Uluabat Kuvvet Tüneli Projesindeki Segment Üretimi

Transkript

1 Uluabat Kuvvet Tüneli Projesindeki Segment Üretimi Mustafa Erdoğan Bursa Beton Sanayi ve Ticaret A.Ş. Ulu Cadde No: 20 Osmangazi / Bursa Tel: (224) E-Posta: m.erdogan@bursabeton.com.tr Çağlar Dinç Bursa Beton Sanayi ve Ticaret A.Ş. Görükle Hazır Beton Tesisi Bursa İzmir yolu 20. km. Görükle / Bursa Tel: (224) E-Posta: c.dinc@bursabeton.com.tr Serpil Ulu Bursa Beton Sanayi ve Ticaret A.Ş. Kalite Kontrol ve Ar-Ge Laboratuvarı Bursa İzmir yolu 20. km. Görükle / Bursa Tel: (224) E-Posta: s.ulu@bursabeton.com.tr Öz Çınarcık Barajı ve Uluabat Kuvvet Tüneli projesi Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu nca (EPDK) Özel sektör tarafından aynı kaynak üzerinde inşa edilmek üzere geliştirilen HES projelerinden biri olup, ihalesi tarihinde yapılmıştır. Proje kapsamında 2x50 MW gücünde kurulu bir hidroelektrik santrali ve beraberinde m uzunluğunda ve 4m iç çapa sahip bir tünel, derinliği 86m olan bir dengeleme bacası ayrıca 65m uzunluğunda iki adet dengeleme tüneli bulunmaktadır. Bu çalışmada; kuvvet tüneli içerisine montajı yapılan beton segmentler üzerinde hem laboratuvar ortamında hem de endüstriyel anlamda üretilen betonun mekanik özellikleri ile tünel güzergâhındaki zeminin kimyasal ve fiziksel özelliklerine göre müteahhit firma tarafından talep edilen betondaki geçirimsizlik kriteri irdelenmiştir. Ayrıca bu çalışmada, segmentteki donatı sıklığı nedeni ile betonun uygun kıvamda yerleştirilmesi ve kalıptan erken alınmasına yönelik yapılan uygulamalara ait deneysel çalışmalara yer verilmektedir. Anahtar Sözcükler: Kuvvet tüneli, Segment, Donatı, Erken dayanım. 243

2 Giriş Uluabat Kuvvet Tüneli ve Hidroelektrik Santrali, Bursa şehir merkezi nin 55 km güneybatısında Mustafa Kemal Paşa ilçesinin en önemli kollarından olan Orhaneli Çayı nın aşağı havzasında yer almaktadır. Proje gereği kuvvet tünelinin yapımına öncelik verilmiştir. Hidroelektrik santrali yapımı ise tünel inşaatının bitiminin hemen ardından 2008 yılı başında tamamlanması öngörülmektedir. Her ne kadar projenin esas amacı mevcut doğal kaynaktan elektrik elde edilmesi olarak öngörülse de ileriye yönelik olarak tünelin çıkış ağzına bırakılacak bir branşman vasıtasıyla Bursa iline ilave su kaynağı temini de amaçlanmıştır. Bu çalışmamıza konu olan m boyundaki tünelin projelendirilmesi esnasında tünel güzergâhının geçtiği bölgenin depremselliği, tünelin derinliğine bağlı olarak tünel üzerinde oluşacak dış basınç ve tünel içinde oluşacak iç basınç, ayrıca tünel güzergâhı boyunca yeraltında oluşabilecek kimyasal ataklara karşı alınması gereken önlemler göz önünde bulundurularak segmentlerin beton sınıfı C 45/55 olarak öngörülmüştür. Tünel yapımı hakkında kısa bir bilgi verecek olursak; tünel açmada kullanılan ana ekipman TBM (Tunnel Boring Machine-Tünel Açma Makinesi) olup cihazın başlığı dakikada 10 tur atarak kazıyı yapmakta ve hafriyatı kafanın içine almaktadır. Daha sonra kafanın içindeki hafriyat vidalı konveyör tarafından makinenin içine doğru yönlendirilerek hafriyat bant konveyöre aktarılmakta ve bant konveyör tarafından taşınarak tünel makinesinin arkasında beklemekte olan hafriyat kovalarına doldurulmaktadır. Kazının tamamlanması ile birlikte lokomotifin çektiği hafriyat kovaları dışarı çıkarılarak boşaltılmaktadır. Tünel açma makinesinin kazı çapı 5,05m dir.makine tünel kazısını 1,20m lik bölümler halinde yapmakta olup makinenin 1,20m lik kazısının tamamlanması ile birlikte daha önceden prekast olarak hazırlanmış olan segmentler makine içinde döşenmektedir. Segment betonu, kendinden vibrasyonlu 6 adet farklı tipte kalıba dökülerek 25cm kalınlığında ve 120cm uzunluğunda 6 adet farklı tipte segment elde edilmektedir. Bu farklı segmentlerin bir araya getirilmesi ile iç çapı 4,30m dış çapı 4,80m olan bir ring oluşturulmaktadır (Kramer ve Gregor 2003). Yaklaşık olarak her segmentte 135kg demir bulunmaktadır. Şekil 1 TBM. Şekil 2 Segment İmalatı. 244

3 Farklı tipteki segmentlerin sıralamalarının değiştirilmesi ile makinenin ön siper ve arka siper arasında bulunan yönlendirme pistonları vasıtasıyla makineye yön verilebilmektedir. Segmentlerin makine bilgisayarının verdiği düzende yerleştirilmesi ile birlikte kazı tekrar başlamaktadır. Makine, yerleştirilen segmentlere basarak kendini ileri doğru itmekte ve kazı yapmaya devam etmektedir. Kazılan zemin ile ring dış çapı arasında kalan 25cm lik boşluğa enjeksiyon betonu basılarak ringler yerlerine sabitlenmektedir (Herrenknecht ve Bäppler 2003). Segmentlerin yapımında kullanılması öngörülen beton sınıfı C45/55 olarak belirlenmiştir. Projede yer alan farklı beton sınıfları arasında kullanımı en yoğun olan C45/55 betonunun sahip olduğu donatı sıklığı nedeni ile betonun yerleştirilmesi esnasında yaşanacak problemlerin önlenmesi ve kalıpların erken alınması için beton karışımında yeni nesil süper akışkanlaştırıcı kullanılması uygun görülmüştür. Buna ek olarak segment betonlardaki su işleme derinliği proje gereği 3,0 cm den az olması ve doğal olarak bunun beraberinde getirdiği W/C oranının 0,45 in altında olması talebi karışımlarda kullanılacak katkı tipinin polikarboksilik eter esaslı katkı olması gerekliliğini ortaya çıkarmıştır. Bu amaçla laboratuvar denemeleri yapılmış ve en uygun karışımın belirlenmesi için farklı W/C oranlarında beton karışımları hazırlanarak basınç dayanımları ve su geçirimlilik özellikleri araştırılmıştır. Şekil 3 Segment. Şekil 4 Kuvvet Tüneli 245

4 Uygulama Deneysel Çalışma Endüstriyel üretim başlamadan önce, Bursa Beton Kalite Kontrol ve Ar-Ge Laboratuvarı nda deneme karışımları yapılarak bağlayıcı miktarı, kimyasal katkı tipi ve dozajı ile birim ağırlık, hava içeriği, 30 dakikalık kıvam kaybı gibi taze beton özellikleri incelenmiştir. Bunun yanı sıra su işleme derinliği tayini [1] ve günlük basınç dayanımlarının belirlenmesi için bir seri deneysel çalışma gerçekleştirilmiştir. Denemelerde, 22 ± 2 cm. çökme hedef alınmış olup, yapılan karışımlara ait veriler Tablo-1 de görülmektedir. Tablo 1 Beton deneme karışımları tablosu Beton Sınıfı C 45/55 Karışım No Karışım 1 Karışım 2 Karışım 3 Katkı Çimento Adı Fluxer GTS 04-A Kullanım Oranı (%) 1,2 1,2 1,2 Tipi CEM II / A-M (P-L) 42,5 R Kg/m³ Uçucu Kül Kg/m³ Su/Çimento 0,41 0,40 0,39 D max Agrega (%) Sıcaklık (ºC) Slump (cm.) Taş Kumu (0/4) Mıcır No.1 (4/12) Mıcır No.2 (12/22) Beton Hava Başlangıç dakika Birim Ağırlık Kg/m³ Hava % 0,8 1,0 0,9 Basınç Dayanımı (kgf/cm²) 1 Gün Gün Gün Gün

5 Karışım1,Karışım2 ve Karışım3 koduna ait karışımlardan alınan beton numunelerinin su işleme derinliklerini gösteren tablo aşağıda görülmektedir. Tablo 2 Su işleme derinliği tayini deney tablosu Karışım No Numune Yaşı Maksimum Su İşleme Derinliği, (MSİD) (cm) K ,20 K ,10 K ,09 Malzemeler Agrega Bursa Kayapa bölgesinden temin edilen kırma kalker kumu kullanılmıştır. Kullanılan agreganın özellikleri Tablo-4 te görülmektedir. Tablo 4 Kullanılan agreganın fiziksel özellikleri Fiziksel Özellikler Kum 1 no mıcır 2 no mıcır 22,4mm 16mm 11,2mm 8mm ,6mm Elekten Geçen (%) 4mm mm mm ,5mm ,25mm ,125mm ,063mm İncelik Modülü ( F.M. ) 3, Özgül Ağırlık ( DKY ) 2,63 2,69 2,69 Su Emme (ağırlıkça % ) 1,64 0,5 0,32 Metilen Mavisi Değeri 0,

6 Çimento Denemelerde Bursa Çimento Fabrikası A.Ş. tarafından üretilen CEM II / A-M (P-L) 42,5 R tipi çimento kullanılmış olup özellikleri Tablo-3 te görülmektedir. Tablo 3 Kullanılan çimentonun özellikleri Özgül Blaine 45 μ Kızdırma SO 3 Cl Basınç dayanımı (N/mm²) ağırlık (cm²/gr) üstü kaybı (%) (%) (%) 1 gün 2 gün 7 gün 28 gün 3, % 6,8 4,22 2,71 0,009 12,7 21,9 38,0 51,2 Mineral Katkı Tunçbilek Termik Santrali nden tedarik edilen uçucu kül kullanılmıştır. Kullanılan uçucu külün fiziksel ve kimyasal özellikleri Tablo-5 te görülmektedir. Tablo 5 Kullanılan mineral katkının özellikleri Özgül ağırlık 2,05 İncelik (45 μ elek üstü kalan, %) 24,8 Aktivite indisi 28 gün 82,9 (%) 90 gün 95,6 Kızdırma kaybı (%) 0,93 Klorür (%) 0,0017 SO 3 (%) 0,81 Serbest CaO (%) 0,17 Karışım Suyu Hazır beton tesisi içinde yer alan artezyen suyu kullanılmış olup, yaptırılan su analizinin sonucu Tablo-7 de görülmektedir. Tablo 7 Kullanılan karışım suyunun analiz tablosu Analizler Nitel Birim Bulunan Standart (TS EN 1008) ph - 6,90 ph 4 Klorür mg/l 24, mg/l Sülfat mg/l 72, mg/l Alkali ( Na 2 O ) mg/l mg/l Çinko mg/l 0, mg/l Fosfatlar mg/l 1, mg/l Nitrat mg/l 25,4 500 mg/l Kurşun mg/l 0, mg/l Askıda katı madde ml yok maks. 4 ml 248

7 Kimyasal Katkı Deneme karışımlarında kimyasal katkı olarak yeni nesil süper akışkanlaştırıcı katkı kullanılmıştır. Kullanılan kimyasal katkıya ait fiziksel ve kimyasal veriler Tablo-6 da görülmektedir. Tablo 6 Kullanılan kimyasal katkıların özellikleri Endüstriyel Üretim Katkının cinsi Yeni nesil süper akışkanlaştırıcı Görünüm, renk Amber renkli sıvı Yoğunluk (gr/cm³) 1,0719 Kuru madde (%) 35,756 ph 3,97 Müteahhit firmanın şantiye sahasında kurulu hazır beton santrali firmamız tarafından devralınmış ve endüstriyel üretime başlanmıştır yılı başından bu yana beton dökümüne devam edilmektedir. Beton sınıflarından en yoğun olan C45/55 sınıfının dökümüne ise 2006 yılı Mayıs ayında başlanmış olup halen devam etmektedir. Endüstriyel olarak üretilen betonlara da çökme, birim ağırlık, hava içeriği, çökme kaybı ve basınç dayanımı deneyleri uygulanmıştır. Santralin şantiyede kurulu olması çökme kaybı yaşanmamasını sağlamıştır. Dökülen betonlara ait numunelerin fiziksel ve mekanik özellikleri Tablo-8 de görülmektedir. Tablo 8 Beton numunelerinin fiziksel ve mekanik özellikleri Numune sayısı (set) Sıcaklık (ºC) Basınç Dayanımı (N/mm²) Slump (cm) beton hava 24 saat 7 gün 28 gün Standard sapma min maks ort min maks ort min maks ort min maks ort min maks ort min maks ort σ , ,7 26,5 25,2 45,8 62,7 54,0 57,6 69,7 64,4 2,42 Tablo 9 C45/55 betonun bileşimi BETON BİLEŞENLERİ ( kg / m³ ) MIX NO BETON SINIFI MİKTARI (kg) ÇİMENTO TİPİ SU (kg) W/C KİMYASAL KATKI MİNERAL KATKI TAŞ KUMU (kg) KABA MALZEME (kg) TOPLAM AGREGA GENEL TOPLAM kg. % CİNSİ (kg) 0/4 5/12 12/22 ( kg/m³ ) ( kg/m³ ) 1 C 45/ CEM II A - M 171 0,39 5,58 1,2 GTS (L - P) 42,5 R 04-A 249

8 Sonuçlar ve Değerlendirme Tünelin uzunluğunun 11450m olması, topografyadan dolayı tünelde tek ağızdan kazı yapılması zorunluluğu ayrıca jeolojik koşulların zor olması ve projenin süresi gereği planlanan günlük ortalama 25mt/gün kazının yapılabilmesinde tünel kazı yöntemi olarak, TBM nin (Tunnel Boring Machine) tercih edilmesinde belirleyici etken olmuştur. Tünel kazısının başladığı tarihten itibaren bugüne kadar 2,7 km si tamamlanmış olup 8.75 km lik kalan kısmın kazısı ve segment üretimi ile montajı devam etmektedir. Öncelikli olarak seçilen çimento tipinin ve beraberinde kullanılan uçucu külün yanı sıra düşük W/C oranında ( 0,40 ) beton üretimine olanak sağlayan polikarboksilik eter esaslı kimyasal kullanımı projede müteahhit firma tarafından talep edilen maksimum 30mm su işleme derinliği şartını sağlamada en önemli etkenler arasında yer almıştır. Bunun yanı sıra yine benzer etkenler sayesinde erken mukavemet ve sık donatıya karşın betonun homojen bir şekilde kalıba yerleştirilmesi ve kalıp gören yüzeylerde pürüzsüz bir doku elde edilmesi anlamında üstünlükler sağlamıştır. Teşekkür: Yapılan bu deneysel çalışmalarda gerek yardımlarını, gerek teknik desteklerini esirgemeyen Tinsa A.Ş. ye teşekkür ederiz. Kaynaklar Herrenknecht, E.h.M. ve Bäppler, K. (2003), Segmental Concrete Lining Design and Installation.Soft Ground and Hard Rock Mechanical Tunneling Technology Seminar, Colorado School of Mines (CSM). Kramer, G.J.E. ve Gregor, T. (2003), Segment Design For Tunneling Productivitiy, Los Angeles, California, Chapter 62. TS EN (2002) Sertleşmiş Beton Deneyleri-Bölüm:8 Basınç Altında Su İşleme Derinliğinin Tayini, Türk Standartları Enstitüsü. 250