YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ TÜNEL DERSİ 1. Bölüm Genişletilmiş Genel Giriş

Transkript

1 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 1. Bölüm Genişletilmiş Genel Giriş Prof. Dr. Müh. Yapı Merkezi AR&GE Bölümü

2 AÇIKLAMA NOTU Bilgi föyünün hazırlanmasında ülkemizde tünel mühendisliği konusunda büyük bilgi birikimi ve deneyimleri olan Yapı Merkezi İnşaat A.Ş. nin arşivlerinden ve yayınlarından geniş ölçüde istifade edilmiştir. Bu akademik etkinliği destekleyen Yapı Merkezi Holding A.Ş. Onursal Başkanı Dr. Müh. Sayın Ersin ARIOĞLU ile Yönetim Kurulu Üyeleri ne ve Yıldız Teknik Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölüm Başkanı Prof. Dr. Fevziye AKÖZ ve Ulaştırma Anabilim Dalı Öğretim Üyelerinden Prof. Dr. Müh. İsmail ŞAHİN e; derslerin verilmesinde yardımcı olan Doktorant Y. Müh. N. Sevgi YALÇIN ve Doktorant Y. Müh. Berna AKSOY'a teşekkür edilir. Çalışmanın dijital ortamda hazırlanmasında büyük emeği geçen Y.Müh. Gözde KURT, Dr. Müh. Ali YÜKSEL, Dr. Müh. Burak GÖKÇE ve Yük. Müh. Pınar TORU ŞEKER e teşekkür edilir. Bu çalışma kamusal yarar gözetilerek hazırlanmıştır. Çalışmada kullanılan bilgi föyleri, sunu malzemesi vs. kaynak gösterilmek kaydıyla kullanılabilir. Bilgi föyü kapsamında yapılan bütün çıkarımlar, değerlendirmeler ve görüşlerden sorumludur. Çalıştığı kurumu bağlamaz. Bu ülkede, okumaya karşı istek artmadıkça, gaflet ve bu gafletten doğacak felaket azalmaz (Benjamin FRANKLIN) Tünelle ilgili çeşitli konularda daha geniş bilgi almak isteyenler Yapı Merkezi web sitesi olan adresi, Ar Ge Yayınları bölümünden temin edebilirler. 2

3 Prof. Dr. Müh. - Kısa Özgeçmiş - İTÜ Maden Fakültesinden 1969 Haziran Döneminde Maden Y. Müh. olarak mezun oldu. Aynı üniversitenin Maden Mühendisliği Bölümünde Mart 2000 e kadar öğretim üyesi olarak akademik faaliyetlerini yürüten ve bu tarihte emekliye ayrılan Prof. ARIOĞLU akademik ve eğitim faaliyetlerini Yapı Merkezi Holding A. Ş. bünyesindeki AR GE Bölümü Koordinatörü olarak sürdürmektedir. Prof. ARIOĞLU nun toplam 16 adet ( 3 ü yabancı dilde İngilizce İspanyolca, Farsça) telif kitabı yayımlanmış 275 i aşkın makale ve bildirisi mevcuttur. 100 ün üzerinde ülke sorunları üzerinde çeşitli gazete/dergilerde yayınlanmış makale ve söyleşinin sahibidir. Prof. ARIOĞLU 3 kez Prefabrik Birliği nce Bilimsel Çalışma Ödülü ne layık görülmüştür. Yapı Merkezi 2345 kgf/cm 2 7 Günlük Çok Yüksek Dayanımlı Beton Projesi nde proje koordinatörü olarak katılmıştır yıllarında TMMOB nin Maden Mühendisleri Odası İstanbul Şubesi Yönetim Kurulu Başkanlığını yürütmüştür. ergin.arioglu@ym.com.tr 3

4 NİN PROGRAMI Giriş Tünel projelerinin genel tanımı, içeriği, gelişimi ve tipik örneklerle tünel projelerinin tanıtılması Tünel ve Jeolojik Yapı Jeolojik yapının (faylar, antiklinal, sentiklinal, doğal şevler, yamaç etkileri) tünel projelerine etkileri Zemin ve Kaya Ortamının Mühendislik Özelliklerine Genel Bakış Zemin ve kaya ortamının geoteknik özelliklerinin gözden geçirilmesi ve çeşitli kaya sınıflandırma sistemlerinin incelenmesi Tünel Projesinin Geometrik ve Teknik Özellikleri Derinlik, kesit alanı, eğimi, kaplama kalınlığı, yerüstü tasmanı ve deformasyonları vb. Tünel Açma Yöntemleri Madencilik yöntemleri, Yeni Avusturya tünel açma, hidrolik kırıcılar, kollu ve tam cepheli tünel açma makineleri, çeşitli tünel projelerinin ayrıntılı tanıtılması, vb. Tünellerde İşyeri Güvenliği ve Sağlığı Stabilite sorunları, göçükler, göçüklerle müdahale teknikleri, tozla mücadele ve havalandırma ilkeleri Tünel Proje Maliyetlerinin Hesaplanması Örneklerle tünel maliyet unsurlarının delme, patlatma, kazı, iksa, taşıma, havalandırmanın hesaplanması vs. 4

5 KAYNAKLAR Uluslararası Mühendislik Jeolojisi, Türk Milli Komitesi Bülteni ve Sempozyum Kitapları, Prof. Dr. Okay Eroskay, KÜ Mühendislik Mimarlık Fakültesi, İstanbul, Tel: Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği Türk Milli Komitesi Bülteni ve Sempozyum Kitapları, Prof. Dr. Ergun Toğrol, İTÜ Zemin Mühendisliği Araştırma Kurumu, İstanbul, Széchy, K., The Art of Tunnelling, Akadémiai Kiado Budapest, Bozkurt, M. Tüneller, Ders Notları, 2. Baskı, İTÜ İnşaat Fakültesi Ders Notları, İTÜ İnşaat Fakültesi Matbaası, Bilgin, N. İnşaat ve Maden Mühendisleri için Uygulamalı Kazı Mekaniği, Birsen Yayınevi, Hodson, J. A., Rock Mechanics Principles in Engineering Practice, CIRA + Ground Engineering Report: Underground Construction, Butterworths, London, Whittaker, B. N., Frith, R. C., Tunneling, Design, Stability and Construction, The Institution of Mining and Metallurgy, London, Arıoğlu, Ergin, Kaya Mekaniği Ders Notları, İ.T.Ü. Maden Mühendisliği Bölümü, Palmstrom, A., RMI A Rock Mass Characterisation System For Rock Engineering Purposes, Dr. Thesis, Department of Geology, University of Oslo, Jimeno, C.L., Jimeno, E. L., Carcedo, F. J. A., Drilling and Balasting of Rocks, A.A. Balkema, Rotterdam, Bickel, J., Kuesel, T. R., King, E. H:, Tunnel Engineering Handbook, Second Edition, Chapman&Hall, JSCE, Japanese Standard for Mountain Tunneling, The Fifth Edition, Japan Society of Civil Engineers, Tokyo, Shing, B., Goel, R. K., Rock Mass Classification A Practical Approach in Civil Engineering, Elsevier, Amsterdam, Barton, N., TBM Tunneling in Jointed and Faulted Rock, A.A. Balkema, Ulusay, R., Gökçeoğlu, C., Binal, A., Kaya Mekaniği Laboratuar Deneyleri, TMMOB Jeoloji Mühendisleri Odası Yayınları: 58, Birinci Baskı, Ankara, Tel: ,

6 Murat, H., Yeni Avusturya Tünel Açma Metodunun Selatin ve Karşıyaka Tünellerine Uygulanması, İzmir, Kolymbas, D., Tunelling and Tunnel Mechanics, A Rational Approach to Tunnelling, Springer, Tatiya, R., Civil Excavations and Tunneling, Thomas Telford Publishing, London, Arıoğlu, Ergin, Yılmaz, A. O., Çözümlü Problemlerle Tünel/Galerilerin Sismik Analizi, TMMOB Maden Mühendisleri Odası, İstanbul Şubesi, İstanbul, Karayolları Teknik Şartnamesi, T. C. Bayındırlık ve İskan Bakanlığı Karayolları Genel Müdürlüğü, Yayın No: 267, Ankara, Karpuz, C., Hindistan, M. A., Kaya Mekaniği İlkeleri, Uygulamaları, TMMOB Maden Mühendisleri Odası, Ankara, Ulaşımda Yeraltı Kazıları 2. Sempozyumu Bildiriler Kitabı, TMMOB Maden Mühendisleri Odası Yayın No: 138, Tel: , İstanbul, Ulusay, R., Sönmez, H., Kaya Kütlelerinin Mühendislik Özellikleri, Genişletilmiş 2. Baskı, TMMOB Jeoloji Mühendisleri Odası Yayınları, No= 60, Ankara, Arıoğlu, Ergin, Yüksel, A., Yılmaz, A. O., Püskürtme Beton, Bilgi Föyleri Çözümlü Problemler, TMMOB Maden Mühendisleri Odası İstanbul Şubesi, İstanbul, I, II, III, IV, V, VI. Kaya Mekaniği Sempozyum Kitapları, Türk Ulusal Kaya Mekaniği Derneği, Prof. Dr. B. Ünver, Maden Mühendisliği Bölümü, Hacettepe Üniversitesi, Beytepe/ Ankara, Tel: Seidenfu, T. Collapse in Tunneling, Master Thesis, Foundation Engineering and Tunneling, Stuttgart University, Germany. ITA AITES, Several Publications, International Tunneling and Underground Space Association (Çok yararlı güncel konuları içeren çalışma raporları, seminer, kongre, bildiri/sunu malzemeleri mevcut). JianZHAO, Education and Training, 2008, Babendererde Engineers web site, 2008, 6

7 2030 Yılına Kadar Avrupa daki Tünel Aktiviteleri 2100 km yeni tünel yapımı 500 tünelin yenilenmesi Tünelcilik, Avrupa da önemli bir endüstri olup, yaklaşık yarım milyon insana iş imkanı sağlamaktadır. 7

8 Kişi Başına Düşen Milli Gelir Bazında Global Ölçekte Başlanan Tünel Sayıları ( ) Milli Gelir >9386 $ $ >Milli Gelir > 3036 $ $ >Milli Gelir > 766 $ Milli Gelir <766 $ Toplam Kişi Başına Düşen Milli Gelir Bazında Global Ölçekte Başlanan Tünel Uzunlukları ( ) Milli Gelir >9386 $ $ >Milli Gelir > 3036 $ $ >Milli Gelir > 766 $ Milli Gelir <766 $ Toplam Kaynak: Atkins, W. S.,

9 İstanbul da 2006 yılı itibariyle yapımı devam eden ve ihale safhasında olan raylı sistemler Yapımı Devam eden Raylı Sistemler Proje Uzunluk, km Metro 33,2 Hafif metro 5,2 Cadde Tramvayı 15,8 Boğaz tüp geçiş 13,6 Toplam 67,8 İhale Safhasında Olan Raylı Sistemler Proje Uzunluk, km Metro 26 Hafif Metro 70,6 Cadde Tramvayı 19,7 Toplam 116,3 Kaynak: Eskikaya, Ş., Ulaşımda Yeraltı Kazıları 2. Sempozyumu,2007, İstanbul. 9

10 Tünel Tipleri ve Özellikleri Karayolu Tünelleri: Demiryolu tünellerine nazaran güzergah geometrisi açısından çok daha esnektir. Genellikle karayolu tünel projeleri %2 lik bir eğime göre projelendirilmektedir. Eğer, trafik hacmi düşük ise sözkonusu eğim %4 e kadar çıkmaktadır. Daha yüksek eğimler havalandırma (CO, CO 2, NO 2, emisyonları vb.) ve görüş güvenliği açısından uygun değildir. Karayolu enkesiti günlük trafik hacmine sıkı sıkıya bağlıdır. Uzun tünellerde havalandırma ve yangın güvenliği projenin en önemli öğelerinin başında yer alır. Demiryolu Tünelleri: Demiryolu cer çekim parametresi açısından maksimum eğimler %1,2 dir. Bir ve iki hatlı hızlı tren projelerinde tünel enkesiti sırasıyla 50 m 2 ve (80 m m 2 ) dir. Metro Tünelleri: Hidrolik Güç ve Su Tünelleri Kanalizasyon Tünelleri Tünel enkesiti hatta, çalıştırılacak trenlerin maksimum kapasitesine tren ticari hızı, koltuk sayısı, konfor derecesi, araç sayısı, araç kapı sayıları ve genişlikleri, istasyon uzunluğu vs., tren dizilerinin takip aralıklarına, sinyalizasyon ve ücret toplama sistemlerine bağlıdır. Tek ve çift hatlı metro tünelleri için tipik bir en kesit 35 m 2 dir. Yangın güvenliği en üst düzeyde olmalıdır yılında Güney Kore de çıkan yangın sonucunda 168 can kaybı olmuştur. Güzergah geometrisi (yol eğimi, kurp yarıçapı) diğer tünellere nazaran daha esnektir. Genelde sağlam kayada açılırlar. Hidrolik güç tünel kesit alanları düşüm yüksekliği, su debisi ve enerji kayıpları gibi faktörlere bağlı olup, 10 m 2 30 m 2 arasındadır. Kesit alanı 10 m 2 dir. 10

11 TÜNEL PROJELERİNİN TEKNİK ÖZELLİKLERİ Projenin doğal risklerinin jeolojik/ hidrojeolojik/ sismik/ geoteknik özelliklerinin çok değişkenlik sergilemesi en üst düzeyde olması nedeniyle, diğer mühendislik projelerinden farklıdır. Bu risklerin en aza indirilmesi açısından çok özenle yapılmış ve yorumlanmış mühendislik jeolojisi/ jeofizik/ geoteknik araştırmalarına gereksinim vardır. Örneğin deniz altında yapılan projelerde bu tür araştırmaların maliyeti, proje yapım maliyetinin %6 sına kadar çıkmaktadır. Projenin ortaya koyduğu doğal ve geometrik verilere (kesit alanı, uzunluk, yol eğimi) uygun kazı/ iksa yönteminin (delme, patlatma, tünel açma makinesi vb.) seçilmesi gerekir. Proje derinliği sığ ( 3 tünel kazı çapı) ve yoğun yerleşim alanlarının altından geçiyorsa, bu husus bina çökme/ deplasmanları açısından daha da önem taşır. Alınan ek önlemler zemin ve kaya kütlesi iyileştirme çalışmaları projenin toplam maliyetini büyük ölçüde arttırır. Aktif fayların yakınından (5 20 km) geçirilen tünellerde özellikle sığ zemin tünellerinde deprem riski önemlidir. Buna karşın yaklaşık m den daha derin kaya kütlesi içinde açılan tünellerde deprem riski büyük ölçüde azalmaktadır. (Yapısal hasarlar kaya tünellerinde zemin tünellerine nazaran çok daha azdır). Tarihi kalıntıların bulunma olasılığı yüksek bölgelerde yapılacak tünel kazıları da projede dikkate alınması gereken önemli faktörlerinden biridir. 11

12 Devamıdır Tünel projesi sürdürülebilir çevre anlayışı ile uygun olmalıdır. Diğer kelimelerle birim kazı hacmi başına kullanılan enerji miktarı elverdiği ölçüde minimuma yaklaştırılmalıdır. Tünel kazısından çıkan malzemeler inşaat işlerinde beton agregası ve yol stabilizasyon malzemesi olarak kullanılma olanakları araştırılmalıdır. Genellikle tünel projelerinin ilk yatırım maliyetleri çok yüksektir. Örneğin büyük çaplı (D>10 m) tünel açma makineleri, makine türüne bağlı olarak aralığında değişen maliyeti vardır. Tünel proje maliyeti hassas biçimde günlük ilerleme hızı na bağlıdır. Artan ilerleme hızı projenin ekonomikliğini arttırır; birim maliyeti önemli ölçüde azaltır. Risklerin iyi öngörülememesinden kaynaklanan uzun süreli duraklamalar (göçükler, tünel makinesinin sıkışması, çatlak sisteminden gelen büyük debili su geliri vb.) düşük ilerleme hızları gibi tünel projesinin genel ekonomik başarımını olumsuz yönde etkiler. İşyeri güvenliği (su baskını, arın ve tavan göçükleri vb.) ve sağlığına (CO, CH 4, HS 2, No x emisyonları ve toz konsantrasyonu vb.) yönelik olarak alınan önlemlerinin uygulaması en üst düzeyde gerçekleştirilmelidir. Can kaybının sıfır olması temel hedef olmalıdır!!!. Kullanılacak donanımların karmaşık olması nedeniyle ekiplerin teknik bilgi ve görgüsü yüksek olmalıdır. 12

13 TÜNEL PROJESİNİN SAĞLADIĞI BELİRGİN YARARLARI VE SAKINCALARI YARARLARI SAKINCALI TARAFLAR Kimi proje koşullarında diğer alternatif projelere (karayolu, köprü, hemzemin geçit, aç kapa vb.) kıyasla ekonomik çözümler sunar. Gerek inşaatı, gerekse hizmet ömrü boyunca çevreye (görüntü, gürültü kirliliği, trafik yoğunluğu vb.) duyarlılık açısından çok uygundur. Tarihi kalıntılara hiç zarar vermez. Deprem ve bomba gibi dinamik/ darbe etkilerine karşı özellikle kaya tünelleri çok iyi yapısal dirence sahiptirler. Mühendislik tarihi gelişiminden bakıldığında tünel projeleri daima zoru başarmıştır. Teknoloji gelişimine katkı sağlamıştır. (2030 yılına kadar tüm jeolojik koşullara uyum sağlayan akıllı tünel makineleri inşaa edilecektir. Jeoloji ve hidrojeolojik koşulların iyice ortaya çıkartılmadan başlatılan projelerin ilerleme hızlarının çok düşük olması nedeniyle ekonomik olma özelliğini yitirebilirler. İşyeri güvenliği/ sağlığı açısından çok ciddi eksikliklerin bulunması durumunda, can kaybı/ yaralanma ile sonuçlanan kazalar gözlenebilir. (Tünel projelerinde de diğer inşaa yöntemlerinde olduğu gibi sıfır can kaybı hedef alınmalıdır). 13

14 Kentte Yeraltı Yapısının Çevre Bina Değerlerine Sağladığı Artışlar Kentsel cadde: Değerde azalma Yükseltilmiş cadde: Değerde artış Yeraltı yapısı: Kaynak: Chamley, P?, 14

15 0-180 m YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Kompleks bir jeolojik ortamda uzun bir tünel projesi başarı örneği: Dünyanın en uzun çift hatlı demiryolu tüneli Seikan Demiryolu Tüneli (*) / Tokyo Japonya Honshu Kıyısı m ,85 km 13,55 km 23,3 km 17 km Maksimum140 m Hokkaido Kıyısı 4.1m Servis 30 m Bağlantı km Ana tünel 9-12 m -300 Ana tünel En az 100 m Pilot Servis Ana tünel 5 m 15 m Pilot 1 m 15 m 11 m 300 m 23,3 km 4-22 m Kumlu silttaşı Şist Tüf-breş-çamurtaşı Tüf Andezit Bazalt Fay Değerlendirme Seikan / Japonya tünel örneğinde kullanılan pilot tünelin temel açılma felsefesi jeolojik riskleri önceden belirlemek ve nehir ve deniz altından gelen su gelirinin drenajının sağlanmasıdır. Servis ve ana tünel bağlantı yolları ise tünelin işletme süresi boyunca tamir, bakım ve yangın gibi beklenmeyen olaylar karşısında tünel güvenliği ni sağlamak için açılır. 5 m Pilot tünel: Çok uzun tünellerde jeolojik belirsizlikleri çıkarmak amacıyla açılan çok küçük açıklıklı tüneldir. (*) Tünel 1988 yılında servise açılmıştır. Tünel açılmadan önce toplam pompa debisi, Q= 32 m 3 /dak dır. Tünel servise açıldıktan sonra yıllar içinde Q değeri tedrici şekilde 25 m 3 /dak ya düşmüştür. Hokkaido güney batı açık denizinde oluşan deprem sonucunda sözkonusu debi 29 m 3 /dak ya yükselmiştir. (Kaynak: Ikuma, 2005). 15 Kaynak: Whittaker ve Frith, 1990.

16 m 3 /dak Seikan Tünelinde Pompalanan Su Debisinin Zamanla Değişimleri Hokkaido güney batı açık deniz depremi (Sismik yükleme nedeni ile depremden hemen sonra kayadaki çatlaklılık artışından dolayı su debisinde yaklaşık 3,5 m 3 /dak lık (5040 m 3 /gün) bir artış gözlenmiştir). Toplam pompa debisi (*) Zaman (*) Toplam debi ölçerlerin sayısı 27 adet olup, 16 tanesi ana tünelde, 5 tanesi servis tünelinde, 8 tanesi ise pilot tüneldedir. Kaynak: Ikuma M., vd.,

17 Yerüstü Yerüstü Çökmesi Çökme konturları Çökme etki alanı Tünel kaplaması Kaynak: Suwansawat, 2002 Kalkan Arın basıncının az yetersiz olmasından kaynaklanan arın göçüğü (Bkz. İzleyen fotoğraflara) Kaynak: Seidenfub, 2003, 18

18 Münih teki metro tünel açılması sırasında meydana gelen göçük, 2006 Arın göçük pasası + su geliri Kaynak: Seidenfub, 2003, 19

19 Münih teki metro tünel açılması sırasında meydana gelen yerüstü göçüğü, 2006 Yerüstünde ilerleyen arın+tavan göçük konturu Kaynak: Seidenfub, 2003, 20

20 Düşey enjeksiyon uygulaması (Yapı Merkezi İnşaat A.Ş. Taksim Kabataş Füniküler Projesi) ITA AITES Congress, 2005, İstanbul Kaynak: Aykar, E., Arıoğlu, B., Erdirik, N., A. Yüksel, Özbayır, T., Arıoğlu, Ergin, Yoldaş, R. 20

21 İlerleme Hızı/hafta (m) YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Kaya delme teknolojisinde ilerleme hızlarının yıllara göre değişimi İnşaat tünellerdeki ilerleme Elle delme Basınçlı hava ile delme Hidrolik deliciler ile delme Atlas Coppo kollu delme makineleri Tünel açma makinesi Maden tünellerindeki günümüzdeki ilerleme Pistonlu delme Elmas uçlu deliciler Kaldırma üniteli delici makineler Kaldırma üniteli delici makineler Kaldırma üniteli delici makineler Hidrolik delici Yangın/ su Ateş gücü Nitrogliserin Dinamit Bulamaç & Emisyon Yıl 1830: ilk defa basınçlı hava ile su basıncını ve su taşıyan akıcı zeminleri dengelemek amacıyla 1930 yılında patent alınmıştır. Kaynak: Suorineni vd., 2008 den değiştirilerek. 1869: Times nehri altında açılan Tower hill tünelinde ilk defa silindirik kalkan kullanılmıştır. 2,18 m çaplı tünelde günlük ilerleme 3 m/gündür. 1884: Hudson nehrinde açılan tünelde basınçlı hava yöntemi uygulanmıştır döneminde Alplerde Fransa ile İtalya arasında 13,7 km uzunluğunda ilk büyük Alp tüneli olarak çift hatlı demiryolu tüneli inşaa edilmiştir. Projenin maliyeti 3 Milyon Sterlin dir. Tünel yapımı sırasında 28 can kaybı olmuştur. 22

22 Tünel Çapı, D, m YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ D>10 m ( ) Döneminde TBM Tünel Çapının Gelişimi Zemin ve kaya kütlesi İstanbul karayolu tünel projesi, =13,70 m Kumtaşı, marn, mermer, kum Kum, kil, büyük boyutlu kil, silt, çakıl, farklı boyutlu kaya blokları Karışık zemin Trakya formasyonu (kumtaşı, çamurtaşı ve magmatik dayklar), kum ve silt çökelleri Herhangi bir bilgi yoktur Kaynak: Cascadia Center, Yıl 23

23 Ümmühan Ana İkiz Tünelleri (EPB-TBM) ve Avrasya Tüneli (Bentonit Bulamaçlı) karşılaştırması ÜMMÜHAN ANA İKİZ TÜNELLERİ AVRASYA TÜNELİ LOKASYON Basmane-Başlangıç Kuyusu / Konak Kuyusu Cankurtaran Selimiye ZEMİN TÜRÜ Kumlu çakıl / Silt / Kum / Kil Kaya 2364m; Zemin 752m; Geçiş Zonu ~224m ÖRTÜ DERİNLİĞİ 7m 13 m Maksimum: 62m deniz + 27m zemin (ortalama örtü ~41m) TOPLAM UZUNLUK 2779,5 m 3340 m TÜNEL KAZI ÇAPI 6,50 m 13,7 m İÇ ÇAP 5,70 m 12,0 m MAKİNA TÜRÜ Zemin dengeleme Bulamaç ZIRH/KALKAN UZUNLUĞU 7,3 m 13,7 m AĞIRLIK 325 t Servis üniteleriyle 477 t ~ 3300 t TOPLAM İTME KUVVETİ kn kn KESİCİ KAFA TORKU kn.m kn.m -nominal- ÇALIŞMA BASINCI Mak. 3 bar (Arın basıncı: 1,6 2,4 bar) 12.0 bar SEGMAN BOYUTLARI 30x120 cm, 6 adet+1 kilit taşı 60 x 200 cm, 8 adet + 1 kilit taşı İLERLEME HIZI 13,4 m/gün -4 tünel tüpünün ortalaması- Avrasya Tüneli Sunumları, Yapı Merkezi AR&GE, 2008, 2014, 2018 Kaynak: Arıoğlu, Ergin. Genel Ortalama 7,0 m/gün Ana Duraklamalar Hariç 9,1 m/gün 24

24 14,4 m YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Kayada çalışan Niagara Tünel Projesi dünyanın en büyük kazı çapına 14,44 m sahip TBM Kesici diskler Açıklık Ana taşıma ve kapama ünitesi 0 5 m 10 m 15 m 20 m 25 m Segment taşıma ünitesi Sondaj, araştırma ünitesi Hareketli platform Segment yükleyici Püskürtme beton robotu TBM operatör odası Çevirme temizleme ünitesi Yanal kalkan Üretim yılı: 2006 Disk kesici sayısı: 85 Diske etki eden normal kuvvet : 39 t/kesici; işletme kapasitesi: 55 t/kesici Keski kafa gücü: 6330 HP Dönüş hızı: 0 5 dönüş/dakika Döndürme momenti: knm (0 2,4 dönüş/dak; 9025 kn.m (5 dönüş/dak) Kesici kafa itme basıncı: 275,7 bar maksimum işletme basıncı 310 bar Hidrolik iticilerin maksimum stroku: 1.72 m, İksa: genellikle çelik hasır + püskürtme beton kaplama + tavan saplama (2,4-6 m uzunluk)+çelik profil Nakil ünitesi konveyör genişliği m, TBM ağırlığı: 1100 t delme ünitesi hariç Kazılan kaya türü ve tek eksenli basınç dayanımı sağlam numune : Kumtaşı, şist, çamurtaşı; b = MPa Şekil Kesici kafanın ön, yandan görünüşleri ve kimi teknik bilgiler Kaynak:Harding, D., 2007, 25

25 Devamıdır Kesici diskler Yanal kalkan Kesici diskler Hareketli platform Kesici kafa Açıklık Şekil Niagara tünel projesinde kullanılan kayada dünyanın en büyük kazı çapına - 14,44 m sahip TBM den çeşitli görüntüler Kaynak: Peacock, J., 2008, 26

26 Bulamaç / Hidro Karışık Kalkan Tünel Makinesi Zemin/ Kaya kütlesi Kesici kafa 2. Basınçlı hava 3. Bulamaç (bentonit)karışımı 4. Tahrik ünitesi 5. Kırıcı ünite 6. Hidrolik iticiler 7. Kesici kafanın rutin tamir/ bakımı için giriş bölümü 8. İksa elemanı - segment 9. Segment yerleştiricisi 10. Segment konveyörü 11. Pasa hidrolik nakil borusu Kaynak: Zhao, J., Lozan Üniversitesi tünel ders notları, 2008, 27

27 TÜNEL AÇMA MALİYETİNİN HESAPLANMASI Ana Özellikler: Tünel projelerinin ilk yatırım maliyeti yüksektir (yapılan jeolojik, jeofizik, geoteknik laboratuvar ve arazi çalışmaları, tasarım maliyeti, tünel açma makinaları alımı, paşanın nakli için alınan bant ve demiryolu gibi ekipmanların alımı için yatırım). Uzun, geniş kesitli tünel projelerinde genellikle "mekanizasyon" düzeyi çok yüksektir. Tüm inşaatlara kıyasla tünellerde çalışan teknik personelin ücretleri daha yüksektir. Birim Tünel Uzunluğu Bazında Maliyet Hesaplaması: Toplam Maliyet M = M (a,f) + M (i+b) [$/m] İlk Yatırımın "Amortisman + Faiz" Şarjı Y = ilk yatırım tutarı ($) i = yatırım harcaması için temin edilen kredinin faiz haddi -ondalıklı- M (a,f) = Y i 1 + i n 1 + i n 1 [$/yıl] n= proje inşaat süresi (yıl) -temin edilen kredinin ödeme süresi- 14

28 TÜNEL AÇMA MALİYETİNİN HESAPLANMASI Bir yılda açılan tünel uzunluğu L t (m/yıl) ise birim tünel uzunluğu başına yapılan "amortisman + faiz" giderinin şarjı (m a,f ) şu şekilde hesaplanabilir: m a,f M a,f L t [$/m] Tünelin "kazı + taşıma + iksa + havalandırma" işlemlerinin "işletme ve bakım" giderleri (teknik personel ve işçi ödemeleri + malzeme alımları + ekipmanların tamir-bakımları için yapılan harcamaları içerir) Bu maliyet kalemi tünel projesi sırasında yapılacak tüm masrafların toplamından oluşmaktadır. Yıllık bazda bu değer: M i+b = M k + M t + M i + M h + [$/yıl] olmaktadır. M k, M t, M i, M h ise kazı, taşıma, iksa ve havalandırma gibi ana işlemlerde yapılan "işletme + bakım" masraflarını ifade etmektedir. Bu harcama kalemlerine ait birim tünel uzunluğu başına şarjı ise aşağıdaki gibi yazılabilir: m i+b = M i+b L t [$/m] 15

29 Geleneksel ve karışık metro tünelleri için birim maliyet in çok değişkenli regresyon ifadeleri Uygulama Kazı Tipi Veri Sayısı Metro Geleneksel Metro Karışık (klasik + mekanize) R Not: D = kazı çapı (m), R = korelasyon katsayısı, k$= 1000$ Kaynak: Rostami ve diğ., 2013 En Yüksek Korelasyon Katsayılı Regresyon İfadesi Birim maliyet (k$/m)= D Maliyet(M$) = 10 Birim maliyet (k$/m)= 20.1 exp D Maliyet (M$) = 10 ( log (uzunluk)(km) log (çap) (m)) ( log (uzunluk) (km) log (çap) (m)) Sert kaya ve yumuşak zemin mekanize metro tünelleri için birim maliyet in çok değişkenli regresyon ifadeleri Uygulama Kazı Tipi Veri Sayısı Metro Metro Sert kaya mekanize Yumuşak zemin mekanize R En Yüksek Korelasyon Katsayılı Regresyon İfadesi Birim maliyet (k$/m)= exp D Maliyet(M$) = (uzunluk)(km) (çap)(m)) Birim maliyet (k$/m) =30.84 exp 0.112D Maliyet (M$) = 10 ( log (uzunluk)(km) log (çap)(m)) Not: D = kazı çapı (m), R = korelasyon katsayısı, k$= 1000$ Kaynak: Rostami ve diğ.,

30 Birim maliyet (Kasım 2008) (K$/m) YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Sert kayada mekanize olmuş metro tünelleri Yumuşak zeminde mekanize olmuş metro tünelleri Sert kayada mekanize olmuş metro tünelleri fit edilen eğrisi Yumuşak zeminde mekanize olmuş metro tünelleri fit edilen eğrisi Devam ediyor Çap (m) Not: k$= 1000$ Kaynak: Rostami ve diğ., 2013 Klasik madencilik yöntemiyle açılmış (10 12 m eşdeğer kazı çaplı) Karayolu Tünellerinin yapım (Kazı + geçici iksa) maliyetleri şöyledir (Paraskevopoulou ve Benardos, 2013): m (k+i) = exp( GSI) ( /m) (5 < GSI< 65) m (k+i) = exp( GSI) ( /m 3 ) (5 < GSI< 65) Tüneller Yunanistan da açılmış olup, maliyetler 2011 fiyat düzeyi için geçerlidir. Pratik Sonuçlar: o Maliyeti denetleyen temel değişken, tünelin geçtiği formasyonun kaya kütle kalitesidir Jeolojik Dayanım Indeksi- (GSI). Zemin davranışı gösteren çok çatlaklı, zayıf dayanımlı ayrışmış kaya birimlerinde GSI<15 (kazı + geçici iksa) şarjı çok yüksektir. Buna karşın; büyük GSI değerlerinde, diğer deyişle, göreceli olarak daha az çatlaklı, az / hiç ayrışmamış kaya kütlelerinde ise söz konusu maliyet belirgin ölçüde azalmaktadır. 30

31 Birim Tünel Maliyeti, M; $/m YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Tünel Makinesi ile (Delme + Patlatma) Kazı Yönteminin Ekonomikliği Tünel makinesi ile kazı: M m = f(kesit alanı, keski tüketimi, iksa türü, pasa nakliyat şekli demiryolu, konveyör, hidrolik, enerji tüketimi vb.) Delme+Patlama ile kazı: M (d+p) =f(kesit alanı, delme makinesi, delik çapı ve uzunluğu, patlayıcı madde türü, iksa yoğunluğu, pasa nakliye şekli vb.) Kritik nokta (başabaş noktası) Bugünün teknolojisinde limit 310 m 2 kazı alanı makine ile? İlerleme Miktarı, m/gün Değerlendirme Notu: M m M (d+p) olduğu bölgede tünel makinesi yle kazı uygundur. (Ekonomiklik daha ziyade uzun tünel projelerinde L>1000, 1500 m ve ilerleme hızı nın 5 m/gün den büyük olma durumlarında gerçekleşmektedir. Şekil ölçeksizdir. 28

32 BAZI TÜNEL PROJE ÖRNEKLERİ 29

33 İstanbul da çeşitli metro projelerinde çalıştırılan tünel açma makinelerine ait mühendislik bilgileri Proje Metro tüneli Metro tüneli Metro tüneli Metro tüneli TBM kesici kafası Hat Kozyatağı - Kadıköy Otogar - Kirazlı Başakşehir - ikitelli Müteahhit Yapı Merkezi, Yüksel, Doğuş, Yenigün, Belen Marmaray: Ayrılık Çeşme - Üsküdar Gülermak - Doğuş Gülermak - Doğuş Taisei - Gama - Nurol Jeoloji Kartal formasyonu Güngören formasyonu Güngörenformasyonu Trakya formasyonu TBM üreticisi 2 Herrenknecht (S360&S363) Açık mod+ EPB Herrenknecht +Lovat EPB 2 Lovat (RME & RME ) 2 Hitachi Zozem (aktif) 2 Hitachi Zozem (beklemede) TBM çapı, m 6,57 6,5; 6,5 6,5; 6,5 7,85 TBM toplam gücü, kw ; ; TBM kesici kafa gücü, kw ; ; TBM dönme momenti, knm 5200 at 1,6 rpm 1515 at 5,5 rpm i 4350; ,5 rpm (*) ; 1,95 rpm 4400; ,7 rpm; 2,1 rpm ,9 rpm için TBM Maksimum itme gücü, kn ; En iyi günlük ilerleme, m 19,6; 16,6 24; 25 24; 29 13,7; 15 En iyi haftalık ilerleme, m 102; ; ; 63 En iyi aylıkilerleme, m 363; ; ; ; 240 Ortalama günlük ilerleme, m -Ana durmaları içeren - Ortalama günlük ilerleme, m - Ana durmaları içermeyen- 5,3; 6,1 5,4; 5, ,2; 7,7 11,3; 11,1 - - (*) rpm= Dakikadaki devir sayısı Kaynak: Seven ve Bilgin,

34 Başarılı bir denizaltı tünel örneği: Melen Projesi Tünel kazı çapı, D= 6,15 m; Tünel uzunluğu, L= 5,5 km Anadolu Yakası Avrupa Yakası Kaynak: Gerek, C., vd., 2010 TÜNEL DELME MAKİNESİ İLE AÇILAN KISIM DEL PATLAT YÖNTEMİ İLE AÇILAN KISIM 34

35 Derinlik, m YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Melen Projesine ait Jeolojik Projili: Güneybatı Kuzeydoğu Batı-Güneybatı Doğu - Kuzeydoğu Denizel alüvyon Kaya formasyonları (*) Tünel (*) Tünelin üzerinde kalan kesimin yaklaşık ilk 30 metresinde denizel alüvyon, geri kalan yaklaşık metresinde ağırlıklı olarak ayrışmamış az ayrışmış, ardalanmalı kireçtaşı, kumtaşı ve çamurtaşı tabakaları ile yer yer diyabaz dayklarına rastlanmıştır.avrupa yakasında Devoniyen yaşlı ayrışmamış/ az ayrışmış ardalanmalı kumtaşı, kireçtaşı ve çamurtaşı tabakaları (Kartal Formasyonu), Asya yakasında ise Devoniyen Siluriyen yaşlı kireçtaşları (İstinye Formasyonu) yer almaktadır. Kaynak: Gerek, C., vd.,

36 Başarılı bir denizaltı tünel örneği: Marmaray Projesi Tünel kazı çapı, D= 6,5 m; Tünel uzunluğu, L= 13,56 km Kaynak: Akay, G., 2010

37 Marmaray Projesi kapsamında Avrupa yakasında yapılan klasik madencilik yöntemi uygulaması Üst galeri Orta kazı kademesi Taban Kaynak: Akay, G., 2010

38 Manş Kanalı Demiryolu Tüneli ( ) İNGİLTERE İNGİLTERE Castle Hill Shakespeare Yamacı FRANSA Üst ve orta tebeşir kaya birimi Yan geçiş Alterasyon Sınırı Yan geçiş Sangatte Gault kili Alt Tebeşir Cheriton Folkstone Dover Shakespeare Cliff Tünel bağlantısı Yeşil kum Tebeşir Marn 9,3 km 37 km 3,7 km Dover straits Sargate Calais Frethun Beton kılıf Güvenlik kapısı Ara geçit FRANSA 7,3 m iç çapında demiryolu tüneli 4,5 m iç çapında servis tüneli 7,3 m iç çapında demiryolu tüneli Bilgi Notu: Dünyanın en uzun denizaltı tüneli olup (toplam uzunluk 50,4 km ve deniz altı uzunluğu ise 38 km), Avrupa nın inşaat mühendisliği projeleri arasında en büyük proje olup, maliyeti 9 Milyar Sterlin dir. Kaynak: Kuesel, 1986; Toğrol ve Çinicioğlu, 1991) 38

39 Avrasya Tüneli Projesi (Yapı Merkezi İnşaat A.Ş.) Plan Boy-Kesit (kazı öncesi) Boy-Kesit (kazı öncesi) Kaynak: Yapı Merkezi AR-GE Bölümü (2018) 39

40 Avrasya Tüneli Kesiti Segmentler (1) Alt Tabliye (2) Kaynak: Yapı Merkezi Görsel İletişim Bölümü ve AR-GE Bölümü (2018) Üst Tabliye (3) Havalandırma (4) Sinyalizasyon (5) Işıklandırma (6) Kamera Sistemi (7) Acil Müdahale Kutuları (8) Bazı Ölçüler Tünel Kazı Çapı = 13.7m Tünel İç Çapı = 12.0m Segment Kalınlığı : 60 cm Üst tabliye kalınlığı : 36 cm Alt tabliye kalınlığı : 50 cm Üst kat yüksekliği : 500 cm Alt kat yüksekliği : 400 cm 40

41 Tünel plan ve boykesiti (Yapı Merkezi İnşaat A.Ş. Taksim Kabataş Füniküler Projesi) ITA AITES Congress, 2005, İstanbul Kaynak: Aykar, E., Arıoğlu, B. Erdirik, N., A. Yüksel, Özbayır, T., Arıoğlu, Ergin, Yoldaş, R. 41

42 Tünel jeolojik kesiti(yapı Merkezi İnşaat A.Ş. Taksim Kabataş Füniküler Projesi) ITA AITES Congress, 2005, İstanbul Kaynak: Aykar, E., Arıoğlu, B., Erdirik, N., A. Yüksel, Özbayır, T., Arıoğlu, Ergin, Yoldaş, R. 42

43 Kaynak: Yapı Merkezi, Mühendislik ve Tasarım Bölümü, Yapı Merkezi Arşivi, Çamlıca, İstanbul. 43

44 Kaynak: Yapı Merkezi, Mühendislik ve Tasarım Bölümü, Yapı Merkezi Arşivi, Çamlıca, İstanbul. 44

45 Kaynak: Yapı Merkezi, Mühendislik ve Tasarım Bölümü, Yapı Merkezi Arşivi, Çamlıca, İstanbul. 45

46 Kabataş girişinde Tip A3 desteklemesinde şemsiye bulonu (Umbrella Arch) Uygulaması (Yapı Merkezi İnşaat A.Ş. Taksim Kabataş Füniküler Projesi) Yapı Temeli Ulaşımda Yeraltı Kazıları II. Sempozyumu, 2007 İstanbul Teknik Üniversitesi, Maden Fakültesi, İSTANBUL Kaynak: Yüksel, A., Arıoğlu, Ergin. 46

47 Kabataş girişinde Tip A3 desteklemesinde şemsiye bulonu (Umbrella Arch) Uygulaması (Yapı Merkezi İnşaat A.Ş. Taksim Kabataş Füniküler Projesi) Ön süren boru Yapı Temeli Ulaşımda Yeraltı Kazıları II. Sempozyumu, 2007 İstanbul Teknik Üniversitesi, Maden Fakültesi, İSTANBUL 47 Kaynak: Arıoğlu, B., Yüksel, A., Arıoğlu, Ergin., 2002; Yapı Merkezi Arşivi, Çamlıca, İstanbul.

48 Nene Hatun Tüneli Kazı Destekleme Sistemi (Yapı Merkezi İnşaat A.Ş. İzmir Metro Projesi Nenehatun Tüneli) ECAS2002 Uluslararası Yapı ve Deprem Mühendisliği Sempozyumu, 14 Ekim 2002, Orta Doğu Teknik Üniversitesi Kaynak: Arıoğlu, B., Yüksel, A., Arıoğlu, Ergin., 2002; Yapı Merkezi Arşivi, Çamlıca, İstanbul. 48

49 Bolu karayolu tünel projesinde sıkışma ve taban kabarması gözlenen zonlarda uygulanan iksa birimleri: Püskürtme beton kaplaması (d s = 40 cm) Beton kaplama (B40, d= 50 cm) İç beton kaplama (d= 60 cm) Tünel Bilgileri: Sağ tüp uzunluğu: 3,236 km Sol tüp uzunluğu: 3,287 km Enkesit alanı: m 2 Tüpler arasındaki kaya topuk genişliği: 40 m Maksimum örtü derinliği: 250 m Kaynak: Geoconsult, 1998b; Dalgıç, 2002). 49

50 Kollu Kazıcı ile İstasyon Tünelinde Kazı İşlemi (Yapı Merkezi İnşaat A.Ş. İzmir Metro Projesi Nenehatun Tüneli) Westfalia WAV 178/300 Kollu Kazıcı ECAS2002 Uluslararası Yapı ve Deprem Mühendisliği Sempozyumu, 14 Ekim 2002, Orta Doğu Teknik Üniversitesi Kaynak: Arıoğlu, B., Yüksel, A., Arıoğlu, Ergin., 2002; Yapı Merkezi Arşivi, Çamlıca, İstanbul. 50

51 Üst Yarıda Destekleme İşlemi (Yapı Merkezi İnşaat A.Ş. İzmir Metro Projesi Nenehatun Tüneli) Kaya Civatası Taze Püskürtme Beton Yüzeyi Çelik Hasır Kaya Civatası Çelik Kafes İksa Hidrolik Kaldırma Platformu Üst Yarı Alt Yarı ECAS2002 Uluslararası Yapı ve Deprem Mühendisliği Sempozyumu, 14 Ekim 2002, Orta Doğu Teknik Üniversitesi Kaynak: Arıoğlu, B., Yüksel, A., Arıoğlu, Ergin., 2002; Yapı Merkezi Arşivi, Çamlıca, İstanbul. 51

52 Alt Yarı Kazısı ve Desteklemesi (Yapı Merkezi İnşaat A.Ş. İzmir Metro Projesi Nenehatun Tüneli) Geçici iksa: Püskürtme beton kaplama+kaya saplamaları Üst Yarı (~35 m 2 ) Alt Yarı (~31 m 2 ) ECAS2002 Uluslararası Yapı ve Deprem Mühendisliği Sempozyumu, 14 Ekim 2002, Orta Doğu Teknik Üniversitesi Kaynak: Arıoğlu, B., Yüksel, A., Arıoğlu, Ergin., 2002; Yapı Merkezi Arşivi, Çamlıca, İstanbul. 52