TÜNEL ÖLÇME UYGULAMALARINDA SON YENİLİKLER A. ÜNLÜTEPE 1, M. MESSING 2 1 Boğaziçi Üniversitesi, KRDAE, Jeodezi Bölümü, İstanbul, ahmet.unlutepe@boun.edu.tr 2 VMT GmbH,- Gesellschaft für Vermessungstechnik Bruchsal,Germany, m.messing@vmt-gmbh.de Özet Tünel inşaat tekniklerinin gelişimine paralel olarak, inşaatların gerçekleştirilmesi için kullanılan teknik donanım ve bunun yanısıra kullanılan ölçme teknik ve donanımları da sürekli gelişim içinde bulunmaktadır. Tünel ölçme uygulamaları genel anlamda; tünellerde kazıların yönlendirilmesi, tünel uygulamalarının kontrol edilmesi, tünel içi ve dışında oluşan deformasyonların izlenmesi, ve tünel iç kaplama elemanlarının ölçme aracılığıyla kontrol altında tutulması konularını kapsamaktadır. Bu çalışmada, yukarıda sözü edilen tünel ölçme teknikleri son uygulama varyasyonlarını da kapsayacak şekilde pratikte en çok karşılaşılan tünelcilik konularından klasik tünel açma yöntemleri ve TBM tünel uygulamaları için ele alınmaktadır. Anahtar kelimeler : Tünel, tünel ölçmeleri, NATM, TBM, deformasyon ölçmeleri. Abstract LAST CHANGES ON TUNNELING SURVEYS Tunneling construction equipments,surveying methods and instrumentation are continuously advanced depending on the development of the use of tunneling methods. Generally, tunnel surveying applications include guidance of tunneling excavations, setting out measurements, deformation monitoring measurements around the tunnel alignment and within the tunnels, and inner lining measurements. Last version of these measurement methods mentioned above for classical tunneling methods and TBM tunneling methods are subjected on this paper. Keywords: Tunnel, tunnel surveys, NATM, TBM, deformation measurements. 1. Giriş Genellikle, tünel açılacak güzergahın topografyası, zemin koşulları ve açılacak tünelin geometrisi gibi parametreler değerlendirilerek tünel açma yöntemi ve buna bağlı olarak da kullanılacak ölçme yöntemleri belirlenmektedir. 23-25 Kasım 2005, İTÜ İstanbul 148
İnşaat teknolojilerindeki gelişmelere paralel olarak ihtiyaçlara ve diğer koşullara bağlı olarak tünel uygulama yöntemleri ve buna ilişkin ölçme teknikleri de gelişmektedir. Günümüzde tünel uygulamaları, kullanılan inşaat prensipleri açısından dört grup halinde incelenebilir. Bu gruplar; Aç-kapa metotla inşa edilen tüneller, Klasik metotla inşa edilen tüneller TBM Tünel Delme Makinesi ile inşa edilen tüneller Batırma Tünel (lmmersed Tube) yöntemi olarak sıralanabilir. (Ünlütepe, 2003) Bilindiği üzere inşaat yöntemi diğer yerüstü inşaat yapılarıyla büyük benzerlikler taşıdığı için aç-kapa olarak adlandırılan tünel uygulamaları kullanılan ölçme yöntemleriyle de yerüstü yapılarda ihtiyaç duyulan yöntemlerle benzerlik gösterirler. Bu çalışmada klasik tünelcilik ve TBM tünelciliği üzerinde durulmakta ve bu yöntemler için kullanılan ölçmelerde yenilikler tanıtılmaktadır. Bunun yanısıra batırma tünel inşaatına ilişkin ölçmeler de bir başka çalışmada ele alınmıştır. Tünel ölçmeleri denilince ilk akla gelen ölçme uygulamaları tünel kazılarının yönlendirilmesi gelmekle birlikte kazı ölçmelerini desteklemek için birtakım ölçme uygulamaları da gerekli olmaktadır. Buna göre tünel uygulamaları öncesinde gerekli olan ölçme uygulamaları şöyle sıralanabilir. Tünel inşaat alanını kapsayan bir nirengi ağının oluşturulması. Nirengi noktaları arasında poligon ağı Yine aynı alanda oluşturulacak bir nivelman ağı Topografyanın ölçümü ve haritaların hazırlanması Tünel tasarımlarının hazırlanması Tünel giriş yapılarının (Şaft, Portal, Yaklaşım Tüneli ) inşaatı için yapılan ölçmeler. Proje parametrelerinin araziye işaretlenmesi ve gerekli diğer ölçümlerinin tamamlanması Şekil 1. Tünel Duvarında Değişik Yapılarda Poligon Tesisleri Tünel inşaatına ilişkin tasarım değerlerine bağlı olarak tünel kazılarının yönlendirilmesi; tip kesitlere uygun olarak inşası, gerekli destek detaylarının yerleştirilmesi, tünel iç kaplama aşamalarının tamamlanması için dışarıda oluşturulan nokta sistemine bağlı olarak tünel giriş yapısı aracılığıyla tünel içerisine taşınmış üç boyutlu (x,y,z) ölçme ağına ihtiyaç duyulur. Tünel 23-25 Kasım 2005, İTÜ İstanbul 149
girişine kadar koordinatlandırılmış bulunan poligon ve nivelman noktaları aracılığıyla tünel kazılarının başlatılması ve projeye uygun olarak ilerlemesi sağlanır. Tünelin yeraltında ilerlemesiyle birlikte poligon noktaları ve nivelman noktaları tünel uygulamalarına destek verebilecek şekilde tünel duvarlarında tesis edilir ve koordinatlandırılır. (Şekil 1) 2. Klasik Metotlarla Tünel Yapımı Tünel Açma Yöntemlerinden en yaygın olarak uygulanan (NATM) Yeni Avusturya Tünel Açma Metodu, klasik metotla tünel açma tekniklerinin en deneysel ve esnek olanı, en optimum destek ve kazı yöntemlerinin uygulanabildiği tünelcilik anlayışıdır. NATM tünel güzergahı boyunca yapılan zemin etütleri ile topografya, derinlik ve inşa edilecek tünel geometrisine bağlı olarak prensipte tünel inşaat detayları belirlenir. Bununla beraber uygulama sırasında zemin gözlemleri ve deformasyon ölçmelerinden elde edilen sonuçlara göre uygulamaya ilişkin kazı destek ve kullanılacak inşa tipi ile kullanılacak ekipman yeniden gözden geçirilerek daha uygun hale getirilir. Bunun sonucunda tünellerde gerektiği kadar destekleme kullanılarak iyi bir zamanlama ve optimum maliyetle gerek duyulduğu ölçüde yapı emniyeti sağlanır. (Şekil 2.) Şekil 2. Klasik (NATM) Tünel İnşaat Yöntemi NATM tünel metodu için; uygulama sırasında elde edilecek zeminin reaksiyonlarına göre yeniden uygulama detayları düzenlendiği için deformasyon ölçmelerinin önemi büyüktür. Ancak NATM tünelciliği için deformasyon ölçümleri bu çalışmada ele alınmayacaktır. 2.1 Klasik Tünel Kazılarının Yönlendirilmesi Tünel inşaatları sırasında kazı doğrultusunun belirlenmesi tünel ölçmelerinin en önemli konusunu oluşturmaktadır. Klasik anlamda tünel kazılarının yönlendirilmesi ve diğer tünel uygulamaları doğrudan ölçme ekiplerinin total station nivelman ve yardımcı donanımları aracılığıyla tünel kazı birimlerini yönlendirmesi ve kazı profilini işaretleyerek yürütülebileceği gibi bu amaçla tünel kazı kesiti ve elemanlarına bağlı olarak gerek sayıda kullanılacak lazer cihazları aracılığıyla da yapılabilir. Bu arada son zamanlarda kazıların yönlendirilmesi için uygulanmaya başlanan bir yöntem de kazı makinalarının ölçme aracılığıyla yönetilerek kazıların gerçekleştirilmesi şeklinde olmaktadır. NATM metoduyla tünel kazılarının yönlendirilmesi klasik yöntemlerle yapılabileceği gibi iki değişik yöntemle de yapılabilmektedir. Bu ölçme yöntemleri; kazı makinalarının (Roadheader) yönlendirilmesi, yönlendirme için lazer cihazlarının kullanılması için yapılır. (Şekil 6) 23-25 Kasım 2005, İTÜ İstanbul 150
2.1.1 Klasik Tünel Kazılarının Yapılması için Kazı Makinalarının Yönlendirilmesi Roadheader kazı makinalarının klasik tünel uygulamaları için kullanımı, birçok avantajı nedeniyle giderek yaygınlaşmış ve roadheader önemli bir tünel kazı makinası halini almıştır. Roadheader kazı makinaları değişik kazı kesitlerinde, değişen jeolojik zemin koşulları karşısında kullanışlı, hızlı ve kolay mobilize olabilmektedir. (Sekil 2) Tünellerin zemin koşulları, tipkesit formları ve genel formları nedeniyle parçalı aşamalar halinde roadheader ve diğer destek sistemleri kullanılarak rahatlıkla kazılabilmekte ve tünel desteği sağlanabilmektedir. Burada en temel teknik desteklerden birisi de kazı doğrultusunun ölçmeler yardımıyla belirlenmesidir. Bu işlem sürekli olarak tünel içerisinde bir ölçme desteğinin bulunmasını gerektirmektedir. Bilindiği üzere Road header ile yapılan tünel kazılarında da ölçme çalışmaları yakın geçmişe kadar kazı sınırlarını belirlemek için doğrudan tünel içinde yapılan ölçme aplikasyonlarıyla sağlanmakta, yada tünel içerisinde lazer aletinin kazı yönünde yerleştirilerek ölçümlenmesi ve gerekli iksa ve kazı sınırlarına olan düşey ve yatay açıklıklarının istenen aralıkta hazırlanarak kazı birimlerine verilmesi şeklinde gerçekleştirilmektedir. Şekil 3. Prizmaların ve İnklinometrelerin Yerleşimi (VMT, 2005-d) Klasik ölçme aplikasyonlarıyla tünel kazılarının yönlendirilmesi tünel aynası civarındaki birçok aktivite nedeniyle pek kolay ve sağlıklı olmamaktadır. Ayrıca ölçmecinin sürekli tünel içinde bekleyerek uzun zaman harcamasına sebep olmaktadır. Roadheader Yönlendirme Sistemi (SLS-TM) bir süreden beri pratikte kullanılmakta ve tünel kazılarında ölçme desteğinin otomatik olarak gerçekleştirilmesini sağlamaktadır. Roadheader yönlendirme donanımı makina üstünde yerleştirilen diğer donanım aracılığıyla tüm datayı kaydederek kazı profiline göre kazıları değerlendirdikten sonra görselleştiren bir adet bilgisayar, data iletişimi için bir lokal modem kutusu, sensör verilerini toplayan ve bilgisayar kullanımı için konvert eden merkez kutusu, lazer ışınlarını karşılayan 2 adet prizma, makinanın hareketlerini tespit eden 2 eksenli inklinometre sayılabilir. Roadheader üzerindeki sisteme doğrudan tanımlanan aralıklarla ölçüm yapmak üzere poligon noktasında yerleştirilmiş aktif teodolit sistemi bulunmaktadır. Data iletimini yöneten kumanda kutusu ise bu harici sistemi desteklemektedir. Teodolit koordinat bağlantısını gerideki poligon üzerinde yerleştirilmiş olan prizmadan almaktadır. (Şekil 4) Makinanın üzerinde yerleştirilen 2 adet prizma teodolit-lazer ölçüleriyle makinanın genel konumunun global koordinat sistemine göre belirlenmesini sağlamaktadır. Makinanın genelde roll ve pitch olarak tanımlanan boyuna ve enine hareketlerini tanımlamak için 2 eksenli inklinometre kullanılmaktadır. Bu arada makinanın kazı kafası kolunun ve kazı kafasının hareketlerinin de tanımlanması için sensörler yerleştirilmektedir. Böylece kazıcı kafanın konumu makinanın ana gövdesinin pozisyonundan ve 23-25 Kasım 2005, İTÜ İstanbul 151
sensörlerden elde edilen hareket datasından yararlanarak kazıcı kafanın rölatif koordinatlarına bağlı olarak proje koordinatlarıyla belirlenebilmektedir.(şekil 5) Proje koordinatlarındaki kazıcı kafanın konumu ise kazılacak proje kesiti ile karşılaştırılarak operatöre kazı yapabilmesi için bilgisayar ekranında görsel ve sayısal bir yönlendirme verir. Total Station başlangıç için tünel dışında yerleştirilir ve kazıların tünel içinde ilerlemesiyle ve devam eden süreçte tünel duvarında tesis edilen tünel tipi poligonlara yerleştirilmek üzere taşınır.total station koordinatlandırılmış tünel duvarındaki poligon noktasına yerleştirilince geri poligon noktasındaki gözleme dayanarak kazı makinası üzerindeki prizmalara yönlendirilir ve kazı makinasının konumunun tanımlanması sağlanır. Makinanın bir koordinat bütünlüğü içerisinde hareketlerinin tespiti ve makinanın tanımlanması için prizmalar ayrı ayrı ölçülür. Inklinometreler makinanın dönüklük eksenine paralel olarak yerleştirilir ve sürekli olarak değerlendirme sistemine makinanın hareketleri hakkında data göndermeleri sağlanır. Şekil 4. Roadheader Yönlendirme Sistemi (SLS-TM) Donanımı (VMT, 2005-d) Makina gövdesinin konumu; kazı kafası kolunun hareket sensörleriyle beraber ölçülmesiyle kazıcı kafanın global koordinatları belirlenebilmektedir. Bu yöntem DTA (Proje Tasarım Ekseni) ve kazı kesitinin bir bileşimiyle değerlendirilerek sonuçlandırılır. Prizmalar, inklinometreler ve sensörler yardımıyla makina gövdesinin her türlü hareketi ölçülmekte ve ekrana yansıyacak görüntüyü belirlemek için hesaplara dahil edilmektedir. Şekil 5 Roadheader Koordinat Sistemi (VMT, 2005-d) 23-25 Kasım 2005, İTÜ İstanbul 152
2.1.2 Klasik Tünel Kazılarının Yönlendirilmesi için Lazer Cihazlarından Yararlanılması Tünel geometrik formuna ve kazı yapılacak tünel aynası bölümüne bağlı olarak istenen sayıda lazer cihazı yerleşimi sağlanarak tüm tünel kazı ve iksa destekleme işlemleri çok az sayıda ölçme elemanı yardımıyla sürdürülebilmektedir. Burada tünel geometrisinin aliyman olması da bir zorunluluk değildir. Ölçmecinin yapması gereken; tünel aynasında bilinmesi gereken bir noktaya en yakınından geçen lazer ışınından belli bir km deki yatay ve düşey mesafe farklarının (dx,dh) verilmesini sağlamaktır. Uygulamaların yönlendirilmesini sağlayacak olan bu liste tünel boyunca belli aralıklarla hesap edilerek hazırlanır ve kazı-destek ekiplerine teslim edilir. Bu değerler bütün lazer ışınları için tip kesit üzerindeki belli noktalara bağlı olarak tünel boyunca verildiğinde tünel ilerlemesi için ölçmecinin tünelde beklemesine gerek olmayacaktır. Bir çift hatlı raylı sistem tüneli kazısı için 4 yada 5 adet lazer cihazı tesisi kazıların yönlendirilmesi için gayet uygun olmaktadır.(şekil 6) Lazerlerle tünel kazılarının yönlendirilmesi tünellerde kazı uygulamaları için büyük kolaylıklar ve personel tasarrufu sağlamaktadır. Şekil 6. NATM Lazer ile Ölçüm Şeması (Ünlütepe, 2003) 3. TBM Tünel İnşa Metodu TBM tünel açma teknolojisi son dönemlerde çok önemli teknik gelişmeler kaydetmiştir. Sistem; inşa edilmesi tasarlanan boyutta dairesel bir silindirik formu olan ring içerisinde tünel yapımı için gerekli teknolojiyi barındıran bir tünel yapım makinasıdır. TBM makinalarının tasarımı; tünel iç kaplama cinsi, zemin ve proje koşullarına göre belirlenmektedir. (Şekil 7). 1-Kazıcı Kafa 2-İtme Ünitesi 3-Piston 4-Basınç Ünitesi 5-Burgu Konveyor 6-Ring Montaj Kolu 7-Burgu Konveyor 8-Segment Besl. Ünitesi 9-Segment Vinci 10-Çamur Nakil Bandı 11-Kontrol Kabini 12-Segment İç Yüzeyi 13-TBM Yönlendirme Lazer İstasyonu Şekil 7. TBM Makinesi (Ünlütepe, 2003) 23-25 Kasım 2005, İTÜ İstanbul 153
Sistemin baş kısmında kazılması planlanan zemin koşullarına göre tasarlanmış bir kazıcı kafa ile kazılan malzemenin dışarıya taşınmasını sağlayan bir sistem mevcuttur. Makinanın silindirik formu kazılan zemini ayakta tutarak zemin stabilitesini korur. Kazıcı kafanın ilerlemesiyle ön kısmın stabilitesi de hemen gerisindeki çok sayıda pistonlar aracılığıyla yerleştirilen segmentlere basarak ve kötü zemin koşulları için tasarlanmış ise ayna basıncı uygulayarak sağlanır. Lojistik lokomatif aracılığıyla içeri taşınan segment parçaları makinanın erektör sistemi ile kazısı tamamlanan bölümde yerleştirilir. Bu arada sistemin tüm mekanik parametrelerini gösteren bir bilgisayar ile makinanın yeraltında yönlendirme ve iç kaplama yerleşiminin yönetildiği bir ölçme bilgisayarı mevcuttur. TBM makinalarıyla tünel açımı sırasında gerekli olan ve burada ele alınacak olan ölçme uygulamaları; tünel makinasının (TBM) yönlendirilmesi, tünel içi stabilitesinin izlenmesi ve tünel içinde kullanılacak kaplama elemanlarının imalatının ölçümlerle denetlenmesi olacaktır. 3.1 TBM Makinasının Yönlendirilmesi TBM doğrultusu ilerleme sırasında zemindeki çeşitli engeller, zemin deformasyonu, etraftaki kayalar ve değişen hidrolojik koşullar vb sebeplerle değişebilmektedir. TBM in değişen pozisyonu ise sürekli olarak elde edilen total station ölçümleriyle belirlenerek DTA ya (Proje tasarım Ekseni) göre kıyaslanır. TBM in proje tünel ekseninden olan farkları bir düzeltme eğrisi tanımlanarak DTA üzerine getirilmeye çalışılır.tbm operatörü TBM makinasının, tasarım tünel eksenine göre konumunu sürekli görmek ister. TBM sürücüsü gördüğü tasarım ekseninden olan kaçıklıkları düzeltmek ve mümkün olduğunca makinanın tasarım eksenini izlemesi için TBM i gerekli yönlerde hareket ettirir. Bu nedenle sürekli aktive edilmiş bir yönlendirme sistemi gerekli bulunmaktadır. TBM Üzerinde Hedef Monitoru Stabil Tünel Üzerinde Poligon Tunel Delme Makinası (TBM) Tünel Iç Yüzeyinde Referans Noktası Tamamlanmış Tünel Şekil 8. TBM Yönlendirme Sistemi ve Bir Uygulama Görüntüsü Yönlendirme sistemi dışarıdan tünel içerisine taşınan ölçüm şebekesine dayalı olarak TBM in teorik eksen üzerinde başlangıç pozisyonunun belirlenmesi ile başlar. Bu arada TBM içerisinde bulunan ölçme komputerine yönlendirme yazılımından başka inşa edilecek teorik tünel ekseni ve tip kesit parametreleri yüklenir. TBM in gerisinde bir total station tünel düzleminde set edilerek ölçme ağına bağlandıktan sonra TBM in ön kısmında bulunan algılayıcı ekrana yönlendirilir.(sekil 8) Total station tarafından ölçülen açılar ve mesafeler belirlenen intervallerle ölçümlenerek değerlendirilmek üzere otomatik olarak kontrol bilgisayarına gönderilir. Kontrol bilgisayarı bu verilere dayanarak TBM in ölçüm anındaki konumunu belirleyerek tasarım güzergahı ile kıyaslar ve yatay-düşey düzeltme değerlerini belirtir. 23-25 Kasım 2005, İTÜ İstanbul 154
Yönlendirme sisteminin ana referansı bir teodolit üzerine monte edilmiş olan ve görünür ışın gönderen lazer sistemidir. Lazer ve teodolit tünel duvarında tesis edilmiş ve koordinatlandırılmış bir metal askı üzerine yerleştirilir (Şekil 8) ve TBM makinasında yerleştirilmiş bulunan hedef monitörüne yönlendirilir. Bu şekilde sistem 100 ila 200m arasında bir mesafeye kadar lazer gücüne ve tünel atmosferik koşullarına bağlı olarak TBM için yönlendirme hizmeti verebilir. Bu mesafe inşa edilen bölümde tünel eğriliğine lazer ekranının boyutlarına da bağlıdır. Lazer periyodik olarak tünel içerisinde inşa edilen tünelin ön bölümünde mümkün olduğunca stabil olan tünel yüzeyine taşınır. Yeniden koordinatlandırılan bir poligon istasyonuna set edilmiş teodolit ve lazer aletinin ışığının aktive edilerek ELS (Elektronik Lazer Ekranı) monitör üzerine sabitlenmesiyle ELS ölçümlenmesi yeniden başlatılır. ELS ekranı çift eksenli inklonometre ile de kontrol edilmektedir. Ayrıca ELS ekran üzerindeki bir retro prizma ile teodolit ile ELS arasındaki mesafe ölçülerek ELS ekranı pozisyonu ve dolayısıyla da TBM konumu ve proje eksenine göre durumu belirlenebilmektedir. Şekil 9. TBM İçin SLS-T APDYönlendirme Sistemi (VMT, 2005-b) Konum belirleme için tanımlanan temel koordinat sistemi genel proje koordinat sistemidir. Yönlendirme sistemi tüm tünel ve proje elemanlarının tanımlandığı koordinat sistemidir. Ayrıca TBM üzerine yerleştirilmiş ELS ekran boyutları, TBM kontrol noktaları ve referans noktaları ise TBM lokal koordinat sistemine göre belirlenir. Bir ölçme kontrolü için TBM üzerindeki kontrol noktaları kullanılarak transformasyon programları aracılığı ile TBM pozisyonu belirlenir. TBM makinası yönlendirmesi için kullanılan üçüncü koordinat sistemi DTA (Proje Tünel Ekseni) koordinat sistemidir. Bu koordinat sisteminde noktalarının kilometre ve ofsetleri gösterilir. Yönlendirme sistemi TBM in konumunu belirlemek için bu koordinat sisteminden yararlanarak DTA dan yatay ve düşey kaçıklıkları ve TBM kilometresini verir. TBM yönlendirme sistemi aşağıdaki bileşenlerden oluşmaktadır (Şekil 9): ELS Ekranı: Bu ekran lazer ışınını karşılayan ve TBM in ön kısmında yerleştirilen bir aktif ekrandır. ELS içerisinde iki doğrultudaki hareketleri belirleyen bir inklinometre bulunmaktadır. Yerleştirme pozisyonu TBM lokal koordinat sistemine göre belirlenmiştir. 23-25 Kasım 2005, İTÜ İstanbul 155
Sarıkutu: Teodolit ve lazere enerji sağlar ve bilgisayarla lazer arasındaki ilişkiyi düzenler. Lazer + Teodolit:Yatay düşey açıları, mesafeleri ölçer ve ELS üzerine lazer ışını gönderir. Endüstriyel PC : Tünel yönlendirme yazılımını işletir, data toplar ve hesaplar. Tünel İlerleme Yazılımı: Yazılım bütün söz edilen aletlerden data alır.tbm konumunu topladığı tüm ölçüm datasını ve DTA datasını kullanarak hesaplar ve DTA ye göre nümerik ve grafik olarak gösterir. Ayrıca ring yerleşimleri hakkında data hazırlar. Kontrol Kutusu: Datanın PC ve yazılım için uygun hale getirilmesini sağlar. 3.2 Tünel Stabilitesinin İzlenmesi Tünel stabilitesini izlemek için yapılan deformasyon ölçümleri tünel üstünde NATM tünel uygulamaları için yapılan ölçümlerle büyük ölçüde benzeşir.(şekil 10) Sadece tünel içerisinde iç kaplama cinsine bağlı olarak ölçüm noktası tesis şekli ve çeşidi farklılıklar gösterebilir. TBM ile tünel açımı sırasında da deformasyonlar belirlenmeye çalışılarak uygulamaya ilişkin herhangi bir ek düzenlemeye ihtiyaç olup olmadığı ortaya konur. Eğer beklenenin ötesinde deformasyon bulguları var ise uygulamaya ilişkin detaylar gözden geçirilir. TBM segmentli tünel uygulamalarında genellikle segment iç yüzeyindeki konverjanslar merak konusu olmuştur. Bu amaçla son zamanlarda ring iç yüzeyinde oluşan konverjansların belirlenmesi için geliştirilmiş olan yöntem Ring Konverjans Ölçüm Sistemi (RCMS) olarak adlandırılmaktadır. Şekil 10. Deformasyon Ölçüm Noktalarının Yerleşimi (Ünlütepe vd., 2001) 3.3 Ring İçinde Konverjans Ölçümleri Bu ölçüm yöntemi segmentli tünel uygulamalarının uygulama emniyetini ölçmek için geliştirilmiştir. Segmentli tünel iç yüzeyindeki konverjans ölçümleri kısıtlı biçimde sadece invar teli yada total station gözlemleriyle mümkün olabilmiştir. Ancak bu yöntemlerle TBM destek birimlerinin bulunduğu alanlarda ölçüm mümkün olmamaktadır. Bu arada segment ringinin yerleştirilmesinden sonra TBM pistonlarının basıncı, enjeksiyon etkisi ve TBM kuyruk kısmının geçişi sırasında oluşan değişim, tüp içinden yük taşıma sırasında oluşan etkileşim hep merak edilmiştir. Yukarıdaki belirtilen beklentilere cevap olacak konverjans ölçüm yöntemi VMT tarafından geliştirilmiştir. Sistem bir kesit halinde her segment parçası 23-25 Kasım 2005, İTÜ İstanbul 156
üzerinde set edilecek inklinometrelerin data kaydetmesine ve bu datanın değerlendirilerek konverjans değişimlerinin belirlenmesine dayanmaktadır. Ring konverjans ölçüm sistemi donanımı aşağıdaki bileşenlerden oluşmaktadır (Şekil 11): Sistem bir ringte bulunan segment sayısı kadar inklinometre cihazı gerektirmektedir. İnklinometreler dijital yada analog data kayıt sistemlerine sahip olabilmektedir. Sistemin diğer bileşenleri ise, özel data kablosu, kaydedilecek data için kontrol ünitesi ve endüstriyel tip bilgisayardır. Her bir segment parçası üzerine yerleştirilecek inklinometrelerdeki tilt değişiklikleri alınarak bütün bir ring hakkında deformasyon bilgisi elde edilmektedir. Tamamıyla otomatik ve istenen sıklıkta data toplamak mümkün olmaktadır. Bu yöntemle ±0.3 mm ölçüm iç doğruluğu ile tünel içi konverjanslarını belirlemek mümkün olmaktadır. Şekil 11. Ring Konverjans Ölçüm Sistemi ve Bileşenleri (VMT, 2005-a) Ring monte edilir edilmez ölçüm cihazları segmentler üzerine yerleştirilebilir ve hemen tüm oluşacak konverjans verilerini kaydetmek mümkün olabilmektedir. Bütün konverjans verileri tünel üzerinde yerleştirilen diğer ölçüm noktalarından elde edilen ölçüm bulgularıyla birleştirilerek uygulama hakkında daha doğru kararlar verilebilir.(şekil 10) İnklinometreler segmentler üzerinde nişler içerisine yerleştirilebilirler. Yerleştirme işlemi en basit şekliyle yapıştırılarak gerçekleştirilebilir. Yerleştirme ve ilk gözlem hemen ringin yerleştirilmesini takiben mümkün olabilmektedir. Kolay yerleştirilmesi ise daha ringin yerleştirildiği ilk andan itibaren bilgi toplanmasına fırsat tanıyan basit ama önemli bir ayrıntıdır. Tünellerde oluşan deformasyon segmentlerin birleşim yerlerinde kendini gösterir. Tünellerde oluşan bu deformasyon bir ringi oluşturan tüm segment parçalarının üzerine yerleştirilen inklinometrelerle elde edilebilmektedir. Segment yüzeylerindeki hareketler her segment parçası için kaydedilmektedir. Her inklinometre iki kablo girişine sahiptir. Birinci inklinometre bir ucundan kontrol ünitesine ve diğer ucundan da diğer inklinometreye bağlanır. Diğer inklinometreler bir önceki ve bir sonraki inklinometre ile bağlanır. Yalnızca son inklinometre sadece bir öncekine bağlanır ve data kaydı gerçekleştirilir. Her ring üzerinden elde edilen data gruplarının bir bütün olarak değerlendirilmesi sonucu her inklinometreden istenen diğer tüm inklinometrelere olan mesafeler bulunabilmektedir. (Şekil 12) Ölçmelerden ilki sıfır ölçümü olarak kabul edilerek sonraki ölçüler bu veriye göre kıyaslanabilmektedir. Ölçüm datasının değerlendirilmesi için segment birleşim yerlerinin koordinatlarına ihtiyaç vardır. Değerlendirme için ring formu yerleştirilme sonrası elde edilen konumu baz alınır. Ring üzerindeki bilinen bazı detayların TBM yönlendirme teodoliti ile ölçülerek koordinatlandırılmasıyla bütün konverjans ölçüleri de proje koordinat sisteminde tanımlanabilmektedir. 23-25 Kasım 2005, İTÜ İstanbul 157
3.4 Segment ve Segment Kalıplarının Kalite Kontrolü Tünel iç kaplama elemanlarının tünel içerisine yerleştirilmeleri sırasında ¼ mm. ye varan imalat toleransına uyulması beklenmektedir. Bu toleransların aşılması durumunda iç kaplamanın tünel içerisine yerleştirilmesi sırasında tam kilitlenme sağlanamayabilir ve bunun sonucunda da tünel içine sızma hatta stabilite sorunlarıyla karşılaşmak sözkonusu olabilir. Bu nedenle iç kaplama imalatı için kullanılan kalıplar ile imal edilen elemanlar ölçmelerle kontrol edilirler. Bu kontroller fotogrametrik metotlarla yapılabileceği gibi klasik ölçum yollarıyla kumpaslar kullanılarak da yapılabilir. Ancak lazer interferometri yöntemi son zamanlarda kullanımı yaygınlaşan bir ölçme yöntemi olmaktadır. Şekil 12. Ring Konverjans Ölçümlerinin Tubgeo Yazılımıyla Yorumlanması Lazer interferometri yöntemi (LIS) segment kalıpları ve imal edilen segmentlerin ölçülerek kontrol edilmeleri için hızlı hassas ve pratik bir yöntemdir. Ölçümler doğrudan obje üzerinden polar koordinat 23-25 Kasım 2005, İTÜ İstanbul 158
yöntemiyle yapılır ve bu ölçüm datasının değerlendirilerek sayısallaştırılmasıyla gerçekleştirilir. Lazer interferometri ölçüm sistemi; ölçümler için yüksek hassasiyetli single beam 3D lazer interferometer LT 300/LTD 500 aleti kullanmaktadır. Aletin ölçüm kapsama alanı yatayda ±235, düşeyde ±45 dir ve 25m mesafede ölçüm yapılabilmektedir. Değerlendirme yazılımı TubGeo bir çok test ölçümümde de kullanılmakta olup C++ programlama dilinde yazılmıştır. Hesaplanmış data sayısal, grafik ya da her ikisinin bir kombinasyonu şeklinde de sunulabilmektedir. Obje ölçümleri değerlendirilerek ölçüm verileri tasarım verileriyle karşılaştırılır. İlk kontrol ölçümü segment kalıpları için ve ardından da ilk imal edilen segmentler üzerinde yapılır. Segment kalıpları 3 boyutlu olarak imalata başlamadan önce ölçülür ve imalat için kabul edilebilir toleranslar dahilinde uygun olup olmadığı ortaya konur. Segment kalıpları ve imal edilen segment parçalarının kontrol edilebilmesi için ölçüm verilerinin milimetreden daha yüksek duyarlıkta data içermesini gerektirmektedir. Bir segment parçasının tam anlamıyla tanımlanabilmesi için 6 yüzeyinin tamamının ölçülmesi gereklidir. Kontrol işlemi sadece objenin geometrik formunun kontrolü için değil aynı zamanda gerekli tüm imalat detaylarının kontrolünü de mümkün kılar. Segment kalıp ve segment parçaları için yapılan kontrol ölçümleri imalat ortamında yapılmaktadır. Bu mümkün değilse depolama ortamlarında yapılabilir. Kalıp ya da segment ölçümlerinin yalnızca bir noktadan ölçülmesi yeterli olmamaktadır. Bu nedenle kontrol edilen objenin aynı koordinat sisteminde tanımlanmış ikinci bir ölçü noktasından da ölçülmesi gerekmektedir. (Şekil 14) Aynı obje üstünden alınan tüm kontrol ölçümlerinin koordinat bütünlüğü içerisinde olması için retroreflektif prizma aracılığıyla belirlenen formatta bir grup ölçü alınır ve bu noktalar tanımlanır. Kontrol ölçümlerine başlanacağı zaman retroreflektif prizma referans noktasına konur, alet kendi iç kalibrasyonunu tanımlar ve ölçüm için gerekli tüm yüzeylerde prizma gezdirilerek aletin gerekli yüzeylerde ölçü taramalarını yapması sağlanır. Ölçme verilerinin değerlendirilmesi için Tubgeo isimli yazılım kullanılmaktadır. Değerlendirme datası obje noktalarını 3 boyutlu olarak X,Y,Z dx,dy,dz olarak tanımlar. Obje ve tasarım verileri kıyaslanarak toleranslar belirtilir ve uyumsuzluklar ortaya konur. Sonraki kontrol işlemi belirlenen periyotlarla imal edilen segment grupları ve segment kalıp grupları için tekrarlanabilir. (Şekil 13) Şekil 13. Segment Kalıbı ve Segmentlerin Ölçülmesi 23-25 Kasım 2005, İTÜ İstanbul 159
Tünel Ölçme Uygulamalarında Son Yenilikler Şekil 13. Laser Interferometri Ölçüm Sistemi (VMT, 2005-c) 4. Sonuç Burada NATM ve TBM olarak iki ayrı tünel teknolojisi için ele alınan tünel ölçmeleri genelde tünel kazılarının ve inşasının yönlendirilmesi için yapılan ölçmeler açısından incelenmiş ve bu konuda yeni gelişen ölçme uygulamaları ele alınmıştır. Tünel inşaatlarına ilişkin ölçmeler inşaat uygulamalarının güvenle ve başarıyla uygulanmasını sağlamak için son derece gerekli teknik uygulamalardır. Tünel uygulamaları kapsamındaki ölçme uygulamalarının sürekli gelişmesi, ölçmeler için modern teknikler ve yaklaşımların kullanılıyor olması tünelcilik uygulamaları için de çok önemli kazanımlar getirmektedir. Bu kazanımlar ise; inşaat maliyetlerinin düşmesi, inşaat sürelerinin kısalması ve inşaat kalitesinin artması şeklinde olacaktır. Kaynaklar Ünlütepe, A., Özener,H., Gürkan, O. (2001-a), Monitoring and Analyzing the Geotechnical Measurements at İzmir LRT System Tunnels, Turkish- German Joint Geodetic Days, April, BTU, Berlin Ünlütepe, A., Özener,H., Gürkan, O. (2001-b), Guiding System Applied to Konak- Basmane EPBM Tunnels in İzmir, Turkish- German Joint Geodetic Days, April, BTU, Berlin Ünlütepe, A., (Şubat 2002), Monitoring Vertical and Horizontal Displacements During the Construction of İzmir LRTS NATM and EPBM Tunnels, Ph.D. Thesis, Bogaziçi University, İstanbul. Ünlütepe, A.,(2003), Tünel İnşaatları Sırasında Uygulanan Ölçme Yöntemleri ve Bu Yöntemlerin Değişik Tünelcilik Metodları İçin Karşılaştırılması, 1. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu, YTU, Istanbul VMT GmbH, (1997), Tunnel Guidance System for TBM S With Segmential Lining, Ubstadt-Weiher, Germany, VMT GmbH, (2005-a), RCMS-Ring Convergence Measurement System, Germany. VMT GmbH, (2005-b), SLS-T APD Tunnel Guidance System, Germany VMT GmbH, (2005-c), LIS Laser Interferometer System, Germany VMT GmbH, (2005-d), SLS-TM Guidance for Roadheader, Germany 23-25 Kasım 2005, İTÜ İstanbul 160