Interactions in Subterranean and Surface Structures

Abstract

Underground spaces have been in use throughout human history and their usage is accelerating due to convenient transportation and living space excavations. Subterranean tunnels in urban areas have provided so much efficiency that crowded city governing bodies are gradually pushed to handle metro and other underground facilities in traffic jammed cities. Caves, historic tunnels and underground cities are not new phenomena and they have been in human usage since the early times. However, designing and excavation of subterranean spaces including metro tunnels currently have come together with unexpected dilemmas related with land ownerships and structures’ stabilities in/on the earth crust. In addition to the context of foundation stabilities of surface structures which have been main concerns in rock/soil mechanics, extra concerns have recently been added including paradoxes in land/space ownership rights (legislative right/responsibility/taxation issues) and induced stress & displacement complexity which could only be handled by proper engineering designs/plans for urbanisation. Improper settlements could be rehabilitated and redesigned without large scale destruction of rock/soil masses in urban areas according to revised city plans. However, this is not the case for underground spaces. Thus excavated subterranean spaces influence the stress & displacement and groundwater distribution surrounding themselves. Therefore, they must be designed according to mandatory city development plans. Additionally, underground spaces affect surface structures and vice-versa. These subjects are supplied here to present the importance of the context which should be handled together with adequate engineers, in groups of mining, civil, geology, geophysics, environment, surveying, and other related engineers.

Yeraltı boşlukları insanlık tarihi boyunca kullanılmış olup, yeraltından yapılan ulaşımın kolay olması ve yeraltına kazılan ek yaşam-alanları nedeniyle kullanımı giderek artmaktadır. Kentlerdeki metro sisteminin sağladığı faydalar, yöneticileri kalabalık şehirlerde trafik sıkışıklığının olduğu semtler için giderek artan oranda metro ve diğer yeraltı tesislerini planlamaya zorlamaktadır. Mağaralar, tüneller ve yeraltı şehirleri daha önceden bilinmeyen konu başlıkları değildir, çok eski zamanlardan beri insanlar bunlarla beraber yaşamaktadır. Ancak, metro tünelleri dahil olmak üzere, artan oranda, yeni yeraltı boşluklarının tasarımı ve kazısı, yerkabuğu içindeki/üzerindeki mülkiyet haklarını/sorumluluklarını da beraberinde getirmiştir. Bununla birlikte ilgili yeryüzü ve yeraltı yapılarının karşılıklı duyarlılık durumlarıyla ilgili tanımlanmayan şartlar (karışıklıklar/açmazlar) da vardır. Bu konuyla ilgili olarak, kaya/zemin mekaniğinin önemli konularından olan, yüzey yapılarının temel/zemin duyarlılığı bağlamına ek olarak, mülkiyet tanımındaki “yüzey-arazi” & “yeraltı-hacim” hak tanımlamalarındaki (kanuni haklar/sorumluluklar/vergi mükellefiyetleri) kargaşaya (paradokslara) da dikkat çekmek gerekir. Uzman mühendislerin tasarımlarına/planlarına uygun olan yeryüzü/yeraltı yapılarından dolayı gelişen ikincil gerilmelerindeformasyonların karmaşıklığı da ekstra endişelere neden olmaktadır. Kentsel alanlarda, kaya/toprak kütleleri tahrip edilmeden yapılmış, eksik uygulamalı yerleşimler, şehir planlarının revizesiyle tekrarlanabilir. Ancak, yeraltı açıklıkları için durum böylesine kolay değildir. Yeraltı boşlukları kendilerini çevreleyen kayaçlar içindeki gerilme & deformasyon ve yeraltı su dağılımını etkilerler. Bu nedenle, yeraltı yerleşimleri şehir planlarına göre uygulanmalıdır. Yeraltı boşluklarının, yüzey yapıları üzerindeki etkileri ve tersi durumlar, maden, inşaat, jeoloji, jeofizik, çevre, harita ve benzeri alanlarda uzmanlaşmış mühendislerce oluşturulan çalışma gruplarında, birlikte ele alınması gereken bir konudur. Konunun önemi ve içerdiği paradoks bu çalışma kapsamında araştırılarak vurgulanmıştır.