Yumuşak killerde dairesel kirişlerle desteklenen mevcut bir tünelin bitişiğindeki derin bodrumun deformasyon mekanizmaları

Neden tünellerin yanına derin kazı yapmak önemli

Şehirler yatay yerine dikine büyüdükçe, mühendisler işletmedeki metro tünellerinin hemen yanında büyük yeraltı bodrumları kazmak zorunda kalıyor. Yumuşak zeminde toprağın alınması, yakınlardaki tünellerin kaymasına, çatlamasına veya hizasının bozulmasına neden olabilir. Bu çalışma, derin bodrumlarda dairesel kirişler kullanan yeni bir destekleme sisteminin zeminin hareket biçimini ve yakın tünellerin ne ölçüde etkilendiğini nasıl değiştirdiğini inceliyor ve kentsel ray sistemlerini inşaat sırasında güvende tutmak için yol gösteriyor.

Yumuşak kilde dev bir çukuru izlemek

Araştırmacılar, alışılmadık bir perde sistemiyle kazılmış çok büyük bir bodrumun bulunduğu gerçek bir inşaat projesiyle başladı. Geleneksel düz destek kirişleri yerine, yükleniciler çevre duvarları desteklemek için iki adet büyük dairesel beton kiriş kullandılar. Sahada duvarların ne kadar eğildiğini ve toprak tabakları aşamalı olarak alınırken zemin yüzeyinin ne kadar çöktüğünü izleyen çok sayıda enstrüman vardı. Bu ayrıntılı saha bilgilerini kullanarak ekip, sahada kullanılan tam zemin katmanlarını, duvar ve kiriş düzenini ve kazı sırasını taklit eden üç boyutlu bir bilgisayar modeli kurdu.

Bilgisayar tahminlerini gerçek zemin hareketiyle eşleştirmek

Bilgisayar modelinin gerçeği yansıttığından emin olmak için yazarlar modelin tahminlerini enstrümanların kaydettiği verilerle karşılaştırdı. Çok küçük şekil değiştirmelerde yumuşak kilin sertleşmesini ve rahatsız edildikçe yumuşamasını modelleyen gelişmiş bir zemin modeli kullanıldı. Perde duvarlarının yanlamasına hareketleri ve zemin yüzeyinin çökmesi hesaplamaları ölçümlerle neredeyse mükemmel eşleşti. Modelin öngördüğü maksimum zemin çökmesi gözlenen değerden yüzde ikiden az farklıydı ve model aynı zamanda en büyük çöküşün nerede oluştuğunu ve kazının arkasında bozulmuş bölgenin ne kadar uzadığını da yakaladı. Bu yakın uyum, ekibe modelini sahada test edilmesi zor veya imkansız olacak birçok başka tünel ve bodrum düzenini keşfetmek için kullanma güveni verdi.

Yakındaki tünellerin gerçekte nasıl hareket ettiği

Doğrulanmış modeli kullanarak araştırmacılar, dairesel kirişlerle desteklenen derin bir bodrumun bir kenarına yakın tipik bir metro tünelini simüle etti. Üç ana değişkeni değiştirdiler: tünel örtüsünün tavan üzerinde kalan toprak kalınlığı, tünelin bodrumdan uzaklığı ve bodrumun uzunluğunun derinliğine oranı. Simülasyonlar, tünelin basitçe oturmadığını; bunun yerine üç boyutlu hareket ettiğini ve yanlamasına eğilmenin baskın rol oynadığını gösterdi. En büyük tünel kaymaları doğrudan bodrumun ortasına karşılık gelen yerde oluştu ve birçok gerçekçi düzen için yanlamasına hareket çökmeden neredeyse iki kat daha büyüktü. Tünel ve bodrum arasındaki mesafe arttıkça hem yanlamasına hem düşey hareketler keskin biçimde azaldı; özellikle yaklaşık bir ila iki kazı derinliği aralığında bu düşüş belirgindi.

Gömülme derinliği ve bodrum boyutu riski değiştiriyor

Tünelin üzerindeki toprak miktarının sezgisel olmayan bir etkisi olduğu ortaya çıktı. Tünel daha derine konulduğunda hareketler önce büyüdü sonra tekrar azaldı; en güçlü tepki genellikle tünel tavanının kazı derinliğinin biraz üzerinde bir derinlikte olduğu durumda görüldü. Tünel deformasyonunun kesit etrafındaki şekli de derinlik değiştikçe döndü ve en büyük gerilmelerin nerede oluşacağı yer değiştirdi. Bodrum boyutu da aynı derecede önemliydi: daha uzun kazılar çevre killere daha fazla gerilme serbestliği vererek hem yanlamasına tünel hareketi hem de oturmanın bodrum uzunluğuyla neredeyse doğrusal olarak artmasına neden oldu. Bodrum uzunluğu derinliğinin yaklaşık altı katından fazla olduğu durumlarda, özel koruyucu önlemler alınmadıkça öngörülen tünel hareketleri yaygın hizmet limitlerini aşıyordu.

Mühendislerin kullanması için basit bir çizelge

Bu karmaşık üç boyutlu sonuçları pratik bir araca dönüştürmek için yazarlar simülasyonlarını basit bir tasarım çizelgesinde birleştirdi. Çizelge, bir bodrum çevresindeki alanı tünel hareketlerinin önemsiz, ılımlı veya endişe verecek kadar büyük olmasının beklendiği bölgelere ayırıyor. Bu bölgeler esas olarak tünelin bodrumdan ne kadar uzakta olduğuna ve kazıya kıyasla ne kadar derinde bulunduğuna bağlı. Her kombinasyon için çizelge, tünel hareketinin muhtemelen beş, on veya yirmi milimetre içinde kalıp kalmayacağını ya da bu eşikleri aşıp aşmayacağını gösteriyor.

Kentsel inşaat için bunun anlamı

Uzman olmayanlar için ana mesaj, yumuşak killere sahip alanlarda dairesel kirişlerle desteklenen derin bodrumların metro tünellerine yakın olarak güvenle inşa edilebileceği, ancak tünel hareketinin en fazla mesafe, derinlik ve bodrum uzunluğu tarafından kontrol edildiğidir. Tünelin yan tarafından itilmesi genellikle basit çökmeden daha kritik oluyor. Bu çalışmada önerilen tasarım çizelgesi, mühendislerin planlanan bir kazının muhtemelen zararsız olup olmadığını veya kazıya başlamadan önce zemin ıslahı ya da izolasyon duvarları gibi ek koruma gerekip gerekmediğini hızlıca değerlendirmesine olanak tanır.

Atıf: Qi, S., Wang, B. Deformation mechanisms of an existing tunnel adjacent to deep basement supported by circular beams in soft clays. Sci Rep 16, 14633 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-50853-z

Anahtar kelimeler: tünel deformasyonu, derin kazı, yumuşak kil, bodrum inşaatı, metro tüneli güvenliği