TUNELLER- TUNNELS

1
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ
Ergin ARIOĞLU
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
ULAŞTIRMA ANA BİLİM DALI
TÜNEL DERSİ
2. BÖLÜM İÇİN EK OKUMALAR
MART 2013

Kaya Kütlesinin Davranışlarını
Önceden Saptamak İçin Geliştirilen
Jeomekanik Sınıflama Sistemi
Z. T, BIENIAWSKÎ*1
* Bilimsel ve Endüstriyel Araştırma Merhem, O Afrika
ÇEVİREN: GÜNGÖR UN AY EJ.E. İdaresi Genel Direktörlüğü, Ankara
Jeomekanik sınıflama sistemi kaya kütlesi»
nin mühendislik verilerini saptamaya yarayan
bir yöntemdir* Bu yöntem tüneller,temellerf §ev
yamaçları ve diğer yeraltı inşaatlarında uygun
kaya payanda ve takviye önlemlerinin seçiminde
kullanılmaktadır.
Kayayı mühendislik yönünden sınıflamada
çeşitli yöntemler bulunmakta ise de, Jeomekanik
sınıflama yöntemi bunların en yararlısı olup,
kaya davranışında aşağıda belirtilen son derece
önemli altı parametreyi içermektedir :
a. Kayanın tek eksenli basınç mukavemeti
b. Sondaj karotlarmdan elde edilen RQD
(Kaya Niteliğinin tanımlanması) değer-
leri.
e* Yeraltısuyu gözlemleri
d. Eklem sıklığı
e. Eklem durumları
f. Eklem yönlenimi
Bu parametrelerin tümü sahada ölçülebilir,
bunlardan tek eksenli basınç mukavemeti son«
daj karotları üzerinde kutursal uç yükleme de-
neyleri (point load testa) yapmak suretiyle sap-
tanabilir.
Jeomekanik sınıflama Tablo 1 de görülmek-
tedir. Tablo kendiliğinden kolaylıkla anlaşılabi-
lecek ayrıntıdadır. Özellikle uygulama alanında
kullanılan Jeomekanik sınıflamada dikkat edile-
cek husus, düşünülen mühendislik projesine ba-
kilmaksimn Önce kaya kütlesinin niteliği hakkın-
da genel bir değerlendirmeye ulaşılmasıdır* Bu
da sınıflama parametrelerinin ilk beşini kullan-
mak suretiyle elde edilir. Daha sonra değerlen-
dirmeler tünel, yamaç veya bir temel durumuy-
la ilgili olup olmamasına bağlı olarak eklemle-
rin doğrultu ve eğim yönlerine göre düzeltilir
(Tablo 2),
* Bu çeviri, World Construction» Mayıs 1976 tarihli derginin "Classification system is used to predick rock
mass behavior" adlı makaleden yapümiitır,
'*<•• Jeomekanik bölümü baıkanı.
JEOLOJİ MÜHENDÎSLÎĞ^/EKÎM İİ7? 45

46 JEOLOJİ MÜHENDÎSLÎOt/EKÎM 197?

Tünel eksenine dik doğrultu
Eğim yönünde açım
Eğim 45^90°
Çok uygun
Eğim 20°-45°
Uygun
Eğimt dik açım
Eğim 45°- 90°
Orta
Eğim 20°- 45°
Uygun değil
Tünel eksenine
paralel doğrultu
Eğim 4§°-90°
Çok uygun
Eğim 20°-45°
Orta
Doğrultuya
bakılmaksızın
sğim 0°-20°
Uygun değil
Tablo 2: Tünelde eklem doğrultu ve eğim yönleniminin etkisi.
Jeomekanik sınıflamayı uygulamak iğin,
mühendis önce kaya kütlesini bîr serî yapısal
bölgelere ayırır, her bölgenin yalnız tek tip iksa
(support) gerektirecek belirli bitevü özellik ve
benzer niteliklere sahiptir. Sahada ölçümlerden
herbir yapısal bölge iğin sınıflama parametreleri
saptanır. Bu amagla özel bir bilgisayar progra-
mı geliştirilmiştir, Daha sonra sınıflama para-
metrelerine ilişkin Önemli derecelendirmeler se-
çilir*
Sınıflama parametrelerinin Önemli derece-
lendirmeleri oluşturulunca beş parametre (Tab-
lo Tin A bölümü) toplanır önce kaya kütlesi iğin
yerindeki değerler saptanır (yani düşünülen
yapısal bölgesi), yüksek değerler en iyi kaya ko-
şullarını vermektedir. Bu basit değerlendirme
bilâhare son değerlendirme için Tablo 1 in B
bölümüne göre düzeltilir. Tablonun C bölümü son
değerlendirmeleri beş kaya grubu halinde topla-
maktadır. Tablonun D bölümü ise kayanın her
gruptaki pratik anlamını vermekte olup» bunla-
rın gerektiğinde mühendislik problemleriyle
bağlantısı sağlanır.
Kayaların Jeomekanik sınıflama sistemini
deneyleminin en iyi yöntemi gerçek durumlarda
güvenilirliğini sınamaktır.
Tüneller ve Yeralta Boşlukları
Atnalı biçiminde, 5 m genişlikte ve 6 m yük-
sekliğindeki bir tünel kırıklı dolerit içinde son-
daj ve patlatma yöntemiyle açılmıştır. Tavana
iksa konmamış, ancak 2*4 m genişliğinde ve 6
m uzunluğundaki bir kısım patlatmadan sekiz
saat sonra çökmüş ve 3 m yüksekliğinde büyük
bir boşluk oluşmuştur. Tüneldeki değerlendirme
Tablo 8 deki gibi değerlendirilmiştir.
Paramétra
Gereç mukav@m«ti
RQD
Eklemlerin
aralıkları
(takımlar halinde)
Eklemlerin
durumu
Yeraltı suyu
akımı
Değer
50 - 100 MPa
% 25 - 50
(1) 0.3- İm.
(2) 50 » 300m,
(3)0.3-İm.
Sıkı sürekli
az kaba yüzlü
eklemler, sert
eklem duvarı,
fay kili <5mm.
< 2 5 lifle/dak.
Derece
7
4
15
6
7
YERİNDEKİ İLK KÂYÂ DEĞERİ 39
Eklemlerin
yönlenimi için
düzeltme
Çok kötü
TÜNEL İÇİN SON KÂYÂ DEĞERİ
-12
.27
Tablo 3; Sınıfhıma sistemi çöken tünelin derecelenme-
sinin yalnızca 27 olduğunu göstermektedir,
Sınıflama sistemini kullanmak suretiyle 27
değeri (gekil 1 e bakınız) iki saatlik bir dayan-
ma süresine (stand up time) eşgelraektedir* De-
recelendirme patlatma öncesi yapılmış olaydı,
müteahhit uygun bir iksanm gerekliliği konu-
sunda uyarıIabilirdL
JEOLOJİ MÜHENDÎSLÎĞÎ/EKÎM 1977 47

Temeller
Jeomekanik sınıflama sistemi her ikiside
büyük köprülerle ilgili olmak üzere kayadaki
temel problemlerine uygulanmıştır. Sistem baraj
temellerine uygulanmamıştır, ancak bu yönde
çaba göstermenin bir gereği yoktur. Köprü ile
ilgili temel problemlerinden birisi Özellikle îlging
olup, bu amaçla büyük ölçekli yerinde deney
(gift krikolu yükleme deneyi) yapılmıştır.
Köprü ayakları 22 ilâ 11 m boyutlu bir ala-
nı kaplamış ve ayrışmıg migmatitik kaya işinde
yaklafik 5 metre girmiştir. Ana sorun temel
deplasmanlarının kemer köprü projelendirme
değerleri içinde kalıp kalmıyacağı konusunda ge-
lişmiştir. Aşırı yükleme sonucu oluşabilecek yı-
kılmada gozönüne alınmıştır. Proje Jeolojik ha-
ritalamayı, laboratuvar deneylerini ve sondaj
karot analizlerine ek olarak büyük ölçekli yerin-
de deneylerin yapılmasını gerektirmiştir.
Hidrolik kriko ile yapılan yükleme sonu-
cunda kayanın deformasyon modülü 500 MPa
(5000 kg/cıri2
) olarak bulunmuştur. Beklenilme-
yen bîr olay hidrolik kriko yükleme deneyi sı-
rasında son yük verildiğinde kayanın toplam bir
yenilmeye (total failure) uğramış olmasıdır. Bu
kaya jeomekanik sınıflama sisteminde 36 dere-
celenme ile IV ncü sınıfa (zayıf kaya) sokulmuş-
tur.
Madencilik ve Diğer Yeraltı Yapıları
Jeomekanik sınıflama Tablo 4 de verilen
klavuza göre maden galerilerinin açımında ve
madenin galeriden taşınmasında ilk iksa seçi-
minde başarıyla kullanılmıştır, Büyük maden
boşluklarının (chambers) düzeltilmiş smıf HI
veya daha iyisiyle yalnızca kaya kütlesinde ka-
zılması önerilmektedir.
48 JEOLOJİ MÜHENDÎSLÎOt/EKÎM 1077

Gelecekteki Uygulamalar
Geçmişteki incelemeler jeomekanik Sınıfla-
manın inşaat mühendisliğinde ve maden işlerin-
de yararlığı agıkça görülmektedir. Bununla be-
raber, bu sınıflamanın yalnııea amaca giden bir
yol olduğu hatırdan çıkarılmamalıdır, en son mü-
hendislik hesabının yerini alamaz, Eöas olarak
ampirik bir yaklaşımı temsil etmekte olup, in-
şaat sırasında uygun saha olgümleriyle kontrol
edilmelidir. Bir kere bu yapılınca* Jeomekanik
Sınıflama kaya kütle koşullarının saptanmasın-
da, kaya takviye önlemleri ve iksanm seçiminde
ve mühendislik projelerinde iletişimin sağlanma-
sında çok etkin bir yoldur.
JEOLOJİ ACÜHBNDÎSLÎĞt/EKÎM 1977 49

İMO Teknik Dergi, 2004 3191-3214, Yazı 214
Ilıksu Tünellerinin Jeoteknik Değerlendirmesi1
Mustafa Kerem KOÇKAR*
Haluk AKGÜN**
ÖZ
Yapılan bu çalışma, kaya malzemelerinin ve kaya kütlelerinin mühendislik jeolojisi ve
jeoteknik özelliklerinin incelenmesi ve Antalya-Alanya Yolu güzergahında öngörülmüş
olan iki karayolu tünel projesi boyunca (Ilıksu 1 ve Ilıksu 2) uygun destek sistemleri ve
duraylılık yöntemlerinin önerilmesinden oluşmaktadır. Tünellerin zeminleri Q, RMR ve
NATM sistemlerine göre sınıflandırılmış, destek sistemleri ve duraylılık teknikleri
belirlenmiştir. Tünel zeminlerinin deformasyon modülü ve kayma dayanımı parametreleri
Jeolojik Dayanım İndeksi kullanarak elde edilmiştir. Tünel ağızları ile yamaç şevlerindeki
süreksiz kaya zeminlerin şev duraylılık analizleri kinematik ve limit denge yöntemleri ile
yapılmıştır. Gelişigüzel eklemli, aşırı yapraklanmış ve kil gibi davranan bozunmuş
litolojilerin statik duraylılık analizleri paket programlar ile analiz edilmiş ve gerekli destek
sistemleri önerilmiştir. Kaya kütleleri ile örtüşen uygun destek sistemleri sonlu elemanlar
yöntemiyle incelenmiştir.
ABSTRACT
Geotechnical Evaluation of the Ilıksu Tunnels
This study was performed to investigate the engineering geological and geotechnical
characteristics of the rock material and rock mass, and to provide appropriate support
recommendation and stabilization techniques along the two autoroad tunnel projects (Ilıksu
1 and Ilıksu 2) located along the Antalya-Alanya autoroad. The tunnel grounds were
classified according to the Q-system, RMR and NATM, and support systems and
stabilization techniques were determined. The deformation moduli and shear strength
parameters were obtained by using the Geological Strength Index. In order to determine the
stability of the portal and cut slope sections, kinematic and limit equilibrium analyses were
performed for the discontinuous rock slopes. Static stability analyses of irregularly jointed,
highly foliated and deformable soil-like lithologies were analyzed by slope stability
softwares, and recommendations were made regarding the required support systems. The
interactions of the support systems with the rock mass were analyzed through finite element
analysis.
Not: Bu yazı
- Yayın Kurulu’na 18.07.2002 günü ulaşmıştır.
- 30 Haziran 2004 gününe kadar tartışmaya açıktır.
* Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Jeoloji Müh. Böl., Ankara – mkockar@metu.edu.tr
** Orta Doğu Teknik Üniversitesi Jeoloji Müh. Böl., Ankara – hakgun@metu.edu.tr

Ilıksu Tünellerinin Jeoteknik Değerlendirmesi
3192
1. GİRİŞ
Çalışma alanı, Alanya’nın yaklaşık 7 km batısında ve Akdeniz sahil şeridi boyunca,
Antalya-Alanya Devlet Yolu 4. Kısım güzergahı üzerinde olup (Şekil 1), 1/ 25000 ölçekli
Karayolları Genel Müdürlüğü Topoğrafik Haritasının Alanya Paftası içerisinde yer
almaktadır.
Şekil 1. Çalışma alanı yer bulduru haritası
Bu çalışma, kaya malzemelerinin ve kaya kütlelerinin mühendislik jeolojisi ve jeoteknik
özelliklerinin incelenmesi ve yapımı planlanan iki karayolu tünel projesi boyunca uygun
destek sistemleri ve duraylılık tekniklerinin önerilmesinden oluşmaktadır. Bu tüneller
sırasıyla Ilıksu 1 (Km: 127+545-128+074) ve Ilıksu 2 (Km: 128+155-128+317) olarak
adlandırılmıştır. Bu tünelleri tasarlamak için jeolojik haritalama ve temel sondaj çalışmaları
ile birlikte yerinde ve laboratuvar deneyleri yapılmış, jeoteknik ve jeolojik parametreler
hesaplanmış ve jeoteknik yorumlamalar yapılmıştır.
Antalya-Alanya Devlet Yolu 4. Kısım Karayolu inşaat çalışmaları, sözü edilen bu
karayolunun geliştirilmesi ve genişletilmesi kapsamında karayolu inşaatı, viyadük ve tünel
çalışmalarını içine alır. Genel olarak proje alanındaki çalışmalar sonucunda, Çandırtepe,
Ulaş, Devren ve Ilıksu 1 ve 2 tünnelleri, D-400 Karayolunun 2x2 şeritli hale
dönüştürülmesi kapsamında, Alanya yaklaşımında sol yol geçişini sağlamak üzere tek tüp
olarak projelendirilmiştir. Bu tünellerden, Çandırtepe, Ulaş ve Devren tünellerinin yapım
çalışmaları bitmek üzeredir. Ilıksu 1 ve 2 tünelleri ile ilgili kapsamlı jeoteknik çalışmalar
Yüksel Proje Uluslararası A.Ş. tarafından 2000 yılında tamamlanmış ve sözü edilen
tünellerin bitirilme aşamasına gelinmiştir [1].
Avsallar
0 100
Km
ANKARA
İSTANBUL
TURKEY
AKDENİZ
KARADENİZ
MANAVGAT
GÜZELBAĞ
ALANYA
DEMİRTAŞ
AKDENİZ
N
Değirmendere
ÇALIŞMA ALANI
Antalya-Alanya
D- 400 Karayolu

Mustafa Kerem KOÇKAR, Haluk AKGÜN
3193
2. JEOLOJİ
Bölgesel jeolojik çalışmalara göre inceleme alanındaki litolojik birimler Alanya Birliğinin
üyeleridir. Alanya Birliği, ilçe merkezinin 20 km doğusundan başlayarak batıya doğru
uzanan kesimde üst üste duran üç metamorfik naptan oluşur [2]. Farklı istiflenme ve
metamorfizma gösteren bu naplar, yapısal konumlarına göre, alttan üste doğru Mahmutlar
Formasyonu (alt nap), Sugözü Formasyonu (orta nap) ve Yumrudağ Grubu (üst nap) olarak
adlandırılmışlardır. Proje alanında, sadece Alanya Masifinin en üst seviyesi olan Yumrudağ
Napına ait birimler gözlemlenmektedir (Şekil 2).
CEBİREİS DAĞI
Alanya
Mn
Mahmutlar
Mn
Ynş
Yns
Yns
Au
Bağlıca
Demirtaş
Ync
YUMRU DAĞI
Mn
Yns
Yns
Yns
Ync
Mn
Au
K
0 2 4 6km
Metadolomit, rekristalize
kireçtaşı (Cebirreis Formasyonu)
Grafit, pelitik ve kalkşist
Granat-mika şist, eklojit,
mavi şist
Mika şist, metadolomit,
metakuvars,mermer (Permiyen)
Sedimanter kayaçlar
(Ü.Kambriyen - Ü.Kretase)
Güncel Depozitler
Yumrudağ Napı
Sugözü Napı
Mahmutlar Napı
ANTALYA BİRLİĞİ
Tektonik pencere dokanağı Fay Foliasyon (Egim <35 )
ÇALIŞMA ALANI
(Asmaca Formasyonu)
Şekil 2. Basitleştirilmiş Alanya Naplarını gösterir bölgesel Alanya tektonik haritası [3]
Proje alanındaki Alanya Birliğinin en üst napını oluşturan Yumrudağ Grubunda iki birim
ayırtlanmıştır. Bunlardan biri, Cebireis Formasyonunun üst seviyeleridir. Bu seviyeler
rekristalize kireçtaşının üzerlediği pelitik şist, kalk şist ve meta-dolomitlerden oluşur.
Diğeri ise, bütün seviyeleri ile yüzeylenen Asmaca Formasyonudur. Bu birim yer yer
arakatkılı olarak pelitik şist, kalk şist ve grafit şistlerden oluşmaktadır.
3..ÇALIŞMA ALANINDAKİ KAYA BİRİMLERİNİN MÜHENDİSLİK
ÖZELLİKLERİ
Çalışma alanında ayrıntılı jeolojik ve jeoteknik çalışmalar sonucunda 1/2000 ölçekli
jeolojik harita (sondaj lokasyonları ile birlikte) ve 1/500 ölçekli profil kesiti hazırlanmıştır
(Şekil 3). Ayrıca, proje alanında kinematik analizlerde kullanılmak üzere, her litolojik
birimde ve tünellerin giriş ve çıkış ağızlarında süreksizlik ölçümleri yapılmış ve 598
süreksizlik ölçümü (tabaka düzlemi ve eklem) alınmıştır.

3194
Şekil3.Ilıksutünellerijeolojikharitasıvekesiti

3195
Tünel zeminini oluşturan başlıca kayaçlar rekristalize kireçtaşı, kalk şist, pelitik şist, grafit
şist ve bu birimlerin ardalanmaları ile temsil edilir. Proje alanındaki Ilıksu 1 ve Ilıksu 2
Tünelleri sırasıyla 529 m ve 165 m uzunluktadırlar; bu tüneller arasında kalan ve yamaç
şevleri olarak geçilecek kısım ise 81 m uzunluğundadır.
Pelitik şistler tünel kazısı boyunca Ilıksu 1 tünelinin çıkışında, Ilıksu 2 tüneli girişinde ve
bu iki tünel arasında kalan, yamaç şevleri olarak geçilecek kısımlarda belirlenmiştir. Bu
birim yeşil-yeşilimsi gri renkli, orta-çok ayrışmış, zayıf-orta zayıf dayanımlıdır (Şekil 4).
Şistosite düzlemleri boyunca çok kolay ayrılan bu birimde, sürekli olan yapraklanma
düzlemleri kaygan-parlak ve ondülelidir [4]. Eklemli çatlakların ortalama süreksizlik aralığı
10-60 mm arasında değişir. Tek eksenli basma dayanımı çok düşük (3-29 MPa) ve sondaj
verilerine göre pelitik şistlere ait RQD değeri “sıfır” ile % 81 arasında değişir.
Şekil 4. Proje alanındaki pelitik şist ve kalk şist ardalanması
Grafit şistler tünel kazısı boyunca Ilıksu 1 tünelinin orta kısımlarında ve Ilıksu 2 tünelinin
büyük bir kısmında belirlenmiştir. Şistosite düzlemleri boyunca kolayca ayrılan bu birim
yer yer kireçtaşı ve kalk şist ara düzeyleri içerir. Tünel zemininin en sorunlu birimi olan
grafit şistler siyahımsı koyu gri-siyah, dağılgan, zayıf-orta zayıf dayanımlı, orta-çok
ayrışmış ve parçalıdır (Şekil 5). Yapraklanma düzlemleri genelde açık, kaygan, kalsit ve kil
dolguludur ve orta derecede süreklidir [4]. Aşırı yapraklanma ve mineralojik bileşimi
nedeniyle grafit şist, dış etkenlere, özellikle suya karşı çok duyarlı, yüzeye yakın
kesimlerde çok ayrışmalı ve zayıf kaya niteliğindedir. Tek eksenli basma dayanımı düşük
(16-50 MPa) olup RQD değeri “sıfır” ile % 62 arasında değişir.

3196
Şekil 5. Grafit şist (not: kaya kütlesi düzensiz ve gelişigüzel eklemli, aşırı yapraklanmış ve
ayrışmış olup, kil gibi davranım göstermektedir)
Kalk şistler tünel kazısı boyunca Ilıksu 2 tünelinin büyük bir kısmında belirlenmiştir. Bu
birim yer yer kireçtaşı bandlı ve grafit ve pelitik şist arakatkılıdır (Şekil 4). Açık ve koyu
gri, seyrekçe boz renklidir ve hemen hemen tüm düzeylerinde kalsit damarları içerir. Bu
birim az-orta derecede ayrışmış, dayanımlı ve orta dayanımlıdır. Eklemler, açık, pürüzlü ve
ondüleli ve aynı zamanda grafit dolguludur. Tek eksenli basma dayanımı 16-50 MPa
aralığındadır. Ağırlıklı olarak orta (20-60 cm) süreksizlik aralıklarından oluşan bu birimde
foliasyon düzlemleri süreklidir [4]. Kalk şistlerde belirlenen RQD değerlerinin genelde
yüksek olmalarına karşın pelitik ve grafit şistlerle ardalanmalı yapıları nedeniyle sondaj
verilerine göre ortalama olarak “sıfır” ile % 20 arasında değişir.
Rekristalize kireçtaşı tünel kazısı boyunca Ilıksu 1 tünelinin büyük bir kısmında ve yer
yer Ilıksu 2 tünelinin orta bölümlerinde belirlenmiştir (Şekil 6). Gri-açık gri, dayanımlı ve
az ayrışmıştır. Bu birimde karstlaşma yaygındır ve karstik boşluklar cm boyutundan birkaç
metreye kadar değişir (Şekil 7). Öte yandan, kireçtaşı biriminde yer yer şist bandları ve
formasyon içi çakıltaşı düzeyleri gözlenir. Kalın katmanlı kireçtaşlarında süreksizlik aralığı
60-200 cm arasında değişir [4]. Tek eksenli basma dayanımı yüksek (30-117 MPa) olup
RQD değeri % 61 ile % 73 arasında değişir.

3197
Şekil 6. Proje alanındaki bloklu kaya kütlesi yapısındaki rekristalize kireçtaşı
Şekil 7. Çalışma alanındaki bloklu/bozunmuş-orta ve dağılmış-zayıf kaya kütlesi
aralığındaki karstik kireçtaşı
Tünel tasarımı için gerekli olan jeomekanik parametreleri elde edebilmek için 8 ayrı sondaj
lokasyonundan karot numuneleri alınmıştır. Bunun sonucunda, kireçtaşlarından (karstik,
formasyon içi, vs.) yaklaşık 37-38 adet iyi kalitede karotlu numune elde edilmiştir. Ancak
grafit şist, pelitik şist ve kalk şistlerden elde edilen numunelerin çoğu iyi kalitedeki karot
numunelerini temsil edecek düzeyde değildir. Zeminin jeomekanik özelliklerini
laboratuvarda saptamak için yapılan kaya mekaniği deneylerinde kullanılacak olan
numuneler iyi kalite karot numunesi standardında olmalıdır (karot numunesinin uzunluğu >
100 mm). Ancak çalışma alanındaki grafit şist, pelitik şist ve kalk şistler gibi düzensiz ve
gelişigüzel eklemli, aşırı yapraklanmış ve ayrışmış litolojilerde, iyi kalitede özellikler
gösteren standart karot numuneleri elde etmek her zaman mümkün değildir. Bu nedenlerle,
kaya mekaniği laboratuvar deneylerindeki zorlukları aşmak ve tünel tasarımı için gerekli
olan jeomekanik parametreleri elde etmek için Kaya Kütlesi Sınıflama Sistemleri ve
Jeolojik Dayanım İndeksi gibi birtakım basitleştirilmiş yöntemler kullanılmıştır. Tünel

3198
zeminleri için her sondajdan elde edilen ve bu sondajlardaki litolojileri temsil eden karot
numuneleri için yapılan laboratuvar jeomekanik deneyleri, Türkiye Karayolları Genel
Müdürlüğü, Teknik Araştırma Dairesi Başkanlığı Zemin Mekaniği ve Tüneller Şubesi
Müdürlüğü tarafından gerçekleştirilmiş olup, sonuçlar Çizelge 1’de verilmektedir.
Çizelge 1. Tünel zeminleri için sondajlardan elde edilen ve bu sondajlardaki litolojileri
temsil eden karot numuleri için yapılan laboratuvar deney sonuçları
Sondaj Numune
Tek Eksenli
Basma
Dayanımı
Elastik Poisson Doğal Birim Numunenin
No.* Derinliği (Örselenmemiş) Modül, Oranı, Hacim Ağırlık Tanımı
(m) (MPa) E (GPa) υ γt (kN/m3
)
ISK 1 4.60 - 4.75 116 - - 26.38 Kireçtaşı
ISK 2 15.80 -16.10 68 - - 26.48 Kireçtaşı
ISK 2 23.35 - 23.50 30 23 - 26.58 Kireçtaşı
ISK 2 43.40 - 43.63 87 - - Grafit şist
ISK 2 44.45 - 44.70 65 - - 26.58 Grafit şist
ISK 3 16.00 - 16.20 117 - - Kireçtaşı
ISK 3 24.45 - 24.60 104 40 0.42 26.77 Grafit şist
ISK 3 33.35 - 33.50 41 - - Grafit şist
ISK 3 33.85 - 34.00 84 - - Grafit şist
ISK 3 35.90 - 36.10 72 - - 26.18 Grafit şist
ISK 3 36.40 - 36.50 49 37 0.07 Grafit şist
ISK 4 20.05 - 20.25 28 - - Kireçtaşı
ISK 4 23.75 - 23.90 42 - - Kireçtaşı
ISK 4 28.95 - 29.20 62 30 0.07 Kireçtaşı
ISK 4 32.75 - 33.00 64 32 0.22 Kireçtaşı
ISK 4 33.75 - 34.00 112 - - 25.79 Kireçtaşı
ISK 4 40.00 - 40.15 29 - - Pelitik şist
ISK 4 41.50 - 41.65 6 - - Pelitik şist
ISK 4 43.50 - 43.85 3 - - Pelitik şist
ISK 5 8.75 - 9.00 90 61 0.43 26.28 Kireçtaşı
ISK 5 28.30 - 28.45 3.5 1.0 - Pelitik şist
ISK 7 16.70 - 16.90 92 88 0.40 26.18 Kalk şist
ISK 7 18.80 - 19.05 62 - - Kalk şist
ISK 7 24.00 - 24.20 65 - - Kireçtaşı
ISK 7 27.20 - 27.45 85 - - 26.28 Kireçtaşı
ISK 8 15.25 - 15.50 16 - - Grafit şist
ISK 8 17.00 - 17.25 50 26.6 0.05 27.07 Grafit şist
* Sondaj lokasyonları Şekil 3’te belirtilmiştir.
4. ILIKSU TÜNELLERİNDEKİ KAYA KÜTLELERİNİN MÜHENDİSLİK
SINIFLAMASI VE TÜNEL DESTEK SİSTEMİ TASARIMI
Proje alanındaki kaya kütlelerinin mühendislik sınıflamaları, tüneller boyunca yapılan
mühendislik jeolojisi çalışmalarına, ve tünel zeminini oluşturan birimlerin jeoteknik
özelliklerine göre yapılmıştır. Tünellerin zeminleri Q-Sistem ve RMR yöntemlerine göre
sınıflandırılmıştır. Tünel zemini RMR ve Q-Sistem korelasyonuyla elde edilen ve bu
sınıflandırmalarla bütünsellik gösteren Yeni Avusturya Tünelcilik Yöntemine (NATM)

3199
göre de sınıflandırılmıştır. Tünellerin gerek projelendirilmelerinde, gerekse de yapımlarında
bu üç sınıflandırma sisteminin ilkeleri esas alınmıştır. Bu üç sınıflandırma sistemi her bir
sondaj için ayrı ayrı uygulanmış ve sonuçlar karşılaştırılmıştır (Çizelge 2).
Çizelge 2. Çalışma alanındaki kaya kütlelerinin mühendislik sınıflamaları
Tünel Km Litoloji Sondaj Kesit Q RMR NATM
No. Uzunluğu
(m)
127+ 545 - 127+ 585 R. Kireçtaşı ISK- 1 (Portal) 40 2.11 53 B2
127+ 585 - 127+ 675 R. Kireçtaşı ISK- 2 90 7.31 59 B1
127+ 675 - 127+ 685 R. Kçt. / Grafit Şist Geçiş zonu 10 7,31 59 B2
ILIKSU -1 127+ 685 - 127+ 790 Grafit Şist ISK- 3 105 0.23 31 B3
127+ 790 - 127+ 800 Grafit Şist / R. Kçt. Geçiş zonu 10 0.23 31 B2
127+ 800 - 127+ 860 R. Kçt. / Pelitik Şist ISK - 4 60 5.69 58 B1
127+ 860 - 127+ 870 Pelitik Şist / R. Kçt. Geçiş zonu 10 5.69 58 B2
127+ 870 - 127 + 990 R. Kçt./ Pelitik Şist ISK - 5 120 0.97 31 B3
127+ 990 - 128+ 074 R. Kçt./ Pelitik Şist ISK - 6 (Portal) 84 0.57 46 B3
Şev Yarması 128 + 074 - 128 + 155 Pelitik Şist ISK - 6 81 0.57 46 B3
128+ 155 -128 + 195
Kalk / Grafit /
Pelitik Şist
ISK - 8 (Portal) 40 0.9 31 B3
ILIKSU -2 128 + 195 -128 + 275
Kalk / Grafit /
Pelitik Şist /R. Kçt
ISK - 7 80 0.13 31 B3
128 + 275 -128 + 317
Kalk / Grafit
Şist
ÇIKIŞ (Portal) 42 0.80 31 B3
Q- Sistem [5], RMR [6] ve NATM [7] sistemlerine göre saptanan kalıcı tünel destekleme
sistemleri (püskürtme beton, çelik hasır, çelik iksa, bulonlama ve enjeksion tipleri, vs.) ve
duraylılık teknikleri Çizelge 3’te özetlenmiştir. Bu çizelgede, destekleme sistemleri ile
yapılan karşılaştırmalar ve sınıflandırma sistemleri ile yapılan değerlendirmeler sonucunda
Orta Kaya /B1 (Q aralığı 10-4), Orta Kaya /B2 (Q aralığı 4-1) ve Zayıf Kaya /B3 (Q aralığı
1-0.1) olarak 3 ana kaya kütlesi belirlenmiştir.
5. PROJE ALANINDAKİ KAYA KÜTLELERİNİN DAYANIMLARININ
BELİRLENMESİ
Hoek-Brown yenilme ölçütü ilk olarak sıkı kenetlenmiş köşeli kaya parçalarından oluşan
iyi ve orta kaliteli kaya kütlelerinin dayanımlarını elde etmek amacıyla kullanılmaya
başlamıştır [8]. Yeteri kadar uygun ve kullanılabilir alternatifi olmamasından ötürü çok
geniş bir spektrumda, çok zayıf nitelikteki kaya kütleleri de dahil olmak üzere pek çok kaya
kütlesinin dayanımının bulunmasında da kullanılmıştır [9]. Fakat zayıf ve çok zayıf kaya
kütlelerinde bu ölçüt tatmin edici sonuçlar vermemektedir. Bütün bu saydığımız
uygulamalar, Hoek-Brown yenilme ölçütünün ilk biçiminin değişmesi gerekliliğini
doğurmuş, zaman içerisinde geliştirilmiş ve birçok pratik uygulamaları kapsayacak biçimde
güncelleştirilmiştir [10]. Bu ölçüt günümüzde basit olarak 3 ana ilkeye dayanmaktadır.
Bunlar örselenmemiş kaya kütlesi için tek eksenli basma dayanımı (σci), Hoek-Brown kaya
sabiti değeri (mi) ve Jeolojik Dayanım İndeksidir (GSI).

3200
Çizelge 3. Ilıksu tünel projesi için önerilen destek türleri
Destek Çeşidi
B1 / 4 < Q < 10 /
Orta Kaya
B2 / 1< Q <4 /
Orta Kaya
B3 / 0.1 < Q < 1 /
Zayıf Kaya
İncelenen Bölüm ILIKSU-1 (31%) ILIKSU-1 (13%)
ILIKSU-1 (56%),
ILIKSU-2 (100%)
Yapım Üst yarı ve Üst yarı ve Üst yarı ve
Aşaması alt yarı şeklinde alt yarı şeklinde alt yarı şeklinde
Kazı Üst yarı (2.0-3.0 m) Üst yarı (1.5-2.5 m) Üst yarı (1.5-2.0 m)
Açıklığı ve alt yarı (4.0 m) ve alt yarı (3.5 m) ve alt yarı (2.5 m)
Desteksiz Durma
Süresi
2 - 4 gün 5 -10 saat 2 saat
Püskürtme beton
(100 mm)
Püskürtme beton
(150 mm)
Püskürtme beton
(250 mm)
+ + +
Çelik hasır (1 kat) Çelik hasır (1 kat) Çelik hasır (2 kat)
NATM, Q- System ve + + +
RMR Destek
Türü Sistematik bulon Sistematik bulon
Çelik iksa (1.0 x 1.0 m
aralıklı)
SN -bulonu SN -bulonu +
( Φ = 26 mm, L = 4 m, ( Φ = 26 mm, L = 4 m, Sistematik bulon
2.0 x 2.5 m aralıklı). 2.0 x 2.0 m aralıklı). SN -bulonu
+ ( Φ = 26 mm, L = 4 m,
nokta SN -bulon 1.0 x 2.0 m aralıklı).
( gerektiğinde alt yarıda) +
Enjeksiyonlu süren (L = 4m,
0.5 x 0.5 m aralıklı,
her iki iksada bir).
Jeolojik Dayanım İndeksi, arazi gözlemlerinden yararlanarak farklı jeolojik ve jeoteknik
koşullara bağlı olarak kaya kütlesi dayanımının hesaplanması esasına dayanır. Kaya kütlesi
karakterizasyonu, kaya yapısı, yani bloklu olması veya süreksizliklerin yüzey koşulları
(pürüzlülük, ayrışma, dolgu ve alterasyon, vb.) gibi görsel izlenimlere bağlıdır. Fakat bazı
kaya kütlesi çeşitleri, özellikle zayıf kalitedeki kaya kütleleri (laminasyonlu ve foliasyonlu
düzlemleri içeren makaslanmış zayıf kaya kütleleri), Jeolojik Dayanım İndeksi ile tam
anlamıyla tanımlanamamakta ve belirli bir kategoriye konulamamakta idi. Çok düşük
aralıklardaki bu foliasyonlu ve laminasyonlu zayıf kaya dayanımları da bu indekse dahil
edilerek bu sıkıntı ortadan kaldırıldı [9]. Bu sistemin düzenlenmesiyle yapılan yüzey ve
yeraltı kazısı uygulamalarında, özellikle gelişigüzel, aşırı çatlaklı ve yapraklanmalı kaya
kütlelerinde Jeolojik Dayanım İndeksi ile tatmin edici sonuçlar elde edilmektedir.
Bu çalışmada Hoek-Brown yenilme ölçütü, kaya kütlelerinin dayanım ve deformasyon
özelliklerinin güvenilir olarak belirlenmesinde ve kayma dayanımı parametrelerinin (içsel
sürtünme açısı φ’ ve kohezyon c’) hesaplanmasında kullanılmıştır [10-12]. Proje alanındaki
her sondaj için kaya kütlesi kalitesine göre jeolojik dayanım değer aralığı ve deformasyon
modülü [13] belirlenmiştir. Bunlar Çizelge 4’te ayrıntılı olarak verilmiştir. Son olarak da
çalışma alanındaki her sondaj için kaya kütlesi kalitesine bağlı olarak Jeolojik Dayanım
İndeksi değer aralıkları belirlenmiş ve bunlar Çizelge 5’te verilmiştir.

3201
Çizelge 4. Proje alanındaki her sondaj lokasyonundaki kaya kütlelerinin jeomekanik
özellikleri
Jeomekanik
Özellikler
ISK-1 ISK-2 ISK- 3 ISK-4 ISK- 5 ISK-6 ISK- 7 ISK- 8 ÇIKIŞ
Örselenmemiş kaya
için tek eksenli basma
dayanımı (σci; MPa)
116 87 4 84 5 112 5 3 5
Hoek-Brown kaya
sabiti (mi)
10 10 6 9 8 8 7 6 7
Jeolojik Dayanım
İndeksi (GSI)
50±5 55±5 21±2 52±5 22±5 30±5 22±5 18±2 21±5
Hoek-Brown kaya
kütlesi sabiti (mb)
16.77 2.00 0.36 16.21 0.49 0.657 0.43 0.32 0.42
Hoek-Brown kaya
kütlesi sabiti (s)
0.0039 0.0067 0 0.0048 0 0.0004 0 0 0
Kaya kütlesi sabiti (a) 0.50 0.50 0.55 0.50 0.54 0.50 0.54 0.56 0.55
İçsel sürtünme açısı
(φ’)
31° 33° 20° 32° 23° 25° 22.5° 18° 22°
Kohezyon (c’; MPa) 3.25 2.61 0.06 2.58 0.08 2.10 0.08 0.04 0.07
Kaya kütlesi basma
dayanımı (σcm; MPa)
11.7 9.61 0.17 9.32 0.20 6.59 0.23 0.12 0.19
Kaya kütlesi çekme
dayanımı (σtm; MPa)
0.27 0.29 0 0.24 0 0.074 0 0 0
Deformasyon modülü
(Em; MPa)
10593 12438 353 10283 446 3162 446 274 446
Poisson Oranı (ν) 0.25 0.25 0.30 0.25 0.30
0.25-
0.30
0.30 0.30 0.30
Kaya kütlelerinin
yenilme sonrası
davranışı
Ortalama Ortalama
Çok
Zayıf
Ortalama
Çok
Zayıf
Zayıf
Çok
Zayıf
Çok
Zayıf
Çok
Zayıf
6. ILIKSU TÜNEL AĞIZLARI VE ŞEV YARMALARI DURAYLILIK
ANALİZLERİ VE JEOTEKNİK DEĞERLENDİRMELER
Proje alanındaki tünel ağızları ve yaklaşım bölümlerinde en uygun geometriye karar
verebilmek ve tünel ağzı duraylılığını belirlemek üzere şev duraylılık analizleri yapılmıştır.
Bu analizler, giriş ve çıkış ağızları ve yaklaşım bölümleri (Ilıksu 1 ve 2) ile iki tünel
arasında kalan şev yarmalarının ayrıntılı jeoteknik değerlendirmelerini ve bu kesimler için
gerekli destek sistemlerinin belirlenmesini içerir. Tünel tasarımı için zemin, topoğrafik
koşullar ve kamulaştırma sınırı dikkate alınarak tünel ağız şevleri 1/5 (yatay (Y):düşey (D))
ve yamaç şevleri 1/3 (Y:D) olarak belirlenmiştir. Proje alanında öncelikle kinematik
analizler ve iyileştirme ölçümleri, kinematik yenilme modlarının oluşum olasılıklarını ve
türlerini belirlemek üzere düzenli tabakalı kaya şevler için yapılmıştır [14, 15]. Daha sonra,
yeraltısu seviyesi ve hidrostatik basınç koşulları da dikkate alınarak kaya şevlerinde limit
denge analizleri yapılmıştır. Bu analizleri gerçekleştirmek için kullanılan kayma dayanımı
parametreleri (içsel sürtünme açısı, φ’ ve kohezyon, c’) Çizelge 4’ten, kaya kütlesi için
birim hacim ağırlık değerleri Çizelge 1’den alınmıştır.

3202
Çizelge 5. Çalışma alanındaki her sondaj yeri için tahmin edilen Jeolojik Dayanım İndeksi
(GSI) değer aralıkları (Hoek ve diğerleri, 1998’den Türkçeleştirilmiştir)
GSI
YAPI
JEOLOJİK DAYANIM İNDEKSİ
(Geological Strength Index)
Kaya kütlesinin yapısı ve yüzey
koşulları belirlenerek uygun kutu
seçilir ve ortalama Jeolojik Dayanım
İndeksi (GSI)’nin değeri grafikteki
doğrusal eğrilerden elde edilir.
80
70
60
50
40
30
20
10
5
Yüzey Kalitesi Azalır
BLOKLU- Üç adet kesişen ortagonal
süreksizlik setinin oluşturduğu kübik
bloklu, birbirleriyle çok iyi bağlanmış,
örselenmemiş kaya kütlesi
ÇOK BLOKLU- Dört veya daha fazla
süreksizlik setinin kesişmesinden oluşan
köşeli bloklar içeren, kısmen örselenmiş
kaya kütlesi
BLOKLU/ÖRSELENMİŞ- Birbirini kesen
çok sayıda süreksizlik setinin oluşturduğu
köşeli bloklar içeren, kıvrımlanmış ve/veya
faylanmış kaya kütlesi
PARÇALANMIŞ- Köşeli ve yuvarlak kaya
parçalarının bir araya gelmesinden oluşan,
birbirlerine bağlanma dereceleri zayıf, aşırı
derecede kırıklı kaya kütlesi
FOLİASYONLU/ LAMINASYONU/
MAKASLANMIŞ- İnce laminasyonlu veya
foliasyonlu, tektonizma ile makaslanmış
zayıf kayaçlar; diğer süreksizlik setlerinden
farklı olarak daha egemen olan sık aralıklı
şistozite yüzeyleri kaya kütlesinde
bloklanmanın gelişmesini önlemiştir
ISK- 1, 2, 4
ISK- 6
ISK 3, 5, 7,
8, ÇIKIŞ
UYGULANAMAZ
Ilıksu 1 tüneli giriş ve çıkış ağızları boyunca kaya şevlerinde yapılan kinematik analizler
sadece düzenli tabakalı ve yapısal kontrollü rekristalize kireçtaşlarına uygulanmış ve sonuç
olarak kama tipi ve düzlemsel kayma potansiyelleri belirlenmiştir [14, 15]. Kinematik
analiz sonuçlarına göre, kama tipi kayma olasılığı sadece Ilıksu 1 tüneli giriş ağzı kuzey
yamacındaki rekristalize kireçtaşlarında (ISK-1); düzlemsel kayma potansiyeli ise Ilıksu 1
tüneli giriş ağzı kuzey yamaç şevinde ve buna karşılık gelen güney yamaç şevindeki
rekristalize kireçtaşlarında belirlenmiştir (ISK-1).

3203
Düzenli tabakalı ve yapısal kontrollü rekristalize kireçtaşları için yapılan kinematik
analizlerden sonra, yeraltı su seviyesi ve hidrostatik basınç koşulları da dikkate alınarak bu
kaya şevlerinde limit denge analizleri yapılmıştır. Karayolları ve yakınındaki kritik şevler
ile kritik mühendislik kazıları (tünel, açık maden işletmeleri, vs.) için yapılan limit denge
analizlerinde güvenlik katsayısı (F) genellikle 1.5 olarak alınmaktadır [16, 17]. Bu
çalışmadaki limit denge analizleri için de güvenlik katsayısı 1.5 olarak alınmıştır. Kama tipi
kaymalar için yapılan limit denge analizleri sonucunda, güvenlik katsayısı 1.5’ten büyük
(F=3.05) hesaplanmıştır. Bu sonuçlara göre Ilıksu 1 tüneli giriş ağzı kuzey yamaç şevinde
kama tipi kayma beklenmemektedir [16]. Düzlemsel kaymalar için uygulanan limit denge
analizleri ile güvenlik katsayısı 1.5’ten büyük (Kuzey Yamaç Şev Portalı: F=1.73; Güney
Yamaç Şev Portalı: F=1.82 (suya doygun)) bulunmuştur. Bu sonuçlara göre Ilıksu 1 tüneli
giriş ağzı kuzey ve güney yamaç şevlerinde düzlemsel kayma beklenmemektedir [16].
Düzensiz ve gelişigüzel eklemli, aşırı yapraklanmış ve ayrışmış, kil gibi davranan
litolojilerin statik duraylılık analizleri, dairesel kayma yöntemi kullanılarak şev duraylılığı
paket programı Slope/W [18] ve “phi-c indirgemesi” ile Standart Coulomb” yaklaşımı
kullanılarak sonlu elemanlar paket programı PLAXIS 7.2 [19] ile yapılmıştır. Litolojik
birimlerin kaya kütle özellikleri Çizelge 4’ten (ISK-5, 6, 7 ve 8) alınmıştır.
Dairesel kayma ve phi-c indirgemesi yöntemleri kullanılarak elde edilen duraylılık analiz
sonuçlarına göre, Ilıksu 1 tünelinin çıkış ağzı şevinde (pelitik şist), Ilıksu 2 tünelinin giriş
ve çıkış ağzı şevlerinde (grafit şist ve kalk şist ardalanması) duraylılık problemleri (F < 1.5)
gözlenmiştir (Şekil 8). Bu sonuçlar arazi sondajlarından elde edilen litolojik birimlerin kaya
kütlesi özellikleri ile birlikte (ISK 5, 6, 7 ve 8) Çizelge 6’da özetlenmiş ve bu iki analiz
sonucundan birer tanesi (Ilıksu 1 çıkış ağzı) örnek olarak Şekil 9 ve 10’da gösterilmiştir.
Çizelge 6. Ilıksu tünel projesi alın şevleri için yapılan duraylılık analizi sonuçlarının özeti
Kesit Litholoji
Zayıf kayaç
jeoteknik
özellikleri
Slope / W
(Basitleştirilmiş
Bishop) için Güvenlik
Katsayısı (F)
PLAXIS 7.2
(Coulomb
Yöntemi)
için Güvenlik
Katsayısı (F)
Duraylılık
Durumu
(F ≥ 1.5* )
Ilıksu-1
Çıkış portalı
Pelitik şist
γ = 26.65 kN/m3
,
φ= 23o
,
c = 78 kPa
1.34 1.31 duraysız
Ilıksu-2
Giriş portalı
Grafit şist,
kalk şist,
pelitik şist
γ = 25.0 kN/m3
,
φ = 18o
,
c = 42 kPa
0.99 0.94 duraysız
Ilıksu-2
Çıkış portalı
Kalk şist ve
grafit şist
γ = 25.0 kN/m3
,
φ = 22o
,
c = 70 kPa
1.29 1.28 duraysız
* Not: F ≥ 1.5 duraylı şevi ifade etmektedir [16, 17]

3204
Şekil 8. Ilıksu 1 tüneli çıkış ağzı, ve Ilıksu 1 ve 2 tünelleri arasında kalan yamaç şevlerinin
Ilıksu 2 tüneli giriş ağzı üzerinden genel görünümü (Km: 128 + 074)
Şekil 9. Ilıksu 1 tüneli çıkış ağzı alın şevi duraylılık analizi ve bu şevin Slope /W
programını kullanarak yapılmış olan dairesel kayma analizi
ILIKSU 1 TÜNELİ
ÇIKIŞ AĞZI
Şev Yaması
(Pelitik Şist)
ILIKSU 2 TÜNELİ
GİRİŞ AĞZI

3205
Şekil 10. Ilıksu 1 tüneli çıkış ağzı alın şevi duraylılık analizi ve bu şevin PLAXIS 7.2
sonlu elemanlar programı yardımıyla “phi-c indirgemesi” yaklaşımı kullanılarak analizi
Çizelge 6’da belirtilen duraylılık analizlerinin sonuçlarına göre, tünel projesi için tünel
bölümlerindeki olası yenilmeleri (dairesel kaymaları) önleyebilmek ve tünel ağızlarının
duraylılıklarını sağlayabilmek üzere aşağıdaki destek sistemleri önerilmiştir. Önerilen
destek sistemleri uzun vadede duraylılığın sağlanmasına yönelik destek sistemleridir ve
Karayolları Genel Müdürlüğü teknik şartnamelerine uyularak belirlenmiştir. Şev yüzeyleri
için tavsiye edilen destek sistemleri şunlardır:
• 10 cm püskürtme beton (uygulama: 5+ 5 cm) ve çelik hasır (1 kat)
• kaya bulonu (Φ (çap) = 26 mm, L (uzunluk) = 6.0 m, 1.5 x 1.5 m aralıklı)
Ilıksu 1ve Ilıksu 2 tünelleri arasında kalan 81 m uzunluğundaki şev yarması (Km: 128+074
- Km: 128+155) olarak geçilecek kısım düzensiz ve gelişigüzel eklemli, aşırı yapraklanmış
ve ayrışmış, kil gibi davranan pelitik şist birimlerinden oluşmaktadır (Şekil 8). Zemin ve
topoğrafik koşullar dikkate alınarak güney ve kuzey yamaç şevleri 1/3 (Y:D) olarak
belirlenmiştir. Şev yarması boyunca statik duraylılık analizleri için, batıdan doğuya doğru 3
adet en kesit alınmış ve bunlar Slope/W ve PLAXIS 7.2 paket programlarıyla incelenmiştir.
Bunlar sırasıyla A Kesiti (Km: 128+080), B Kesiti (Km: 128+110) ve C Kesitidir (Km:
128+140). Bu duraylılık analizi sonuçları sondajlardan elde edilen pelitik şistlerin kaya
kütlesi özellikleri ile birlikte (ISK 5 ve ISK 8) Çizelge 7’de özetlenmiş ve bu iki analiz
sonucundan birer tanesi (A Kesiti) örnek olarak Şekil 11 ve 12’de verilmiştir.
Güvenlik katsayısı değerlerine göre farklı yöntemler kullanarak yapılan şev duraylılık
analizleri birbirlerine çok yakın ve uyumlu sonuçlar vermektedir. Çizelge 7’de belirtilen
duraylılık analizleri sonuçlarına göre 81m’lik şev yarması boyunca dayanıklı ve dayanıksız
bölgelerin olduğu belirlenmiştir. Duraylılık doğudan batıya doğru azalmakta ve bu üç
kesitten iki tanesinde yenilme gözlemlenmektedir (F < 1.5). Bundan ötürü, uzun vadede
PLAXIS 7.2. Sonlu Elemanlar Programı
Standart Coulomb Durumu
Analiz Yöntemi: Phi-c indirgemesi
Güvenlik katsayısı (F): 1.31

3206
olası yenilmeleri önleyebilmek ve şev duraylılığını sağlayabilmek üzere aşağıdaki destek
sistemleri Karayolları Genel Müdürlüğü teknik şartnamelerine uygun olarak önerilmiştir:
• 15 cm püskürtme beton (uygulama: 5+10 cm) ve çelik hasır (1 kat)
• kaya bulonu (Φ (çap) = 26 mm, L (uzunluk) = 6.0 m, 1.5 x 1.5 m aralıklı)
Bunun yanında boşluk suyu basıncının ve su seviyesinin yükselerek uzun vadede şev
duraylılığına zarar vermesini önlemek amacıyla uygun yüzey drenaj sitemleri (yüzey ve
kollektör drenaj sistemleri, vs.) ve yeraltı drenaj sistemleri (yatay drenaj, dikey drenaj
kuyuları veya boşaltma tünelleri, vs.) düzenli bir biçimde uygulanmalıdır.
Çizelge 7. Şev Yarmaları boyunca her en kesiti için yapılan duraylılık analizi sonuçlarının
özeti (Kesit A, B ve C)
En Kesit
SLOPE/ W için
Güvenlik katsayısı (F)
(Basitleştirilmiş Bishop)
PLAXIS 7.2 için
Güvenlik katsayısı (F)
(Phi-c indirgemesi )
Duraylılık
Durumu
(F ≥ 1.5*)
A 1.25 1.23 duraysız
B 1.49 1.45 duraysız
C 1.75 1.71 duraylı
* Not: F ≥ 1.5 duraylı şevi ifade etmektedir [16, 17]
Antalya-Alanya Devlet Yolu 4. Kısım Karayolu inşaat çalışmaları, daha önceden de
belirtildiği gibi bu karayolunun geliştirilmesi ve genişletilmesi kapsamında karayolu
inşaatı, viyadük ve tünel çalışmalarını içine almaktadır. Bu çalışmalardan biri de Ilıksu 1
tünelinden yaklaşık 1 km uzaklıkta, Km: 126+449 ve 126+700’leri arasındaki yapımı
tamamlanmış olan Çandırtepe tünelidir. Tünel yapımı çalışmaları esnasında bu tünelin
kuzey yamacındaki giriş ağzında yetersiz destek sistemlerinin kullanılması ve tünel ağzı
kazısı esnasındaki gerilim boşalması sebebiyle tünel kazısının durmasına sebep olacak
ölçekte şev kayma yüzeyleri oluşmuştur. Çandırtepe tüneli ve çevresindeki bu kayma
yüzeylerinin gözlemlendiği litolojik birimler kalk şistlerdir. Bu bölgedeki kalk şistler
genelde düzenli tabakalı, yapısal kontrollü olup Ilıksu tünellerinde (özellikle Ilıksu 2)
olduğu gibi gelişigüzel eklemli, aşırı yapraklanmış ve ayrışmış, kil gibi davranan
litolojilerle (grafit şist ve pelitik şist) çok yoğun ardalanmalı ve arakatkılı değildir.
Çandırtepe tünelinin tünel giriş ağzında gözlemlenen bu kayma yüzeyleri birbirleri ile içiçe
geçmiş iki adet kama tipi kaymadan oluşmaktadır. Bu kamalardan biri bütün kayma
yüzeyini kontrol etmekte, diğeri ise bu büyük kaymanın içerisinde lokal olarak gelişmiş
diğer bir kama tipi kayma düzlemidir. Bu sebeplerle, kaya gibi davranan birimlerdeki bu
kaymalarda, kayma mukavemeti parametrelerini (c’ ve φ’) belirlemek üzere geriye dönük
analizler, limit denge koşullarını sağlayan (F = 1.0) c’ ve φ’ parametrelerinin ortaklaşa
kullanılması ile elde edilen eğrilerden yararlanılarak elde edilmiştir [16]. Bu çalışmalar
sonucunda kayma mukavemeti parametreleri, c’ = 58 kPa ve φ’ = 25° olarak bulunmuştur
(Şekil 13).

3207
Şekil 11. Ilıksu 1 ve Ilıksu 2 tünelleri arasındaki şev yarması profil kesitinin (A) Slope/W
programı kullanılarak yapılan duraylılık analizi
Şekil 12. Ilıksu 1 ve Ilıksu 2 tünelleri arasındaki şev yarması profil kesitinin (A) PLAXIS
7.2 sonlu elemanlar programı kullanılarak yapılan duraylılık analizi
PLAXIS 7.2 Sonlu Elemanlar Programı
Standart Coulomb Durumu
Analiz Yöntemi: Phi-c indirgemesi
Güvenlik katsayısı (F): 1.23
Ölçek: 1/200

3208
Şekil 13. Kalk şistte geriye dönük şev analizi
Ilıksu tünelleri proje alanındaki kalk şistler yukarıda da belirtildiği gibi genelde gelişigüzel
eklemli, aşırı yapraklanmış ve ayrışmış, kil gibi davranan grafit şist ve pelitik şistlerle
ardalanmalı ve arakatkılıdır. Bu nedenle bozunmamış (intact) RQD, zemin mukavemet ve
dayanıklılık parametrelerinin genelde yüksek olmasına karşın, kaya kütlelerinin pelitik ve
grafit şistlerle ardalanmalı yapısı nedeniyle Ilıksu tünelleri boyunca yapılan sondajlarda ve
laboratuvar deneylerinde düşük kaya kalitesi sonuçlarına rastlanılmıştır. Yapılan bu
çalışmalardan elde edilen kayma mukavemeti parametreleri düşük olup grafit şistler için
elde edilen kayma mukavemeti parametrelerine çok yakındır. Proje dahilinde bu bölgede
yapılan çalışmalardaki Jeolojik Dayanım İndeksi (GSI) sonuçlarına göre (Çizelge 4), kalk
şistlerin kayma mukavemeti dayanımı parametreleri değer aralıkları kohezyon için (c’) 40-
80 kPa ve içsel sürtünme açısı için (φ’) 18-22.5° olarak belirlenmiştir.
Yapılan bu çalışmalara göre GSI metodu ile elde edilen kayma mukavemeti
parametrelerinin, geriye dönük analizler sonucunda elde edilen kayma mukavemeti
parametreleri ile çok uyumlu olduğu görülmüştür. Geriye dönük analizler sonucunda elde
edilen parametrelerden içsel sürtünme açısı değeri GSI metodu ile elde edilen içsel
sürtünme açısı değer aralığı ile karşılaştırıldığında bu aralığın biraz dışına çıkmaktadır.
Buna rağmen, Çandırtepe tüneli ve çevresindeki kalk şistlerin, Ilıksu tünellerinde olduğu
gibi gelişigüzel eklemli, aşırı yapraklanmış ve ayrışmış, kil gibi davranan litolojilerle çok
yoğun ardalanmalı ve arakatkılı olmamaları nedeniyle bu sonuç şaşırtıcı değildir. Geriye
dönük analizler ile elde edilen kayma mukavemeti parametreleri sonuçlarına göre, Jeolojik
Dayanım İndeksi (GSI) ile edilen kayma dayanımı parametrelerinin özellikle zayıf ve çok
zayıf kalitedeki kaya kütleleri için güvenilir ve tatmin edici sonuçlar verdiği söylenebilir.
7. ÇALIŞMA ALANINDAKİ YERİNDE VE İKİNCİL GERİLME ANALİZLERİ
Bu bölümde, ilgili jeoteknik ve jeomekanik parametreler (kayma dayanımı, elastisite
modülü, Poisson oranı, genişleme açısı) kullanılarak tünel kazısı esnasındaki yerinde (in-
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 10 20 30 40 50 60
φ' (°)
c’(kPa)
küçük kama
büyük kama
58 kPa
25o

3209
situ), ikincil gerilme dağılımları ve tünel etrafındaki deformasyonlar ve kaya kütleleri ile
örtüşen uygun destek sistemleri sonlu elemanlar (finite element) yöntemiyle incelenmiştir.
Bu amaçla, “Phase2
” (Plastic Hybrid Analysis of Stress for Estimation of Support) [20]
sonlu eleman paket programı kullanılmıştır. Bu program “Hybrid Elemanlar Yöntemi”
(Sınır Elemanlar ve Sonlu Elemanlar Yönteminin Karmasından oluşan sayısal yöntem) ile
modellenen tünel-zemin sisteminde, aşamalı kazı ve destekleme yöntemine uygun olarak
değişen ardışık gerilme dağılımlarının incelenmesine olanak sağlamaktadır. Tünel projesi
sırasında kullanılan destek sistemleri ile jeoteknik ve jeomekanik parametreler Çizelge 3 ve
4’ teki verilerden yararlanılarak en güvenli yönde seçilmiştir.
Tünel kazıları aşaması ve destek sistemi uygulaması sırasında meydana gelebilecek en
elverişsiz durumlarla karşı karşıya kalınacağı hesaba katılmış ve modellemeler buna göre
yapılmıştır. Genişliği 10 m ve yüksekliği 7.5 m olan tünellerin, “flüt yapısı” şeklinde [7] ve
tek tüp olarak inşa edileceği tasarlanmıştır. Tünel derinliğinin sığ olması ve deformasyon
modülünün 0.3 GPa ile 12.5 GPa arasında olması nedeniyle tünel zemininde yerindeki
yatay gerilmenin (σh) düşey gerilmeye (σv) oranı (k) 3 olarak belirlenmiştir [21].
Çizelge 3’te belirtildiği gibi tünel kazısı üst ve alt yarı kazıları olarak iki aşamada
düşünülmüştür. Bu düzenlemeler göz önüne alınarak “Phase2
” programı ile yapılan tünel
modellemesi 4 ayrı aşamayı içerir. İlk aşamada tünel kazısına başlamadan başlangıç
gerilme durumu, kayanın örtü ağırlığı ve belli bir yanal basınç hesaplanmıştır. Sonraki iki
aşamada ise (önce üst, sonra alt yarı için) kazı yapıldıktan sonra tünel etrafında gelişen
temel gerilme dağılımları (σ1, σ3), yenilme noktaları (makaslama (shear) ve çekme gerilimi
(tension)) ve ikincil deplasmanlar belirlenmiş; son aşamada ise tünel kazısı yapıldıktan
sonra kaya kütlesine uygulanan destek sistemlerinin etkileri hesaplanmıştır (Şekil 14).
Tünel zeminlerinin en elverişsiz zemini olan çok zayıf kalitedeki kaya kütleleri için
yapılmış olan modellemeler aşağıda ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Bu modellemeler için
Çizelge 3 ve 4’ten yararlanılmış (ISK-8) ve çok zayıf kalitedeki kaya kütlelerinin yenilme
sonrası davranışları plastik olarak değerlendirilmiş ve Hoek-Brown yenilme ölçütleri
kullanılmıştır. Bu kaya kütlelerinin modellenmesi sonucunda oluşan ikincil deplasman
dağılımları ve yenilme bölgeleri (üçüncü aşama) Şekil 15(a)’da gösterilmiştir.
Çok zayıf kalitedeki kaya kütlelerinin modellemelerinde kullanılan destek sistemleri ve
bunların jeomekanik özellikleri Çizelge 3 ve 4’ te verilmiş olup, öngörülen bu destek
sistemlerinin uygulanabilirliğini kontrol etmek amacıyla “Phase2
” sonlu elemanlar
programı kullanılmıştır. Destek sistemleri için Karayolları Genel Müdürlüğü NATM
Uygulamalı Yeraltı Tünel İşleri Teknik Şartnamesi’nden [7] ve Hoek ve Brown [22]’den
yararlanılmıştır.
Çok zayıf kalitedeki kaya kütlelerinin modellemelerinde destek sistemlerinin
yerleştirilmesinden sonra oluşan ikincil deplasman dağılımları, δt (mm) ve yenilme
bölgeleri (dördüncü aşama) Şekil 15(b)’de gösterilmiştir. Destek sistemlerinin
yerleştirilmesinden sonra, toplam ikincil deplasmanlar, destek sistemi kullanmadan önceki
aşamaların üçte birine düşmüş ve yenilme bölgeleri gözle görülür bir biçimde azalmıştır.
• Destek sistemleri kullanılmadan önceki toplam ikincil deplasman δt: 135 mm
• Destek sistemleri kullanıldıktan sonraki toplam ikincil deplasman δt: 46 mm
Bu hesaplamalar ışığında çok zayıf kalitedeki kaya kütleleri (Ilıksu 2 giriş ve çıkış ağızları)
için belirlenen destek sistemlerinin yeterli ve uygulanabilir olduğu sonucuna varılmıştır.

3210
Tünel zeminlerinin portal ve portallara yakın kesimlerdeki davranışları üç boyutludur.
Ancak “Phase2
” tünel programı iki boyutlu analiz yapmakta olup “düzlemsel bozunum”
esasına dayanmaktadır. Bu nedenle tüneldeki üç boyutlu davranışı hesaba katmak ve iki
boyutlu analiz sonuçlarında ortaya çıkan birtakım bilinmeyenleri de hesaba katmak için
kazı yapılan bölgedeki bazı kaya kütlesi dayanımı parametreleri (elastik modül, kaya
kütlesi basma dayanımı, vs.) belli oranlarda azaltılmıştır. Böylece tünel kazısının neden
olduğu gevşemelerin de göz önüne alınması sağlanmaktadır. Bu parametreleri belirlerken
çok dikkatli davranılmalı ve tünel modellemesinin mümkün olduğunca doğal zemin
koşullarını yansıtması sağlanmalıdır. Bu nedenle tünel kazısı yapılırken yerinde arazi
deneyleri yapılarak tünel çevresindeki gerilme dağılımlarının büyüklüklerinin belirlenmesi,
tünel projesi açısından hayati önem arzeder.
Şekil 14. “Phase2
” programı ile yapılan ve 4 ayrı aşamayı içeren tünel modellemesi
8. SONUÇLAR VE TARTIŞMALAR
Bu çalışmanın amacı, kaya malzemelerinin ve kaya kütlelerinin mühendislik jeolojisi ve
jeoteknik özelliklerinin incelenmesi ve Ilıksu 1 ve Ilıksu 2 tünelleri boyunca uygun destek
sistemleri ve duraylılık yöntemlerinin önerilmesinden oluşmaktadır. Yapılan çalışmalar
kapsamında ayrıntılı mühendislik jeolojisi ve jeolojik haritalama, zemin sondaj çalışmaları,
yerinde ve laboratuvar deneyleri, jeoteknik parametrelerin hesaplanması ve bunların
yorumlamasından elde edilen sonuçlar aşağıda özetlenmiştir.
Proje alanının zeminini oluşturan başlıca kayaçlar Asmaca ve Cebireis Formasyonu üyesi
rekristalize kireçtaşı, kalk şist, pelitik şist, grafit şist ve bu birimlerin ardalanmalarından
oluşmuştur. Bu birimlerin mühendislik jeolojisi ve jeomekanik özellikleri ayrıntılı olarak
incelenmiştir.
1.Aşama: Baş. gerilme durumu ve kayanın örtü 2. Aşama: Üst yarı kazısı
3. Aşama: Üst yarı + alt yarıkazısı 4. Aşama: Üst yarı + alt yarıkazısı + destek

3211
(a) Üçüncü Aşama (b) Dördüncü Aşama
Şekil 15. Ilıksu 2 tüneli ağızları toplam ikincil deplasmanlarının δt (mm) ve yenilme
bölgelerinin (a) destek sistemleri kullanılmadan önceki; (b) destek sistemleri kullanıldıktan
sonraki dağılımı
Zeminlerin jeolojik modelinin oluşturulması ve tünel tasarımı için gerekli jeomekanik
parametrelerin belirlenmesi amacıyla Ilıksu 1 ve Ilıksu 2 tünelleri boyunca proje alanındaki
sekiz sondaj kuyusunda yaklaşık 302 m karotlu zemin sondajı, yerinde arazi deneyleri ve
bu sondajlardaki litolojileri temsil eden karot numuneleri üzerinde jeomekanik laboratuvar
deneyleri yapılmıştır. Bu çalışmaların yanısıra, proje alanında detaylı jeolojik ve jeoteknik
çalışmalar (hat etüdleri, süreksizlik ölçümleri, kinematik analizler, v.b.) yapılmış ve kaya
kütlelerinin mühendislik jeolojisi parametreleri belirlenmiştir.
Tünellerin zeminlerini oluşturan kaya kütleleri Q-Sistemi, RMR ve NATM’a göre
sınıflandırılmış olup tünellerin projelendirilmesinde ve yapımında bu üç sınıflandırma
sisteminin ilkeleri esas alınmıştır. Yapılan değerlendirmeler sonucunda her üç sınıflama
sistemi için destek tipleri, destek kategorileri ve duraylılık teknikleri belirlenmiştir. Kaya
kütlelerinin dayanımlarının, deformasyon özelliklerinin (özellikle zayıf kalitedeki kaya
kütlelerinin) ve kayma dayanımı parametrelerinin güvenilir bir biçimde belirlenebilmesi
için Hoek-Brown güncelleştirilmiş ve basitleştirilmiş yenilme ölçütü kullanılmış, proje
alanındaki her sondaj bölümü için kaya kütlesi kalitesine göre Jeolojik Dayanım İndeksi
değer aralığı ve deformasyon modülü saptanmıştır.
Çalışma alanındaki tünellerin giriş ve çıkış ağızları ile birlikte yaklaşım bölümlerinde ve iki
tünel arasında kalan ve şev yarması olarak geçilecek bölümde şev duraylılık ve stabilite
analizleri yapılmıştır. Düzenli tabakalı kaya şevleri için yapılan kinematik analizler ve limit
denge analizleri sonucunda düzenli tabakalı rekristalize kireçtaşlarında (Ilıksu 1 tüneli giriş
ağzı kuzey ve güney yamaç şevlerinde) düzlemsel ve kama tipi kaymalar
beklenmemektedir. Gelişigüzel eklemli, aşırı yapraklanmış ve ayrışmış, kil gibi davranan
litolojilerde, Ilıksu 1 tünelinin çıkış alın şevi ağzında (pelitik şist), Ilıksu 2 tünelinin giriş ve

3212
çıkış ağızları alın şevlerinde (grafit şist ve kalk şist ardalanması) ve Ilıksu 1 ve Ilıksu 2
tünelleri arasında kalan 81m uzunluğundaki şev yarması olarak geçilecek kısımda (pelitik
şist) dairesel kayma yöntemi kullanılarak paket programlar yardımıyla elde edilen
sonuçlara göre duraylılık sorunları gözlenmiş ve tünel projesi için tünel bölümlerindeki
olası yenilmeleri (dairesel kaymaları) önleyebilmek ve tünel ağızlarının duraylılıklarını
sağlayabilmek üzere gerekli destek sistemleri önerilmiştir. Jeolojik Dayanım İndeksi (GSI)
metodu ile elde edilen kayma mukavemeti parametrelerinin güvenirliğini kontrol etmek
amacıyla, çalışma alanında kama tipi kayma yüzeyleri gözlenen kalk şistlerde geriye dönük
analizler yapılmış ve yapılan bu analizler sonucunda, GSI ile edilen kayma dayanımı
parametrelerinin özellikle zayıf ve çok zayıf kalitedeki kaya kütleleri için güvenilir ve
tatmin edici sonuçlar verdiği belirlenmiştir.
Çalışmanın sonucunda ilgili jeoteknik parametreler kullanılarak, tünel kazısı sırasında
yerinde ve ikincil gerilmeler ve tünel etrafındaki deformasyonlar çok zayıf kalitedeki kaya
kütleleri için değerlendirilmiş ve ampirik yöntemler ile belirlenen tünel destek sistemleri
sonlu elemanlar yöntemiyle kontrol edilmiştir. Destek sistemlerinin yerleştirilmesinden
sonra, ikincil deplasmanlar, destek sistemi kullanmadan önceki aşamalara göre önemli
ölçüde azalmış (üçte birine düşmüş) ve yenilme bölgeleri azalmıştır. Bütün bu hesaplamalar
ışığında, çok zayıf kalitedeki kaya kütleleri için önerilen destek sistemlerinin yeterli ve
uygulanabilir olduğu sonucuna varılmıştır.
9. TEŞEKKÜR
Bu çalışmanın gerçekleşmesinde sağladığı destek için Sayın Hasan Özaslan’a ve Yüksel
Proje Uluslararası A.Ş.’ye teşekkür ederiz.
10. SEMBOLLER
a : Hoek-Brown sabiti
c’ : Kohezyon dayanımı, MPa
E : Elastik modül, MPa
Em : Deformasyon modülü, MPa
F.S. : Güvenlik katsayısı
GSI : Jeolojik Dayanım İndeksi, MPa
k : σh /σv
L : Bulon uzunluğu, m
mb : Hoek-Brown kaya kütlesi sabiti
mi : Hoek-Brown kaya sabiti
s : Hoek-Brown sabiti
Φ : Bulon çapı, mm
δt : İkincil deplasman, mm
φ’ : içsel sürtünme açısı, derece
γ : Birim hacim ağırlık, kN/m3
ν : Poisson oranı
σci : Örselenmemiş kaya kütlesi için tek eksenli basma dayanımı, MPa
σcm : Kaya kütlesi basma dayanımı, MPa
σh : Yerinde (in situ) yatay gerilme, MPa

3213
σv : Yerinde (in situ) düşey basınç, MPa
σtm : Kaya kütlesi çekme dayanımı, MPa
σ1 : Büyük asal gerilme, MPa
σ3 : Küçük asal gerilme, MPa
Kaynaklar
[1] Yüksel Proje Uluslararası A.Ş., “Ilıksu Tünelleri Ön Proje Jeoteknik Raporu”,
Cilt 1, TC Bayındırlık ve İskan Bakanlıgı Karayolları Genel Müdürlüğü, Ankara,
2000.
[2] Özgül, N., “Alanya Tectonic Window and Geology of its Western Part”, Türkiye
Jeoloji Kurumu Ketin Symp., Ankara, 1984.
[3] Okay, A. I., and Özgül, N., “HP/LT Metamorphism and the Structure of the
Alanya Massif”, Geological Evolution of the Eastern Mediterranean (Edited by
Dixon, J.A., Robertson, A.H.F.). London, Blackwell, 1984.
[4] I.S.R.M., “Suggested Methods for the Quantitative Description of Discontinuities
in Rock Masses”, Rock Characterization, Testing and Monitoring, London,
Pergamon Press, Oxford, 1981.
[5] Barton, N., Lien, R., and Lunde, J., “Estimation of Support Requirements for
Underground Excavations”, Proceedings 16th
Symposium on Rock Mechanics,
Minneapolis, USA, 1977.
[6] Bieniawski, Z. T., “Engineering Rock Mass Classification”, Balkema, Cape Town,
1989.
[7] Karayoları Genel Müdürlüğü, “NATM Uygulamalı Yeraltı Tünel İşleri Teknik
Şartnamesi”, 1997.
[8] Hoek, E., and Brown, E.T., “Empirical Strength Criterion for Rock Masses”,
ASCE Journal of the Geotechnical Engineering Division, 106 (GT9), 1013-1035,
1980.
[9] Hoek, E., Wood, D., and Shah, S., “A Modified Hoek-Brown Criterion for Jointed
Rock Masses”, ISRM Symposium: Eurock 92- Rock Characterization, J. A.
Hudson (ed.), Thomas Telford, 209-213, 1992.
[10] Hoek, E., and Brown, E.T., “Practical Estimates of Rock Mass Strength”,
International Journal of Rock Mechanic and Mining Sciences, 34 (8), 1165-1186,
1997.
[11] Hoek, E., Marinos, P., and Benissi, M., “Applicability of the Geological Strength
Index Classification for Very Weak and Sheared Rock Masses”, Bulletin
Engineering Geology & Environment, 57, 151-154, 1998.
[12] Marinos, P.G. and Hoek, E., “GSI: “A Geological Friendly Tool for Rock Mass
Strength Estimation”, Proceedings of the International Conference on
Geotechnical and Geological Engineering (GeoEng 2000), Technomic Publishing
Co. Inc., Melbourne, Australia, 1422-1440, 2000.
[13] Serafim, J.L., and Pereira, J.P., “Consideration of the Geomechanical
Classification of Bieniawski”, Proc. Int. Symp. on Engineering Geology and
Underground Construction, Lisbon 1(II), 1983.
[14] Goodman, R.E., “Introduction to Rock Mechanics”, Second Edition, New York,
John Wiley & Sons, 1989.

3214
[15] Diederichs, M.S., and Hoek, E., “DIPS, Data Interpretation Package Using
Stereographic Projection”, Rock Eng. Group, Department of Civil Eng.,
University of Toronto, 1989.
[16] Hoek, E., and Bray, J.W., “Rock Slope Engineering”, Institution of Mining
and Metallurgy, Third Edition, London, Stephen Austin and Sons Ltd., 1981.
[17] Karayoları Genel Müdürlüğü, “Şev Stabilitesi Uygulamaları Teknik Şartnamesi”,
1989.
[18] Geo Slope International Ltd, “Slope/W Software”, Calgary, Alberta, Canada,
1999.
[19] PLAXIS B.V., “Plaxis Software Version 7.2.”, P.O. Box 851, 3160 AB RHOON,
Netherlands, 2001.
[20] Rocscience Inc., “Phase2
User’s Guide”, Toronto, Ontario, Canada, 2001.
[21] Hoek, E., Kaiser, P.K., Bawden, W.F., “Support of Underground Excavations in
Hard Rock”, Roterdam, Brookfield, A.A. Balkema, 1995.
[22] Hoek, E., Brown E.T., “Underground Excavations in Rock”, The Institution of
Mining and Metallurgy, London, Stephen Austin and Sons Ltd., 1980.

Mühendislik Jeolojisinde Çağdaş Uygulamalar Sempozyumu, 25-27 Mayıs 2006, Pamukkale Üniversitesi, Denizli.
179
Taksim-Kabataş Tüneli ve Duraylılığı Üzerine Bir Değerlendirme
Taksim-Kabataş Tunnel and an Evaluation of its Stability
Ö. Aydan1
ve M. Geniş2
1
Tokai Üniversitesi Deniz-İnşaat Mühendisliği Bölümü, Shizuoka, Japonya
2
Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü, Zonguldak
ÖZ: Bu çalışmada, Taksim Kabataş arasında açılan füniküler sistemin tünel kazısı sırasında yapılan
arazi ölçümleri hakkında bilgiler verilmektedir. Öncelikle tünelin kazı sahasının jeolojisi verilmiş ve
kaya kütlesi değerlendirmesi yapılmıştır. Tünelde yapılan yerinde gözlemler tanıtıldıktan sonra tünel
çevresinde oluşması beklenen gerilme ve yerdeğiştirme miktarları tartışılmış ve yerinde gözlemleri ile
karşılaştırılmıştır. Sayısal gerilme çözümlemeleri ve arazi ölçümleri ile tünel çevresinde elde edilen
yerdeğiştirme miktarlarının uyumlu olduğu anlaşılmıştır.
Anahtar Kelimeler: Tünel, Deformasyon, Birincil Gerilme, Fay
ABSTRACT: In this study, the results of field measurements, which are made during excavation of
funicular system between Taksim and Kabataş are given. Firstly, the geological conditions around
tunnel and the evaluation of rock mass are presented. After a brief introduction of field observations
on tunnel, expected stress and displacement of tunnel is discussed and compared with field
measurements. It is understood that the displacement field around tunnel estimated by numerical
analyses are in good agreement with field measurements.
Keywords: Tunnel, Deformation, In situ Stress, Fault
1. GİRİŞ
Taksim ve Kabataş arasında, Kabataş sahili ve iskelesi ile Taksim Meydanı ve metro istasyonu
arasında Kadıköy-Tarlabaşı arasındaki 133 yıl önce açılan tarihi tünele benzer şekilde yeni bir tünel
açılmıştır. Tünelin yapım şekli delme tünel olup istasyon kısımları aç-kapa yöntemi ile inşa edilmiştir.
Delme tünelin toplam uzunluğu 546 m olup, maksimum eğimi % 22.19’dur. İki istasyon arasındaki
yükselti farkı ise 74.95 m’dir. Tünel tek hatlı olup tünelin ortasında 200 m’lik bölüm karşılıklı gelen
trenlerin geçişini sağlamak üzere çift hatlı olarak inşa edilmiştir. Örtü tabakası kalınlığı 5 ile 40 m
arasında değişmektedir (Şekil 1). Tüneli şekli at nalı şeklinde olup tek hatlı tünelin kazı yüksekliği
5.9 m ve kazı genişliği ise 6.1 m dolaylarındadır.
Tüneli inşa eden Yapı Merkezi firmasının sorumlu mühendisi Ali Yüksel eşliğinde Tünelin Kabataş
kısmı ziyaret edilmiştir. Bu ziyaret sırasında tünel içinde sıcaklık, nem, hava hızı, pH ölçümleri, kaya
iğne deneyleri, fay düzlemleri ve kayma açıları ölçümleri yapılmıştır. Ölçüm sonuçları burada
sunulmuş ve bazı mühendislik değerlendirmeleri yapılmıştır.
Şekil 1. Tünelin güzergahı ve kesiti (Yapı Merkezi).

180
2. JEOLOJİ
Tünelin kazıldığı formasyon Trakya formasyonu olup, kumtaşı, siltaşı, kiltaşından oluşmaktadır. Tünel
girişlerine yakın kısımlarda ise Kuvaterner tortullar ile dolgu malzemesi gözlenmektedir. Geçilen kaya
kütlesi tabakalı olup tabakalar GD’a yaklaşık 10-20° eğimlidir. Tünel ekseni hemen hemen
tabakalanmaya diktir. Tabakalar Boğazın oluşmasını etkileyen tektonizma sonucu faylı ve kırıklı bir
yapıya sahiptir. Eklem aralıkları 5-30 cm arasında değişmektedir (Şekil 2). Kabataş tünel giriş ağzına
yakın sık aralıklı verev normal faylar görülmüştür. Gözlenen faylar tabakalanmaya paralel veya
tabakaları verev olarak kesmektedir. KD ya da GD’ya 50-70° arasında değişen eğimlere sahiptir
(Şekil 3). Tünel ağzındaki topoğrafyayı ve sahil çizgisini etkileyen ve kırık zonu kalınlığı yaklaşık
1-4 m olan verev bir normal fay gözlenmiştir. Tünel ekseninin fay doğrultusuna dik olması nedeni ile
tünelde yapısal bir duraylılık problemi beklenmemekle birlikte, normal fay nedeniyle istasyon
kazısının kuzey duvarında bazı yapısal duraysızlıklarla karşılaşılması olasıdır.
Şekil 2. Kabataş İstasyonu kazısında gözlenen kaya kütlesinin görünümü.
Şekil 3. Tünel kazısında gözlenen bazı fayların görünümü.
3. KAYA KÜTLESİ VE DEĞERLENDİRMESİ
Kaya kütlesi kırıklı bir yapıya sahip olup sık aralıklarla görülen verev normal faylarla parçalanmıştır.
Yapılan sondaj değerlendirilmelerinde RQD (kaya kalite belirteci) değeri %30’un altındadır. Bilindiği
üzere, sondajın neden olduğu zedeleme kayanın gerçek RQD değerini azaltmaktadır. İnceleme

181
sırasında gözlenen kayanın RQD değeri 0-60 arasında değişmektedir. İlk yazar tarafından yapılan
RMR, Q ve GSI kaya sınıflama sistemlerine göre yapılan değerlendirmeler Çizelge 1’de verilmiştir.
Kaya kütlesi sınıflama sistemlerinden yararlanarak elde edilen kaya kütlesinin mekanik özellikleri
Çizelge 2’de verilmiştir. Hoek’un önerisine göre normalleştirilmiş deformasyon modülünün
hesaplanmasında, Vardar vd. (1988)’nin deney sonuçlarına göre sağlam kayanın tek eksenli basınç
dayanımı 50 MPa ve deformasyon modülü 10 GPa alınmıştır. Görüldüğü üzere Hoek tarafından
önerilen ilişkiler kullanıldığında kaya kütlesinin dayanımı çok küçük ve deformasyon modülü ise çok
yüksek elde edilmektedir. İlk yazar tarafından daha önce de işaret edildiği gibi Hoek’un önerisi gerçek
yerinde deneylerle sınanmamıştır (Aydan vd. 1998; Aydan ve Kawamoto, 2000, 2001). Bugün
yaygınca kullanılan bu yaklaşımın ivedilikle tartışılması gerektiğine burada bir kez daha işaret
edilmektedir. Ayrıca kaya kütlesinin dayanımının tahmininde Vardar (1978) tarafından önerilen
yaklaşım da kullanılmıştır (Çizelge 2).
Çizelge 1. Kaya sınıflama sistemlerine göre kaya kütlesi değerlendirilmesi.
Sınıflama sistemi Kaya kütlesi Fay ve kırılma bölgeleri
Temel RMR 29-49 12-16
Q Sistemi 2.7-16.7 0.25-0.5
GSI 30-45 5-15
Çizelge 2. Kaya sınıflama sistemlerine göre kaya kütlesinin mekanik özellikleri.
Normalleştirilmiş Tek eksenli
basınç dayanımı
Normalleştirilmiş Deformasyon
modülüSınıflama
Sistemi
Kaya Kütlesi Fay zonu Kaya Kütlesi Fay Zonu
Aydan & Kawamoto 0.064-0.138 0.022-0.031 0.064-0.138 0.022-0.031
Hoek - RMR 0.019-0.059 0.008-0.009 0.213-0.675 0.079-0.100
Hoek - GSI 0.020-0.047 0.005-0.009 0.225-0.299 0.053-0.095
Vardar 0.290-0.390 ---- ---- ---
4. TÜNEL KAZI VE DESTEK SİSTEMİ
Tünel kazısı hidrolik kırıcı ve kepçeli bir iş makinası ile üst ve alt yarı (basamak) şeklinde yapılmıştır.
Alt yarı üst tünel aynasını yaklaşık 5-6 m aralıkla takip etmektedir. Destek (tahkimat) sistemi olarak
kaya saplaması, çelik iksa, püskürtme beton nervürlü demir ile takviye edilmiş bir kafes kiriş ve çelik
hasır birlikte kullanılmaktadır. Kayacın zayıf olduğu koşullarda, tünel tavanında delikli şemsiye
boruları kullanılarak enjeksiyon işlemleri de yapılmıştır. Son beton kaplama ise tünelin kazısı bittikten
sonra yapılmıştır.
5. ÖLÇÜMLER VE DEĞERLENDİRMELER
Burada tünelde yapılan sıcaklık-nem ölçümleri, hava hızı ölçümleri, kayacın dayanımının tahmin
edilebilmesi için yapılan kaya iğnesi deneyleri, yeraltı suyu pH ölçümleri ile ortamdaki birincil
gerilmelerin tahmin edilmesinde kullanılan, faylarda yapılan ölçümler hakkında bilgiler
sunulmaktadır.
Sıcaklık ve nem ölçümleri için ESPEC ve T&D firmaları tarafından üretilmiş sıcaklık-nem ölçerler
kullanılmıştır. Ölçerlerden birisi tünelin Kabataş girişine konulmuş ve diğeri ise yazarlar tarafından
tünel incelemesi sırasında beraberlerinde götürülmüştür. Ölçüm aralığı 30 saniye seçilerek sıcaklık ve
nem ölçümleri yapılmıştır. Ölçüm sonuçları Şekil 4’te gösterilmiştir. Tünel ağzına konulan sıcaklık ile
inceleme sırasındaki tünel içi sıcaklığı arasında yaklaşık 4 derece bir farklılık söz konusu olup iç
sıcaklık daha yüksektir. Diğer yandan dıştaki nem iç nemden daha yüksek olup aradaki farklılık
yaklaşık % 8-10 dolaylarında ölçülmüştür.

182
Şekil 4. Tünelin içinde ve dışında sıcaklık ve nem değişimleri
Tünelin havalandırılması için üfleyici pervane kullanılmıştır. Temiz hava tünel aynasına doğrudan
üflenmekte ve kirli hava ise tünel ağzından çıkış yapmaktadır. Tünel aynasında hava hızı yaklaşık
2.5 m/s olarak ölçülmüştür.
Japonya’da zayıf kayaların dayanımını tahmin etmek amacı ile kaya iğnesi deney cihazı geliştirilmiştir.
Bu cihaz ile tek eksenli dayanımı 20 MPa’a kadar olan kayaların değerlendirilmesi mümkündür. İlk
yazar tarafından bu cihazın kullanımı Türkiye’de ilk defa Kapadokya tüflerine, Babadağ marn ve
kumtaşına ve Buldan depreminde gözlenen şev kaymalarının görüldüğü sert zeminlere uygulanmıştır.
Tüneli oluşturan sağlam ana kayada elde edilen kaya iğne katsayısı [NPI=yük(N)/batma miktarı (mm)]
100’ün üzerindedir. Kaya iğne deneylerinin arazi uygulaması Şekil 5’te gösterilmiştir. Kaya iğnesi
ölçüm sonuçları Çizelge 3’te verilmiştir. Faya yaklaştıkça kayanın iğne batma katsayısı değeri oldukça
azaldığı görülmüştür. Aydan tarafından geliştirilen bir ilişkiye göre ölçülen NPI değerlerinden tek
eksenli basınç dayanımı değerleri de tahmin edilmiştir (Çizelge 3).
Çizelge 3. Kaya iğnesi deney sonuçları.
Kaya türü Sağlam
kaya
Az
zedelenmiş
Orta derecede
zedelenmiş
Killeşmiş kaya
NPI (N/mm) >100 16.7 1.6-4.0 0.4-0.5
Tek eksenli basınç dayanımı (MPa) >38 1.5 0.02-0.12 0.002-0.003
Şekil 5. Kaya iğne deneyinin tüneldeki uygulaması.
Yeraltı suyu kazı sırasında duraylılık sorunlarına neden olmasının yanında şehirleşmenin olduğu

183
yerlerde yüzeyde oturmalara ve destek (tahkimat) sistemlerinin korozyonuna neden olabilmektedir.
Tünel aynası civarında oluşan su birikintilerinin pH ölçümleri yapılmıştır. Bu ölçümlerden elde edilen
pH değerleri 10.89-11.24 değerleri arasında değişmektedir. Bu değerler oldukça yüksektir. Bu değerler
ilk yazarın Japonya’da püskürtme betonun uygulandığı tünellerde ölçtüğü değerlere yakındır. Yeraltı
suyunun özellikle Taksim girişinden yapılan kazı ile Kabataş tarafından yapılan kazı arasında yaklaşık
65 m olup kot farkı gözönüne alınırsa bu yüksek değerlerin kısmen püskürtme betondan kısmen
çevresel kayalardan kaynaklandığı düşünülebilir.
Tünelin Kabataş giriş kısmında ve istasyon kazısında çok sayıda verev normal fay gözlenmiştir. Bu
faylardan dördünde ölçüm alınmıştır. Bunların ikisi tünel içinde ikiside istasyonun batı duvarında
alınmıştır. Tünel içinde gözlenen F1 fayının yüzeylenmesi kısıtlı olduğu için burada
değerlendirilmeyecektir. F2 (Tünel içi) F3 ve F4 (istasyon) faylarında alınan fay parametreleri
Çizelge 4’te verilmektedir. Fay çiziklerinden Aydan (2000) tarafından geliştirilen yöntem kullanılarak
fayı oluşturan gerilme ortamı araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar Şekil 6 ile Çizelge 5’te gösterilmiştir.
F2 ve F3 fayları verev normal fay olup en büyük asal gerilmenin düşey gerilmeye yakın olduğuna
işaret etmektedir. F4 fayının yanal kayma bileşeni daha büyük olduğu için yanal atımlı faylara benzer
bir fay olarak düşünülebilir. Her üç fay için elde edilen en büyük yatay gerilmenin yönü 348-354
arasında değişmekle birlikte yatay düzlemde etkiyen ana gerilmenin KB-GD olduğu ve bölgede daha
önce yapılan ölçüm ve değerlendirmelerle uyum içinde olduğu söylenebilir. Tünel ekseninin hemen
hemen doğu-batı yönelimli olduğu düşünülürse yanal birincil gerilmenin düşey birincil gerilmeye
oranının yaklaşık 0.5 olacağı düşünülebilir.
Çizelge 4. Ölçülen fayların parametreleri.
Fay Eğim yönü Eğim Kayma açısı
F2 74 52 96
F3 92 52 70
F4 52 72 144
Çizelge 5. Fay çiziklerinden tahmin edilen birincil gerilme durumu.
En Büyük Asal
Gerilme
Ortanca Asal
Gerilme
En Küçük Asal
Gerilme
Yatay GerilmelerFay
vσσ /1 1d 1p vσσ /2 2d 2p vσσ /3 3d 3p vh σσ / vH σσ / θ
F2 1.016 288 81 0.700 168 5 0.339 77 8 0.352 0.702 346
F3 1.042 202 72 0.718 349 16 0.347 82 9 0.365 0.743 354
F4 1.226 346 40 0.845 165 50 0.409 256 1 0.409 1.070 346
6.TÜNEL CİVARINDA OLUŞAN YENİLME BÖLGESİ VE YERDEĞİŞTİRMELERİN
TAHMİNİ
Bu bölümde açıklığın çevresinde oluşacak yenilme bölgesi (plastik bölge) ve yerdeğiştirme
miktarlarının hesaplanması için analitik ve sayısal gerilme çözümlemeleri kullanılmıştır. Öncelikle,
Aydan (Aydan vd. 1993; Aydan ve Dalgıç, 1998, Aydan vd. 2001) tarafından önerilen analitik yöntem
kullanılarak tünel yüzeyi deformasyonu ve yenilme bölgesi büyüklüğü hesaplanmıştır. Söz konusu
analitik yöntem kullanılarak yalnızca dairesel kesitli açıklık ile birincil eş gerilme durumu (izostatik
veya hidrostatik birincil gerilme) incelenebilmektedir. Örtü tabakası yüksekliği 40 m olarak
varsayılmış ve kaya kütlesi ile fay bölgesi için hesaplamalar yapılmıştır (Şekil 7). Kaya kütlesi içinde
tünel kazısı sırasında yenilme bölgesi oluşumu söz konusu olmayıp çevre kaya kütlesi elastik davranış
göstermektedir. Elastik durumda oluşabilecek tünel yerdeğiştirmesi yaklaşık 6.6 mm’dir. Diğer yandan
fay bölgesi içindeki kazıda ise tünel yerdeğiştirmesi 27 mm olmakta ve tünelin etrafında yaklaşık
60 cm’lik bir plastik bölge oluşmaktadır.

184
Şekil 6. Fay çiziklerinde elde edilen gerilme ortamı ve faylanma mekanizmaları.

185
Şekil 7. Birincil eş gerilme durumda Taksim-Kabataş tünelinin deformasyonu ve yenilme bölgesi.
Daha sonra, sonlu elemanlar çözümleme yönteminin kullanıldığı çözümlemelerde kaya kütlesinin
elasto-plastik davranış gösterdiği varsayılmıştır. Fay çiziklerinden yatay birincil gerilmenin düşey
birincil gerilmeye oranı yaklaşık olarak 0.5 olarak tahmin edilmiştir. Elde edilen birincil gerilmeler
oranı, tünel geometrisi, kaya kütlesi ve fay bölgesi dayanım ve deformasyon özellikleri göz önünde
bulundurularak tünelde oluşacak deformasyon ve yenilme bölgesi elde edilmiştir. Çözümlemelerde
kaya kütlesi ve fay bölgelerindeki kayaca ilişkin özellikler Çizelge 6’da verilmiştir. Elde edilen
sonuçlar kaya kütlesi ve fay zonu için sırasıyla Şekil 8 ve 9’da gösterilmiştir.
Çizelge 6. Sonlu elemanlar analizinde kullanılan malzeme özellikleri
Ortam Birim hacim
ağırlık
(kN/m3
)
Kohezyon
(MPa)
Sürtünme
Açısı (o
)
Deformasyon
Modülü
(MPa)
Poisson
Oranı
Kaya 25 0.98 27 640 0.38
Fay bölgesi 25 0.38 21 220 0.45
Kaya kütlesi için yapılan sonlu elemanlar çözümlemesi kaya kütlesinin elastik davranış göstermesi
gerektiğine işaret etmekte olup, bu sonuç birincil eş gerilme (hidrostatik birincil gerilme) durumu
için yapılan çözümlemeler ile aynıdır. Yerdeğiştirme miktarlarının tünel tavanında 26 mm ve tabanda
ise 19.8 mm olacağına işaret etmektedir. Diğer yandan fay bölgesi için yapılan çözümlemeler tavan ve
tabandaki yerdeğiştirmelerin sırasıyla 76 mm ve 54 mm olacağını göstermiştir. Fay bölgesinde sadece
tünelin yan duvarlarında yenilme bölgeleri oluşmakta ve oluşan yenilme bölgesinin genişliği yaklaşık
olarak 30 cm olmaktadır.
Aykar vd. (2005) tarafından yapılan detaylı çalışmalarda, tünel açıldıktan sonra yapılan deformasyon
ölçümlerinde en büyük yerdeğiştirmenin tünel yan duvarında 32 mm olduğu ölçülmüştür. Ölçülen bu
değerin, nihai beton kaplamadan önceki tahkimatlı bölümden yapılmış değer olarak göz önünde
bulundurulursa, tahkimatsız açıklık ve faylı bölge için yapılan sonlu elemanlar çözümlemesi ile elde
edilen en büyük yerdeğiştirme değerleri ile uyumlu olduğu sonucuna varılmıştır.
0.3 0.6 0.9
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0
TUNNEL WALL STRAIN (%)
NORMALISEDGROUNDPRESSURE(Pi/Po)
H=40m
NORMALISEDWIDTHOFPLASTICZONE(Rp/a-1)
Taksim-Kabatas
Fay zonu (pi-εt)
Kaya kutlesi (pi-εt)
Fay zonu (εt-Rp/a)
AÇIKLIK YÜZEYİ BİRİM DEFORMASYONU (%)
NORMALLEŞTİRİLMİŞYENİLMEBÖLGESİGENİŞLİĞİ
NORMALLEŞTİRİLMİŞARAZİBASINCI

186
Şekil 8. Kaya kütlesindeki kazıda tünel çevresinde oluşan yenilme bölgesi ve yerdeğiştirme durumu.
Şekil 9. Fay bölgesindeki kazıda tünelin çevresinde oluşan yenilme bölgesi ve yerdeğiştirme durumu.
7. SONUÇLAR
Taksim ve Kabataş arasındaki eğimli tünelin Kabataş kısmında sıcaklık, nem, hava üfleme hızı ve pH
ölçümleri, kaya iğne deneyleri, fay düzlemi ve kayma açıları ölçümleri yapılmıştır. Bu ölçümlerin ışığı
altında bazı mühendislik değerlendirmeleri yapılmıştır. Yapılan değerlendirmeler gerilme ortamının
normal fay ortamına yakın olduğunu ve düşey birincil gerilmenin yatay birincil gerilmeye oranının 0.5
civarında olacağını göstermiştir. Kaya kütlesi sınıflamalarından yararlanılarak çevre kayanın mekanik
özellikleri tahmin edilmiştir. Analitik ve sayısal gerilme çözümleme yöntemleri kullanılarak tünelin
deformasyon, gerilme ve yenilme bölgesi oluşumları incelenmiştir. Bu incelemeler tünel çevresindeki
kaya kütlesinin elastik davranış göstermesi gerektiğini ve fay zonu geçilirken kısmen yenilme
bölgesinin oluşacağını göstermiştir. Bunun yanısıra tünelde oluşan deformasyonun fay bölgelerinde
büyük olacağı anlaşılmıştır.

187
8. KATKI BELİRTME
Yazarlar, Taksim-Kabataş Tüneline yaptıkları teknik ziyareti mümkün kılan Yapı Merkezi Şirketi’ne ve
özellikle Ali Yüksel (Yapı Merkezi) ile Timuçin Özbayır (Yapı Merkezi)’a gösterdikleri yakın ilgi ve
verdikleri bilgilerden dolayı teşekkür etmeyi bir borç bilirler.
9. KAYNAKLAR
Aydan, Ö., 2000. An stress inference method based on structural geological features for the full-stress
components in the earth’ crust. Yerbilimleri, Cilt 22, 223-236.
Aydan, Ö. and Dalgıç, S., 1998. Prediction of deformation of 3-lanes Bolu tunnels through squeezing
rocks of North Anatolian Fault Zone (NAFZ). Reg. Symp. on Sedimentary Rock Engineering,
Taipei, 228-233.
Aydan, Ö. and Kawamoto, T., 2000. The assessment of mechanical properties of rock masses through
RMR rock classification system. GeoEng2000, UW0926, Melbourne.
Aydan, Ö. and Kawamoto, T., 2001. The stability assessment of a large underground opening at great
depth. 17th International Mining Congress and Exhibition of Turkey – ICMET, Ankara,
277-288.
Aydan, Ö., Akagi, T. and Kawamoto T., 1996. The squeezing potential of rock around tunnels: theory
and prediction with examples taken from Japan. Rock Mec. and Rock Eng., 29(3), 125-143.
Aydan, Ö., Geniş, M., Akagi, T. and Kawamoto, T., 2001. Assessment of susceptibility of rockbursting
in tunnelling in hard rocks. Int. Symp. on Modern Tunnelling Science and Technology,
IS-KYOTO 2001, Vol.1, 391-396.
Aydan, Ö., Ulusay, R. and Kawamoto, T., 1997. Assessment of rock mass strength for underground
excavations. The 36th US Rock Mechanics Symposium, 777-786.
Aydan, T. Akagi and Kawamoto, T., 1993. Squeezing potential of rocks around tunnels; theory and
prediction. Rock Mechanics and Rock Engineering, 26(2), 137-163.
Aykar, E., Arıoğlu, B., Erdirik, N., Yüksel, A., Özbayır, T., Arıoğlu, E. and Yoldaş, R., 2005. Tunnel
excavations works in Taksim-Kabataş funicular system project. Underground Space Use:
Analysis of the Past and Lessons for the Future (eds. Erdem and Solak), London, 973-979.
Barton, N., Lien, R. and Lunde, I., 1974. Engineering classification of rock masses for the design of
tunnel supports. Rock Mechanics, 6(4), 189-239.
Bieniawski, Z.T., 1989. Engineering rock mass classifications. New York: Wiley.
Hoek, E. and Brown, E.T., 1980. Underground excavations in rock. Inst. Min. & Metall., London.
Vardar, M. 1978. Zeiteinfluss auf das Bruchverhalten des Gebirges in der Umgebung von Tunneln.
Doktorarbeit, Veröff. des Inst. Boden und Felsmechanik Uni. Karlsruhe, Heft 72.
Vardar, M., Eriş, İ. and Yılmazoğlu, M. 1988. Evaluation of the Taksim-Levent route of the İstanbul
subway as an underground structure, Internal report.

Jeoloji Mühendisliği Dergisi 35 (2) 2011 133
Araştırma Makalesi / Research Article
S.Alemdağ
E-Posta: selcukalemdag@gmail.com
Farklı Ayrışma Derecesine Sahip Kaya Kütlelerinin Kazılabilirlik Özellikleri:
Gümüşhane Granitoyidi Örneği, Gümüşhane, KD Türkiye
Excavatability Properties of Rock Masses Having Different Weathering Degrees: An Example of
Gümüşhane Granitoid, Gümüşhane, NE Turkey
Selçuk ALEMDAĞ1
, Ayberk KAYA1
, Zülfü GÜROCAK2
, Serhat DAĞ1
1
Gümüşhane Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, GÜMÜŞHANE
2
Fırat Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, ELAZIĞ
Geliş (received) : 08 Haziran (June) 2011
Düzeltme (revised) : 24 Haziran (June) 2011
Kabul (accepted) : 28 Haziran (June) 2011
ÖZ
Kayaların kazılabilirlik özelliklerini belirlemek amacıyla yapılacak çalışmalar kazı maliyeti açısından
mühendislik projelerinin uygulanabilirliğine katkı sağlamaktadır. Bu çalışmada, Gümüşhane ve yakın
yöresinde yüzeylenen Erken Karbonifer yaşlı Gümüşhane Granitoyidi’nin kazılabilirlik özellikleri
incelenmiştir. İlk olarak, dört faklı alan seçilmiş ve bu alanlardaki kaya kütleleri ISRM tanımlama kriterleri
esas alınarak ayrışma derecelerine göre gruplandırılmıştır. Bu çalışmalar sonucunda 1, 2 ve 3 numaralı
alanlardaki kaya kütlelerinin orta derecede ayrışmış, 4 numaralı alandaki kaya kütlesinin ise ileri derecede
ayrışmış kaya sınıfında olduğu tespit edilmiştir. İkinci aşamada, eklemlerin mühendislik özellikleri ve kaya
malzemesinin jeomekanik özellikleri belirlenmiştir. Sonraki aşamada ise kaya kütlelerinin RMR89, Q ve
GSI değerleri belirlenmiş ve kazılabilirlik açısından sınıflandırılmıştır. Yapılan sınıflamalara göre, orta
derecede ayrışmış kaya kütleleri “sökülebilir”, ileri derecede ayrışmış kaya kütlesi ise “kazılabilir”
özelliktedir. İnceleme alanlarında yapılan kazı çalışmalarında orta derecede ayrışmış kaya kütlelerinin
hidrolik kırıcı kullanılarak söküldüğü, ileri derecede ayrışmış kaya kütlelerinin ise kepçe kullanılarak
kazıldığı tespit edilmiştir. Son aşamada ise bulunan sonuçlar ile uygulanan kazı yöntemleri
karşılaştırılmıştır. Bu sonuçlara göre, Tsiambaos ve Saroglou (2009) tarafından önerilen kazı yöntemleri,
yerinde yapılan kazı çalışmaları ile tamamen örtüşmektedir.
Anahtar Kelimeler: Ayrışma derecesi, Gümüşhane granitoyidi, Kazılabilirlik sınıflama sistemleri.
ABSTRACT
The studies to determine the excavatability properties of rocks contribute to the applicability of the
engineering project in terms of the cost of excavation. In this study, excavatability properties of Early
Carboniferous aged Gümüşhane Granotiod outcropped in the residential area of Gümüşhane were

134 Farklı Ayrışma Derecesine Sahip Kaya Kütlelerinin Kazılabilirlik Özellikleri: Gümüşhane Granitoyidi Örneği, Gümüşhane, KD Türkiye
Alemdağ, Kaya, Gürocak ve Dağ
examined. Firstly, four different areas were selected and the rock masses were grouped according to their
degree of weathering based on the description criteria of ISRM. As a result of these studies, the rock
masses in field-1, field-2 and field-3 were determined as moderately weathered. The weathering degree of
rock mass in field-4 was highly weathered. In the second stage, properties of discontinuities and
geomechanical parameters of intact rock material were determined. In the next stage, RMR89, Q and GSI
values of rock masses were determined and the rock masses were classified using the excavatability
classification systems. Moderately and highly weathered rock masses were classified to be in ripping and
digging categories, respectively. It was determined that the moderately weathered rock masses were
ripped by using hydraulic breaker and the highly weathered rock masses were digged by using face shovel.
In the final stage, the data obtained from these studies and the excavation works in the selected areas were
compared. According to the results, the excavation methods suggested by Tsiambaos and Saroglou (2009)
are completely compatible with in-situ excavation works.
Key Words: Degree of weathering, Gümüşhane granitoid, Excavatability classification systems.
GİRİŞ
Kazılabilirlik, kayaçların bulundukları
yerden kazı ekipmanları ile ne ölçüde
koparılabildiklerinin, sökülebilirlik ise kayaların
riperli dozer ile ne ölçüde sökülerek
parçalanabileceğinin göreceli ifadesidir
(Ceylanoğlu vd., 2007). Gurocak vd. (2008)
kayaçların kazılabilirliğinde ayrışma, kaya
malzemesinin dayanımı ve süreksizlik aralığının
etken rol oynadığını vurgulamıştır. Mühendislik
yapılarının inşa edileceği kaya kütlelerinde
uygulanacak kazı yönteminin ve kazıda
kullanılacak ekipmanın gerçekçi bir şekilde
belirlenmesi kazı maliyetini en aza indirmektedir
(Kaya vd., 2011). Bu nedenle, kaya kütlelerinin
kazılabilirliği konusunda birçok araştırmacı
(Franklin vd., 1971; Atkinson, 1971; Bailey,
1975; Weaver, 1975; Kirsten, 1982; Abdullatif
ve Cruden, 1983; Scoble ve Müftüoğlu, 1984;
Singh vd., 1986; Smith, 1986; Bozdağ, 1988;
Paşamehmetoğlu vd., 1988; Karpuz, 1990;
Pettifer ve Fookes, 1994; Tsiambaos ve
Saroglou, 2009) kaya kütle ve malzeme
özelliklerinin girdi parametresi olarak
kullanıldığı görgül kazılabilirlik ve sökülebilirlik
sınıflamaları önermişlerdir.
Bu çalışmada, Gümüşhane ve yakın
yöresinde geniş bir yayılım gösteren Erken
Karbonifer yaşlı Gümüşhane Granitoyidi’nin
kazılabilirlik özellikleri araştırılmıştır.
Gümüşhane Üniversitesi yerleşkesinde ve
Akçakale Köyü mevkisinde yüzeylenen
Gümüşhane Granitoyidi’nin belirlenen dört farklı
lokasyondaki (Şekil 1) kaya kütle ve malzeme
özellikleri araştırılmış ve bu kaya kütleleri
Franklin vd. (1971), Kirsten (1982), Abdullatif
ve Cruden (1983), Pettifer ve Fookes (1994), ve
Tsiambaos ve Saroglou (2009) tarafından
önerilen kazılabilirlik sınıflama sistemlerine göre
sınıflandırılmıştır. Kazılabilirlik sınıflama
sistemlerine göre belirlenen kazı yöntemlerinin,
arazide yapılan kazı yöntemleriyle benzerlik
gösterip göstermediği araştırılmıştır.

Journal of Geological Engineering 35 (2) 2011
Şekil 1. Çalışma alanına ait yer bulduru haritası.
Figure 1. Location map of the study area.
MATERYAL VE YÖNTEM
İnceleme alanlarındaki Gümüşhane
Granitoyidi’nin kaya kütle ve malzeme
özelliklerini belirlemek amacıyla arazi ve
laboratuvar çalışmaları yapılmıştır. Arazi
çalışmaları kapsamında kaya kütleleri ISRM
(1981) tanımlama ölçütlerine uygun olarak
ayrışma derecesine göre sınıflandırılmıştır.
Sınıflandırılan kaya kütlelerinin içerdiği
eklemlerin mühendislik özellikleri ise ISRM
(1981) tarafından önerilen hat etüdü yöntemi ile
belirlenmiştir (Şekil 2).
Ayrıca, orta ve ileri derecede ayrışmış kaya
kütlelerinde yapılan kazılar sırasında sağlam
durumda olan kaya blokları seçilmiş ve
çalışmanın amacına uygun olacak şekilde bu
bloklardan hazırlanan örnekler üzerinde ISRM
(1981, 1985) tarafından önerilen yöntemlere
göre tek eksenli basınç ve nokta yükleme
deneyleri yapılmıştır.

Şekil 2. 2 Numaralı alandaki kaya şevinde yapılan hat etüdü çalışması.
Figure 2. Scanline survey on the rock slope face at location-2.
ÇALIŞMA ALANININ VE ÇEVRESİNİN
JEOLOJİSİ
Çalışma alanı, Doğu Pontid Tektonik
Birliği’nin (Ketin, 1966) güney zonunda yer
almaktadır. Doğu Pontidler’in Liyas öncesi
temeli, iki farklı yaştaki kaya topluluğu
tarafından temsil edilmektedir. Pulur
Metamorfitleri olarak da bilinen Erken
Karbonifer yaşlı metamorfitler, kıtasal kökenli
kayaçlardan okyanusal kökenli olanlara kadar
çok geniş bir aralıkta değişen metamorfik
kayaçlar içermektedir. Kurtoğlu Metamorfitleri
bu kayaçların daha kuzeyde yüzeyleyen eşleniği
durumundadır (Topuz vd., 2007). Paleozoyik
temel içerisinde yer alan ikinci büyük kaya
topluluğunu ise kıtasal kabuk kökenli,
granodiyorit ve granit yanında dasitik-riyolitik
porfirler de içeren Erken-Geç Karbonifer yaşlı
Köse ve Gümüşhane Granitoyidi gibi magmatik
kütleler oluşturmaktadır. Bu çalışmanın da
konusunu oluşturan Gümüşhane Granitoyidi,
güney sınırı boyunca Kurtoğlu Metamorfitleri’ni
kesmekte ve uyumsuz olarak çoğunlukla
volkano-klastiklerden meydana gelen Erken Jura
yaşlı Şenköy formasyonu tarafından
örtülmektedir (Kandemir, 2004). İnceleme
alanlarında yüzeylenen Gümüşhane Granitoyidi
yer yer tamamen ayrışmış olup, yoğun eklemler
içermektedir. Eklemli yapısı, pembe rengi ve
ayrışmış görünümüyle arazide kolayca ayırt
edilebilir özelliktedir (Şekil 2).
ÇALIŞMA ALANINDAKİ KAYA
KÜTLELERİNİN AYRIŞMA DERECESİ
Kaya kütlelerinin yüzey ve yüzeye yakın
kesimlerinde ayrışma, daha derinlerde ise
hidrotermal suların etkisi ile alterasyon gelişebilir.
ISRM (1981) tarafından önerilen ayrışma
derecesi sınıflaması arazi çalışması sırasında
kolaylıkla belirlenebilen görsel bir sınıflamadır

(Çizelge 1). Bu sınıflamaya göre çalışma
alanındaki kaya kütlelerinin orta (1, 2 ve 3
numaralı alanlar) ve ileri (4 numaralı alan)
derecede ayrışma gösterdiği belirlenmiştir (Şekil
3).
Çizelge 1. Çalışma alanındaki kaya kütlelerinin ISRM (1981) tarafından önerilen ayrışma derecesi tanımlama ölçütlerine göre
değerlendirilmesi.
Table 1. Evaluation of the rock masses in the study area according to criteria of ISRM (1981) degree of weathering description.
Tanımlama Ölçütü
Ayrışma
Derecesi
Tanım
Çalışma
Alanı
Kayanın ayrıştığına ilişkin gözle ayırt edilebilir
bir belirti olmamakla birlikte, ana eklem
yüzeylerinde önemsiz bir renk değişimi
gözlenebilir.
I
Ayrışmamış
(Taze)
Kaya malzemesi ve eklem yüzeylerinde renk
değişimi gözlenir. Ayrışma nedeni ile tüm
kayacın rengi değişmiş ve kaya taze halinden
daha zayıf olabilir.
II
Az
Ayrışmış
Kayanın yarısından daha az bir kısmı toprak
zemine dönüşerek ayrışmış ve/veya
parçalanmıştır. Kaya; taze ya da renk değişimine
uğramış olup, sürekli bir kütle veya çekirdek taşı
halindedir.
III
Orta
Derecede
Ayrışmış
1, 2, 3
Kayanın yarısından daha fazla bir kısmı toprak
zemine dönüşerek ayrışmış veya parçalanmıştır.
Kaya; taze ya da renk değişimine uğramış olup ya
bir eklem kütle ya da çekirdek taşı halindedir.
IV
İleri
Derecede
Ayrışmış
4
Kayanın tümü toprak zemine dönüşerek ayrışmış
veya parçalanmıştır. Ancak orijinal kaya
kütlesinin yapısı halen korunmaktadır.
V
Tamamen
Ayrışmış
Kayanın tümü toprak zemine dönüşmüştür. Kaya
kütlesinin yapısı ve dokusu kaybolmuştur. Hacim
olarak büyük bir değişiklik olmamakla birlikte
zemin taşınmamıştır.
VI
Artık
Zemin

Şekil 3. Orta (1, 2, 3) ve ileri (4) derecede ayrışmış kaya kütlelerinin arazideki görünümü.
Figure 3. Field wiew of the moderately (1, 2, 3) and highly (4) weathered rock masses.
KAYA MALZEMESİNE AİT MEKANİK
ÖZELLİKLER
Arazi çalışmaları kapsamında orta ve ileri
derecede ayrışmış granitoyidlerden derlenen
granit bloklarından laboratuvarda örnekler
hazırlanmış ve bu örnekler üzerinde ISRM
(1981, 1985) tarafından önerilen yöntemlere göre
tek eksenli basınç ve nokta yükleme deneyleri
gerçekleştirilmiştir. Bu deneylere ait sonuçların
istatistiksel değerlendirmesi Çizelge 2’de
verilmiştir.
Yapılan değerlendirmeler sonucunda; orta
derecede ayrışmış granit örneklerinin tek eksenli
basınç dayanımı değerleri 29.14 - 58.11 MPa
arasında, nokta yükü dayanım indeksi değerleri
ise 1.96 - 4.36 MPa arasında değişmektedir. İleri
derecede ayrışmış granit örneklerine ait tek
eksenli basınç dayanımı değerlerinin 22.36 -
33.63 MPa arasında, nokta yükü dayanım
indeksi değerlerinin ise 0.76 - 1.73 MPa arasında
değiştiği tespit edilmiştir.
1 2
3 4

Çizelge 2. Granit örneklerine ait mekanik özelliklerin istatistiksel olarak değerlendirilmesi.
Table 2. Statistical evaluation of the mechanical properties of the granite samples.
Mekanik Özellikler
Orta Derecede
Ayrışmış
Granit
İleri Derecede
Ayrışmış
Granit
Nokta Yükü Dayanım İndeksi (IS(50) - MPa)
Deney sayısı 24 7
En az 1.96 0.76
En Çok 4.36 1.73
Ortalama 2.54 1.17
Standart Sapma ±0.56 ±0.36
Tek Eksenli Basınç Dayanımı (– MPa)
Deney sayısı 13 11
En az 29.14 22.36
En Çok 58.11 33.63
Ortalama 42.54 27.45
Standart Sapma ±9.65 ±3.93
EKLEMLERİN MÜHENDİSLİK
ÖZELLİKLERİ
İnceleme alanlarındaki kaya kütlelerinin
içerdiği eklemlerin mühendislik özellikleri ISRM
(1981) tanımlama ölçütlerine göre belirlenmiştir.
Orta ve ileri derecede ayrışmış granitoyidlerdeki
eklemlerin özelliklerini belirlemek için kaya
özelliğini tam olarak kaybetmemiş yerler
belirlenerek buralarda ölçümler yapılmıştır. Kaya
kütlerindeki şev aynalarında birbirine dik yönde
ölçümler yapılarak eklem sıklığı (λ) değerleri
belirlenmiştir. Kaya kütlelerinde sistematik
eklemlerin yanı sıra düzensiz eklemlerin de
gelişmiş olması nedeniyle Kaya Kalite
Göstergesi’ni (RQD) belirlemek için Priest ve
Hudson (1976) tarafından önerilen eklem sıklığı
(λ) değerinin kullanıldığı 1 numaralı eşitlikten
yararlanılmıştır.
0.1RQD 100e (0.1 1)   (1)
Burada; RQD: Kaya Kalite Göstergesi, λ: 1
metredeki eklem sayısıdır.
Kaya kütlelerine ait Hacimsel Eklem
Sayısı’nın (Jv) belirlenmesinde Palmström
(2005) tarafından önerilen 2 numaralı eşitlikten
faydalanılmıştır.
110 RQD
Jv
2.5

 (2)
Burada; RQD: Kaya Kalite Göstergesi, Jv: 1
m3
’lük kaya bloğundaki eklem sayısıdır.
İnceleme alanındaki kaya kütlelerine ait
RQD, Jv değerleri ve eklemlerin mühendislik
özellikleri Çizelge 3’te sunulmuştur.

Çizelge 3. İncelenen kaya kütlelerine ait RQD, Jv değerleri ve eklemlerin mühendislik özellikleri.
Table 3. RQD, Jv values and engineering properties of discontinuities in the studied rock massses.
Özellikler
Orta Derecede
Ayrışmış
Granitoyid
İleri Derecede
Ayrışmış
Granitoyid
Eklem sıklığı (λ) 11 14
RQD (%) 70 59
Hacimsel eklem sayısı
(Jv, eklem/m3
)
16 20
Eklem takım sayısı 4 4
Eklem aralığı (m) 0.38 0.22
Eklem devamlılığı (m) 0.85 0.44
Eklem yüzeylerinin
dalgalılığı ve pürüzlülüğü
Dalgalı pürüzlü Dalgalı pürüzlü
Eklem açıklığı (mm) 1-8 mm (Ort.: 2.6 mm) 1-5 mm (Ort.: 1.5 mm)
Eklem dolgusunun türü Kalsit dolgulu
Kil ve kayaç
parçaları ile dolgulu
Eklem yüzeyinin
ayrışma derecesi
Orta derecede
ayrışmış
İleri derecede
ayrışmış
Eklem yüzeylerindeki
su durumu
Eklem yüzeyleri
kuru
Eklem yüzeylerinde
damlama mevcut
Orta derecede ayrışmış granitoyidlerdeki
eklemlerin orta derecede aralıklı, çok düşük
devamlı, dalgalı pürüzlü, orta derecede geniş ve
kalsit dolgulu olduğu, ileri derecede ayrışmış
granitoyidlerdeki eklemlerin ise orta derecede
aralıklı, çok düşük devamlı, dalgalı pürüzlü, açık
ve kil-kayaç parçaları ile dolgulu olduğu
belirlenmiştir. Orta ve ileri derecede ayrışmış
granitoyidlere ait ortalama RQD değerleri
sırasıyla %70 ve 59, hacimsel eklem sayısı
değerleri ise 16 ve 20 eklem/m3
’tür.
KAYA KÜTLELERİNİN KAYA KÜTLE
SINIFLAMA SİSTEMLERİNE GÖRE
DEĞERLENDİRİLMESİ
Arazi ve laboratuvar çalışmalarından elde
edilen veriler yardımıyla kaya kütleleri RMR89
(Bieniawski, 1989) ve Q (Barton vd., 1994) kaya
kütle sınıflama sistemlerine göre sınıflandırılmış
ve GSI (Sönmez ve Ulusay, 2002) değerleri
belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara ait ortalama
değerler Çizelge 4’te.sunulmuştur.

TUNELLER- TUNNELS

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to TUNELLER- TUNNELS

Similar to TUNELLER- TUNNELS (6)

TUNELLER- TUNNELS