Kompleks kazı çukur inşaatının bitişikteki metro yapılarının deformasyonu üzerindeki etkisinin sayısal analizi ve optimizasyonu

Neden yakındaki kazı şehir içi metrolar için önemlidir

Şehirler büyüdükçe, yeni yeraltı yolları ve altyapılar genellikle çalışan metro tünellerinin hemen yanında inşa edilmek zorunda kalır. Bu projeler için yapılan derin kazılar, yakındaki tünelleri ince şekilde bükebilir ve oturtabilir; bu da uzun vadeli güvenlik ve yolcu konforu açısından risk oluşturabilir. Bu çalışma, kazı ve iç yapı inşaatının sırasını dikkatle planlamanın tünel hareketlerini en küçük seviyede tutabileceğini araştırarak, sıkışık alanlara sahip yoğun kentsel bölgeler için yol gösterici öneriler sunar.

Sıkışmış yeraltı alanını paylaşmanın zorluğu

Mühendisler mevcut bir metro hattının yanında derin bir çukur kazdıklarında, çukur etrafındaki zemin gevşer ve açık alana doğru hareket eder. Aynı zamanda tünel, zemine gömülü sert bir halka gibi davranarak zeminin hareket şeklini değiştirir. Önceki çalışmalar çukur ile tünel arasındaki mesafe, kazı derinliği ve yerel jeolojinin önemli olduğunu göstermiş olsa da, genellikle kazıyı basit, tek yönlü bir süreç gibi ele aldı. Oysa gerçek projeler daha karmaşıktır: kazı sürerken çukur içinde büyük beton menfezler veya yol kutuları dökülür ve bunların artan rijitliği zemin ile tünelin tepkisini geri besler.

Pekin’in altında sanal bir test yatağı

Yazarlar, Pekin’in Fengtai İlçesi’ndeki gerçek bir projeye ait ayrıntılı üç boyutlu bir bilgisayar modeli kurdu; burada uzun bir yol tüneli ile büyük bir yeraltı menfezi Metro Hattı 10’a yakın inşa ediliyor. Model, tabakalı zeminleri, dikdörtgen derin çukuru, istinat duvarlarını, metro tünelini ve nihayetinde çukur içinde yer alacak kutu şeklindeki menfezi içeriyor. Yaygın kabul görmüş zemin davranışı kurallarını kullanarak, toprağın adım adım alınması ve çukur içindeki beton yapıların sertleşmesi sırasında zemin ve tünelin nasıl hareket edeceğini benzetimlediler. Bu sanal test yatağı, sahada denemesi pratik olmayan veya riskli olacak farklı inşaat planlarını karşılaştırmalarına olanak tanıdı.

Kazı ve inşa için on yol

Ana soru, iş sırasının tünel hareketlerini nasıl etkilediğiydi. Ekip iki temel seçeneği birleştirdi: menfezin ileri yönde mi yoksa ters yönde mi döküldüğü ve kazının nasıl ilerlediği. Sadece bir taraftan kazı, her iki taraftan simetrik kazı, çukurun bölgelere ayrılması ve basamaklı, merdiven tarzı ilerleme gibi senaryolar içeren on senaryoyu test ettiler. Her durumda tünelin düşey oturmasını ve istinat duvarlarının yatay hareketini izlediler. Tüm senaryolar tünel hareketlerini küçük tuttuysa da, farklar sıkı metro güvenlik standartları için önemli olacak kadar açıktı.

Benzetimler ne gösterdi

En elverişli plan, ileri menfez inşaatını “uzaktan yakına” tek yönlü kazıyla eşleştirenlerdi; yani hassas tünelden daha uzak taraftaki zeminin önce alınması ve tünel yakınındaki zeminin daha sonra kazılması. Bu yaklaşım, tünel yakınındaki kalan zeminin geçici bir destek görevi görmesine izin verirken, önce dökülen menfez bölümlerinin sertliğini kazanıp kazı kritik bölgeye ulaşmadan önce yük taşımaya yardımcı olmasına olanak sağladı. Buna karşılık, en az elverişli planlardan biri, ters menfez yapımıyla her iki uçtan simetrik kazının birleştirilmesini içeriyordu. Bu kombinasyon, tünelin altındaki zeminin iki yönden aynı anda boşalmasına neden olarak çifte tepe şeklinde bir oturma düzeni ve hafifçe daha yüksek tünel eğilmesi yarattı; buna rağmen mutlak değerler yaklaşık iki milimetrenin altında kaldı.

Daha güvenli şehir içi kazılar için pratik rehber

Uzman olmayanlar için ana mesaj, yeraltı yapılarının hangi sırayla kazılıp döküldüğünün önemsiz bir detay değil, anlamlı bir tasarım tercihi olduğudur. Kazının hassas tünellere uzak noktadan kademeli olarak yaklaşacağı ve yeni beton yapıların erken aşamada, alınan zeminin sağladığı dayanımı yerine koyacak şekilde konumlandırılacağı sıraları tercih ederek, mühendisler ek donanım veya malzeme eklemeden tünel oturmasını birkaç yüzde azaltabilirler. Model bazı basitleştirmeler içerip kesin rakamlar yerine göreli farklılıklara odaklansa da, derin çukurlar ile işletmedeki metroların bir arada olması gereken durumlarda şehir plancıları ve tasarımcılara daha güvenli inşaat planları seçmek için mantıklı bir yol sunar.

Atıf: Sun, J., Dun, H., Chen, S. et al. Numerical analysis and optimization of the impact of complex foundation pit construction on the deformation of adjacent subway structures. Sci Rep 16, 15436 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46547-1

Anahtar kelimeler: metro tüneli, derin kazı çukuru, kazı sıralaması, tünel deformasyonu, sonlu eleman analizi