Tünel Açma

[ozguryolcu]

TÜNELLERİN GENEL TANIMI VE KULLANIM AMACI

Tüneller yer altı yapılarıdır öyle ki bunun anlamı uygun ulaştırma yapıları vasıtasıyla arasında doğal zorluklar ve tehlikeler olan iki yerleşim birimini kesintisiz bir şekilde bağlantısını sağlamaktır. Dağlık arazi, nehirler ve denizler gibi doğal engelleri, izin verilen güven ve elverişli ulaştırma sistemiyle, iklim şartlarından da etkilenmeyecek şekilde aşmaya yarar. Yolcu ve yüklerin her ikisinin de devamlı kesintisiz taşınıyor olması bir toplumun gelişmesi ve sosyal olarak refaha ermesi için gerekli bir durumdur. Sonuç olarak tünellerin faaliyet alanları devamlı operasyon ve güvenlik, verimlilik içinde kesintisiz uygun koşullu bir ulaştırma sağlamaktır.



TÜNEL AÇMA YÖNTEMLERİ

Tüneller kaya ve zeminde farklı yöntem ve makinelerin kullanılmasıyla açılırlar. Ancak bunun yanında her iki ortamda da uygulanabilen tünelciliğe bir yaklaşım şekli olarak benimsenen Yeni Avusturya Tünel Açma Yöntemi de kullanılmaktadır.   

     A)   YENİ AVUSTURYA TÜNEL AÇMA YÖNTEMİ

     B)   KAYA ORTAMDA TÜNEL AÇIMI

     1) Delme-Patlatma Yöntemiyle Tünel Açımı
     2) Makine ile Tünel Açımı

     1) Tam Kesit Tünel Açma Makineleri (TBM) ile Tünel Açımı
     2) Yarım Kesit Tünel Açma Makineleri ile Tünel Açımı

      C) ZEMİN ORTAMDA TÜNEL AÇIMI

     1)  El Aletleri Kullanarak Tünel Açımı
     2)  Kalkan Kullanarak Tünel Açımı
     3)  Tam Kesit (TBM) ve Yarım Kesit Makineleri ile Tünel Açımı
     4)  Kaz-Kapa Yöntemiyle Tünel Açımı


YENİ AVUSTURYA TÜNEL AÇMA YÖNTEMİ (NATM)

Yeni Avusturya Tünel Açma yönteminin yirmiden fazla prensibi olup, esası ana kayanın ilk sağlamlığını korumak, dağı fazla kurcalamamak yükü dağa taşıtmak koruyucu zonu boşluk ve yakınında oluşturmak, deformasyonları ve gerilmeleri ölçümlerle denetlemek, sağlamlaştırma işlemlerini en kısa zamanda tamamlamak ve kazı kesitlerini olduğunca yuvarlak seçmektir.
NATM, tünel zeminine uygun oranlarda donatı ve kaplama malzemesi kullanılır. Etkileşme ve Kaplama basınçlarının yakından izlenmesi NATM’ nin önemli bir kısmını oluşturur. Uygulama yavaş olmasına rağmen tünel zemini deplasmanları ve iksa miktarları minimum seviyeye indirilerek, sonuçta ekonomik bir uygulama gerçekleştirilmiş olur.

Mukavemeti fazla olan iyi bir kayada, iksa’ ya gerek yoktur. Devamlı bozulan koşullar için, başlangıçta 20–40 mm kalınlığında püskürtme beton uygulaması gerekir. Fay yakınlarında ve tünel zemininin sıkışma potansiyelinin mevcut olduğu zamanlar püskürtme beton tabakaları U şekilli kesite sahip esnek, hafif çelik kaburgalar ile daha da kuvvetlendirilir. Günümüzde artık çelik kaburgalar yerine, çelikten yapılmış olan kafes kirişler kullanılmaktadır. Bunlar ağırlık olarak daha hafif olup, kayaca daha kolay iliştirilirler. Püskürtme beton uygulamasından  sonra, donatılı beton kirişler oluşturulur.

NATM’ de kullanılan desteğin esnek olmasının iki anlamı vardır. Mekanik olarak esnektir ve uygun bir membrane rolü oynayarak kaya sıkışması esnasında deforme olur. Bu tip iksa, çok yönlü olup, lokasyondan lokasyona değişecek iksa gereksinimlerine göre ayarlanması yapılabilir. Tek sistem alternatifi basittir ve daha az beceri, kontrol araştırma, izleme ve test etme gerektirir. Tünel zemini koşullarının üniform ve iyi bilindiği durumlarda küçük çaplı kısa tünellerde, bu sistem iyi sonuç verir. NATM, koşulların değişen olduğu ve iyi bilinmediği büyük çaplı uzun tünellerde daha iyi sonuç vermektedir.

NATM, İlk önce Avusturya, Fransa, Almanya, İsviçre ve İtalya’da  uygulanmaya başlanmıştır. Bu yöntemin dünyaya yayılımı hızlı olmuştur. İlk uygulamalarda biri olan Frankfurt Metrosunda tünel açımına 1969 yılında iç içe tabakalı kil, marn, tebeşir ve kum taşında başlamıştır. Bu yöntem Japonya’daki Seikan  Tüneli’nde de başarı ile uygulanmıştır. Bir başka başarılı uygulama Meksiko City’ deki Emisor Central kanalizasyon tünelinde olmuştur. Adana-Gaziantep TEM otoyolu inşaatının Bahçe  Tünelleri de NATM prensipleri kapsamında delme patlatma ile açılmaktadır.



Şekil 2: Yeni Avusturya Tünel Açma Yöntemi


KAYA ORTAMDA DELME-PATLATMA YÖNTEMİYLE TÜNEL AÇIMI

Bu yöntem uzun yıllardır yer altı kazılarında kullanılmaktadır. Tünel açılacak yerdeki kayaçları, hızlı ve ekonomik şekilde çıkarmak tünel kazılarının esas amaçlarındandır. Bu işlem yapılırken tünel duvarlarındaki kayaçlara zarar verilemeye dikkat edilmektedir. İyi bir patlatma tasarımı ve kontrolü, tünel çeperinin zarar görmeyecek şekilde olmasına bağlıdır
Delme-patlatma yöntemi ile ilk aşamada, kayaç delinir. Kuyular veya delikler aynı zamanda kaya bulonları içinde ayrı açılabilir. Bu aşamada Jumbo denen delici makine kullanılır. Açılan deliklere önceden kararlaştırılmış cins ve miktarda patlayıcı yerleştirilir.



Şekil 3: Deliklere patlayıcı yerleştirilmesi


Daha sonra ateşleme mekanizmasıyla patlatma gerçekleştirilir. Duman ve tozun dağılmasından sonra tavan tıraşlanır, püskürtme beton aynaya kadar yapılır. Günümüzde delme-patlatma ile açılan tünellerde bilgisayar kontrollü, hidrolik mekanizma ile delik açılabilen Jumbolar yaygın olarak kullanılır.
Çapı 8 m’ den küçük olan ve kaya kalitesinin yüksek olduğu kayaçlarda açılan tüneller delme-patlatma ile tek aşamada tam kesit açılabilir. Kaya koşullarının bozulduğu ve aynanın daha geniş olacağı yerlerde kademeli yöntem uygulanır. Bu yöntemde ilk önce üst yarı, daha sonra alt yarı alınır.

Tipik olarak, bir tünel günde 1–3 rauntluk (patlatma safhası) patlatma ile açılır. Her raunttaki ilerleme uzunluğu, kaya kalitesi ve kazı çapına bağlı olarak sınırlıdır. Tünelde ilerleme, ayna genişliğinin %50-95’i kadardır. Aynı zamanda ilerleme derhal iksa isteyen çok kırıklı tünel koşullarında 0,5m olabileceği gibi geniş çaplı kazıların yapıldığı masif ve kendini destekleyebilen kayaçlarda 3m olabilir. Genelde tünel problemleri rutin koşullardan kaynaklanmaz. Özellikle bazı kısımlarda lokal olarak bulunan  aşırı kötü/zayıf kayaçlar sorun yaratmaktadır.
Örneğin; Gaziantep TEM projesinin Bahçe tünelleri delme-patlatma ile açılmıştır.


DELME-PATLATMA YÖNTEMİNİN AVANTAJLARI

• Yıllardan beri uygulanmış olmasının verdiği tecrübe
• Gerekli ilk malzeme ve teçhizatının ucuzluğu
• Her türlü kaya şartlarına uygulanabilmesi. Bu üstünlük kaya şartlarının tünel güzergâhı boyunca aşağı yukarı değişmediği durumlarda önemli olmayabilir. Fakat kaya şartlarının tünel güzergâhı boyunca değiştiği durumlarda veya çok yüksek mukavemetli kayalarda uygulanabilecek tek yol olabilir.


DELME-PATLATMA YÖNTEMİNİN DEZAVANTAJLARI

• Uzun zaman alır, ilerleme yavaş olur. Çünkü bir ilerleme devresinde pek çok yardımcı işlemler vardır ve bunların hepsi de zaman alır.
• Aşırı sökülmenin önüne geçilemediğinden tünel çapını ve şeklini aynen sağlamak hemen hemen imkânsızdır.
• Ne kadar hassasiyet gösterilirse gösterilsin patlatmanın, sebep olduğu gevşemelerden kaçınılamaz.

MAKİNE İLE TÜNEL AÇIMI

1950’ li yılların ortasından itibaren kayada tünel açma makinelerinin geliştirilmesi ve kullanılmaya başlanması ile tünel açımında yeni bir devir başlamış oldu. O zamandan beri çeşitli amaçlar için değişik tünel açma makineleri yapıla gelmektedir. İşçi maliyetlerinin giderek artması ve daha hızlı bir tünel açımına gerek duyulması, tünel açma makinelerinin ortaya çıkmasının esas sebepleridir.

TAM KESİT TÜNEL AÇMA MAKİNELERİ İLE TÜNEL AÇIMI

Bu tür makineler için İngilizce yayınlarda “ Fullface Tunelling Machine” veya sadece TBM deyimleri kullanılmaktadır. Makine ile tünel açımından söz edildiğinde ilk akla gelen tam kesit (TBM) makineleridir.

Bir tam kesit tünel açma makinesi ön yüzüne çeşitli cins ve sayıda kesicilerin yerleştirilmiş olduğu dönen bir kafa ile içinde gerekli cihazların ve kumanda bölümünün bulunduğu silindirik bir gövdeden ibarettir. Şekil 4’de bir tünel açma makinesinin kısımlarını göstermektedir.



Şekil 4: Tünel Açma Makinesinin (TBM) Kısımları

[ozguryolcu]

Dönen kafa genellikle 4–10 devir dakikalık bir hızla dönmektedir. Dönme hızı çapa bağlıdır. Güç, elektrik motoru veya hidrolik disk motorundan sağlanır. Kafa, tünel aynasına 1000–2500 tonluk bir itkiyle ve hidrolik krikoyla itilir. Gövde tünel taban ve tavanına 2–4 ayakla oturur. Dört yan kol da tünel duvarlarına dayanır. Bu uzantılar hem doğrultu ve eğimin kontrolünü sağlar, hem de kesici kafadaki burulma ve itki kuvvetlerine karşı bir kuvvet oluşturur. Kazı süresince kesici kafadaki yarıktan geçen kaya kesintileri çevredeki kovalardan yürüyen şeride (makine içindeki) dökülür. Makine kapasitesine göre ilerledikçe, 8–15 metre ileriye çekilerek tünel açımına devam edilir. Şekil 5’te bir tünel açma makinesinin çalışma prensipleri görülmektedir.



Şekil 5: TBM’ nin Çalışma Prensipleri

Günümüzde TBM’ nin kullanımı oldukça yaygınlaşmış olup önerilen bir tünelle ilgili jeolojik ve mühendislik çalışmalar makine tünelciliği ile klasik tünelciliğin maliyet karşılaştırmalarını da içine almaktadır. Bu duruma bağlı olarak mühendislik jeologu, yapılırlık ve proje aşamasındaki araştırmalarda daha ayrıntılı bilgiler yanında yeni ve değişik sorunlara da yönelmek durumunda kalmıştır.

Makine ile açıma karar verilebilmesi için nerede ve ne derece bir jeolojik durumla karşılaşılacağı konusunda tahminde bulunmak yanında daha güvenli sonuçlara ulaştıracak bilgilerin elde edilmesi yoluna da gitmek gerekir. Çünkü delme ve patlatma yöntemine etki etmeyen bazı jeolojik yapılar makine ile ilerleme hızını ve maliyetini büyük ölçüde etkileyebilmektedir. Makineler jeolojik şartlarda ancak sınırlı bir değişmeye uyum sağlayabilir. Bu nedenle başarı derecesi, değişmeyen ve uygun jeolojik şartlarla yakından ilgilidir.



Şekil 6: Tam Kesit Tünel Açma Makinesi

Kayanın fiziksel özelliğindeki büyük değişmeler makine ile açımı engelleyebilir. Aşırı değişen zemin şartları veya sert ve yumuşak birimlerin Ardalaşması ana taşıyıcılar üzerine fazla yük bindirir ve makinenin kapasitesi dışında kalabilir. Mesela kumtaşı, şeyl ve kireçtaşı ardalanması içinde ince tabakalar halinde sert kuvarslı kumtaşlarının bulunması makine ile yapılan işlemin başarısını etkiler.

Makine ile açım için yapılan jeolojik araştırmalar ayrıntılı bölgesel jeolojik çalışmaları ve ayrıntılı laboratuar deney programlarını da içine almalıdır.         Makine ile açımın başarısı tamamıyla jeolojiye ve saha çalışmalarının doğruluk derecesine, yani gerçeği yansıtıp yansıtmadığına bağlıdır. Makinede ileriye doğru ilerleme “laser” ışınları ile denetlenir. Böylece doğrultuda ve eğimde gerekli hassasiyet sağlanır.

Pasanın taşınması genellikle aynaya kadar devam ettirilen dönen bantlarla olmaktadır. Ayrıca pasanın durumuna, tünelin çap ve uzunluğuna boşaltma alanının durumuna, eldeki ekipmana göre değişik çözümler de düşünülebilir.



Şekil 7: Tam Kesit Tünel Açma Makinesinin İç Dizaynı 

TBM‘ ler deki kesiciler işletme maliyetinin esas bölümünü oluşturur. Bunları, aşındıkça değiştirmek gerekir. Kesici uç teknolojisi ilerledikçe TBM’ lerinin daha sert kayada kullanılması mümkün olmaktadır. Bu makinelerin bir yerde kullanılıp kullanılabileceği esas olarak kayanın sertliği, basınç mukavemeti, kayma mukavemeti, eklem ve çatlakların sıklığı ile ilgilidir. TBM’ leri zayıf kumtaşı, dolomit, sert kumtaşı ve granit gibi daha sert birimlerde de başarılı olmuşlardır. Makinelerin çoğu dairesel tünel açar, düşük kapasiteli bazı makineler ise tünel çapına göre değişik şekillerde tünel açabilmektedir.

TBM İLE TÜNEL AÇMANIN AVANTAJLARI

• Düzgün, pürüzsüz bir yüzey elde edilir. Bu şekildeki bir kesit en yüksek duraylılığı ve gerilmelerin tünel etrafında en uygun dağılımını sağlar.

• Patlatma tahribatı olmadığından tünel etrafındaki kaya ilk haliyle kalır. Bunun sonucu olarak daha az bir iksa gerekir.

• Patlatma yönteminde kaçınılmaz olan aşırı sökülme, eklem sıklığına bağlı olarak, ya yoktur veya çok azdır. Böylece gereken beton ve kaplama miktarı azalmış olur.

• Kayanın uygun olması durumunda ilerleme hızı çok daha fazladır. En son tünel açma makineleri delme ve patlatma yöntemine göre 4–6 defa daha hızlı iş yapmaktadır.

• Çevredeki bina ve sanayi tesislerinde patlatma tahribatı yoktur. Bu nedenle, bazı özel durumlarda, mesela yerleşme ve sanayi alanları yakınında veya içindeki sığ tüneller, tahribata sebep olunabileceğinden patlatma ile açılmak yerine, ekonomik olup olmadığına bakılmaksızın makine ile açılmaktadır.

• Daha az insan gücüne ihtiyaç gösterir. İşçi sayısı azaldığından birim insan başına ilerleme ve iş güvenliği artmış olacaktır.


TBM’ LERİNİN KULLANIMINI SINIRLAYAN DURUMLAR

• Başlangıçta yatırılacak para makinenin maliyeti dolayısıyla çok fazladır. Bu nedenle kısa tünellerde veya orta uzunlukta olan çok geniş çaplı tünellerde kullanışlı değildir. Ne var ki bu gibi tünellerde bölge iskân veya sanayi sahası olursa tahribata yol açmamak için makine ile açım benimsenir.
• Tozlanmayı ve ısınmayı düşürmek için ve ayna yakınında çalışmaya uygun şartları sağlamak için, masraflı ve karmaşık havalandırma sistemi gerekebilir.
• Kayanın yumuşak kesiminde tünel doğrultu ve eğiminin kontrolü zorlaşabilir.
• Aynada çalışabilecek bir genişlik oldukça sınırlıdır.
• Kaya şartlarının değişmesi durumlarında gerekli teknik ve malzeme ayarlamaları daha zordur.
• Çok sert kayada makine ile tünel açımının maliyeti yüksektir ve bu nedenle alışılagelmiş yöntem kadar ekonomik olmayabilir.
• TBM’ lerinin hareket kabiliyeti alışılagelmiş tünelcilikte kullanılan ekipmana göre daha azdır. Bu tür hareket kabiliyeti küçük çaplı dönüşler olması halinde veya baca ile açılan tünellerde önemli bir sakınca olabilir.
• Çok sert kaya ile yumuşak kayanın münavebeli olması halinde veya şişen, sıkışan, akan zemin ihtiva eden aşırı ayrışmış ve kırıklı kaya zonlarında tünel açma makinelerinin verimi çok düşüktür.
• TBM’ leri genellikle projenin amacına göre özel yapılmıştır. Bu nedenle elde jeolojik şartlar hakkında doğru bilgi olmaması halinde aniden değişen yer altı jeolojik şartlarının karşılayacak şekilde bir makinenin yapım ve inşası mümkün olmayabilir. Fabrikaya uygun makine siparişi vermek için basınç mukavemeti, yapısal durum, kuvars miktarı hakkında bilgi ile mümkünse bir miktar karot gerekir.

YARIM KESİT TÜNEL AÇMA MAKİNELERİ İLE TÜNEL AÇIMI

Bu makinelere ayrıca “Kollu Tünel Açma Makineleri” de denilmektedir. İngilizcede ise “Partial Face Machine” , “Roadheader” gibi isimler kullanılmaktadır.
Kollu tünel açma makineleri genellikle paletli olup bir kol üzerinde dönen küçük bir kafaya yerleştirilmiş kesiciler yardımıyla kayayı yontar. Basınç mukavemeti 1000 kg/cm2’ ye kadar olan orta sert kayalarda kullanılmak üzere pek çok çeşitleri vardır. Makineler büyüklüklerine göre 10–80 ton ağırlığında 40–250 beygir güçlü ve 3–12 ton itki gücündedir. Bu makinelerin kesici kafaları değiştirilmek suretiyle değişik zemin şartlarına uydurulabilmektedir. Şekil 8 de bir kollu tünel açma makinesi görülmektedir.



Şekil 8: Kollu Tünel Açma Makinesi

Kollu tünel açma makineleri kullanılırken yeterli bir ilerleme hızı için pasa yükleme ve taşıma sistemi, tozları yatıştırmak için su püskürtme sistemi ve havalandırma sisteminin işe uygun olması yanında, gerekli su ve enerjinin kesintisiz sağlanması da önemlidir. Bu makinelerde verimlilik tünel çapına, iksa sıklığına, kaya mukavemetine ve kayanın diğer özelliklerine bağlıdır. Makinelerin kayayı kesebilme dereceleri, kayanın basınç mukavemeti arasındaki ilişkiye, minerallerin dizilişine, özellikle kuvars gibi aşındırıcı tanelerin yüzdesine, tane boyuna, tabakalanma ve eklemlenmeye bağlıdır.

Bu makineler, makine ile ayna arasının temizlenmiş olmasını gerektirir. Ancak bu şekilde kesici kafa ve kazı malzemesini kaldıran sistem çalışabilir. İksa gerekiyorsa aynanın 2m gerisinden takip edecek şekilde yapılması gerekir. Bu şekilde iksa makineyi kullananın önündedir. Böyle bir zorunluluk, makine üzerinde çalışan işçiyi tavan ve yanlardan düşecek parçalardan korumak içindir.
İlerleme hızı delme ve patlatma yöntemine göre biraz fazla, TBM’ lerine göre ise oldukça düşüktür. TBM’ lerine kıyasla yarı makineleşmiş bir tünel açma yolu olup iş gücüne oldukça fazla ihtiyaç gösterir.



Şekil 9: Kollu Tünel Açma Makinesini Kazı Esnasında Bir Görünüm

[ozguryolcu]

YARIM KESİT TÜNEL AÇMA MAKİNELERİ İLE TÜNEL AÇIMININ AVANTAJLARI

•   Delme-Patlatma yöntemine göre daha az işçiye ihtiyaç gösterdiğinden kaza oranı da aynı oranda azalmıştır.
• İlerleme süresince yardımcı işlemler gerektirmediğinden boşta geçen zaman azadır.
• Nispeten düzgün bir yüzey elde edilir.
• Tüneli çevreleyen kayada gevşeme gelişmez.
• Böylece gereken iksa daha az olur.
• TBM’ leri kadar dar bir jeolojik sınır içinde çalışmaz. Daha kötü kaya şartlarına uyum sağlayabilir. Çünkü aynaya yaklaşmak her zaman kolay olduğundan gerektiğinde iksa yapmak mümkündür.
• TBM’ lerinden daha düşük bir enerjiye ihtiyaç gösterir.
• Makine ve gerekli malzeme pahalı olmasına rağmen yine de TBM’ lerinin maliyetinden birkaç defa aşağıdadır.




Şekil 10: Çift Kollu Tünel Açma Makinesi


EL ALETLERİ KULLANARAK TÜNEL AÇIMI

Yumuşak zeminde tünelin hangi yolla kazılacağı zeminin jeomekanik özelliklerine göre belirlenir. Bu özellikler tane boyu, mukavemet, geçirimlilik, YAS durumudur. Bunların dışında tünel çapı ve şekli, topografyaya yakınlık, tünelin yüzeye olabilecek etkisi ve bunun derecesi gibi özellikler de göz önünde bulundurulur.
Kalkana ihtiyaç hissettirmeksizin bel ve kazma-kürek kullanarak tünelin kazılması, ayna ve yanlarda içeriye doğru bir hareket gelişmeden kazının ve gerekli kaplamanın yapılmasına zaman tanıyacak kadar duraylı olan katı kil veya zayıf kayada yürütülebilir. Tünel açma makinelerinin kullanılmasından önce bütün yumuşak zemin tünelleri genellikle tepe-çekirdek yöntemiyle ve elle kazılarak açılırdı. Bugün içinde 5m den daha küçük çaplı olan kısa tünellerde veya zeminin güzergâh boyunca sık değiştiği durumlarda en iktisadi yol olarak kabul edilmektedir. Malzemenin kendini tutamadığı durumlarda tepe aynası yatay yerleştirilmiş, tünel kaplamasına ve yan dikmelere bağlanmış düşey kalaslarla sıkıca tutturulmuş olan ön perdelerle desteklenir. Kazı esnasında bu perde yukarıdan aşağıya olmak üzere bölüm bölüm kaldırılır, kazı yapılır ve perde yeni kazılmış olan yüzün önüne getirilerek bağlanır. Tepe kısmında geçici kaplama yapılır. Çekirdek kazısı yapılana ve kaplamanın alt kısmı konulana kadar geçerli olmak üzere bu geçici kaplama desteklenir. Bunun için boyu ayarlanabilir, geçmeli-vidalı borular kullanılır. Tünel tavanının desteklenmesi içinde çelik levhalar kullanılır.
Yumuşak zeminlerde kazının tepe-çekirdek şeklinde elle yürütülmesinin üstünlüğü her türlü zemin şartlarına uygulanabilmesidir. Mesela iri bloklar içerdiğinden tünel açma makinelerinin kullanılamayacağı kaba malzeme yanında yumuşak kil, silt ve kumda da kullanılabilir. Karışık aynalı (tünel aynasının üst kısmının toprak alt kısmının kaya olduğu durum) tünellerin kazısında en yaygın kullanılan yöntem bu yöntemdir. Elle kazı duraysız malzemede kalkanla birlikte uygulanabilir. Basınçlı hava kullanılan durumlarda da kazı kalkan kullanılarak elle yapılabilir. Gereken malzeme ucuz olduğu için başlangıç yatırımı düşüktür. Yöntemin başlıca sakıncası çalışan insan başına verim ve ilerleme hızının düşük olmasıdır.

KALKAN KULLANARAK TÜNEL AÇIMI

Yumuşak zeminde hangi yöntemle açılırsa açılsın, zeminin özelliğinden doğan ve uyulması gereken belli zorlukları vardır. Bunlar;

• Kazı ile geçici kaplamanın birbirini ardalayan zamanlarda yapılması gerekir.
• Bu iki işlem aynı anda yapılırsa çalışanlar birbirini engeller ve işler birbirine karışır.
• Geçici kaplamanın kendine yetecek şekilde gerekli parçaları bir bütün olarak birlikte bulundurması, yani bütün gerekli parçaların portatif olarak bir arada bulunması gerekir. Bu geçici kaplama aynı zamanda tünelin nihai şekline de uygun olmalıdır. Böylelikle ilave destek ve dikmelere gerek olmayacağından kazı işleminin daha fazla engellenmesi önlenir.

• Yüzeydeki oturmalara bağlı olarak zeminde oynamalar görülür. Oturmalar, kazı ve kaplama işlemlerinin yavaşlamasına bağlı olarak artar.
• Akan zeminde, çalışanlar ölüm tehlikesi altındadır.

Tüm bu sorunları hafifletmek için, yumuşak zeminde tünel kazısı “KALKAN” denen cihazlar kullanılarak yürütülür. Kalkan esas olarak dayanımlı çelik bir silindirdir. Görevi tünel boşluğunu çevreleyen zemini tutmaktır. Aynı zamanda da tünel kaplamasının herhangi bir geçici iksa veya destek gerektirmeksizin yapılmasını sağlar. 

Çelik bir kalıp da diyeceğimiz kalkan tünelin şeklini oluşturur. Ancak ondan biraz geniştir. Tünel kaplamasının bir kademe önünde bulundurulur. Aynadaki kazı ilerledikçe ve geride kaplama yapıldıkça içinde bulunan krikolar vasıtasıyla ileriye doğru sürülür. Kalkanın ön kenarı “Kesici Kenar” zeminde en kolay ilerlemeyi sağlayacak şekilde keskin uçlu olarak yapılmış ve içten çelik kalıplarla sağlamlaştırılmıştır. Orta kısım “gövde”  , içinde gerekli makinelerin ve kullanıcıların bu arada itici kriko ve pompaların yerleştirildiği kısımdır. Arka kısım “kuyruk” , tünel için gerekli olan kaplamanın yapılmasını kolaylaştıracak ve ona intibak edecek şekilde yapılmıştır. Şekil 11 de bir tünel kalkanı gösterilmiştir.




İtilme esnasında krikolar kaplamaya veya çelik kaburgaya dayandırılarak destek sağlanır. Kesici kenar üzerindeki zeminin direncini en azda tutmak için ayna mümkün olduğu kadar geniş şekilde kazılmalıdır. Bununla beraber kalkanın doğrultusu ve konumunun aynadaki malzemeye belli bir miktarda girmesiyle sağlandığının da unutulmaması gerekir. En fazla kayma eğilimi tavanda olduğundan özellikle gevşek zeminlerde ön-üst kısmı 20–40 cm çıkıntılı yapılmış özel kalkanlar kullanılır. Gövde kalınlığı 15–70 cm olabilir. Gerekli dayanımlılık dairesel kaburgalarla takviye edilerek sağlanmıştır. Ayrıca yapılmış olan yatay ve düşey bölmeler hem takviyeyi sağlar, hem de işçilerin çalışması için iskele vazifesi görür. Aşırı derecede akıcı zeminde, kesici ucun hemen arkasına gayet mukavim bir “perde” nin yerleştirilmiş olduğu özel tip kalkanlar vardır. Perdenin ortasında bulunan bir delik aşırı akıcı malzemenin kalkan içine akmasını sağlar.

Kalkanların uzunlukları çaplarına ve dolayısıyla kullanılan krikolara ve kaplama kalıplarına bağlıdır. Boy/uzunluk oranı, çalışma şartlarını, hareket kabiliyetini ve doğrultunun korunmasını belirler. Kalkan kısaldıkça doğrultuyu muhafaza etmek zor, dönüşler de kolay olur. Bu sebeple sert zeminler ve dönüşler için kısa, yumuşak zeminler ve düz gidişler için uzun kalkanlar uygundur. Genel olarak kalkanların boyu 2,5–6,5 m, çapı 2–10 m  ağırlığı 80–400 ton arasında değişir. Gereken itki de zemin basıncına ve kalkanın alanına bağlıdır. Kalkan tünel kaplamasından geniş olduğundan çevresindeki boşluk vakit geçirilmeden doldurulmalıdır. Bunun için genellikle kum ve çimento karışımlı koyu bir şerbet kullanılır.


KALKANLA TÜNEL AÇMANIN AVANTAJLARI

1. Tünel tam kesit halinde ilerler.
2. Kalkanın hem hareket eden hem de sabit olan bir iksa olma özelliği vardır.
3. Geçici bir iksa gerektirmeksizin nihai kaplamanın yapılmasını sağlar.
4. Tünel açımını hızlandırarak, daha büyük yüklerin gelişmesini önler.

Kalkan tünelciliğinde kazı genellikle elle yapılır ve ayna da gerekiyorsa özel yapılmış desteklerle desteklenir. Ancak giderek makineleşmiş ekipmanın gelişmesi kalkan tünelciliğini makineleştirdiği gibi gerekli işçi sayısını da azaltmıştır. Böylece başlangıçtaki basit kalkandan, kazanın çeşitli makinelerle yapıldığı yarı mekanik kalkana ve daha sonra da kazı ilerleme ve pasa atımının tamamen makineleşmiş olarak yürütüldüğü “kalkan makineleri” ne dereceli bir geçiş olmuştur.

[ozguryolcu]

ZEMİNDE TBM’ LERLE TÜNEL AÇIMI

Yumuşak zeminde tam kesit halinde tünel açan makinelere tam kesit “Tünel Açma Makinesi- Tunnel Boring Machine (TBM)” genel tabiri yanında “Kalkan Makinesi-Shield Machine” adları da verilmektedir.

Yumuşak zeminde tünel açmak için çok çeşitli tünel açma makineleri geliştirilmiştir. Her birinde kazı, pasanın atılması, tünel kaplamasının yapılması ile ilgili ekipman başka başkadır. TBM’nin en belirgin özelliği çok pahalı olmalarıdır. Tünelin şekli ve boyutu, zemin şartları, tünelin amacı, işçi miktarı ve maliyeti her işe göre farklı olduğundan makinelerin yapılacak işe uygun şekilde sipariş edilmesi eğilimi daha fazladır. Bunun yanında tünelcilik teknolojisi çok hızlı bir gelişme içinde olduğundan 2–3 yıl bir işte kullanılmış makineleri yeni işlerde kullanmak için önemli ölçüde değiştirmek de mümkün olabilmektedir.

Genel olarak yumuşak zeminler için yapılmış TBM’ leri, ön yüzüne kesicilerin yerleştirildiği bir silindirdir. Bu yüzün aynaya döndürülerek itilmesiyle tam kesit halinde tünel kazısı gerçekleştirilmektedir. Esas olarak zemin TBM’ leri birkaç gruba ayrılsa da genel olarak ikiye ayrılırlar.


DÖNEN TEKERLEKLİ KALKAN MAKİNESİ 

Yumuşak zeminlerde en yaygın kullanılan TBM’ leri bunlardır. Bu makinelerde kalkanın ön yüzünde dönen bir tekerlek bulunur. Tekerleğe 2–4 çap halinde kesiciler yerleştirilmiştir. Bu yüz aynaya itildiğinde dönerken aynı zamanda ezerek, burgulayarak, keserek veya kazarak tüneli açarlar. Zemin şartlarına göre en az enerji ile en fazla verim amaçlandığından aynanın kazısı görüldüğü gibi birkaç şekilde olabilmektedir. Aynadan kesilen ve kalkanın tabanına dökülen pasa konveyör veya benzeri ekipmanla geriye sevk edilir. Kesici kolların arası makineye göre açık veya kapalı olabilmektedir. Yeteri kadar kendini tutma süresi olan zeminlerde kollar arası açık bırakılabilir. Yumuşak kil, akıcı kum gibi malzemede kollar arası bölmeler halinde kapalı olup pasanın içeri alınması için bir kısmı açılabilir.

Bu makinelerde saatte verim en fazla 6–7 m ‘ye çıkabilir. Çapları 1–8 m arasında değişmektedir. Japon mühendisler yakın zamanda mikro tünel adı verilen operatörsüz ve uzaktan kumandalı olan küçük çaplı bir kalkan makinesi yapmışlardır. Şekil 12 de mikro tünel örneği verilmiştir.



Şekil 12: Mikro Tünel

ÇEŞİTLİ ZEMİN MAKİNELERİ

“Bentonitli Kalkan Makinesi” kohezyonsuz ve sulu kum-çakıl gibi malzemede çalışmak için uygundur. Ön kesici yüzün hemen gerisine yerleştirilmiş olan bir bölmeden, çalışma esnasında hidrostatik basınç altında bentonit eriyiği püskürtülür. Böylece aynadaki malzemeye nüfuz eden eriyik bir duraylılık sağlar.
Kalkan tünelciliğinin bir değişik şekli de zeminde krikolar yoluyla itilerek arka arkaya borular sürülmesidir. Eskiden kanalizasyon ve su şebekelerinin döşenmesinde yaygın olarak kullanılmaktaydı. Günümüzde ise mikro tüneller kullanılmaktadır. 5m’ ye kadar olan derinliklerde en ekonomik yoldur.

Bu yöntemin uygulanışı şu şekilde gerçekleştirilir;

Boru döşenecek yerin iki başından taban seviyesine inecek şekilde baca açılır. Tabana indirilen özel araçlarla, hazırlanmış olan borular hidrolik kriko yoluyla birbirinin ardınca itilir. Krikolar bacanın sağlamlaştırılmış olan karşı duvarından destek alır. En öndeki borunun önünde bulunan işçiler vasıtasıyla kazılan malzeme geriye çekilir ve bacadan yukarı alınır. 0.9m çaplı bir boru normal şartlarda 90m kadar itilebilmektedir. Uzunluğun artması, doğrultudan sapmayı sonuçlamaktadır. Sürtünmeyi azaltmak için boruların dış yüzü yağlanmaktadır. (Şekil 13)





ZEMİNDE YARIM KESİT TÜNEL AÇMA MAKİNELERİYLE TÜNEL AÇIMI

Genel olarak kayada kullanılan Kollu Tünel Açma Makineleri yumuşak zeminlerde de kullanılmaktadır. Yarım kesit makineleri iri bloklar içeren yumuşak malzemeden bir iksayı gerektirmeyecek kadar duraylı olan malzemeye kadar hemen her türlü zemin şartlarında kullanılabilmektedir. İlerleme hızı elle kazıya göre çok daha fazladır.
Çoğu durumlarda yumuşak zeminde çalışılırken kollu tünel açma makineleri bir kalkanın içine yerleştirilmiş olarak kullanılır.
Zemin şartlarına göre değişik tipte yarım kesit kazıcılar da geliştirilmiştir.(Şekil 14–15)



Şekil 14: Kollu Tünel Açma Makine 




Şekil 15: Kollu Tünel Açma Makinesi


KAZ-KAPA YÖNTEMİYLE TÜNEL AÇIMI

Genellikle metro tünellerinin güzergâh itibariyle ana yolların altından geçirilebildiği yüzeye yakın kısımlarında, bazen de bir taşıt yolunun çığlardan korunması amacıyla yapılan çığ tünellerinde, kanalizasyon, içme suyu tünelleri ve yer altı geçitlerinin inşa ası  açık havada yapılarak daha sonra üzerinin örtülmesi daha basit ve ekonomik bir yöntem olarak karşımıza çıkmaktadır.

Bu yöntemde önce kazı boşluğunun yanları betonarme kazık veya beton duvar perdesi ile desteklendikten sonra, yüzeyden hendek şeklinde kazılarak açılır. Bu arada zeminin özelliği ve YAS durumuna göre gerekiyorsa YAS seviyesi düşürülür veya su kazılan kısım tekrar doldurularak eski haline getirilir. Görüldüğü gibi işlem bir tünelcilik yöntemi değil de bir temel yöntemidir. Normal tünel açımına göre daha ucuzdur ve uygulanması da daha kolaydır. Sakıncası yüzeydeki trafiği etkileyebilmesidir. Bu nedenle inşaat yapılırken trafiği en az etkileyecek biçimde çözümler düşünülür. (Şekil 16)
İstanbul‘da ki Karaköy ve Aksaray yer altı geçitleri kaz-kapa yönteminin Türkiye’ de ki örnekleridir.



Şekil 16: Kaz-Kapa Tünel Çalışmasında Tavanın Kaplanması

[ozguryolcu]

arkadaslar tunel acma makinelerinin similasyon videosunu sunayim sizlere buyrun..

http://www.youtube.com/watch?v=yFHrI3HFMDg

http://www.youtube.com/watch?v=dA1wzNnfHY4&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=eMgDu73Fyio&feature=related