Tüneller Yrd. Doç. Dr. Sercan SERİN

Transkript

1 Ulaştırma Yapıları Dersi Tüneller Yrd. Doç. Dr. Sercan SERİN

2 Giriş Günümüzde tüneller araba ve trenler için mesafeleri kısaltıcı alanlar oluşturmakta, su ve kanalizasyon atıklarının uygun bölgelere gönderilmesinde hatta güç (elektrik, telefon, doğalgaz) ve iletişim yollarının oluşturulmasında kullanılmaktadır. Günümüzde dağların içinden geçen tüneller ile okyanusun altında uzanan tüneller yapmak ve kullanmak güvenilir hale gelmiştir. Fakat tünel yapma tekniklerinde ilerlemek ve bugünkü koşullara ulaşmak, mükemmel yapıya sahip tüneller kazmak mühendislerin uzun yıllarını almıştır.

3

4 Giriş Araba ve tren kullanımı başlamadan önce tüneller sadece suyun taşınmasında kullanılmaktaydı Romalı mühendisler eski çağlarda dünyanın en yaygın tünel ağını oluşturmuşlardır. Romalılar aqueducts diye adlandırılan eğimli yapıya sahip tüneller inşa etmişlerdir. Bu sayede bahar aylarında dağlardan gelen suları şehirlere ve köylere nakletmişlerdir. Romalılar yerin altını daire biçiminde oyarak ve yer üstünde zarif kemer yapılar yapmak suretiyle yalnız temiz suyu şehir ve köylere getirmekle kalmamış aynı sistemi kullanarak atık suları da şehir ve köylerden tasfiye etmek için kullanmışlardır. 17. yüzyılda meydana getirilmiş (açılmış) tüneller sadece kanal vazifesi görmek amacıyla yapılmışlardır.

5

6 Giriş Eski zamanlarda ham maddeleri şehirlere nakletmek için kara ve tren yolu olmadığı için uzun mesafeler arasında sıvı halde bulunan hammaddelerin taşınması işinde su karayolları en iyi yol olarak kabul görmüş ve kullanılmıştır. Tren ve arabaların büyük ölçüde yaygınlaşmasıyla birlikte tünel inşasında da gelişmeler meydana gelmiştir.

7

8 Giriş 19 ve 20. yüzyıl boyunca tren yolu ağının ve motorlu taşıtların (nakliye taşıtlarının) gelişmesi daha büyük daha iyi ve daha uzun tünellerin yapılmasına yol açmıştır. Günümüzde kullanılan son tünel yapım teknolojisiyle birlikte mühendisler dağları delebilmekte, nehirlerin altından geçen geçitler oluşturabilmektedirler. Mühendisler tünel kazmaya başlamadan önce tünel açılacak sahadaki toprağın ve kayaların özelliklerini analiz etmek ve anlamak için küçük çaplı, deneme amaçlı testler yaparlar.

9

10

11 Tünel Tipleri ve Özellikleri

12 Tünel açma metodları: Tünelin açılacağı bölgede ilk yapılacak işlem toprak yapısının jeolojik yönden incelenmesi ve toprak katmanlarının yapıları hakkında bilgi toplamaktır. Toprak yapısına bağlı olarak çeşitli işlemler seçilerek tatbik edilir. Tatbik edilen bu metotların arazi yapısına göre çeşitli isimleri vardır.

13 Tünel Kazı Yöntemleri Tüneller genellikle üç yöntemle açılır. 1. Aç-Kapa 2. Delme ve Patlatma 3. Makine ile Tünel Açma 1. Aç-Kapa Tünel Açma Yöntemi Genellikle metro tünelleri, güzergah itibariyle ana yolların altından geçebildiği gibi yüzeye yakın kısımların altından da geçebilmektedir.

14

15 2. Delme ve Patlatma Yöntemi ile Tünel Açımı Modern mekanize tünel açımında, delme patlatma yöntemi ile ilk aşamada kayaç delinir. Kuyular ve delikler aynı zamanda kaya bulonları içinde ayrıca açılabilir. Açılan deliklere önceden belirlenmiş cins ve miktarda patlayıcı madde doldurulur. Patlatma işlemi, kurulan ateşleme mekanizması ile patlatma yapılarak tamamlanır. Duman ve tozun dağılmasından sonra tavan temizlenerek aynaya ulaşılır. Pasa alınarak püskürtme beton aynaya kadar yapılır.

16

17 Delme-patlatma yöntemi ile tünel açmanın avantajları: Uzun yıllardır uygulanıyor olmasının verdiği tecrübe, Gerekli ilk malzemenin ve teçhizatının ucuzluğu, Her türlü kaya şartlarında uygulanabilmesidir. Delme ve patlatma yöntemi ile tünel açmanın dezavantajları: Uzun zaman alır ve ilerleme yavaş olur. Aşırı sökülmenin önüne geçilemediğinden tünel çapını ve şeklini korumak hemen hemen imkansızdır. Ne kadar hassasiyet gösterilirse gösterilsin, patlamanın sebep olduğu gevşemelerden kaçınılmaz.

18 3. Makine ile Kazı Tünel kazı makineleri ile yapılan tünel kazısı, patlamaya oranla daha az yıkıcı ve bozucu olduğundan daha duyarlı tüneller içindir Tam Kesit Kazı Makineleri Farklı tünel şartlarında ekonomik olarak kazı yapabilmektedir. Fakat bu makinelerin satın alınması, çalışacak sahaya getirilmesi ve kurulması pahalıdır. Tam kesit Tunnel Boring Machine (TBM) in fiyatı tünel çapıyla orantılı olarak artmaktadır. Eğer tünel zemin koşulları sıkça değişiyorsa patlatma, makine kazısına oranla daha ekonomik bir yöntem olur.

19 AVRASYA TÜNELİ Yıldırım Bayezid adı verilen tünel açma makinesi, Almanya'da özel olarak üretildi. Deniz tabanı altında yapılan kazı çalışmaları, bu projeye özel olarak tasarlanan Tünel Açma Makinesi (Tunnel Boring Machine-TBM) ile gerçekleştirildi. Herrenknect tarafından Almanya'da üretilen TBM'nin montaj işlemleri Türkiye'de gerçekleştirildi. Anadolu yakasında çalışmaya başlayan Tünel Açma Makinesi, deniz tabanının yaklaşık 25 metre altından toprağı kazarak ve iç çeperleri oluşturarak ilerliyor. Günlük ilerleme hızı ise ortalama 8-10 metre. TBM, bentonit bulamacı kullanan tünel açma makineleri arasında 11 bar arın basıncı ile dünyada 2. sırada, 13,7 metre kazı çapı ile dünyada 6. sırada yer alıyor.

20 3.1.(1). Kayada Tam Kesit Tünel Açma Makineleri ile Tünel Açımı Bir tam kesit tünel açma makinesi, ön yüzeyinin çeşitli cins ve sayıda kesicilerin yerleştirilmiş olduğu dönen bir kafa ile içinde gerekli cihazların ve kumanda bölümünün bulunduğu silindirik bir gövdeden ibarettir.

21 3.1.(2). Yumuşak Zeminlerde Tam Kesit Tünel Açma Makineleri ile Tünel Açma Yumuşak zeminlerde kullanılan tam kesit tünel açma makinelerinden en yaygın olarak kullanılanı dönen tekerlekli kalkan makinesidir. Bu makinelerde kalkanın ön yüzeyinde, kesiciler yerleştirilmiş dönen bir tekerlek bulunur. Çapları 1-8 m arasında değişmektedir.

22 3.2. Yarım Kesit Kazı Makineleri Yarım kesit tünel açma makineleri kaynanın bir kısmını kazarlar. Manevra kabiliyetleri daha fazladır. Belirli lokasyonlarda sınırlı sürülme uzaklıklarında kolayca tünel içinde sokulabilir ve patlama için emniyet arz edecek bir mesafeye çekilebilirler. Yarım Kesit Tünel Açımı Roadheaders Aksiyal Dönme Eksenli Roadheader

23 Tünel Açma Yöntemleri Tünel açma yöntemleri parça ve tam kesit yöntemleri olarak iki bölümde incelenmektedir. Yalnız Yeni Avusturya Tünel Açma Yöntemi, tünel açma çalışmalarında büyük bir gelişmeye yol açtığından ayrı bir bölüm olarak incelenmektedir Parçalı Kesit Yöntemleri Parçalı kesit yöntemlerinde ilk önce nakliye amacıyla tavan ve taban galerileri sürülmekte, daha sonra diğer parçalar pano halinde alınmaktadır. Bu bölüme giren başlıca yöntemler aşağıda özetlenmiştir. 1. Alman Yöntemi 2. Belçika Yöntemi 3. Eski / Yeni Avusturya Yöntemi 4. İngiliz Yöntemi 5. İsviçre Yöntemi 6. İtalyan Yöntemi

24 Yeni Avusturya Tünel Açma Yöntemi

25 Yumuşak toprak(kumlu) zeminlerde inşa edilen tüneller Yumuşak zemin tüneller tipik olarak sığ, derine inmeden inşa edilen tünellerdir. Bu tür tüneller genellikle temiz ve pis su şebekesi ile yer altı metro inşaatlarında kullanılmaktadır. Bu tüneller yeryüzüne yakın noktalarda ve fazla derine inilmeden inşa edilen tünellerdir. Bunun nedeni ise toprağın yumuşak ve kaymaya meyilli olmasıdır. İnşaat sırasında tunnel shield adı verilen elemanlar kullanılarak tünelin çökmesi engellenmektedir.

26 Yumuşak toprak(kumlu) zeminlerde inşa edilen tüneller

27 Yumuşak toprak(kumlu) zeminlerde inşa edilen tüneller Yumuşak Zemin Tünelleri Kuvvetleri Ağır ve ıslak (yaş) toprak tünelin her noktasına baskı yapar. Tünelin duvarları toprak tarafından sıkıştırılmak suretiyle belirli bir yüklemeye maruz kalır.

28 Kayalar delinerek oluşturulan tüneller (kaya tünelleri) Kayaların oyulması suretiyle oluşturulan bu tünellerde inşaat devam ederken ekstradan bir destekleme sistemine gerek duyulmaz kayalar delinerek karayolu ve demiryolu ağı oluşturulabilir. Eskiden mühendisler kayaları delmek için dinamit kullanmışlardır. Günümüzde ise tünel delme makinesi olarak adlandırılan muazzam büyüklükte ve sağlamlıkta olan tünel delme makineleri kullanılmaktadır.

29 Kayalar delinerek oluşturulan tüneller (kaya tünelleri)

30 Kayalar delinerek oluşturulan tüneller (kaya tünelleri) Kaya duvarlar çok yoğundur ve kendi yüklerini taşıyabilirler kayaların bazı kısımları daha az yoğunluktaki kayaçlardan meydana gelmiş olabilir. Bu kısımlarda gevşek toprak ve kayaçlar tünele baskı yapabilirler.

31 Kayalar delinerek oluşturulan tüneller (kaya tünelleri)

32 Su altı tünelleri Su altı tünellerinin inşası özel ustalık isteyen bir iştir. Tünel inşa edilirken suyun inşaat sahasından uzak tutulması gereklidir. Önceleri mühendisler basınçlı kazıcılar(deliciler) kullanarak suyun tünele dolmasını engellemekteydiler bugün ise tünel parçaları önceden hazırlanmakta su yüzeyinde yüzdürülerek istenen noktaya getirilmekte, batırılmakta ve parçalar birbirlerine monte edilmektedir.

33 Su altı tünelleri

34 Su altı tünelleri Su tünelin her tarafında itme yaparak tünele basınç uygular. Tünel duvarları su tarafından sıkıştırılır.

35 Tünel kazmak zor ve tehlikeli bir iştir. Eski zamanlardan beri kazıcılar dağları delmek için çeşitli tipte aletler kullanmışlardır. Öncelikle uygun bir bölge seçilir, sonra bir tünel kazma tekniği seçilir ve son olarak bir mil tüneli kazmak için ne kadar süre gerektiği hesaplanır. Kazıcı aletler çok sağlam, güvenilir ve kazı yaparken herhangi bir kaymayı önleyebilecek yetenekteki aletlerdir. Kazı yapılırken daima beklenmedik zorluklarla karşılaşılır. Bu nedenle risk almak kaçınılmazdır.

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51 Başarılı tünel projesi aşağıdaki hususları eksiksiz sağlamalıdır. Tünel kazı ve nihai iksaları tüm stabilite isteklerini yerine getirecektir. Tünel ilerleme hızı güncel teknolojinin limitleri içinde olacaktır. Öngörülen zaman/ bütçe programlarına uyumlu olacaktır. Proje boyunca yerli mühendislik/ tünel teknoloji olanakları en üst düzeyde kullanılacaktır. Projede sıfır can kaybı esas alınacaktır. Proje kapsamında gözetilen kalite anlayışı tünel hizmet süresi boyunca (onarım + bakım) masraflarını minimize etmelidir. Projede geri kazanım malzeme kullanım oranı yüksek olmalıdır.

52 Başarılı bir tünel yapmanın üç temel aşaması(adımı) vardır Bugün mühendisler sağlam ve kalıcı bir tünel yapmak için gerekli üç temel aşamayı bilmektedirler. Birinci adım kazı ve hafriyat; mühendisler güvenilir ve teknik aletlerle kazı işlerini yapmaktadırlar, İkinci adım ise, kazılan tünelin kazı aşamasında herhangi bir çökmeye uğramaması için destekleme sisteminin oluşturulmasıdır. En son aşama ise astarlama işlemleridir. Bu aşamada tünelde bulunması gereken yol levhasının yapımı, ışıklandırma ve havalandırma gibi işlemler gerçekleştirilir.

53 HAVALANDIRMANIN AMAÇLARI Tünel kazılarında yapılan havalandırmanın ana amaçları şunlardır: Arında çalışan işçilere gerekli temiz hava iş yerinde havanın oksijen konsantrasyonu %20 nin altında olmalıdır ihtiyacını sağlamak Ateşleme patlatma işlemi sonucunda meydana gelen zehirli gazları güvenlik önergelerinde izin verilen oranlara indirmek Gerek ateşleme gerekse kuru yöntemle üretilen püskürtme beton uygulamalarında oluşan tozları (Portland çimento, agrega tozları, mineral tozları) güvenlik yörengelerinde belirtilen sınırlara indirmek Tünellerde çalışan düzenli araçların (pasa kamyonu, lokomotif, jeneratörler vb.) (CO, CO2) emisyonlarını istenen düzeylere azaltmak.

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71