PIPE JACKING YÖNTEMİ İLE AÇILAN MİKRO TÜNEL PROJELERİNDE JEODEZİK ÇALIŞMALAR E. YAVUZ 1, N. ERSOY 2 1 Yıldız Teknik Üniversitesi Meslek Yüksekokulu, İktisadi ve İdari Programlar Bölümü, Emlak ve Emlak Yönetimi Programı, İstanbul, erolyavuz1962@hotmail.com 2 Yıldız Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, Jeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Bölümü, Jeodezi Anabilim Dalı, İstanbul, ersoy@yildiz.edu.tr Özet Tünel açma yöntemleri teknolojik gelişmelere uygun olarak sürekli değişmektedir. Tünelcilikte ortaya konulan yeni yöntemler sayesinde iş güvenliği arttığından, tünel açma çalışmalarında meydana gelebilecek olası kazalar minimum düzeye inmiştir. Otomasyona gidildiğinden çalışan personel sayısı ve kullanılan ekipman miktarı azalmış, bu da ekonomik olarak küçümsenmeyecek miktarda kazançlar sağlamıştır. Bu sistemle tünel güzergahının kontrolü yer üstünde bilgisayar destekli olarak yapıldığından, yatay ve düşey yönlendirme hassasiyeti artmaktadır. Anahtar kelimeler : Tünel, Mikro tünel, pipe jacking, aplikasyon, lazer. Abstract GEODETIC WORKS IN MICRO TUNNELING PROJECTS EXCAVATED BY PIPE-JACKING METHOD Tunnel excavation techniques are always changed being suitable to new technological developments. Because of increased work safety, accidents, that will be in tunnel excavation works, have been decreased to minimum level by the new techniques developed in tunneling. Because of the automation in tunnel works, persons, who work in tunnel project, and the equipments, that are used in tunnel project have been decreased, as a result of this, economical advantages have been obtained. As the control of tunnel alignment has been performed by computer supported, accuracy of guiding of the machine has been increased horizontally and vertically. 23-25 Kasım 2005, İTÜ İstanbul 133
1. Giriş Tünel açma teknikleri geçmişten günümüze çok büyük değişim göstermiştir. Özellikle tünel açma makinelerinin hızla geliştirilmesi, zemin şartları ne olursa olsun her durumda tünel açılabilmesini de beraberinde getirmiştir. Mesleğimiz tünelcilikte son derece önemli bir yer işgal etmektedir. Hangi yöntem kullanılırsa kullanılsın, bir tünel şaftından girip diğerinden konum ve yükseklik olarak en az hata ile çıkılabilmesi, ölçme çalışmalarının yapılmasına bağlıdır. Tüneldeki zemin şartları, tünel açma yöntemi, kullanılacak tünel açma makinesi ve inşaat malzemeleri (beton, demir v.b) ile harita çalışmaları tünelciliğin olmazsa olmazlarındandır. Yüzeydeki ölçme çalışmaları her tünel açma tekniği için aynı olsa da, yer altındaki aplikasyon çalışmaları kullanılan tekniğe göre az çok değişir. Bu çalışmada pipe-jacking yöntemi (boru itme) kullanılarak açılan mikro tünellerde yapılan ölçme çalışmaları tanıtılmaktadır. Yapılan ölçme çalışmalarının daha iyi kavranması için mikro tünellerin açılması ile ilgili genel bilgilerde verilmiştir. Mikro tünel tekniği tünel endüstrisi ve uzun yıllardır pipe-jacking tekniğinin kullanıldığı boru hattı endüstrisinin karışımı olarak düşünülebilir. Mikro tünel tekniği açık kazı inşa metotlarının pahalı ve fiziksel olarak mümkün olmadığı durumlarda uygulanan bir metottur. Günümüzde mikro tünellerin açılmasında kullanılan makineler, hemen hemen tüm zemin koşullarında çalıştırılacak şekilde geliştirilmiştir. Mikro tünel tekniği genellikle karayolu, demiryolu, metro hatları, hava alanları ve nehir geçişleri ile açık kazı yapılması riskli bölgelerde uygulanır. Bu tür yerlerde uygulanacak kanalizasyon, doğal gaz, haberleşme, elektrik-enerji hatları, bağlantı tünelleri ve benzeri projeler her açıdan en uygun olarak mikro tünel tekniği ile gerçekleştirilebilir. Bu tekniğin kullanımı özellikle yaya ve araç trafiğine minimum ölçüde etki ederek yolların kapanmasını engeller ve çevre kirlenmesini önler. 2. Mikro Tünellerde Kazı Çalışmaları Mikro tünellerde kazı çalışmaları genellikle pipe-jacking (şekil 1) denilen bir yöntemle gerçekleştirilir. Bu yöntemde mikro tüneli oluşturan borular, tünel içine hidrolik pistonlarla gerçekleştirilen itme kuvvetiyle sürülürler. Sistemin kontrolu yüzeydeki kontrol kabininden yapılır (şekil 2). Pipe-jacking yönteminde iki temel sistem bileşeni vardır. Bunlar; İtme boruları İtme ekipmanları Kazı makinesi İtme birimi Yönlendirme ve kontrol sistemi Kazı malzemesini çıkarma sistemi 23-25 Kasım 2005, İTÜ İstanbul 134
Şekil 1 : Boru itme tekniğinin şematik görünümü Makinenin kazdığı zeminden çıkan malzeme kesici ve kırıcı uçlarla parçalandıktan sonra, sistemden püskürtülen basınçlı su bu malzemeyi akışkan bir çamur bulamacı haline getirir. Akışkan hale getirilen bu çamur sistemde mevcut boşaltım borularınca emilerek yüzeydeki boşaltım tankına alınır. Bu tanklarda çamur ayrıştırılarak su tekrar kazı yüzeyine geri püskürtülür. Çamur ayrıştırma sisteminde iki boru mevcuttur. Bu borulardan birinden kazılan malzemenin üzerine basınçlı su püskürtülürken, diğerinden çamurlu bulamaç halini alan bu malzemenin boşaltımı yapılır. Kazılan bölümde itme kuvvetini azaltmak ve boruların hareketini kolaylaştırmak için, tünel makinesindeki çevresel deliklerden zemin yüzeyine bentonit gibi sürtünmeyi azaltacak bir karışım püskürtülür. Boru itme yöntemiyle inşa edilen mikro tünellerde sistemin çalışması kazıcı makinenin tüneli kazması ve itici ekipmanın kazılan kısımda eş zamanlı olarak makineyi ve boruları itmesi şeklindedir. Kesici kafa hidrolik itme sistemi ile ileri doğru itilirken yeni bir boru sürülecek kadar yer açıldığında, sisteme yeni bir boru bağlanır ve itme işlemi bu şekilde devam eder. 23-25 Kasım 2005, İTÜ İstanbul 135
Şekil 2 : Kontrol kabini ve kontrol paneli Bu boru itme tekniği küçük çaplı borulara uygulanabileceği gibi büyük çaplı borularada uygulanabilir. Boru itme tekniğinin uygulandığı mikro tünel projelerinde çalışma şaftları itme ünitesinin yerleştirilebileceği ve boruların gireceği kadar büyük açılmalıdır (şekil 3). Şekil 3 : Çalışma şaftından bir görünüm Tünel uzunluğunun fazla olması durumunda, tek bir itme istasyonu ile boruların sağlıklı bir şekilde itilmesi gerçekleştirilemez. Bu durumda şekil 4 de görüldüğü gibi belirli aralıklarla ara itme istasyonları oluşturulur. Ara itme istasyonlarının çalıştırılması ve durdurulması operatör tarafından yüzeydeki kontrol panelinden gerçekleştirilir. 23-25 Kasım 2005, İTÜ İstanbul 136
Şekil 4 : Pipe-jacking yönteminde ara itme istasyonları 3. Mikro Tünellerde Ölçme Çalışmaları Bir tünelde ölçme çalışmaları yüzeyde yatay ve düşey kontrol noktalarının tesisiyle başlar. Bu kontrol noktalarına bağlı olarak tünel giriş ve çıkış şaftlarının aplikasyonundan sonra, şaftların projede öngörülen derinliğe kadar uygun geometride kazımı yapılır. Özellikle derin şaftlarda kazı sırasında meydana gelebilecek çökme, oturma vb. hareketler yüzeyde oluşturulan jeodezik kontrol ağından sürekli olarak izlenir. Şaftın kazılması bittikten sonra, tünel kazısının yatada ve düşeyde yönlendirilmesi için gerekli olan kontrol noktaları şaft tabanına indirilir. Buraya kadar yapılan ölçme çalışmaları hemen hemen her tünel için aynıdır. Tünel kazısının yatayda ve düşeyde yönlendirilmesi, tünel tipine ve tünel açma yöntemine bağlı olarak değişiklik gösterir. Pipe-jacking yöntemiyle açılan mikro tünellerde ölçme işlemleri diğer tünellere göre oldukça farklıdır. Tünel boyutları içinde ölçme çalışması yapamayacak kadar küçük olduğundan, kazının yatayda ve düşeyde kontrolü uzaktan kumandalı olarak itme şaftının yüzeyinde bulunan kontrol kabininden yapılır (şekil 2). Makine ile yüzeydeki kontrol kabini içindeki kontrol paneli arasında bir kablo vasıtasıyla sürekli olarak veri alışı yapılır. Alınan bu veriler yüzeydeki kontrol panelini yöneten operatör tarafından anında değerlendirilerek, makinenin öngörülen sapma sınırları dışına çıkması engellenir. Alınan veriler kontrol kabinindeki bilgisayarda değerlendirilerek makinenin yataydaki ve düşeydeki konumu kontrol panelinde sayısal ve grafik olarak görüntülenir. Grafik gösterimde makinenin ana gövdesinin konumu, kesici kafanın konumu ve makinenin ayarlanmış olan sabit konumu kontrol panelindeki ekranda milimetrik karelajlar üzerinde farklı renklerde görüntülenir (şekil 5). 23-25 Kasım 2005, İTÜ İstanbul 137
Şekil 5 : Kontrol paneli ekranından bir görünüm Kesici kafanın yönü ilgili olarak kabul edilen değerleri içinde kalan olası sapmalar yüzeydeki operatör tarafından ilk makine parçasında bulunan yönlendirme silindirleri (steering cylinders) nin kontrolüyle giderilir. Yönlendirme silindirleri ile doğrultu ve yükseklik sapmalarını da düzeltmek mümkündür. Mikro tünellerde kazı makinesinin yönlendirilmesine yarayan bu verilerin elde edilmesi elektronik lazer sistemiyle gerçekleştirilir (şekil 6). Bu lazer sisteminde bir lazer ve bir lazer hedef ekipmanı bulunur. Lazer, şaft içindeki ölçme noktalarından yararlanılarak kurulur ve itme istasyonuna sabitlenir. Buradan çıkan ışın kazıcı makinenin ilk parçasında monteli lazer hedef ekipmanına gönderilir (şekil 7). Şekil 6 : Elektronik lazer sistemi 23-25 Kasım 2005, İTÜ İstanbul 138
Bu hedef levhası bir alıcı ünite gibi çalışır. Lazer ışığının lazer hedef ekipmanı üzerine düştüğü noktanın konumu veri kablosuyla kontrol paneline gönderilen ham veridir. İşte bu veri yukarıda sözü edilen değerlendirmeden geçen veridir. Şekil 7 : Elektronik lazer hedef levhası ve yönlendirme silindiri Uzun ve kurplu tünellerde tek bir lazer ile tek bir lazer hedef ekipmanı yeterli olmaz. Kurpsuz uzun tünellerde lazer ışığı dağılacağından, lazer hedef ekipmanı üzerine düşmeyebilir. Lazer ışığı lazer hedef ekipmanı üzerine düşse bile çok büyük hatalara neden olabilir. Bu durumda ışık kaynağı ile hedef ekipmanı arasındaki maksimum uzunluğu aşmamak için, lazerin yeri değiştirilerek itilen borulardan biri üzerinde yatayda ve düşeyde arzu edilen konuma getirilerek sabitlenir. Kurplu tünellerde ise ışık kaynağı ile lazer hedef ekipmanı arasındaki maksimum mesafe aşılmamış bile olsa, kurptan dolayı ışığın hedefe ulaşması mümkün olmaz. Eğer tünel kısa ve kurplu ise tek bir lazer ile lazer ışığını kırarak lazer hedef ekipmanına gönderen yeterli sayıda yansıtıcı prizma kullanılır. Eğer tünel uzun ve kurplu ise, bu durumda lazerin yeri değiştirilerek itilen borulardan biri üzerinde yatayda ve düşeyde arzu edilen konuma getirilerek sabitlenir ve lazer ışığını kırarak lazer hedef ekipmanına gönderen yeterli sayıda yansıtıcı prizma kullanılır. 4. Sonuç Mikro tüneller ile uzaktan kontrollü olarak açılan diğer tünellerde ölçme işlemleri elektronik lazer sistemine bağlı olarak yapıldığından, kazının yönlendirilmesi daha hassas yapılmakta, zamandan ve personelden tasarruf edilmektedir. Tünel içinde ölçme çalışması yapılmadığından, tünelde ölçmeyi zorlaştıran ve hatalara neden olan toz, net görememe vb. olumsuzluklarda ortadan kalkmakta, ölçme hassasiyeti artmaktadır. İtme şaftına sabitlenen lazerin konumunun ve kazıya bağlı olarak yüzeyde meydana gelebilecek olası hareketlerin belirli aralıklara izlenmesi dışında ölçme çalışması yapılmadığından, ölçme işlerini gerçekleştiren personel daha verimli çalışabilmektedir. Veriler kontrol panelinde bulunan bir bilgisayar ile değerlendirildiğinden, makinenin konumu ile ilgili bir hesaplama hatası olmamakta, kişiye bağlı hatalar minimum düzeyde kalmaktadır. 23-25 Kasım 2005, İTÜ İstanbul 139
Kaynakça Kiesselbach, G., Hart, A. ve Gregory, J., (2003). Water & Waste Waters Europe, 4 6 March, Nice, France. Prenting, J.J., Neubauer, G., (2004). Status Report on Survey and Alignment Efforts atdesy DESY, 4-7 October, Hamburg, Germany. Schlösser, M., Herty, A., (2002). High Precision Survey and Alignment of Large Linear Colliders Vertical Alignment. Proceedings of the 7th International Workshop on Accelerator Alignment, Spring-8. CET İnşaat Sanayi ve Ticaret Ltd. Şti. HERRENKNECHT Tunneling Systems http://www.exelgroup.co.nz/downloads/jacking_pipe_intro.pdf. http://imperia.ebau.at/imperia/md/content/hobas/microtunnelling_warsaw.pdf. http://www.fhwa.dot.gov/bridge/tunnel/qa.htm. http://www.sud-chemie.com/scmcms/web/content.jsp?nodeid=183&lang=en. http://www.astt.com.au/article6.htm. http://www.idswater.com/water/europe/istt/trenchless_technology/10_0/g_supplier.html. 23-25 Kasım 2005, İTÜ İstanbul 140