Ulaştırma Yapıları DersiTüneller

Yrd. Doç. Dr. Sercan SERİN

Giriş Günümüzde tüneller araba ve trenler için mesafeleri kısaltıcı

alanlar oluşturmakta, su ve kanalizasyon atıklarının uygunbölgelere gönderilmesinde hatta güç (elektrik, telefon,doğalgaz) ve iletişim yollarının oluşturulmasındakullanılmaktadır.

Günümüzde dağların içinden geçen tüneller ile okyanusunaltında uzanan tüneller yapmak ve kullanmak güvenilir halegelmiştir. Fakat tünel yapma tekniklerinde ilerlemek vebugünkü koşullara ulaşmak, mükemmel yapıya sahip tünellerkazmak mühendislerin uzun yıllarını almıştır.

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 adlandırılaneğimli yapıya sahip tüneller inşa etmişlerdir. Bu sayede baharaylarında dağlardan gelen suları şehirlere ve köylerenakletmişlerdir. Romalılar yerin altını daire biçiminde oyarakve yer üstünde zarif kemer yapılar yapmak suretiyle yalnıztemiz suyu şehir ve köylere getirmekle kalmamış aynı sistemikullanarak atık suları da şehir ve köylerden tasfiye etmek içinkullanmışlardır.

17. yüzyılda meydana getirilmiş (açılmış) tüneller sadecekanal vazifesi görmek amacıyla yapılmışlardır.

Giriş Eski zamanlarda ham maddeleri şehirlere

nakletmek için kara ve tren yolu olmadığı içinuzun mesafeler arasında sıvı halde bulunanhammaddelerin taşınması işinde su karayollarıen iyi yol olarak kabul görmüş vekullanılmıştır.

Tren ve arabaların büyük ölçüdeyaygınlaşmasıyla birlikte tünel inşasında dagelişmeler meydana gelmiştir.

Giriş 19 ve 20. yüzyıl boyunca tren yolu ağının ve motorlu

taşıtların (nakliye taşıtlarının) gelişmesi daha büyükdaha iyi ve daha uzun tünellerin yapılmasına yolaçmıştır.

Günümüzde kullanılan son tünel yapımteknolojisiyle birlikte mühendisler dağlarıdelebilmekte, nehirlerin altından geçen geçitleroluşturabilmektedirler. Mühendisler tünel kazmayabaşlamadan önce tünel açılacak sahadaki toprağın vekayaların özelliklerini analiz etmek ve anlamak içinküçük çaplı, deneme amaçlı testler yaparlar.

Tünel Tipleri ve Özellikleri

Tünel açma metodları: Tünelin açılacağı bölgede ilkyapılacak işlem toprak yapısının jeolojik yönden incelenmesive toprak katmanlarının yapıları hakkında bilgi toplamaktır.Toprak yapısına bağlı olarak çeşitli işlemler seçilerek tatbikedilir. Tatbik edilen bu metotların arazi yapısına göre çeşitliisimleri vardır.

Tünel Kazı Yöntemleri

Tüneller genellikle üç yöntemle açılır.1. Aç-Kapa2. Delme ve Patlatma3. Makine ile Tünel Açma

1. Aç-Kapa Tünel Açma Yöntemi

Genellikle metro tünelleri, güzergah itibariyle ana yollarınaltından geçebildiği gibi yüzeye yakın kısımların altından dageçebilmektedir.

2. Delme ve Patlatma Yöntemi ile Tünel Açımı

Modern mekanize tünel açımında, delme patlatma yöntemi ile ilkaşamada kayaç delinir. Kuyular ve delikler aynı zamanda kaya bulonlarıiçinde ayrıca açılabilir. Açılan deliklere önceden belirlenmiş cins vemiktarda patlayıcı madde doldurulur. Patlatma işlemi, kurulan ateşlememekanizması ile patlatma yapılarak tamamlanır. Duman ve tozundağılmasından sonra tavan temizlenerek aynaya ulaşılır. Pasa alınarakpüskürtme beton aynaya kadar yapılır.

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.

3. Makine ile Kazı

Tünel kazı makineleri ile yapılan tünel kazısı, patlamaya oranladaha az yıkıcı ve bozucu olduğundan daha duyarlı tüneller içindir.

3.1. Tam Kesit Kazı Makineleri

Farklı tünel şartlarında ekonomik olarak kazı yapabilmektedir.Fakat bu makinelerin satın alınması, çalışacak sahaya getirilmesive kurulması pahalıdır. Tam kesit Tunnel Boring Machine(TBM)’in fiyatı tünel çapıyla orantılı olarak artmaktadır.

Eğer tünel zemin koşulları sıkça değişiyorsa patlatma, makinekazısına oranla daha ekonomik bir yöntem olur.

AVRASYA TÜNELİ

Yıldırım Bayezid adı verilen tünel açma makinesi, Almanya'da özel olarak üretildi. Deniz tabanı altındayapılan kazı çalışmaları, bu projeye özel olarak tasarlanan Tünel Açma Makinesi (Tunnel BoringMachine-TBM) ile gerçekleştirildi. Herrenknect tarafından Almanya'da üretilen TBM'nin montajişlemleri Türkiye'de gerçekleştirildi. Anadolu yakasında çalışmaya başlayan Tünel Açma Makinesi,deniz tabanının yaklaşık 25 metre altından toprağı kazarak ve iç çeperleri oluşturarak ilerliyor. Günlükilerleme hızı ise ortalama 8-10 metre. TBM, bentonit bulamacı kullanan tünel açma makineleri arasında11 bar arın basıncı ile dünyada 2. sırada, 13,7 metre kazı çapı ile dünyada 6. sırada yer alıyor.

3.1.(1). Kayada Tam Kesit Tünel Açma Makineleri ileTünel Açımı

Bir tam kesit tünel açma makinesi, ön yüzeyinin çeşitli cinsve sayıda kesicilerin yerleştirilmiş olduğu dönen bir kafa ileiçinde gerekli cihazların ve kumanda bölümünün bulunduğusilindirik bir gövdeden ibarettir.

3.1.(2). Yumuşak Zeminlerde Tam Kesit Tünel Açma Makineleri ile Tünel Açma

Yumuşak zeminlerde kullanılan tam kesit tünel açma makinelerindenen yaygın olarak kullanılanı dönen tekerlekli kalkan makinesidir. Bumakinelerde kalkanın ön yüzeyinde, kesiciler yerleştirilmiş dönen birtekerlek bulunur. Çapları 1-8 m arasında değişmektedir.

3.2. Yarım Kesit Kazı MakineleriYarım kesit tünel açma makineleri kaynanın bir kısmını kazarlar.

Manevra kabiliyetleri daha fazladır. Belirli lokasyonlarda sınırlısürülme uzaklıklarında kolayca tünel içinde sokulabilir ve patlamaiçin emniyet arz edecek bir mesafeye çekilebilirler.

Yarım Kesit Tünel AçımıRoadheaders

Aksiyal Dönme Eksenli Roadheader

3.2.4. Tünel Açma Yöntemleri

Tünel açma yöntemleri parça ve tam kesit yöntemleri olarak ikibölümde incelenmektedir. Yalnız Yeni Avusturya Tünel AçmaYöntemi, tünel açma çalışmalarında büyük bir gelişmeye yolaçtığından ayrı bir bölüm olarak incelenmektedir.

3.2.4.1. Parçalı Kesit YöntemleriParçalı kesit yöntemlerinde ilk önce nakliye amacıyla tavan

ve taban galerileri sürülmekte, daha sonra diğer parçalar panohalinde alınmaktadır. Bu bölüme giren başlıca yöntemler aşağıdaözetlenmiştir.

1. Alman Yöntemi2. Belçika Yöntemi3. Eski / Yeni Avusturya Yöntemi

4. İngiliz Yöntemi5. İsviçre Yöntemi6. İtalyan Yöntemi

Yeni Avusturya Tünel Açma Yöntemi

Yumuşak toprak(kumlu) zeminlerde inşa edilen tüneller

Yumuşak zemin tüneller tipik olarak sığ, derine inmeden inşaedilen tünellerdir.

Bu tür tüneller genellikle temiz ve pis su şebekesi ile yer altımetro inşaatlarında kullanılmaktadır.

Bu tüneller yeryüzüne yakın noktalarda ve fazla derineinilmeden inşa edilen tünellerdir.

Bunun nedeni ise toprağın yumuşak ve kaymaya meyilliolmasıdır.

İnşaat sırasında tunnel shield adı verilen elemanlar kullanılaraktünelin çökmesi engellenmektedir.

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.

Yumuşak toprak(kumlu) zeminlerde inşa edilen tüneller

Kayalar delinerek oluşturulan tüneller (kaya tünelleri)

Kayaların oyulması suretiyle oluşturulan bu tünellerde inşaatdevam ederken ekstradan bir destekleme sistemine gerekduyulmaz kayalar delinerek karayolu ve demiryolu ağıoluşturulabilir.

Eskiden mühendisler kayaları delmek için dinamitkullanmışlardır. Günümüzde ise tünel delme makinesi olarakadlandırılan muazzam büyüklükte ve sağlamlıkta olan tüneldelme makineleri kullanılmaktadır.

Kayalar delinerek oluşturulan tüneller (kaya tünelleri)

Kayalar delinerek oluşturulan tüneller (kaya tünelleri)

Kaya duvarlar çok yoğundur ve kendi yüklerinitaşıyabilirler kayaların bazı kısımları daha azyoğunluktaki kayaçlardan meydana gelmiş olabilir.Bu kısımlarda gevşek toprak ve kayaçlar tünelebaskı yapabilirler.

Kayalar delinerek oluşturulan tüneller (kaya tünelleri)

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 tünelparçaları önceden hazırlanmakta su yüzeyinde yüzdürülerekistenen noktaya getirilmekte, batırılmakta ve parçalarbirbirlerine monte edilmektedir.

Su altı tünelleri

Su altı tünelleri Su tünelin her tarafında itme yaparak tünele basınç

uygular. Tünel duvarları su tarafından sıkıştırılır.

Tünel kazmak zor ve tehlikeli bir iştir. Eskizamanlardan beri kazıcılar dağları delmek için çeşitlitipte aletler kullanmışlardır.

Öncelikle uygun bir bölge seçilir, sonra bir tünelkazma tekniği seçilir ve son olarak bir mil tünelikazmak için ne kadar süre gerektiği hesaplanır.

Kazıcı aletler çok sağlam, güvenilir ve kazı yaparkenherhangi bir kaymayı önleyebilecek yetenektekialetlerdir.

Kazı yapılırken daima beklenmedik zorluklarlakarşılaşılır. Bu nedenle risk almak kaçınılmazdır.

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.

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 sistemininoluşturulmasıdır.

En son aşama ise astarlama işlemleridir. Bu aşamadatünelde bulunması gereken yol levhasının yapımı,ışıklandırma ve havalandırma gibi işlemler gerçekleştirilir.

HAVALANDIRMANIN AMAÇLARI

Tünel kazılarında yapılan havalandırmanın ana amaçları şunlardır: Arında çalışan işçilere gerekli temiz hava – iş yerinde havanın

oksijen konsantrasyonu %20’nin altında olmalıdır – ihtiyacınısağlamak

Ateşleme – patlatma işlemi – sonucunda meydana gelen zehirligazları güvenlik önergelerinde izin verilen oranlara indirmek

Gerek ateşleme gerekse kuru yöntemle üretilen püskürtme betonuygulamalarında oluşan tozları (Portland çimento, agrega tozları,mineral tozları) güvenlik yörengelerinde belirtilen sınırlaraindirmek

Tünellerde çalışan düzenli araçların (pasa kamyonu, lokomotif,jeneratörler vb.) (CO, CO2) emisyonlarını istenen düzeylereazaltmak.

http://www.urbantransport-technology.com/projects/westerschelde/index.html%23westerschelde1