Tünel açma makinalarıyla yapılan kazı işlemlerinin olumlu ve olumsuz yönlerinin.

[ozguryolcu]

Reşat ULUSAY*, Ömer AYDAN**

* Hacettepe Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Beytepe, Ankara

** Tokai Üniversitesi, Deniz İnşaat Mühendisliği Bölümü, SMmizu, Japonya

Tünel açma makinalarıyla yapılan kazı

işlemlerinin olumlu ve olumsuz yönlerinin

değerlendirilmesi: Takisato Tüneli (Japonya)

örneği

Kazı işlemlerinin hızlandırılması amacıyla

TBM (Tümel Boring Machine/Tünel Açma Makinaşı)

kullanılarak gerçekleştirilen tünel kazıları

son yularda yaygınlaşmaya başlamıştır. Bu yaygınlaşma

, büyük ölçüde TBM' ile her türlü kayada

kazı yapılabilmesine olanak sağlayan kan teknolojisindeki

gelişmelere bağlanabilir. TBM'in kullanılmasıyla

İngiltere ve Fransa arasındaki Channel

tünelinde aylık ilerleme hm rekoru kırılmıştır. Bu

başarılar ve ekonomik avantajlar, Japonya'da

İkinci Tomei hızlı otoyolunun inşası sırasında kazılması

gereken toplam 120 kilometrelik tünel île

İsviçre'de Gathard ve Lotschberg tünellerinin kazılmmı

sırasında TBM'in kullanılmasını gündeme

getirmiştir. Bu alanda, özellikle Japonya'da, TBM

ile tünel kazısına ve tünel destek tasarımına yönelik

araştırmalarda büyük bir artış görülmektedir.

Bu yazıda Japonya'nın Hokkaido Adası 9nda halen

inşası sürmekte olan Takisato Tüneli9nde TBM ile

yapılan kazı sırasında edinilen deneyim ve araştırmalar

esas alınarak TBM kullanımının olumlu ve

olumsuz yönleri sunulmuş ve tartışılmıştır. Bunun

yanısıra» Türkiye'de pek tanınmayan Japon Kaya

Kütlesi Sınıflama Sistemi9ne de değinilerek, bu sistem

ana hattan ile tanıtılmıştır.

GiriÅŸ

Son yıllarda tünel kazılanımı TBM (Tunnel Boring Macfaine/

rünel Açma Makinası) kullanılarak gerçeldeştirihne&i

yaygınlaşmaya başlamış ve teknolojik .gelişmelere: bağlı olarak

'hemen, hemen her türlü kayada. TBM'le tünel kazısı yapılması

mûmkin hale gelmiştir. Son zamanlarda 'tamaml.ae.aii ve 'ingiltere

ile Fransa'yı denizaltından bağlayan Channel Tüneli *nin

Fransa'ya ait kısmında Mitsubishi TBM makinasıyla Dünya

aylık ilerleme hızı rekoru kırılmış ve bu tünel beklenenden daha

kısa. bir siırede. tamaınlanmıştar., Aynıca İsviçre'de 57' km

uzunluğundaki Gothard Tüneli ile 4.2 km. uzunluğundaki

Lö'tschberg Tüneli'nin de kazı işlemlerinin. TBM île yapılması

planlanmaktadır. Diğer yandan, Japonya'da Tokyo ve Kobe

arasında ikinci Tomei hızlı otoyolu planlanmaktadır. Her biri

3 şeritli gidiş-geliş şeklinde planlanan bu hızlı yolun yaklaşık

2,40 kilometrelik kısmı tünelle, geçilecek olup, tünel güzergahları

boyunca jeolojik açıdan çok farklı birimlerle karşılaşılacakta".

Bunun yanış«, Avrasya ve Kuzey Amerika plakalarının

dokanağı olarak, bilinen Fossa-Magna kırık ve fay zonunun

(Şekil 1) içinde de 15 m .genişliğimde ve 12 m ;y!îksekliğin.de

tüneller açılacaktır. Bu amaçla ilk olarak bu zonan içinde

Üçüncü Shimizu adı verilen bir tünelin kazısına, başlanmıştır.

Bu tünelin kazısıyla ilgili olarak öncelikle hem. güzergah, boyunca

jeolojik koşulların incelenmesi, hem de tünelin, öncül

destek sisteminin belirlenmesi amacıyla.» ana tünelin planlanan

kesitinden daha küçük bir kesite- sahip bir1 deneme tüneli TBM

ile açılmaktadır (Şekil 2). TBM' kulanilaxak. yapılacak, bu ilk

kazıdan sonra tünelin kesiti,, diğer .kazı yöntemleri kullanılarak

genişletilecektir.. Bu büyük proje- İle ilgili olarak Japonya genelinde

değişik inşaat firmaları ile araştırma kurumlarında, büyük

kesitli, tünellerin TBM kullanılarak .açılması ve destek sistemlerinin

yerleştirilmesi konularında çok yoğun araştırmalar

başlatılmıştır. Bu yazıya konu olan Takisato Tüneli'nde, Japonya'da

çapı en biyiik olan. bir 'tünel açma makinası ile ilerleme

yapılmaktadır. Söz konusu tünel ve kazıda kullanılan

TBM, Japonya ve Tilkiye .arasında Japon. Milli Eğitim Bakanlığının

desteğinde başlatılan ve- yazarlardan Ömer Aydan"m

yüriltücfflttğunde söndürülen yeraltı açıMıklarmm uzun süreli

duraylılığı konusundaki bir araştırma projesi kapsamında yazarlar

tarafından incelenmiştir. Yazıda» öncelikle tünel, kazı

ortamı ve tünelin öncül destek tasarımında kullanılan Japon

Kaya. Kütlesi Sınıflama Sistemi ile kaya. kalitesi hakkında

özetle bilgi verilmiş,,, daha sonra, da yapılan gözlem ve incele» :

JEOLOJI MÜHENDISLIĞI, sayı sı

[ozguryolcu]

52

meler, kazı sırasında elde edilen, deneyimler' ve mevcut veriler1

esas alınarak TEM kullanımı açısından tünel kazısının olumlu

ve olumsuz yönleri tartışılmıştır.

Tünelin özellikleri ve güzergahın

jeolojisi

Takisato Tüneli, Japonya'nın ikinci büyük adası. olan. Hokkaido

adasımn orta kesimimde:, Furaoo ve Ashibetsu kentlerinin

arasında yeralan bir lokasyonda inşa. edilmektedir (Şekil

1)... Hokkaido Elektrik Şirketi tarafından inşa edilen 2800 m

uzunluğundaki tünel, Takisato hidroelektrik barajının su iletim

tüneli olarak kullanılacaktır (Şekil. 3 ve 4)... Bu projp kapsamında

yılda 161248 MWh elektrik üretimi yapılması hedeflenmiştir.

Tünelin su alma ağzından itibaren 2650 m'lik kısmının

IBM kullanılarak, geriye kalan 150 mlik bölümünün ise Yeni,

Avusturya Tüneldik Yöntemi'ne (NATM) .göre açılması

planlannııştır. Yaklaşık 2100 metrelik bölümü tamamlanmış

olan tünele ilişkin başlıca teknik bilgiler aşağıda verilmiştir.

Bu sevilerin yanısıra, su alma ağzı tarafında a.yn.ı yaştaki şeyi

ardalanmalı kumfcaşları da tünel güzergahını kesmektedir (Şekil

5). Tünelin, santral ve denge- bacası Miliminde ise Neojen

yaşlı kumtaşı-çamurtaşı ardalanması ile çamurtaşmdan oluşan

öchinun Formasyonu, yer almaktadır. Bununla birlikle. Şekil.

5*de verilen, tünel, gi.zerg.ani kesitinden görüleceği gibi.» be kesimde

sadece çamurtaşlan tünel kotunda ortaya çıkmaktadır

(TaiseiCb.,. 1997). Kretase ve Neojen yaşlı birimlerin dolamağında

başlangıçta bir faydan kuşkulaniknasma karşın (Şekil 5),

tünel kazısı sırasında, çevre kayacmm beklenenden çok. dalıa az

zedelenmiş olması nedeniyle bu fayın varlığına kesin olarak

işaret edebilecek bulgulara rastlanılmamıştır. Bununla birlikte,

yapılan jeofizik ölçümlerle Şekil 5'teki kesitte: gösterilen lokasyonlarda

küçük atımlı fay ve/veya makaslama zoraı türünde

zayıflık .zonlan saptanmıştır. Aynca bu. sedimanter istif

içinde yer yer dasitik volkanik sokulunüarm varlığı da gözleomiştk.

Tünel güzergahı boyunca tabakalanma düzlemleri genelde

güneydoğuya doğru 3CT-350 eğimli olup» tabaka doğrultulan

hemen hemen tünel eksenine dik yöndedir. Tabakalar

Pasifik Plakasının etkisi nedeniyle, ki.vnmlanmis.tir.

Güzergah boyunca yeralan kaya birimlerin tek eksenli sıkışma,

dayanımlarının değişim ardıldan. (Çizelge 1) esas alındığında

» santrale yakın kesimdeki, çamurtaşlan ile kumtaşlannın

dayanımlarının oldukça düşük olması dikkat çekicidir. Buna

karşın tünelin önemli bir bölümü, Deere ve Miller (1966)'in

önerdiği kaya malzemesi (intact rock) sınıflamasına göre dayammh

kayalar içinde açılmaktadır,

KASIM: 1997

53

ŞekB 3.» Takisato m iletim tünelini ve am elemanlarının konwnwm gösteren plan»

JEOLOJİ MÜHENDİSLİĞİ, Sayı. 51

54

ŞekÜ 5* Takisato Tüneli giizergakmmjeolofi kesiti ve Denken Kaya Sınıflamasına gore güzergah boyunca '.kaya kütlesi sınıflarının dağdım* {Taisei

Cot 1997a),

Kaya sınıflaması ve kaya kütlesinin

özellikleri

Japonya'mda yeraltı yapılanımı inşası İle ilgili olarak bugüne

değin 'değişik kaya sınıflamaları önerilmi.stir (Icfoikawa v<L,

1990). Bunların arasında yaygın olarak kullanılan sınıflamalar

ve kullanım alanları ve/veya kullanıcı kuruluşlar aşağıda belir-

'tılnıiştir;

!.. Denken Kaya Sınıflaması (Tanaka, 1996; elektrik firmaları),

2. Dorokodan Kaya Sınıflaması (JRA, 1966; karayolları),

3. Kyu-Kokutesta Kaya Sınıflaması (Doeda, 1969; demiryoları),

4. Kensetsusho Kaya Sınıflaması (RMC-JSGE, 1987; Bayındırlık

Bakanlığı).

Çizelge I. Tünel gümrgßhinda- yenıkm kaya birimlerin tek ekserdi stkqma

dayananları {Taisei CÛ., 1997b)*

T'akisato TflneH'nin tasanmmda Denken Kaya Sin.ifl.amasmm

esas alınması ve ayrıca bu sınıflamanın ülkemizde pek

fazla bilinmiyor olması dikkate alınarak, bu. sınıflama sistemi

genel hatlarıyla aşağıda tanıtılmıştır.

Denken. Kaya Sınıflaması, elektrik, firmalarının Merkez

Araştırma Enstitüsü tarafından önce baraj temellerinin sınıflandırılması

için. geliştirilmiş» daha. sonra yeraltı santrallan içio

olujturulan yeraltı açıklıkları ile bunlara ilişkin tünellere de

uygulanmaya, başlanmıştır fTanaka, 1966)... Bütün elektrik firmalarının

yaptığı inşaatlarda hm. sınıflama sistemi, kullanılmaktadır,

Denken Sınıflama Sistemi*nde .kayayı oluşturan ana minerallerin

bozunma derecesi, süreksizliklerin, dorumu, ve jeolog

çekicinin kayaca, vunüduğunda kayaçta gözlenen özelliklere

Miskin tanımlamalar esas alınmaktadır (Çizelge 2),. Bu sınıflamanın

çok göf sel olması nedeniyle soo yıllarda kayaçtan

geçen elastik dalganın hızı, RQD, eklem sıklığı ve sağlam kayacın,

tek eksenli sıkışma, dayanımı gibi parametreler ^de sınıflamaya,

dahil edilmiştir... Söz, konusu, parametreler1 'değişik, araştırmacılar

tarafından ilişkileodirilerek sınıflama sistemi Kikuc-

M ve Saito (1975) tarafından modifiye edilmiştir (Çizelge 3).

Dolayısıyla kay aç.» öncelikle Çizelge 2'de verilen görsel ölçülere

,göre 'tanımlanmakta, daha sonra da kaya. kitlesi parametreleri

(Çizelge 3) dikkate alınarak sınıflandırılmakladır. Denken

Sınıflaması'ndaki kaya kitlesi sınıflannın RMR (Bieoiawski,

1989) ve Q (Barton vd., 1.974) kaya kitlesi smıflamalanyla

karşıl.aştolm.ası ise Çizelge 4*de verilmiştir (Tanimotovd.,

1989; Aydan.,,, 1985). Bu sınıflama Sistemi, Japonya'da geliştirilen

sınıflama sistemlerinin de temelini oluşturmuştur.

KASIM 1997

55

Çizelge 2» Demken Kaya Smıflaması'nda kaya sınıflan ve gëéemsel tanımlama öÎçMîleri (Tanaka, 1966).

JEOLOJİ MÜHENDİSLİĞİ, Sayı 51

Kaya sınıfı ' Gözlemsel tanımlama, ölçütleri ;

Kayaç taze ve kayacı oluşturan ana. minerallerde bozanma gözlenmiyor.

^ Süreksizlik 'yüzeyleri kapalı ve yüzeyler boyunca hiçbir bozunma izi yok.

; Jeolog çekiciyle kayaca vurulduğunda kayaç çınlama sesi verir.

Kayacı oluşturan ana minerallerde kısım olarak çok az bir bozunma gözleniyor.

° Süreksizlik yüzeyleri kapalı ve sıkı, yüzeyler boyunca hiçbir bazanma izi yok. '

! Jeolog çekiciyle kayaca vurulduğunda, kayaç çınlama sesi. verir,.

, Kuvars dışında kayayı olu.stur.an ana minerallerde az bir bozunma. gözlenmekle birlikte, kayaç oldukça seit ve sağlam..

M Süreksizlik yüzeyleri boynaca demk içeren naioeraUefden dolayı renk degşimi olup, süreksizlik yüzeylerimin kohezyonunda biraz

azalma var. Jeolog çekiciyle 'kayaca çok kuvvetli, olacak vumldngnnda kaya bloğunda süreksizlik yüzeylerine paralel ince çatlama

; ve dökülmeler' oluşur' ve kırılma yüzeyinde sıvama sekimde bozunma İdi gözlenir. Jeolog çekiciyle vurulduğunda, kayaç çok az

da o! sa tok bir ses verir.

Kuvars dışında kayacı oluşturan, ana minerallerde bozunma gözlenmekte ve kayacın dayanımı nda azalma ve zayıflama söz konusu,

' CM i Süreksizlik yüzeylerinim kohezyaumda azalma olup, jeolog çekiciyle normal olarak-vurulduğunda kaya bloğunda, süreksizlik, yüzeyine

paralel çatlama ve dökülmeler oluşuyor ve kısılma yüzeyinde 'belirli, kalınlıkta bozunma kili gözlenil.

! Jeolog çekiciyle vurulduğunda, kayaç az veya çok tok. bir ses verir. I

; ! Kuvars dışımda kayacı oluşturan ana minerallerde bozunma ilerlemiş, olup, kayacın dayanımında önemli derecede zayıflama gözleniyor.

€L ' Süreksizlik yüzeylerinin kohezyonu oldukça azalmış olup, jeolog çekiciyle hafif bir darbe ile kayaca vurulduğunda 'kaya bloğu.

| ; parçalanıp kırılır ve kırılma yüzeyinde bozunma Mi gözlenir.

Jeolog çekiciyle vurulduğunda, kayaç tok. bir ses verir.

Kuvars dışında kayacı oluşturan ana minerallerde bozunma tamamen ilerlemiş olup» kayacın dayanımında oldukça zayıflama gözj

leaiyor.

D Sioeek&izlik yüzeyleri kotoezyonunu yitirmiş olup, jeolog çekiciyle kayaca hafif bir darbe ile vurulduğunda kaya bloğu tamamen

I parçalanıp dağılır. I

leolog çekiciyle vurulduğunda, kayaç çok tok bir sese çıkarır.

I Tek. '. .. P Dalga | Eklem ' Eklem Eklem Schmidt

Kaya Sınıfı Eksenli I RQD Hızı :. Anlığı Takım Yiteeyloimrı Ç 6 ^

i Sunimi l Vp I I Sayısı | Açıldığı I ^

[ Dayanımı I , t .. D

| (jK) !, (%) (km/s) I («) I I K

!j A >180 100 \ >5 I >30O I Eklem yok Çok sıla I > 50

B 1 8O-Î8O :, 90-100 4-5 50-300 I 1 ; Sıkı ' 40-50

!j CH 40-W 50-90 2.8-4 | 30^.50 | 2 OtasdoldEta | 30-45

CM -| 20-40 20-50 ; 1,8-3 5-40 3 I Açık 20-« ı

CL 1-20 0-20 0J8-2.2 ! 1-20 4 I Çok açık 10-30 '

D !. <1 0 l, <0^..8 <10 >4 1 Çok. .gevşek < 10

'i [ \ [ (Parç*oım§)

Ckßige J.. .Denken Kaya Sınıflaması'rıda tanımlanan kaya sımflarmut yaygın okarak kullanılan kaya parametreleri ile olan Ui§kisi (Kikuchi and

Sabo, 1975).

56

Ozenâderîne özetle yukarıda değinilen Denken. Sınıflaması

esas alınarak tünel güzergahı boyunca karşılaşılan kaya kütleleri

sınıfLandmlnuş ve kaya sıoıfl.arın.m güzergahtaki dağılımı

Şekil 5'te, seçilen, destek sistemleri ve uygulama, ölçütleri

ise. Şekil 6'da verilmiştir., Her iki şekilden, de görüleceği gibi,

tünelim güzergahı boyunca orta kaya 'grubuyla te.ms.fl. edilen kaya

kütlelerinin egemen olduğu,,, ancak denge bacası ve santrala

doğru kaya kitlesi kalitesinin önemli ölçüde azaldığı anlaşılmaktadır.

Şekil 6*dao, kullanılan kaya saplamasının, azlığı ve

püstürtme betonun fazla, kullanılmamış olması dikkat çekmektedir...

Bunun nedenlerine TBM kuHammmm olumhı ve olumsuz

yönlerinin tartışıldığı diğer bölümlerde değinilmiştir1,.

Kullanılan TBM'in özellikleri

Takisato Titneli'nin kazısında kullanılan TBM (Şekil 7)

Atlas Copco Robbins firmasınca özel olarak üretilmiştir.

TBM'in kazı çapı 8,3 m.» toplam kazı ömriî 15 km» itme kuvveti

1260 tonf ve kafa dönme momenti 400 tonf m'dir. Kesici

kafan,m dönme hızı 5.25/2.63 rpm olup, su soğutmalıdır. Her

biri 1560 tonf kapasiteli 4 tane kavrama ayağına (gripper) sa-

Mp olan kazı makinasıoın boyu 16.3 m'dir. Kavrama ayaklan,

kazı sırasında tünelin yan duvarlarına temas ettirilerek makinaya

destek sağlamakta, ayrıca yardımcı bir donanımla duvarlara

bastırılarak defonnasyon ölçümlerinin de yapılmasında

kullanılmaktadır. Bu makine, tünelin ilerleme yönündeki kısmm

jeolojik özellikler inin de incelenebilmesi amacıyla sondaj

ekipmanı ve ayrıca yeraltı açıklığının tavan kısmının tahkimatı

için en. fazla 2 m uzunluğundaki kaya saplamalannı yerleştirebilen

saplama yerleştirme makinesi ile de donatıknıgtu*.

[ozguryolcu]

Gözlemler, ölçümler ve deney

sistemleri

Takısato TUneli'nin kazısı sırasında tünel ortamının jeolojik

örfliklerinm.» çevre kayaçlarm 'davranışının ve mekanik

özeliklerinin belirlenmesi amacıyla, bir dizi gözlem, ölçüm ve

deneyler yapılmıştır (Şekil . Bu çerçevede,

Tünel içi .gözlemleri, ve deneyleri, olarak:

(a) Nokta, yükleme deneyleri,

Şekil 6. Takisato Tüneli'nde uygulanan Denken Kaya Sınıflamasu'na göre belirlenmiş destek türleri ve kaya kütlesi smtflamastnda esas alınan diçiider.

KASIM 1997

57

Şekil 7. Takimto Tüneli 'nin açılmasında kuüamlan tünel açma makinasmm

(TBM) görünümü.

(b) Schmidt çekici uygulaması,

(c) Kazı malzemesinin davranışının gözlenmesi

ölçüm olarak,

(a) Tavam oturmalannın izlenmesi,

(b) Kooverjans ölçümü»

(c) Tahkimat yükü ölçümü,

(d) Kayaçlarda deformasyon ölçümü.

yapılmış, ayrıca TBM'le ilgili olarak,

(a) Ä°tme- kuvveti,

(b) İlerleme hızı,

(c) Kazı kafasının dönme momenti

gibi .kazı ekipmanının peıfomı.aıj.sma yönelik ölçümler de gerçekleştirilmiştir.

Bu ölçüm ve: deneylere örnek olarak, tünelin

750 ve 850'nci metreleri arasında bazı parametrelerin değişimi

kaya. kütlesi sınıflaması ile birlikte Şekil 9*da verilmiştir1.. Bu

şekilden, *TBM'in ilerleme- hızı, itme kuvveti ve kazı kafasının

dönme, momenti ile çevre kayacının mekanik özellikleri arasmda

bir ilişkinin varlığı belirgin şekilde: görülmekledir. Bunların

yanısıra, farklı özelliğe sahip zonlann (örneğin fay zone)

yerlerini ve konumlarım saptamak amacıyla, elastik, dalgaların

yansıma özelliğinden yararlanan ve TSP (Tunnel Seismic Prediction)

adı verilen bir yöntem de kullanılmışta".. Bu yöntemin

ana ilkesi, ve uygulamaya ait bir örnek' Şekil 10'da gösterilmiştir

» Kazı sırasında yapılan gözlemler» deneyler ve. TSP tekniğinin

uygulanmasıyla elde edilen veriler değerlendirilerek gerekli

görülen lokasyonlarda tünel aynasından sondaj yapılmakta

ve sondaj verilerini de kapsayacak şekilde tünelin ilerleme

durumu ve durayMığı incelenmektedir.

Kazdan, kaya kodesinin jeomekanik özelliklerinin .incelenmesi

amacıyla. 80 mm çapında ve 44 MPa'ya kadar basınç uy-

A-A Kesiti "

Şekil 8. Takisato Tiineli'nde gerçekleştirilen gëziemr ölçüm ve deneyleri

gösteren basitleştirilmiş .şematik kesitler.

gulayabilen bir pistonla tünelin yan duvarlarında yerinde yükleme

deneyi yapılmaktadır. Be. düzenek kullanılarak çevre kayacının

-deformasyon modülü ve: dayanımı ölçülmüştür (Şekil

9).. Matsui vd. (1989), elde etmiş oldukları deneysel bulgulara

day.anar.ak, bu tür1 deneylerden tayin edilen deformasyon modülünün.

2.5 katının kayacın deformasyon modülüne, ölçülen

dayanımın % 10'*unun ise kaya. kütlesinin dayanımına eşdeğer

olduÄŸunu belirtmektedirler.

Çevre kayacının deformasyonunu ve tünel destek elemanlarına

etkileyen yükü belirlemek, amacıyla tünel içi konverjans

ve yük ölçümleri yapılmıştır. Bu tür ölçümler; TBM'in kendi,

uzunluğu nedeniyle,, tünel aynasından yaklaşık tünel çapının

1 ..5 katı. kadarbk bir ilerleme yapıldıktan sonra gerçekleştirile-

Mlmektedir. Çelik bağ, veya çelik kaplamaya, gelen yükler ise,

birim deformasyon ölçerler kullanılarak, belirlenmektedir. Tüneli,

çevreleyen kay aç ta oluşan göreceli deformasyonu ölçmek

amacıyla deformasyon. ölçerler laıllanümıştır. Takisato Tttneli

f nde göreceli deformasyonun .zamana, bağlı değişimini gösteren

bir grafik örnek olarak Şekil 1 l'de verilmiştir. Tünel aynasına

yakın, noktalara, yerleştirilen deformasyon. ölçerlerin, boylan

TBM'le çahşmanıiryarattığı yer darlığı nedeniyle bu aşamada

kısa tutulmuştur.. Bununla birlikte, tünel açıklığım çevreleyen

kayacın kazıya koşut olarak gelişen deformasyon. davranışının

kısa da olsu, by, tür1 deformasyon ölçerlerle izlenebilmesi

mümkün olabilmektedir.

TBM'in kazı sırasında harcadığı enerji.» kesici kafayı döndürmek

içki. gerekli moment, ilerleme .hızı. ve kavrama ayaklarının

ytik-yer değiştirme: ilişkileri kullanılarak çevre kayacının

JEOLOJİ MÜHENDİSLİĞİ, Sayı 51


59

Şekil 1Ù* TSP SistemVmn uygulamasıyla ilgili basitleştirilmiş kesit.

jeomekanik özellikleri. île olan ilişkileri incelenmiştir. Bu

amaçla sözü edilen TBM' verileri, otomatik bir sistem kullanılarak

kaydedilmiş ve elde edilen veriler arasmda görgül ilişkiler

geliştirilmiştir (Şekil 9). Bu veriler arasmda kavrama, ayaklarının

yiik-yer değiştirme ilişkisi oldukça önemlidir. TBM

için itme gücünü, elde etmek amacıyla kavrama, ayaklarmın kayaya

uyguladığı yük ile pistonun uzama, miktarı bir çeşit yerinde

'deney olarak, düşünülebilir. Kavrama ayaklarının .her' birinin

yükleme alanının yaklaşık. 2-4 m2 olduğu, dikkate alınırsa,

yük-yer değiştirme ilişkisinden eklemli kaya. kütlesinin deformasyon

modülünün ve tüneldeki deformasyonun hesaplanması,

ayrıca açıkbğm duraylılığınm -değerlendirilmesi açısından

oldukça yararlı verilerin elde- edilmesi de mümkün olabilmektedir

(Åžekil 9).

TBM kullanımının olıımle ve

olumsuz yenleri

TBM'in olumlu yenleri

Tünelde duraylılık sorunları olmadığı sürece» TBM'in kullanılması

halinde kazı., pasa. yükleme ve taşıma işlemi birlikte

yapılabildiği için» kazı hızı oldukça yüksektir.. 'Dolayısıyla, çalışan

işçi sayısı oldukça az olmakta ve işçiliğin pahalı olduğu

ülkelerde: oldukça ekonomik bir kazı işlemi gerçekleştirilmek-

- tedir.

TBM kullanımıyla tünel içinde oluşması mümkün toz miktarı

önemli derecede azalmakta ve dolayısıyla işçi sağlığı, açı»

Şekil îî. Takisaîû Tüneli*nâe gerçekleştirilen deformasyon ölçümlerine

ak tipik bir "göreceli defarmasyon-mman*1 grafiği.

smdan olumlu bir çalışma ortamı elde etmek mümkün olmaktadır..

Patlatmadan kaynaklanan sarsıntı soranı. TBM kullanımında

söz konusu olmayacağından» TBM şehirleşmenin yaygın

olduğo kaya ortamlarında kolaylıkla kullanılabilmekte ve

çevre sorunu yaratmamaktadır. Patlatma yapılarak çalışıldığında

yeraltı açıklığının çevresinde oluşan gevşeme zonu (zedelenmiş

kaya kütlesi zonu), TBM'in kullanılması halinde oldukça

sınırlı kalmakta ve dolayısıyla, tünel destek elemanlarına

etkiyen yükler de azalmaktadır. Bu. tor bir gelişme, kaya,

kütlesinin zamana bağlı olarak deformasyonunun da en az düzeyde

kalmasıyla, sonuçlanmaktadır.

TİMİM olumsuz yönleri

TBM kullanılarak kazı. yapılmasının, yaratabileceği sakınca

ve smırlamalann önemli bir bölümü genelllİkle zayıf kaya

kütlelerinde, fay zonlarmda ve sık aralıklı süreksizliklerle bölünmüş

kaya kütlelerinde açılan, tünellerde görülmektedir:. Bu

tür ortamlarda kayacın zayıflığına bağlı ol.ar.ak TBM*in kavrama

ayaktan için yeraltı açıldığının yan duvarlarında yeterli taşana

kapasitesinin olmaması nedeniyle, TBM*in kazı yapabilmesi

ve ilerleyebilmesi için yeterli, itme- kuvveti de sağlanamamaktadır-,.

Bu nedenle- bazı ek önlemlerin alınması gerekmekte

ve bu da maliyeti artırmaktadır. Diğer yandan..» eğer' örtüyü

oluşturan birimlerin kalınlığımdan kayB.aklan.an gerilimler- zayıf

kayanın dayanımını aşacak değere ulaşıyorsa, yenilen çevre

kayacı makinayı sıkıştırarak malamada ağır hasarlara neden

olabilmektedir. Takisato Tüneli'nde yukarıda belirtilen, soranlardan.,

sadece kavrama ayakları için yeterli taşıma kapasitesinin

sağlanamaması türündeki bir sorunla Meojen. yaşlı çamurtaşlannın

kazısı sırasında karşılaşılmıştır. Çevre kayacının bu

türde sıkıştırması, Japonya'da NabetacMyama demiryolu tünelinde

TBM'i tünel aynasından 200 m kadar gerilere ötelemiş

ve TBM bttyük hasar görmüştür. 1996'da isviçre'de bir bölümü

ezilmiş 'serpantin içinde açılan Veraina Tüneli'nde de çevre

kayacının, küçük ölçekte de olsa,, TBM*i sıkıştırdığı yazarlardan

ö. Aydan tarafından, gözlenmiştir.

JEOLOJİ MÜHENDİSLİĞİ, Sayı 51

[ozguryolcu]

60

Fay zonlarinda göçme davranışı meydana geldiğinde, kısa

sürede müdahale etme şansının hemen hemen olmaması nedeniyle

» tünelin ilerlemesi sırasında TBM kalkanının üzerinde biriken,

göçük malzemesinin alınması genellikle insan .gücüyle

yapılmaktadır. Bu durum, tünelin ilerleme hızını önemli ölçüde

düşürmektedir, Bu tor olumsuzluklar yer yer Takisato Tünelimde

de gözlenmiştir.. Nitekim İsviçre'de yapımı planlanan

Gothard Tüneli'nde 2000 m derinlikteki ve su tablasının altında

yer alan ezilmiÅŸ dolomit zonanda bu nedenle TBM'in. kullamlmamasma

karar' verilmiÅŸtir (Kovari, 1996).

Eklemli kaya kitieleri içinde açılan tünellerde süreksizlik

sistemlerinin kesişmesi sonucunda ortaya çıkan kaya, bloklarının

tavandan gravite etkisiyle düşmesi..» yan. duvarlardan kayması

veya devrilme diüiraysızlıklanna karşı hemen önlem alınamamakta

ve dolayısıyla, bu tttr kesimler TBM kalkanının ilerlemesi

sonucu, duraysız hale geçmekte ve iş güvenliğini azaltmaktadır.

Takisato TuneH'nde bu Itır risklerin, önlenebilmesi

amacıyla kaya saplamalarının ilerleme yapıldıktan kısa. bir süre

sonra yerleştirilebilmesi, için TBM özel olarak tasarlanmıştır.

Ancak, TBM''in. yerleştirme alam. yönünden getirdiği sınırlama

nedeniyle, kaya saplamalarının uzunlukları en fazla. 2 m

olabilmekte ve bu durum büyük ölçekteki kaya bloklarının yaratacağı

duraysızlıklann önlenebilmesini engellemektedir.

TBM'in yan taraflarında bulunan, kavrama ayaklarının uyguladığı

basınç nedeniyle açıldığın yan duvarlarında ayakların

altodaki kaya, yükleme ve boşaltmaya uğramakta,,, dolayısıyla

kaya kütlesi gevşeyerek duraysız hale gelmektedir. Bu durum,

ayrıca tünel tavanında düşme olasılığı olan kaya bloklarının

gevşeyip düşmesine de neden, olmakladır. Bu. tür olumsuzluklar,

çok. büyük ölçekte olmamakla birlikte, Takisato Tüneli'nin

kazısı sırasında da gözlenmiştir...

Sonuç ve öneriler

Bu 'çalışmanın, ilk bölümünde, Japonya'nın. Hokkaido adasında

inşası süren. Takisato hidro-elektrik baraj projesinde sn

iletim tünel olarak açılan Takisato Tünelinin teknik karakteristiklerine

ve güzergah boyunca .karşılaşılan kaya kütlelerinin

özelliklerine değinilmiş, Japonya'da yeraltı açıklıklarının öncül,

tasarımında yaygın olarak kullanılan Denken. Kaya Sınıflaması

tanıtılmıştır. Ayrıca bu tüneldeki, uygulama, örnek alınarak,

son yıllarda tünel açımında yaygın olarak kullanılmaya

başlanmış olan TBM'le ilgili olarak yapılan inceleme, gözlem

ve deney sonuçlan da. sunulmuştur, .ikinci bölümde TBM .kullanılarak

kazı yapılmasının, olumlu ve olumsuz yönleri, Takisato

Tüneli ile birlikte Japonya ve İsviçre'deki diğer bazı. örneklerden

elde edilen, veri ve deneyimlerin. ışığı altonda özetle •

tartışılmıştır. Sonuç olarak; TBM ile yapılacak bir kazının, diğer

kazı. yöntemleri ile karşılaştırıldığında oldukça .hızlı ve

ekonomik olacağı,, ancak, zayıf ve ileri derecede eklemli kaya

kütleleri ile fay zonlarmda. gelişebilecek, blok düşmesi ve/veya.

kayması şeklindeki duraysıziık soranlarının beklendiği tünellerde

ise bunun, tersine bir dorumla karşılaşılabileceği anlaşılmaktadır.

Dolayısıyla TBM*in kullanılabilmesi için duraylılık

konusuna oldukça önem verilmesi gerekmekte- olup, bu amaçla,

tünel kazısına, başlanmadan, önce seçilen güzergah boyunca,

zayıf zonlann varlığının araştırılması ve özellikle blok: gelişimi

açısından en önemli, faktörlerin başında gelen süreksizliklerin

yönelimleri ile bunların fiziksel ve mekanik, özellikleri ayrıntılı,

etütlerle, 'belirlenmelidir. Yapılacak etüt..kapsamında» son

yıllarda, üzerinde- yeni. teknolojilerin de geliştirildiği yönlendirilmiş

karat alma çalışmalarına ağırlık verilmesi önem taşımaktadır.

Katkı Belirtme

Bu çalışmada sunulan bilgiler ve değerlendirmeler,,, Japonya

ve Türkiye arasında Japon. Milli Eğitim Bakanlığı (MQNBUSHO)'

nm desteklediÄŸi. Environmental Study on Underground

City-Derinkuyu, Turkey (Proje No: 090441.54; Proje Lideri.:

Ömer Aydan) adlı projenin- kapsamında ve. yeraltı, açıklıklarının

kazı teknolojisi ile ilgili, olarak, yapılan, arazi, incelemelerinden

elde edilmiştir. Yazarlar, Takisato Tüneli*ne ziyaretleri

şuasında Taisei İnşaat Firması ile Hokkaido Elektrik Firmasına

esirgemedikleri bilgi ve veriler' ile gösterdikleri misafirperverliğe,,

ayrıca, bu ziyafetin düzenlenmesini üstlenen. Japon inşaat

Mühendisleri Odası (JSGE), .Kaya Mekaniği. Komitesinin

.Arazi. Deneyleri ve ölçümleri Alt Komitesi Başkanı Prof., Dr...

H. Tano ve Komite Genel Sekreteri S.. Tanaka'ya içten teşekkürlerini

sunarlar1..

DeÄŸinilen Belgeler

Aydan.,, O.» 1985. Japon Kaya Sınıflamaları.. Nagoya University (yayınlanmamış

notlar).

Barton, N.,,. Lien, R.t and .Dünden, J.§ 1.974. Engineering classification

of rock masses, for the desing of tunnel, support.. Rock. Mechanics,

6(4)t 183-236.

Bieniaw&td, Z. T., 1989. Engineering Rock .Mass Classification. Me

Graw Hill, New York.,,. 237 p.

Deere,, D.U., and. Miller,,, R..P.» 1966. Engineering classification aid index

properties for intact rock., Technical Report No. AWFLTR.-

65-116, Air Force Weapons Laboratory, Erfand .Air Force

Base,, New Mexico.,, 308 p.

Ichikawa, Y.f Aydan» Ö., Kyoya,, T., Osaka,, H., aid Kawamoto» T.,

1990. An expert system, for tunnel design., Microcomputers in

Civil Engineering, 5,. 3-18,

Ikeda, K., 1969. Classification of rock, strength. Research Report of'Japan

Railway Research Institute,, No; 695.

JRA: Japan Roadway Authority (Doro-Kodan), 1966'. Rock, mass classification

for roadway tunnels.

KASIM 1997

Kikuctai K. and Saito, K., 1975. A proposed method for the classifications

of rock grades in conmection with 'bearing resistance of

foundation rock. Proceedings of the 9* Japan Rock Mechanics.

Symposium, 66-70.

Kovari, K.,, 1996. Ö. Aydan ETlPde misafir profesör olarak bulunduğu

dönemde yapılan, kişisel görüşme.

Matsui, K.f Ichinose» M.,, and Shimada, H.» 1989.. Estimalîom of .mechanical

properties of weak rocks by rod penetration tests. Journal

of Japan Society of Engineering Geologists, 30(4).,, 28-34,

Otsufca, M. and Takaoo, A,,, 1980. Displacement due to tunnel excavation

and geological characteristics in. swelling mudstone. Tsuchi

to Kiso, 28(7), 29-36,

RMC-JSCE:: Rock Mechanics Committee of Japanese Society of Civil

Engineers, 1987. Geological Investigation of dams, Tokyo»

JSCE,

Taisei Construction Company, 1997a,. Takisato Biggest Machine

Pamphlet, 5p.

Taisei. Construction Company, 1997b. Construction, of penstocks, of

Takisato Hydroelectric Power Plant 'by a large scale tunnel boring

machine (unpublished report).

Tanaka, M',,,. 1966. Introduction, to engineering .geology for civil engineecs.

Sankaido.

Taaimoto, C, Yoshikawa, T. and Hojo» A...,, 1989. Rapid excavation of

head race tunnel and loose.ni.ng, of rock mass in Shin-Aimoto

Power Station Project.. Journal, of Materials Science of Japan,

38 (426), 33-39.

JEOLOJİ MÜHENDİSLİĞİ,,, Şayi 5.1

61