Zorluk Derecesi Yüksek Bir Ulaşım Projesi Demiryolu Boğaz Tüp Geçişi

Transkript

1 Zorluk Derecesi Yüksek Bir Ulaşım Projesi Demiryolu Boğaz Tüp Geçişi Haluk İbrahim Özmen Ulaştırma Bakanlığı DLH Marmaray Bölge Müdürlüğü Öz İstanbul ulaşımına uzun vadeli bir soluk getirecek Marmaray projesinin zamanında tamamlanması büyük önem taşımaktadır. Demiryolu Boğaz Tüp Geçişi, bu projenin 1. aşamasını oluşturmakta olup 13.3 km lik bir güzergahı kapsamaktadır. Güzergahın km lik kısmı batırma tüp tünel olarak planlanmıştır. Dünyada 150 den fazla inşa edilmiş ve edilmekte olan batırma tüp tünellerle kıyaslandığında bazı özellikler bu projeyi diğerlerinden daha farklı kılmaktadır. Sismik, batımetrik, navigasyon ile hidrolik ve hidrolojik özellikler ve koşullar projenin gerçekleştirilmesinde belirgin güçlükler ortaya koymaktadır. Bitirildiğinde enleri benzerlerine göre daha fazla olan bir tüp tünel projesi Türkiye de gerçekleştirilmiş olacaktır. Bu bildiride Demiryolu Boğaz Tüp Geçişi projesinin bu özelliklerinin dünyadaki diğer örnekleri ile karşılaştırılarak zorluk derecesinin ortaya konulması amaçlanmıştır. Giriş 76 km uzunluğunda bir güzergah üzerinde inşa edilecek Marmaray projesi üç farklı aşamadan meydana gelen önemli bir ulaşım projesidir.projenin birinci aşaması yüzeysel geçiş, delme tuneller, batırma tüp tunel, aça kapa istasyon yapılarından oluşmaktadır km lik güzergaha bakıldığında mühendislik yönüyle, ilginç yapım tekniği ve coğrafik koşullar açısından deniz içinde kalan lik güzergah bu projenin en önemli ve zor bölümünü oluşturmaktadır. Tüp tunelin inşa edileceği güzergahta deniz dibi topografyasına bakıldığında en derin yerde 58 m derinlik nedeniyle, projenin benzerleri içinde en derin yerde inşa edilecek bir örnek olduğu görülecektir. Bilindiği üzere İstanbul boğazında çift tabakalı bir akıntı söz konusu olup üst tabakada akıntı Karadeniz den Marmara ya altta ise ters yöndedir. Genel olarak değerlendirildiğinde 6 knota kadar değişik hızlarda tabakalı akıntı söz konusudur. İstanbul boğazı deniz trafiği açısından dünyanı en hareketli geçiş yollarından birisidir. Boğazda aynı anda çift yönlü uluslararası trafik olduğu gibi, İstanbul kent içi ulaşımına hizmet veren deniz araçları da proje sahasının bulunduğu kesimi etkilemektedir. 227

2 Proje güzergahının deniz içinde yer alan kesiminin Kuzey Anadolu Fay Hattına (KAF) olan ortalama mesafesi yaklaşık 16 km dir.aktif ve önemli bir fay hattı olan KAF ta önümüzdeki süreçte 7.5 büyüklüğünde bir depremin beklentisi de projenin inşaatında önemli bir unsur olarak yerini almıştır. Bu çalışmada boğaz demiryolu boğaz tüp geçişi projesi kapsamında inşa edilecek batırma tüp tünelin proje sahası ile ilgili topografik,hidrolik, hidrolojik, navigasyon ve sismik koşulları dünyadaki diğer benzer projelerle karşılaştırılarak ele alınmış ve bu özelliklerin batırma tüp tünel ile ilgili aktivitelere etkisi değerlendirilerek projenin zorluk derecesi ile ilgili bir sonuca ulaşılmıştır. Boğaz Demiryolu Tüp Geçişi Şekil 1 Marmaray proje güzergahı. 76 km. lik Marmaray Projesi güzergahının 13 3 km lik bölümünü oluşturan Demiryolu Boğaz Tüp Geçişinin 9.6 km. si delme tünel, km. si aç kapa yapılar ve yüzeysel geçiş, km. si de batırma tüp tünel den oluşmaktadır. Projenin deniz içinde kalan güzergahı batırma tüp tünel olarak tasarlanmıştır. Güzergahın bu bölümü Avrupa yakasında Sarayburnu ile Asya tarafında Üsküdar salacak arasında yer almaktadır. Batırma tüp tüneller 8.75m yüksekliğinde 15.30m genişliğinde 11 adet tüp elemandan oluşmaktadır. Bunların uzunlukları 2*95m., 1*110 ve 8*135m. şeklinde tasarlanmıştır. Tüp tünel elemanlarının kesitleri çift gözlü dikdörtgen tünel şeklindedir. 228

3 Tüp tunel plan ve güzergah kesiti Batırma tüp tünel 1,387m E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 E10 E11 Geçici servis iskelesi Avrupa tarafı Servis şaftı Asya tarafı Elev.(m) TBM -60 Deniz tabanı E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 E10 E11 Maximum uzunluk 135m / eleman TBM Batırma tüp tünel 1,387m Şekil 2 Batırma tüp tünel. 2.1 Proje sahası fiziksel koşular Batımetrik özellikler Şekil 3 Proje güzergahının deniz içindeki bölümü. Batırma tüp tünel güzergahına bakıldığında güzergahın yer aldığı deniz tabanında tabii derinliklerin m ile 47 m arasında değiştiği görülmektedir. Tüplerin oturacağı kanal tabanında ise kazı kotları m ile 60.46m arasında değişmektedir. kazı taban kotu üzerine tüp eleman temel tabakası görevini yerine getirecek anroşman malzeme serilecektir. Kazı kesitleri dikkate alındığında güzergahın en derin yerinde derinlik m ye ulaşmaktadır. 229

4 Tablo.1 Batırma tüp tunel güzergahında derinlikler. Eleman uzunluk Deniz taban Deniz taban Kazı taban Kazıtaban no kotu (başta) kotu (sonda) kotu(başta) kotu(sonda) Akıntı koşulları Geçmişte yapılan ölçümler sonucu boğazda akıntı koşullarının oldukça güçlü olduğunu ve akıntının tabakalı bir karakter gösterdiğini ortaya koymuştur. Bununla birlikte işe ait sözleşme koşullarında güzergahı karakterize edecek nitelikte üç ayrı sabit noktaya yerleştirilecek kayıt cihazları ile deniz dibine doğru akım profilini belirlemeye yönelik öngörülen bir yıllık ölçümler yapılmış ve bu ölçümlerden elde edilen verilerden yaralanarak bir model geliştirilmiş ve bu modelden güvenilir akıntı tahminleri yapılmıştır. Bir yıllık periyotta ölçülen değerler ilişkin örnek bir akıntı profili şekil 7 de verilmiş olup daha önce değişik kurumlar tarafından yapılan çalışma sonuçları ile karşılaştırıldığında sonuçların birbirini doğruladığı görülmüştür. Bugüne kadar yapılan değişik ölçüm çalışmalarında Bogazın değişik bölgelerinde ve farklı derinliklerinde hızların 6 knota değerine kadar yükselebildiği belirlenmiştir. Sözleşme eki İşveren şartnameleri doğrultusunda hazırlanan kalite planlarında denizdeki tüp elemanlarının denizdeki batırılmaları sırasında akıntı hızlarının su yüzeyinden itibaren -15 m. ye kadar 3 knottan, -15 m. den drin yerlerde ise 1.5 knottan az olması öngörülmüştür. Şekil 4 Akıntı ölçüm istasyonları. 230

5 Current Profile - Column1 Distance from instrument [m] : Moving average: 1 North [cm /s] Navigasyon koşulları Şekil 5 A istasyonu örnek akıntı profili yılında imzalanan Montrö anlaşması uyarınca İstanbul Boğazı uluslar arası bir su yolu olup proje ile ilgili çalışmalar sırasında trafiğin aksamaması için gerekli önlemlerde alınmaktadır. Boğazdan her yıl binlerce yabancı ve Türk bayraklı gemiler geçiş yapmaktadır. Proje alanının her safhasında geçiş trafiğini etkilenmekte ve bundan dolayı deniz trafiği için geçiş koridorları yeniden belirlenmektedir. İlgili deniz otoritelerinden alınan verilere göre boğazdan geçiş yapan gemi trafiği tablo 2 de verilmiştir. Bu tablodan görüleceği üzere 11 yıllık döneme ilişkin veriler boğazdan geçen gemi sayısının yıllık yaklaşık gemi olduğu, bunların %40-45 inin kılavuz alarak geçtiğini ortaya koymaktadır. Şehir içi ve şehirlerarası deniz ulaşımını yapan kurulu İDO Genel Müdürlüğü veriler ile özel deniz ulaşımı birlikleri verilerinden proje güzergahını etkileyecek şekilde 73 feribot seferi bulunduğunu her gün 700 transit geçiş sayısının günlük 700, yılık ise olduğu belirlenmiştir. Tablo 2 İstanbul boğazından geçen gemi trafiğinin yıllara göre dağılımı. İSTANBUL BOĞAZI Yıl Toplam geçiş Pilotlu geçiş % (9aylık)

6 Bu trafik nedeniyle güzergah üzerindeki geçiş trafiği işin ilerleme aşamalarına bağlı olarak denizcilik otoriteleri tarafından koordinasyon sağlanarak sürekli yeniden düzenlenmekte ve Seyir Hidroğrafi ve Oşinografi Dairesi tarafından dünyadaki tüm denizcilik camiasına duyurulmaktadır Bu düzenlemeler boğazdan geçişleri zorlaştırmak yanında proje ile ilgili çalışmaların kısıtlı alanlar içinde gerçekleştirilmesinde güçlükler ortaya çıkarmaktadır. Şekil 6 İstanbul Boğazından geçen ve proje güzergahını etkileyen gemi trafiği. Şekil 7 proje güzergahını etkileyen şehiriçi ve şehirlerarası ferry trafik güzergahları. 232

7 özellikle batırma işlemleri sırasında deniz trafiği nedeniyle ortaya çıkabilecek risklerin önlenmesi amacıyla batırma işleminin gerçekleşeceği günün bir gün öncesinden başlayarak İstanbul Boğazı iki gün boyunca belirli aralıklarla trafiğe kapatılacaktır. Sismik koşullar Batırma tüp tünel yaklaşık 20 km güneyden geçen ana Marmara fayına yaklaşık 20 km uzaklıktadır. Proje 100 yıllık işletme ömrü dikkate alınarak ana Marmara fayında meydana gelebilecek 7.5 büyüklüğündeki bir depremden sonra işletme devam edecek şekilde projelendirilmiştir. Depremin önümüzdeki 30 yıl içinde meydana gelme olasılığı %65 olup proje inşaat altında iken büyüklükteki depremle karşılaşma olasılığı da yüksektir.bu nedenle proje ile ilgili sözleşmede asgari performans şartları düzenlenirken projenin emniyeti için ağır koşullar dikkate alınmıştır. Bunlardan bazıları sıra ile 1.Yaşamları tehlikeye atmadan yapısal elemanlarda sadece kolay tamiri mümkün hasar, 2. Batırma tüp elemanlarının ve eklerinin su geçirmez kalmasıdır. Bu koşulların yerine getirilmesi için projelendirme çalışmaları sırasında son 60 yılda yapılmış benzer konum durumdaki batırma tüp tünellerden elde edilmiş deneyimler, güncel analitik metotlar ve en gelişmiş bilgisayar yazılımlar kullanılmıştır. Şekil 8 batırma tüp tünel güzergahı ve KAF hattının konumu. Batırma tüp tünel güzergahının zemin koşullarının belirlenmesi için çok detaylı çalışmalar yapılmış ve güzergahın tüp tünelin yerleştirilmesine uygun olduğu, bununla birlikte Asya kıyı şeridine yakın yerlerde bulunan ve sınırlı bir alana yayılmış olan belirli bazı kum tabakalarının deprem sırasında sıvılaşma olasılığı bulunduğu belirlenmiştir. Bu nedenle güçlü akıntı koşulları altında tüp elemanların altındaki zemin 233

8 tabakaları, sıvılaşma riskine karşı özel donanımlı deniz ekipmanları kullanılarak iyileştirilmiştir. Dünyadaki Örnekler Dünyada Batırma tüp tünel tasarımı ve inşaatı teknolojisindeki gelişmelere paralel olarak inşa edilmiş servis ve ulaşım amaçlı 150 ye yakın batırma tüp tünel inşa edilmiş olup bunların birçoğu coğrafik ve çevresel koşullardaki özellik nedeniyle tasarımları sırasında inşaat.ve işletme dönemlerinde karşılaşacakları bazı önemli etkiler dikkate alınacak şekilde projelendirilmişlerdir. Dünyada uygulanmış ve inşaat altındaki yaklaşık 110 adet ulaşım amaçlı batırma tüp tünel projesinden 26 sı Amerika da, 22 si Hollanda da, 19 u Japonya da 7 si Almanya, 6 sı Hong Kong da 5 adedi Fransa, 3 er adedi Danimarka ve Belçika da kalan 20 adedi ise diğer ülkelerde bulunmaktadır. Ulaşım amaçlı inşa edilmiş olan yada inşa altındaki batırma tüp tünellerden çevresel ve coğrafik özellikleri nedeniyle gerek tasarım ve gerekse inşa döneminde özel önlemler alınmış olanlardan bazıları Tablo 4 de gösterilmiştir. Tablo 4 de verilen projelerden bir kısmının sismik aktivitesi yoğun bölgelerde inşa edilmiş oldukları bundan dolayı uygun olmayan zemin koşulları nedeniyle özel yöntemlerle zemin iyileştirilmesi için uygulama yapıldığı,bir kısım projenin inşa edildikleri coğrafyadan kaynaklanan koşullar nedeniyle (Liman sahası,akıntı koşullarının elverişsiz olması, sedimantasyon problemi, nehir ağzı vb. ) tasarım ve inşaat dönemlerinde özel önlemler alınmış olduğu anlaşılmaktadır. Tablo 3 de verilmiş olan örnek projeler dünyanın değişik coğrafyasında yer alan farklı ülkelerdeki uygulamalardır. Seçilen örneklerde projenin tasarımı ve uygulanması döneminde ilginç özellikleri ve uygulama sırasındaki karşılaşılan zorluklar dikkate alınarak önemli detaylar verilmiştir.bunlardan en dikkat çekenleri sırasıyla; Virginia USA da 1957 de inşa edilmiş olan Hampton Roads Bridge suni iki ada arasında ulaşımı sağlamak üzere planlanmış güçlü akıntı ve dalga tesirlerine maruz bir coğrafyada inşa edilmiştir. dalga tesirlerinin çok güçlü olması nedeniyle adaların denize bakan kıyıları özel koruyucu taş tabakası kullanılarak tahkim edilmiştir. Vancouver, Canada da 1959 yılında inşa edilmiş olan Deas Island tüneli geniş bir nehir altında planlanmış bu nedenle tunel örtü stabilitesi laboratuar modellemesi ile kontrol edilmiş ve deprem bölgesi olması nedeniyle tasarımda deprem yükleri dike alınarak planlamıştır. Yine Virginia USA da Cheasapeake Bay Bridge tüneli bulunduğu coğrafya nedeniyle yapım sırasında şiddetli fırtınaya maruz kalmış ve deniz platformlarından biri yıkılmış ve fırtına bir tüp elemanın yerleştirildiği kanalda 4m kaymasına neden olmuştur. Bugüne kadar inşa edilmiş en derin ve en uzun batırma tüp tunel olan BART tuneli 1970 yılında hizmete alınmış olup deprem bakımından aktif bir bölgede yer almaktadır. San Andreas fayına 22km Hayward fayına 10 km mesafededir. Sıvılaşma potansiyeli bulunan bir zemin üzerinde inşa edilmiştir. 234

9 Tablo 3 Dünyanın değişik ülkelerinde uygulanmış batırma tüp tünel projeleri. Eleman Toplam Batırma Riskler Proje Adı Ülke Sayısı Uzunluk Uzunluk Yükseklik Genişlik Derinliği Sismik Navigasyon Cografik Akıntı Zemin Oakland-Alameda California USA, ,30 daire 742 Bankhead Tunnel Alabama USA, ,40 10,40 25,00 Hampton Roads Bridge Tunnel No.1 Virginia USA, , ,25 11,25 37,00 Deas Island Canada, , ,16 23,80 22,00 Chesapeake Bay Bridge Tunnel Virginia USA, , ,25 11,25 31,4--32,1 Benelux Tunnel Netherland (1967) ,84 23,90 24,00 Tingstad Tunnel Sweden , ,3 29,9 16 J.F.Kennedy Tunnel Antwerp ,1 47,85 25 Belgium1968 Bay Area Rapid Transit California 58 83,2-111, ,6 40,5 Tunnel(Bart) USA, rd Streettunnel New York 4 114,3 2*229 11, USA,1973 Hong Kong Mass Hong Kong ,5 13,1 24,24 Transit Tunnel (1979) Keiyo Line Daiba Tokyo port 7 96, ,05-8,6 12,2 17,53 23,9 Tunnel Japan,1980 Kaohsiung Croo Kaohsiung ,35 24,4 23 Harbour Tunnel Taiwan,1984 Goldborgaund Tunnel Denmark, ,6 20, EasternHarbour Crossing HongKong , , Tokyo Port Seaside Road Tunnel Marmaray Boğaz Tube Tunnel Tokyo,Japan ,2 1328, ,2 29,2 İstanbul Türkiye , ,6 15,3 60,46 235

10 New York 63. Cadde Tüneli 1973 yılında hizmete alınmış olup çok güçlü akıntılar olan bir bölgede (yaklaşık 5,2 knot) inşa edilmiştir. Hong Kong da 1979 yılında hizmete alınan Mass transit tüneli güçlü akıntılar ve deniz tesirlerinin bulunduğu bir bölgede inşa edilmiştir. İnşa sırasında tayfuna maruz kalmış ve tunel 5m yüksekliğinde dalgalara göre tasarlanmıştır. Daiba Tüneli 1980 yılında işletmeye alınmış olup şiddetli depremlerin meydana geldiği bir bölge olması nedeniyle tasarım esnasında, yoğun bir deniz trafiği olan bölgede inşa edilmesi nedeniyle de inşa çalışmaları sırasında özel önlemler gerekmiştir yılında Danimarka da hizmete girmiş olan Guldborgsund tünelinde imal edilmiş olan tüp elemanların boyu bugüne kadar inşa edilmiş en uzun elamanlardır. Uzunlukları nedeniyle düşey olarak sehim yapma riski dikkate alınarak yüzdürme ve batırma sırasında dinamik dengelemesi bilgisayar kontrolünde gerçekleştirilmiştir. Örnekler içinde en dikkat çeken projelerden birisi de Türkiye de inşası süren Boğaz Demiryolu Tüp Geçişi Projesi kapsamındaki batırma tüp tüneldir. Tablo 4. deki değerlendirmeden de görüleceği üzere beş ana önemli kriterdeki özellikleri, bunlar sıra ile depremsellik, navigasyon, coğrafya, akıntı ve zemin olmak üzere barındıran ve yapım aşamasında bu özellikler nedeniyle özel önlemler alınan ve alınmaya devam eden bu proje dünyadaki benzerleri içinde zorluk derecesi daha çok olan bir örnek olarak belirmektedir. Sonuçlar Günümüzde gelişen mühendislik bilgi ve teknolojisi ile ilginç projeler hayata geçirilerek tamamlanmaktadır. 20. yüzyılın başından itibaren batırma tüp tünellerde bu gelişmeden yararlanılarak inşa edilmeye devam edilmektedir. Dünyanın önemli bir su geçiş yolu olan İstanbul Boğazında, gerek tasarımda ve gerekse yapım aşamasındaki özel önlemler alınmasını gerektiren, güçlükleri benzerlerine göre daha fazla olan böyle bir projenin hayata geçirilmesi ile evrensel anlamda mühendislik teknolojisi ve bilimine ilave kazanımlar sağlanacaktır. Ayrıca Avrupa ve Asya demiryolu ağını kesintisiz birbirine bağlayacak olan bu proje, insanoğlunun teknolojide sınır tanımadığının bir göstergesi olarak mühendislik tarihinde yerini alacaktır. Kaynaklar Güler,Erol;Erdik, Mustafa;Erol Orhan;Çetin ; Önder (1985) Marmaray Projesi Boğaz Batırma Tüp Tüneli Zemin Ve Sismik Konuları Hakkında Bilgi Notu,T.C Ulaştırma Bakanlığı Demiryolları,Limanlar Ve Havameydanları İnşaatı(DLH) Genel Müdürlüğü. Rasmussen And Grantz Walter,(1997) International Tunnelling Association Working Group Immersed And Floating Tunnels State-of-the-art Report, Chapter 9:Catalogue Of Immersed Tunnel, second edition,nuffield Press Ltd., Great Britain 236