daha geniş zayıflamış zon veya daha yüksek gerilme yoğunlaşması varsa, en büyük yukarı hareket o tarafa kayar ve boyutu büyür. Bu olguda sağlam kömür tarafı daha baskın etki gösterdi ve madende gözlenen belirgin asimetrik taban kabarmasını açıkladı.

Kayanın Desteklenmesine Yeni Bir Yaklaşım

Geleneksel saplama ve kablolar tek başına deformasyonu kontrol edemediği için araştırmacılar yeni bir destek konsepti önerdiler: kazık temelli‑birim tipi destek. Çelik kazıklar tünel tabanına delinerek yerleştirilir ve modüler hidrolik destek ünitelerini taşıyan düz bir başlıkla kaplanır. Bu destekler, tavan ve yan duvarlardaki mevcut saplamalar ve kablolarla birlikte çalışır. Kazıklar tabandaki gerilme koşullarını iyileştirir, tünel altındaki zayıflamış kayanın plastik akışını keser ve desteklerin dikey ve verimli çalışabileceği düz, stabil bir taban sağlar. Aynı zamanda destekler yükü paylaşır ve yayar, yan duvarlarda gerilme birikimini azaltır.

Tehlikeli Sıkışmayı Kararlı Zemine Çevirmek

Birleşik destek sisteminin sayısal simülasyonları çarpıcı iyileşmeler gösterdi. Tavan ve taban hareketleri %80–90’dan fazla azaldı ve yan duvar yer değiştirmeleri yaklaşık dörtte üç oranında ya da daha fazla kesildi. Bir zamanlar tünel çevresinde süreklilik gösteren ağır hasarlı kaya halkası daha küçük, izole zonlara bölündü; özellikle tabanda, plastik deformasyon kazık sıralarında kesintiye uğrayarak yaklaşık %80’e varan azalma gösterdi. Basitçe söylemek gerekirse, yeni destek düzeni ciddi şekilde sıkışmış ve hareket eden bir tüneli, kaya hareketlerinin santimetre ölçeğine indirildiği ve gerilmelerin güvenle kazıklar ve destekler tarafından taşındığı bir yapıya dönüştürüyor. Derin madencilik operasyonları için bu yaklaşım, kritik taşıma tünellerini açık, stabil ve güvenli tutmanın umut verici bir yolu olarak öne çıkıyor.

Atıf: Gou, L., An, D., Song, Y. et al. Research on deformation mechanisms in deep excavation tunnels and the application of the pile foundation-unit-type support. Sci Rep 16, 12233 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43056-z

Anahtar kelimeler: tünel deformasyonu, taban kabarması, yeraltı madenciliği, kayaç destekleme, kazık temeli