Metro tünellerinde su yalıtım problemlerinin çözümü ve yer altı sularının değerlendirilmesi

Abstract

Bentonit, özellikle montmorillonit minerali içeren bir doğal bir kil türüdür. Kullanım alanlarına göre çeşitli avantajları vardır. Bu tez çalışmasında; tünel delme makinesiyle (TBM) açılan tünellerde tünel çeperini oluşturan segment taşlarının arkasına dolgu malzemesi olarak uygulanan çimento katkılı enjeksiyon harcına su emme kapasitesi yüksek olan %7, %9, %12 ve %15 oranlarında Sodyum (Na) esaslı bentonit eklenerek çimento harçları hazırlanmıştır. Elde edilen bentonit içeren çimento karışımlarından küp numuneler hazırlanmış ve 28 gün su içerisinde bekletilerek çimento harçlarının nihai dayanım kazanması sağlanmıştır. Hazırlanan küp numuneler 3 gün süreyle 5 bar su basıncına maruz bırakılmıştır. Test sonrası numuneler yarma-çekme testine tabi tutularak numune içerisindeki suyun iletimi kontrol edilmiştir. Çimento harcı içerisindeki bentonit miktarı arttıkça harcın suya karşı daha geçirimsiz hale geldiği tespit edilmiştir. Karışımlar arasında %15 bentonit katkılı çimento harcı karışımının su geçirimsizliğinin en fazla olduğu görülmüştür. Elde edilen sonuçlara göre bentonitin harç içerisindeki boşluklara tutunarak suyu emdiği değerlendirilmiştir. Bu çalışmalara ek olarak bentonit içeren çimento harçlarının su emme ve bazı mekanik özellikleri de incelenmiştir. TBM tünellerinde uygulanan çimento esaslı overcut (segment arkasında kalan kazı fazlası boşluk) enjeksiyon harçlarının dolgu amaçlı olması ile birlikte su geçirimliliğini azaltması da amaçlanmaktadır. Yapılan testlerden anlaşıldığı üzere TBM tünellerinde suyun hiçbir zaman tam olarak kesildiği kabul edilemez ve sızıntı sularının debisinin minimum olması amaçlanır. Bu nedenle çıkan sızıntı suları toplanması ile sisteme geri kazandırılarak su arzının sağlanması, akan sızıntı sularının debisinin belirlenmesi, depolanması ve ihtiyaçlar dahilinde kullanılabilmesi için bu tez çalışması kapsamında çeşitli önerilerde de bulunulmuştur.

Betonite is a type of natural clay containing especially the mineral montmorillonite, offering several advantages depending on its application. In this thesis, cement mortar was prepared by adding 7%, 9%, 12%, and 15% sodium-based bentonite, known for its high water absorption capacity, to cement-based injection mortar. This mortar is used as a filling material behind the segment stones that form tunnel walls in tunnels excavated with a tunnel boring machine (TBM). Cube samples were created from the resulting grout-cement mixtures and cured in water for 28 days to allow the cement to reach its final strength. These samples were then subjected to 5 bar water pressure for 3 days. Afterward, the samples underwent a splitting test to check water transmission. It was observed that water impermeability increased as the grout density in the cement mixture rose. The mixture containing 15% bentonite exhibited the highest water impermeability, indicating that bentonite absorbs water by adhering to the voids in the mortar. Additionally, a water absorption test was conducted on the bentonite-affected cement mortar, and the mechanical properties of the mortar were evaluated. The cement-based overcut injection mortars used in TBM tunnels are designed to reduce water permeability while also serving as a filling material. As the tests revealed, it is impossible to completely eliminate water leakage in TBM tunnels, so the objective is to minimize the leakage flow rate. To address this, it is proposed to collect the leakage water and return it to the system for water supply. Various recommendations are provided for determining the flow rate of leakage water, storing it, and repurposing it for necessary uses.