TÜNEL DELME MAKİNELERİ ve PERFORMANS ANALİZLERİ

TÜNEL DELME MAKİNELERİ ve PERFORMANS ANALİZLERİ
ÖRNEK ÇALIŞMALAR
Ayhan KOÇBAY1 ve Erdoğan DOĞAN2
1
DSİ Genel Müdürlüğü, Jeoteknik Hizmetler ve Yeraltısuları Dairesi Başkanlığı, Ankara
2
DSİ Genel Müdürlüğü, Proje ve İnşaat Dairesi Başkanlığı-Ankara
ÖZET
Dünyadaki teknolojik gelişmelere paralel olarak tünel inşaatlarında “Tünel Delme Makinesi (TDM) Tunnel
Boring Machine (TBM) kullanımında önemli bir artış meydana gelmiştir. Buna bağlı olarak sulama, içmesuyu ve
enerji maksatlı projelerin planlanması ve projelendirilmesi kapsamındaki tünellerde de teknik ve ekonomik
değerlendirmeler neticesine göre TDM kullanılmaktadır. Tünel delme makinelerinden en iyi verimin alınabilmesi için
makine tipinin ve özelliklerinin seçimi çok önemlidir. Bu nedenle tünellerin projelendirmesi aşamasında; proje
güzergahının jeolojisine, geçilecek formasyonların jeoteknik özelliklerine, bölgenin tektonizmasına, yeraltısuyu
durumuna ve topoğrafik şartlara özel önem verilmeli, bu kapsamda yeterli sayıda ve derinlikte sondaj ile arazi ve
laboratuvar deneyleri yapılmalıdır. Proje özelliklerine bağlı olarak seçilen makinenin ilerleme hızının tahmin edilmesi
ve istenilen performansın alınması önemlidir. TDM ilerleme hızının kestirimi amacıyla; farklı kayaç türleri ve bunların
jeoteknik özellikleri dikkate alınarak, kesicilerin üretildiği malzeme, şekilleri, dönme hızları, makinenin torku ve
uygulayacağı basınç gibi özellikler ile çeşitli performans modelleri geliştirilmiştir. Bu modellerde jeoteknik
parametreler, çap ve uzunluk ilişkisi büyük önem taşımaktadır. Bu çalışma kapsamında DSİ tarafından yapılan bazı
projelere (Ermenek Enerji Tüneli, Mavi Tüneli, Gerede Tüneli gibi) ait veriler değerlendirilmiş ve QTBM yöntemi
kullanılarak performans analizleri yapılmıştır. TDM ile projelendirilecek tünellerde; tünel uzunluğu, çalışma koşulları,
enjeksiyon, havalandırma, ulaşım gibi hususlar dikkate alınarak minimum tünel iç çapının (Diç) belirlenme kriterleri,
TDM tipinin seçim ve ikinci el TDM kullanılması ile ilgili hususlar belirlenmiştir. Yapılan değerlendirmelere göre
doğru projelendirme ve makine seçimine bağlı olarak projelerin kısa sürede tamamlandığı ve ülke ekonomisine büyük
kazanımlar sağlandığı tespit edilmiş olup çalışma kapsamında bazı projeler örnek olarak verilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Tünel Delme Makinesi (TDM),sondaj, QTBM
1. GİRİŞ
Dünyadaki teknolojik gelişmelere paralel olarak tünel inşaatlarında “Tünel Delme Makinesi (TDM)
Tunnel Boring Machine (TBM) kullanımında önemli bir artış meydana gelmiştir. Genel Müdürlüğümüzce
yürütülmekte olan sulama, içmesuyu, enerji ve derivasyon maksatlı projelerdeki tünellerde de, yapılan teknik
ve ekonomik değerlendirmeler neticesine göre TDM kullanılmasına başlanılmıştır.
Tünel delme makinelerinden en iyi verimin alınabilmesi için makine tipinin ve özelliklerinin seçimi
çok önemlidir. Bu nedenle tünellerin projelendirmesi aşamasında; proje güzergahının jeolojisine, geçilecek
formasyonların jeoteknik özelliklerine, bölgenin tektonizmasına, yeraltısuyu durumuna ve topoğrafik şartlara
özel önem verilmelidir. Bu kapsamda yeterli sayıda ve derinlikte sondaj ile arazi ve laboratuvar deneyleri
yapılmalıdır.
Bu kapsamda DSİ Genel Müdürlüğü ve Bölge Müdürlükleri tarafından yürütülmekte olan ve TDM
ile teşkil edilen tünellere ait projelerde farklı uygulamaların olduğu tespit edilmiş, bu itibarla uygulamadaki
farklılıkların giderilmesi maksadıyla, proje ve uygulama aşamasındaki kriterlerin (minimum çap, uzunluk
vb) belirlenmesi için bir komisyon kurulmuştur. Komisyon tarafından yapılan çalışmalardan elde edilen
bilgiler bu bildiri kapsamında sunulmuştur.
2. DSİ TARAFINDAN İNŞAATI TAMAMLANAN VE DEVAM EDEN TÜNELLER
DSİ tarafından TDM ile inşa edilen ve inşası devam etmek olan tünellerin listesi Tablo-1’de
verilmiştir. Bu tünellerin ihaleleri Proje ve İnşaat Dairesi Başkanlığı, Barajlar ve HES Dairesi Başkanlığı,
İçmesuyu Dairesi Başkanlığı ile DSİ Bölge Müdürlükleri tarafından gerçekleştirilmiştir.
1
Tablo 1. İnşaatı tamamlanan ve devam eden tüneller
İŞİN ADI
TÜNEL ADI
TDM
KAZI
ÇAPI
(m)
TÜNEL
ÇAPI
(m)
TÜNEL
BOYU
(m)
TÜNEL AÇMA
METODU
BASINÇLI
/
BASINÇSI
Z
NOTLAR
Ermenek Barajı ve
HES Projesi
Ermenek Barajı ve
HES Projesi
İstanbul II. Merhale
Melen Sistemi
Ermenek
Enerji Tüneli
Erik Enerji
Tüneli
Boğaziçi
Tüneli
6,60
5,60
8028
Gripper TDM
Basınçlı
Tamamlandı
3,90
3,20
3856
Gripper TDM
Basınçlı
Tamamlandı
6,10
4,00
3145
Tek Kalkanlı + EPB
TDM
Basınçlı
Tamamlandı
Suruç Tüneli İnşaatı
Suruç Tüneli
7,80
7,00
17185
Çift Kalkanlı TDM
Basınçsız
Tamamlandı
Mavi Tüneli
4,8
4,20
17061
Çift Kalkanlı TDM
Basınçlı
Tamamlandı
Babakaya
Tüneli
7,80
2x7.00
10556
KlasikÇift Kalkanlı TDM
Basınçlı
TDM geldi. İşe
henüz başlanılmadı
İletim Tüneli
7,80
2x7.00
20420
Çift Kalkanlı TDM
Basınçsız
Devam ediyor
Belpınar
Tüneli
6,80
6,00
5500
Tek Kalkanlı + EPB
TDM
Basınçsız
Ankara İçmesuyu 2.
Merhale Gerede Pro.
Gerede
Tüneli
5,3-5,2
4,50
31592
Çift Kalkanlı TDM
Basınçsız
Afşar (Hadimi)
Tüneli Projesi
Hadimi
Tüneli
5,2
4,40
18140
Çift Kalkanlı TDM
Basınçsız
Bağbaşı Barajı ve
Mavi Tüneli İnşaatı
Silvan Projesi 1.
Kısım Sulaması
Silvan Projesi 2.
Kısım Sulaması
Kılavuzlu Sulaması
Ana Kanalı 1. Kıs.
24.12.2014’ de işe
başlanıldı
3 adet TDM
kullanılmakta olup
inş. devam ediyor.
TDM gelmesi
beklenmektedir
3. DİĞER KURUMLAR TARAFINDAN İNŞAATI TAMAMLANAN VE DEVAM EDEN
TÜNELLER
Diğer kamu kuruluşları ile özel sektör tarafından inşa edilen tünellerde kullanılan TDM ile ilgili bir
envanter çalışması yapılmıştır. Bunlardan inşaatı tamamlanan ve devam eden tüneller aşağıda tablolar
halinde verilmiştir.
Tablo2. Alt Yapı Yatırımları Genel Müdürlüğü tarafından yapılan tüneller
İŞİN ADI
FİRMANIN ADI
İstanbul Boğazı Karayolu Tüp Geçiş
Tandoğan-Keçiören Metro Hattı
Demiryolu Boğaz Tüp Geçişi, Tüneller
ve İstasyonlar İnş. TDM 1 (2 hat)
Demiryolu Boğaz Tüp Geçişi, Tüneller
ve İstasyonlar İnşaatı TDM 2
Demiryolu Boğaz Tüp Geçişi, Tüneller
ve İstasyonlar İnşaatı TDM 3
Demiryolu Boğaz Tüp Geçişi, Tüneller
ve İstasyonlar İnşaatı TDM 4
Demiryolu Boğaz Tüp Geçişi, Tüneller
ve İstasyonlar İnşaatı TDM 5
Demiryolu Boğaz Tüp Geçişi, Tüneller
ve İstasyonlar İnşaatı TDM 6
Avrasya Tüneli
İşletme İnşaat ve
Yatırım A.Ş.
Gülermak-Kolin
Adi Ortaklığı
Taisei Gama Nurol
Ortak Girişimi
Taisei Gama Nurol
Ortak Girişimi
Taisei Gama Nurol
Ortak Girişimi
Taisei Gama Nurol
Ortak Girişimi
Taisei Gama Nurol
Ortak Girişimi
Taisei Gama Nurol
Ortak Girişimi
TÜNEL
UZUNLUĞU
(m)
TÜNEL
İÇ ÇAPI
(m)
TÜNEL
KAZI ÇAPI
(m)
İŞİN DURUMU
3.340
12,00
13,70
Devam Ediyor
7.960
5,24
5,76
Tamamlandı
4.857
7,040
7,969
Tamamlandı
3.062
7,040
7,870
Tamamlandı
3.075
7,040
7,870
Tamamlandı
4.203
7,040
7,870
Tamamlandı
4.176
7,040
7,870
Tamamlandı
119.0
6,400
7,230
Tamamlandı
Tablo 3. DDY tarafından yapılan tüneller
İŞİN ADI
FİRMANIN ADI
Ankara-İstanbul 2. Etap
Hızlı Tren Projesi
CRCC-CMCCENGİZ-İÇTAŞ
TÜNEL
UZUNLUĞU
(m)
TÜNEL
İÇ ÇAPI
(m)
TÜNEL
KAZI ÇAPI
(m)
6100
12,5
13,77
2
İŞİN DURUMU
1020 metrelik kısmın kazısı
tamamlandı. İnşaat durdu.
Tablo 4. İstanbul Büyükşehir Belediyesi tarafından yapılan tüneller
İŞİN ADI
Üsküdar-ÜmraniyeÇekmeköy Metrosu İnşaat
ve Elektromekanik İşleri
İstanbul Kadıköy – Kartal
Raylı Toplu Taşıma
Sistemi İnşaat İşleri
Kadıköy – Kartal Metrosu
İkmal İnşaatı ve
Elektromekanik Sistemler
“Mecidiyeköy –
Mahmutbey Metro Hattı,
Depo-Bakım Sahası
Bağlantı İnşaat İşleri”
FİRMANIN ADI
TÜNEL
UZUNLUĞU
(m)
26.892 EPB
TDM / 12.804
NATM
Doğuş inşaat ve Tic.
A.Ş.
TÜNEL
İÇ ÇAPI
(m)
TÜNEL
KAZI ÇAPI
(m)
5,7
6,57
Yapı Merkezi - Doğuş Yüksel - Yenigün- Belen
Ortak Girişimi
12.331 TDM /
7.230 NATM
5,7
6,57
Astaldi–Makyol–
Gülermak Ortak Girişimi
7.988 TDM /
35.535 NATM
5,7
6,57
Gülermak-Kolin-Kalyon
Ortak Girişimi
24640 TDM /
10154 NATM
5,7
6,57
İŞİN DURUMU
Devam ediyor
(4 adet TDM
kullanılmaktadır)
Tamamlandı
(2 adet TDM
kullanılmıştır)
Tamamlandı
(2 adet TDM
kullanılmıştır)
Devam ediyor
(3 adet TDM
kullanılmaktadır)
Tablo 5. Ankara Büyükşehir Belediyesi tarafından yapılan tüneller
İŞİN ADI
FİRMANIN ADI
TÜNEL
UZUNLUĞU
(m)
TÜNEL İÇ
ÇAPI (m)
TÜNEL KAZI
ÇAPI (m)
İŞİN
DURUMU
Kızılay-Batıkent Metro
Hattı (Mi)
Ankara Metro
Konsorsiyumu
3025 (çift hat)
5,24
5,92
Tamamlandı
Kızılay-Çayyolu Metro
Hattı (M2)
Akturk-Gurış A.Ş. Adı
Ortaklığı Güriş A.Ş.
3688 (çift hat)
5,24
5.92
Tamamlandı
Batıkent- Sincan-Metro
Hattı (M3)
Güriş A.Ş.
950 (çift hat)
5.24
5,92
Tamamlandı
Tandogan - Keçiören
Metro Hattı (M4)
Turkerler-Lımak Adı
Ortaklığı
1723 (tek hat)
5,24
6.05
Devam ediyor (*)
Açıklama: (*): Tandoğan - Keçiören Metro Hattı (M4) Bakanlar Kurulunun kararı gereği tasfiye edilerek Ulaştırma
Denizcilik ve Haberleşme Bakanlığına devredilmiştir. (**): Yukarıdaki imalat, tasfiye işlemine kadar yapılan imalattır.
Tablo 6. İzmir Büyükşehir Belediyesi tarafından yapılan tüneller
İŞİN ADI
FİRMANIN ADI
TÜNEL
UZUNLUĞU
(m)
TÜNEL İÇ
ÇAPI (m)
TÜNEL KAZI
ÇAPI (m)
İŞİN DURUMU
İzmir HRS 1.Aşama
Ümmühan Tüneli
ABB-Yapı Merkezi
2800
5,72
6,45
Tamamlandı
Tablo 7. Özel sektör tarafından yapılan enerji tünelleri
İŞİN ADI
FİRMANIN ADI
TÜNEL
UZUNLUĞ
U (m)
TÜNEL
İÇ ÇAPI
(m)
TÜNEL
KAZI ÇAPI
(m)
İŞİN DURUMU
Uluabat Kuvvet Tüneli
ve Çınarcık HES
Akenerji Elektrik
Üretim AŞ
10.948,16
4.3 (segment),
4 (betonlanmış)
5
Tamamlandı
Karakuz Barajı ve HES
Altek Alarko Elektrik
Santralleri Tesisleri
İşletme ve Ticaret AŞ.
11.000,00
3,1
Tamamlandı
4. TDM HAKKINDA GENEL BİLGİLER
Tüneller makinesiz el ile yapılan kazı, del-patlat yöntemi ve/veya tünel delme makineleri
kullanılarak açılmaktadır. Aşağıda öncelikle tünel delme makineleri ile ilgili genel bilgiler verilmiş ve daha
sonra özellikle tam cepheli “Tünel Delme Makineleri (TDM)” nin özellikleri detaylı olarak açıklanmıştır.
4.1. Tünel Delme Makinelerinin Gelişimi ve Çeşitleri
İnsanoğlu var olduğu süreden beri kazı işleri ile uğraşmıştır. Yapılan arkeolojik çalışmalar binlerce
yıl önce dahi insanların çeşitli amaçlar için zemini ve kayaları kazdığını ortaya koymuştur. Buna rağmen
kazı mekaniğinin anlaşılmaya başlanması ancak 60-70 yıl öncesine dayanmaktadır. Su yapıları ile ilgili tünel
kazıları tarihsel olarak çok daha önce yapılmış olmasına rağmen mekanize olarak yapılan ilk kazılar 19.
yüzyılda yeraltı kömür üretimi ile başlanmıştır. 1850 yıllarında kesici uçların basınçlı hava ile kullanılmaya
3
başlaması ve 1900’dan sonra elektrik enerjisinin yeraltına inişi ile de gelişim kazanmıştır. ABD’de 1910 ile
1920 yılları arasında malzeme alanında ki gelişmeler, özellikle yeni darbeli delicilerin yapılmasında ve
modern kazı makinelerinin tasarımlarının temellerinin atılmasında etkili olmuştur. İnşaat sektöründeki ilk
modern gelişme 1884 yılında Albay Beaumont’un Manş denizinin altından geçecek 2,14 m çapında ki bir
tünel için tasarladığı tam cepheli tünel delme makinesi ile başlamıştır. Daha sonra 1955 yılında ilk serbest
dönen keskili tünel delme makineleri Goodman Manufacturing Company tarafından imal edilmiş ve ABD
deki Oahe barajı tünellerinde başarı ile kullanılmıştır. Tünel delme makinelerinin avantaj ve dezavantajları
aşağıda özetlenmiştir.
Tablo 8. TDM’lerin avantaj ve dezavantajları
Avantajları
Dezavantajları
- Yüksek ilerleme hızı
- İlk yatırım maliyetinin yüksek olması
- Kazı ve tahkimatta devamlılık
- Sabit dairesel geometri
- Aşırı sökülme az
- Farklı jeolojik durumlarda kısıtlı esneklik
- Desteklemenin az olması
- Sert ve aşındırıcı kayaçlarda keski masrafı
- Pasada üniformluğun sağlanabilmesi
- Mobilizasyonun uzun süreli olması
- Pasa naklinde hız ve kolaylık
- Ekipman temini
- Yüksek iş güvenliği
- Güç temini
- Otomatik işletme
- Tecrübeli ekip temini
- Uzaktan kumanda imkanı
Tünel delme makineleri ile ilgili olarak değişik özellikler ve amaçlar dikkate alınarak yapılmış çeşitli
sınıflamalar mevcuttur. Bu çalışmada ise amaca yönelik olarak çok geniş bir sınıflama yapılmış olup aşağıda
bunlar başlıklar halinde verilmiştir.
4.1.1. Kısmi cepheli tünel delme makineleri
Bunlar genel olarak daha çok yumuşak ve orta sert özellikli zeminlerde ve özelliklede madencilik
sektöründe kullanılırlar. Ayrıca son yıllarda kısa mesafeli boru yerleştirme sistemleri içerinde de
kullanılmaya başlamışlardır. Burgulu ve kollu olma üzere başlıca iki tipleri mevcuttur.
a) Burgulu kazıcılar
Burgulu kazıcılar kazılacak yüzey boyunca değişik yönlerde hareket ederek malzemenin kazılmasını
sağlar. Daha çok yumuşak formasyonlarda kullanılır (Şekil 1).
Şekil 1. Burgulu kazıcılar
b) Kollu kazıcılar
Kollu kazıcılar kazılacak yüzey boyunca değişik yönlerde hareket ederek malzemenin kazılmasını
sağlar. Daha çok yumuşak, serbest taneli ve dayanımı düşük formasyonlarda kullanılır (Şekil 2).
Şekil 2. Kollu kazıcılar
4
4.1.2. Tam Cepheli Tünel Delme Makineleri (TDM)
Tünel delme makineleri günümüzde başta şehir içi raylı sistemler (metro), hidroelektrik santral
(HES) projeleri, sulama ve içmesuyu tünelleri olmak üzere uzun bir güzergah boyunca sürekli ve yüksek
performans gerektiren tünel açma işlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Açılacak olan tünelin çapına,
güzergahtaki zeminin jeolojik ve jeoteknik özelliklerine göre tasarlanan TDM’ler her proje için özel olarak
üretilir. Derivasyon ve enerji tünelleri, genellikle baraj gövdesinin yanal olarak dayandığı sağlam kayalar
içinde açılır. Dolayısıyla tünel açma işleminde kayanın, kazı sırasında oluşan ikincil gerilmelerden en az
derecede etkilenmesi ve bu sayede minimum tahkimat gereksinimleri ile donatılması istenmektedir. TDM ile
tünel açma yöntemi ise sahip olduğu kazı performansı ve eş zamanlı tahkimat desteği sayesinde sayesinde
klasik del-patlat ve küçük çaplı mekanik kazıcıların kullanıldığı konvansiyonel tünel açma yöntemlerine
nazaran daha ekonomik ve verimlidir.
Günümüzde proje için uygun TDM seçimi, toplam proje maliyetleri üzerinde doğrudan belirleyici bir
durum almıştır. Son yıllarda tünel kazısı için seçilen TDM’in projenin bütünü üzerindeki ekonomik etkileri
uluslararası çalışmalarda da ön plana çıktıkça, fizibilite çalışmaları sırasında TDM performansının
“öngörülebilirliği” üzerine de çeşitli yaklaşımlar geliştirilmiştir. Temel olarak TDM’nin verimi zeminin
jeoteknik özelliklerinden etkilenmekle birlikte makine tasarımının da bu konuda önemli rol oynadığı
bilinmektedir. Tünel makineleri değişik özelliklerine göre sınıflandırılmışlardır. Bunlardan biriside çapsal
büyüklük olup sanayide başlıca küçük çaplı ve büyük çaplı olarak iki ana sınıfa ayrılırlar. Bu gruplarda kendi
içlerinde kullanıldıkları yerlere ve zeminlerin jeolojik ve jeoteknik özelliklerine göre alt sınıflara ayrılırlar.
4.1.2.1. Küçük Çaplı Tünel Makineleri
Genel olarak çapı 3 m’den küçük olan makineler küçük çaplı olarak kabul edilmekle birlikte bazı
firmalarda bu değer 4,0 m olarak da kabul edilebilmektedir. Bu makineler daha çok sulama ve kanalizasyon,
yol geçişleri vb alt yapı çalışmalarında kullanılırlar.
a) Kuru ve az nemli zeminler için
Bu tip zeminlerde kullanılacak makinelerde kafa kısmı, kesicilerin adeti ve konumu zeminin
özelliğine bağlı olarak değişiklik gösterebilir. Genellikle kesme ve itme gücünde bir problem yaşanmaz
(Şekil 3).
b) Balçık zeminler için
Bu tip zeminlerde kullanılacak makinelerde kafa kısmının zemin içerisinde sıkışmasını önlemek,
üstteki malzemenin akışını engellemek için gelen suyun drenajını sağlayan ve basıncı dengeleyen sistemler
yer alır. Kesici sayısı oldukça azdır (Şekil 4).
Şekil-3 Kuru ve az nemli zeminlerde kullanılan makineler
Şekil-4 Balçık zeminlerde kullanılan makineler
4.1.2.2. Büyük Çaplı Tünel Makineleri (TDM)
Genel olarak çapı 3 m den büyük olan makineler büyük çaplı olarak kabul edilmektedir. Hemen her
türlü zemin şartında kullanılabilen bu makinelerde istenilen başarının elde edilebilmesi için zeminin jeolojik
5
ve jeoteknik özellikleri çok iyi belirlenmelidir. Zeminlerin jeolojik ve jeoteknik özellikleri ile yeraltısuyu
durumu dikkate alınarak tasarlanmış tipleri mevcuttur. Bu makine tipleri aşağıda detaylı olarak anlatılmıştır.
4.1.2.2.1. Kalkansız (Gripper) TDM
Sağlam, kendini tutma (kemerlenme) süresi yüksek olan kayaçlarda kullanılır ve ilerlemeye paralel
olarak sadece ihtiyaç olan yerlerde destekleme uygulanır. Kazı tamamlandıktan sonra tünelin iç kaplaması
yapılır. Bu makinelerde sadece öndeki kesici kafa kısmının üzerinde bir koruyucu bölüm vardır (Şekil 5).
Diğer bölümleri ise açık olup gelebilecek yeraltısuyu ve olası askıdaki malzemenin içeri girebildiği sürekli
açık modda çalışan makinelerdir.
Şekil 5- Kalkansız tünel delme makinesi şematik görünümü
Kafa kısmının arkasında yer alan yan duvarlara (anakayaya) yaslanıp ilerlemeyi sağlayan ve gripper
(dayanak) adı verilen ekipmanın tipine göre tek veya çift tutuculu olarak adlandırılırlar (Şekil 6). Bu
makinelerde kesilen malzeme doğrudan kesici kafa üzerinde yer alan tırnaklar ile içeriye alınır ve konveyör
bantlar ile arka tarafa iletilir. Buradan daya vagonlar yardımı ile yada tüneldeki ilerlemeye paralel olarak
birbirine sürekli eklenerek tünel dışına kadar uzanan bant sistemi ile dışarı atılırlar.
Şekil 6- Tek ve çift tutuculu kalkansız tünel delme makinesi şematik görünümü
4.1.2.2.2. Kalkanlı (Shield) TDM
Bu makinelerde öndeki kesici kafa kısmının üzerinde ve arkasındaki motor, piston, konveyör bant ve
benzeri parçaların yer aldığı kısımda koruyucu kalkan vardır. Makinenin diğer bölümleri ise açık olup
gelebilecek yeraltısuyu ve olası askıdaki malzemenin içeri girebildiği sürekli açık modda çalışan
makinelerdir. Ancak masraflı olmakla birlikte projeye özel olarak bu makineler kapalı modda çalışır halede
getirilebilmektedir. Kafa kısmının arkasında yer alan koruyucu bölümün tipine göre tek kalkanlı veya çift
kalkanlı olarak adlandırılırlar (Şekil 7 ve 8). Bu makineler, kendini tutma süresi az olan orta-zayıftan, çok
sağlam zeminlere kadar geniş bir aralıkta her türlü zemin şartlarında kullanılabilir ve tünel kazısına paralele
olarak daha önce imal edilmiş betonarme yapılar (segment) ile iç kaplama yapılabilir. Ancak yüksek miktarı
ve basınçta su gelebilecek güzergahlarda dikkat edilmelidir. Bu makinelerin değişik tipleri mevcut olup
tünelin açılacağı güzergahtaki jeolojik şartlara bağlı olarak uygun tip tercih edilmelidir. Aşağıda bunlardan
en önemlileri kısaca verilmiştir.
a) Tek kalkanlı (Single Shield) TDM
Bu makineler genel olarak çok sağlam olmayan ancak kendini kısa sürede olsa tutabilen zemin
şartlarında tercih edilir. Tek kalkanlı makinelerde kesici kafanın hemen arkasında pistonların olduğu
bölümde tek parçadan oluşan bir kalkan yer alır. Bu makinelerde ilerleme, ana motor tarafından verilen tork
6
ile öndeki zeminin kesilmesi bu sırada pistonların döşenmiş olan segmentlere basması ve kesici kafanın ileri
doğru hareket etmesi ile sağlanır. Kesilen jeolojik malzeme kesici kafanın hemen arkasında yer alan helezon
sistemi ile konveyör bant üzerine alınır ve arka bölüme doğru aktarılır. Daha sonra segmentlere dayalı olan
pistonlar genel olarak alttan üste doğru sırasıyla kapatılarak yeni segmentlerin montajı yapılır ve tekrar
pistonların bunlara dayanması sağlanır. Bu işlemin sürekli tekrarlanması ile kazı ve kaplama çalışmalarına
devam edilir.
Şekil 7- Tek kalkanlı tünel delme makinesi
b) Çift kalkanlı (Double shield) TDM
Bu makineler genel olarak nispeten sağlam olan ve kendini tutabilen zemin şartlarında tercih
edilmekle birlikte hemen bütün zemin koşullarında kullanılabilir. Çift kalkanlı makinelerde kesici kafanın
hemen arkasında pistonların olduğu bölümde iki parçadan oluşan bir kalkan sistemi ile yan duvarlara
yaslanarak ilerlemeyi sağlayabilecek dayanak (gripper) sistemi yer alır. Bu makinelerde ilerleme iki şekilde
yapılabilir. Birincisi tek kalkanlı TDM'ler gibi, ana motor tarafından verilen tork ile öndeki zeminin
kesilmesi bu sırada pistonların döşenmiş olan segmentlere basması ve kesici kafanın ileri doğru hareket
etmesi şeklindedir. İkincisi ve bu makineler için tercih edilen sistemde ise; iki kalkan arasında yer alan
gripperlar açılarak yanlara yani kesilen anakayaya yaslanır. Bu şekilde öndeki ve arkadaki kalkanın
dolayısıyla bu kalkanların içinde yer alan sistemlerin ayrı ayrı çalışması sağlanır. Gripperlar açık iken
motordan ve yanlardan alınan destek ile kesici kafa ileriye doğru hareket eder. Bu sırada kesilen jeolojik
malzeme kesici kafanın hemen arkasında yer alan helezon sistemi ile konveyör bant üzerine alınır ve arka
bölüme doğru aktarılır. Bu işlem yapılır iken arka tarafta yer alan pistonlar ile segmentlere hafif bir baskı
yapılarak düzenli olarak durmaları sağlanır. Kesici kafanın bir ilerleme boyu kadar öne doğru hareket
etmesinden sonra gripperlar kapatılarak bu bölümde öne doğru hareket eder.
i
Şekil 8- Çift kalkanlı tünel delme makinesi
Makinenin iki kalkanının olduğu bölümler birbirinden bağımsız hareket edebildiği için kesici kafa
çalışmaya yani tünelde ilerlemeye devam ederken arka bölümde segmentlere dayalı olan pistonlar alttan üste
doğru sırasıyla kapatılarak yeni segmentlerin montajı yapılır ve tekrar pistonların bunlara dayanması
sağlanır. Bu işlemin sürekli tekrarlanması ile kazı ve kaplama çalışmalarına devam edilir. Doğru zemin
şartları için bu makine seçilmiş ise maksimum ilerleme hızına ulaşılabilir.
7
c) Zemin basınç dengeleyicili (Earth pressure balance-EPB Shields) TDM
Bu makineler daha çok zayıf kendini tutamayan zeminlerde, yoğun su gelişi beklenen yerlerde,
üstteki jeolojik yükün az olduğu yani yüzeye yakın yerlerde, yerleşim yerlerinin altından geçen projelerde
tercih edilir. Kalkanlı makineler grubunda yer alan bu makinelerde ön ve kesicilerin üst bölümünde yer alan
bir sistem sayesinde zeminden gelen basınç (yaklaşık 5-6 bar) ile makinenin uygulayacağı basınç dengelenir
(Şekil 9). Bu şekilde üst bölümde herhangi bir deformasyona izin verilmeden kazı işlemi yapılmış olur.
Ayrıca bu makineler gerektiğinde zeminden gelecek suyu ve olası kırıntılı malzemeyi içeriye almayacak
şekilde kapalı moda geçebilmektedir. Burada dikkat edilmesi gereken önemli konu, jeolojik yükün ve suyun
oluşturacağı üst basınç ile gelmesi muhtemel suyun miktarıdır.
Şekil 9- Zemin basınç dengeleyici (EPB) tünel delme makinesi
Bu makinelerde ilerlemeye paralel olarak kesilen malzeme kesici kafanın hemen arkasında yer alan
helezon sistemi ile konveyör bantlara alınarak arka tarafa aktarılmaktadır. Bazı makine üreticileri tarafından
bu makinenin değişik versiyonları da yapılmıştır. Bunlardan en önemlisi zayıf ve karmaşık jeolojik şartlar ile
yüksek su gelişi ve yüksek üst basınç altında kullanılabilen bulamaç kalkanlı (Slurry Shields) makinelerdir
(Şekil 10). Bu makinelerde kesici kafa arkasında yer alan bir bölme ve bu bölmeye gerekli miktarda genel
olarak yüksek yoğunluklu bentonit bulamacı doldurularak üstten ve karşıdan gelen basıncın dengelenmesi
sağlanır. Bu sayede daha yüksek basınçlarda (yaklaşık 15-16 bar) çalışma imkanı olur. İlerlemeye paralel
olarak kesilen malzeme kesici kafanın hemen arkasında yer alan emiş sistemi ile kapalı borulara alınarak
doğrudan arka tarafa ve dışarıya aktarılmakta bu nedenle kesici kafanın arkasında kesilen malzemeyi kıran
ve istenilen boyuta getiren ilave bir sistemde yer almaktadır.
Şekil 10- Bulamaç kalkanlı (Slurry Shields) tünel delme makinesi
d) Karışık tip (Mixshield) TDM
Bu tip makineler çok farklı zemin ve yeraltısuyu koşullarının olduğu durumlarda kullanılmakla
birlikte daha çok zayıf zemin koşullarının ve yoğun su gelişlerinin beklendiği yerlerde tercih edilir. Sağlam
kendini tutabilen zeminlerde normal tek kalkanlı makineler gibi çalışırken, akıcı zeminlerde zemin basınç
dengeleyici vb sistem devreye girer (Şekil 11). Dolayısıyla oldukça farklı özellikler sahip olup en pahalı
makine grubunda yer alırlar. Ancak yukarıda bahsedilen değişik zemin koşulları ve değişik makine
modlarına kısa sürede geçilebilmesi, istenilen performansın elde edilebilmesi çok pratik ve ekonomik
değildir.
8
Şekil 11- Karışık tip tünel delme makinesi
4.2. Performans analiz modelleri
Mekanik kazı teknolojisinin kullanıldığı yeraltı kazı (tünel, galeri vb.) projelerinde, bu makinelerin
ilerleme hızı ve kayaçların mühendislik özellikleri arasındaki ilişkilerin bilinmesi projenin zamanında
tamamlanması ve doğru kazı ekipmanının seçiminde önemlidir. Mekanik kazı yöntemi kullanılarak açılan
tünel projelerinin en önemli parametrelerinden biri kazı makinesinin ilerleme hızıdır. Eğer TDM özellikleri
(güç, bastırma ve döndürme kuvveti vb) ve kayaçların mühendislik özelliklerinin (tek eksenli basınç
dayanımı, çekme dayanımı, kırılganlık değeri, kayaç kütlelerinin çatlak açıklık ve oryantasyonu vb.)
fonksiyonu olarak, makinenin ilerleme hızı tahmin edilebilirse, bir tünel projesinin ne kadarlık bir süreç
içerisinden tamamlanabileceği kestirilebilir. TDM ilerleme hızının kestirimi amacıyla; öncelikle farklı kayaç
türleri ve bunların jeoteknik özellikleri dikkate alınmış ve kesicilerin üretildiği malzeme, bunların şekilleri,
dönme hızları, makinenin torku ve uygulayacağı basınç gibi özellikler ile ilişkileri incelenerek performans
modelleri geliştirilmiştir. QTBM, Colorado School of Mines (CSM) ve NTNU (Norvegian Institute of
Technology) performans modelleri en iyi bilinen ve en sık kullanılan performans tahmin ve analiz
modelleridir. Performans analizinde kullanılan başlıca deneyler Tablo 9’da verilmiştir.
Tablo 9. TDM performans analizinde kullanılan kayaç deneyleri ve standartları
Kayaç Deneyler
İnce kesit analizi
Schmidt Çekici
Sertlik
Selver’s J Değeri
Uç Bastırma
Kırılganlık
S20 Değeri
Tek Eksenli Basınç
Birezilyan çekme
Dayanım
Nokta Yük Dayanım
Üç Eksenli Basınç
Cherchar İndeksi
Aşınma
AV-AVS Değeri
Elastisite Modülü
Sonik Hız
Fiziksel
Özellikler
Yoğunluk
Gözeneklilik
Doğrusal Kesme
Kesme
Deneyleri
Dönerek Kesme
ISRM Standartları
ISRM-1978
ISRM-1978
ISRM-1979
ISRM-1978
ISRM-1985
ISRM-1983
ISRM-1979a
ISRM-1978d
ISRM-1979b
ISRM-1979b
-
ASTM Standartları
ASTM D5873-00
ASTM D2938-95
ASTM D3967-95
ASTM D5731-95
ASTM D4406-93
ASTM D3148-96
ASTM D2845-95
-
Diğer Standartlar
NTNU
CSM
NTNU
CSM
NTNU
CSM
CSM
5. TDM SEÇİMİNDE DİKKAT EDİLECEK HUSUSLAR
Tünelin hangi yöntemle açılacağına karar verilebilmesi için öncelikle aşağıda belirtilen hususların
dikkate alınması gerekmektedir.
1- Tünel çapı ve uzunluğu
2- Tünel açılacak güzergahtaki formasyonların jeolojik ve jeoteknik özellikleri
3- Patlayıcı madde ile kazıyı engelleyen sebepler
4- Del-Pat sonrası ayna pasasının yüklenmesi ve taşınması gibi işler
5- İşin Süresi
6- Diğer sebepler
7Bu hususlar dikkate alınarak tünelin TDM ile açılacağına karar verilmesi durumunda tünel
güzergahlarında ki jeolojik birimlerin yatay ve düşey yöndeki değişikliklerinin ve jeoteknik özelliklerinin sık
aralıklarla yapılacak sondajlı ve deneyli çalışmalarla detaylı olarak belirlenmesi, makine tipinin doğru
9
seçilmesini sağlayacaktır. Böylece kazı veriminin arttırılması sağlanmış olacak, zaman ve ekonomik kayıplar
en aza indirilebilecektir. Bu nedenle, proje güzergahının jeolojisini, geçilecek formasyonların jeoteknik
özelliklerini, bölgenin tektonizmasını ve yeraltısuyu durumunu detaylı bir şeklide ortaya koyan jeoteknik
raporun hazırlanması/hazırlatılması gerekmektedir. Proje aşamasında hazırlanacak raporda, birimlerin
litolojik ve petrografik tanımlamaları, kayalarda; tek eksenli basınç dayanımı, çekme dayanımı, Cherchar
Aşınma Değeri (CAI), elastisite modülü, Jeolojik Dayanım İndeksi (GSI), Kaya Kalite Katsayısı (RQD),
Kaya Kütle Sınıflamaları (RMR, RMQR, Q vb), zeminlerde ise; tek eksenli basınç dayanımı, kil içeriği ve
kil mineralinin türü ile konsolidasyon özellikleri mutlaka yer almalıdır. Bu özelliklere bağlı olarak, ilerleme
sırasında karşılaşılabilecek tavan çökmesi, killi zeminlerin kafaya yapışması, süreksizliklere bağlı olarak
yaşanacak sorunlar, gelebilecek su miktarı vb potansiyel sorunlar öngörülmeli ve buna göre gerekli önlemler
alınmalıdır. Ayrıca seçilen makinenin yeni olarak üretilmesi fabrikanın sipariş durumuna bağlı olarak
yaklaşık 10-12 ay, aynı zamanda segman imalatlarının yapılacağı fabrika olmak üzere her türlü geri besleme
hizmetlerinin de bulunacağı giriş platformunun hazırlanması 1-2 ay, şantiyeye nakliye ve montajı ise 2-3 ay
sürmektedir. Bu konu iş programı hazırlanırken dikkate alınmalıdır.
5.1. Tünel Delme Makinelerinde Çap Değişimi
Tünel delme makinelerinin çaplarında değişiklik yapılabilir. Çap arttırmak çap küçültemeye göre çok
daha kolaydır. Burada sınırları belirleyen genellikle makinenin sahip olduğu ana ünitelerin tork değeri ve
itme kuvvetidir. TDM çapının, makinenin detaylı kontrolü ve projeye uygunluğunu müteakip % 10-15
aralığında büyütülmesi ekonomik ve teknik olarak mümkündür.
5.2. Tünel Delme Makinelerinin Ekonomik Ömrü
Tünel delme makinelerinin ekonomik ömrü için genel yaklaşım 10 yıldır (tünel uzunluğundan
bağımsız). Yedek parça temini ve var olan teknolojiyi güncellemek genel olarak 10 yıldan sonra
güçleşmektedir. Genel olarak segment içerisinde kalan gantry yapılarında bir problem olmamaktadır. Aynı
makine 3-4 kez kullanılabilmekle beraber; sürüş üniteleri, pompalar ve motorlar için yaklaşık dizayn ömrü
10.000 saat veya 15 km civarındadır. Ancak makine ve ekipmanlarının üzerine uygulanan yük, bakım ve
saklama koşulları, makinenin çalışma esnasında oluşan vibrasyon etkileri ve benzeri durumlarda makine
ömrü üzerinde etkilidir. Makinenin en önemli ünitelerinden olan kesici kafa gibi zeminle temas eden
parçaları ise çok daha detaylı olarak kontrol edilmelidir.
5.3. TDM ile Açılacak Tünellerde Minimum Tünel Uzunluğu
TDM ile projelendirilecek tünellerde en önemli hususlardan birisi de tünel uzunluğudur. Aşağıda
karşılaştırmalı maliyet analizlerinde tek tip bir formasyonda (kireçtaşında) çizilen bir grafik görülmektedir.
Şekil 12. Maliyet Tünel uzunluğu ilişkisi ( Arıoğlu, 2011)
Grafikten de görüldüğü üzere örneğin 4 metre kazı çapındaki bir tünel için 5 000 m’den den sonra
TDM ile tünel kazısı daha ekonomik olmaktadır. Ayrıca projenin amacı ve ekonomik getirisi dikkate
alındığında, özellikle tünelin bitiş süresi bakımından tünel açma makineleri ile kazı her zaman avantajlı
durumda olmaktadır. İnşaatı tamamlanan ve devam eden TDM ile açılan tünellerin uzunlukları
incelendiğinde, Proje ve İnşaat Dairesi Başkanlığı tarafından ihalesi yapılan “Kılavuzlu Sulaması Ana Kanal
1. Kısım İnşaatı” kapsamında yapılacak olan tünelin uzunluğunun L = 5 500 m, ihalesi yapılacak olan
“Mersin Pamukluk Barajı Sulaması İletim Kanalı ve Tesisleri” kapsamındaki tünelin uzunluğu L=4 618,15
m ve İçmesuyu Dairesi Başkanlığı tarafından ihalesi yapılarak inşaatı tamamlanmış olan “Büyük İstanbul
10
Projesi II. Merhale Melen Sistemi” kapsamındaki Boğaziçi Tünelinin uzunluğu ise L = 3 150 m olduğu
görülmektedir. Yapılan incelemeler, değerlendirmeler ve Genel Müdürlüğümüz mevcut uygulamaları dikkate
alındığında, kurumumuzca ihalesi yapılacak tünellerde tünel delme makinesinin tercih edilmesi için
minimum tünel uzunluğunun 5 000 m olmasının uygun olacağı görüşüne varılmıştır. Ancak her proje için bu
konu ayrı ayrı değerlendirilmeli ve gerekli mukayeseler yapıldıktan sonra karar verilmelidir.
5.4. TDM ile Açılacak Tünellerde Minimum İç Çap
Tünel inşaatı zor ve zahmetli bir inşaat faaliyeti olup TDM ile açılan tünellerde de bu husus aynen
geçerlidir. TDM ile projelendirilen tünellerde, önemli hususlardan birisi de tünel çapının belirlenmesidir.
Tünel içerisindeki diğer faaliyetlerin (kaplama, enjeksiyon, gerektiğinde suyun ve malzemenin tahliyesi vb)
yeteri kadar hızlı ve güvenli yapılması, aynı zamanda havalandırma ve ulaşımda sorunlar yaşanmaması için
tünel çapının seçimi önem arz etmektedir. İnşaatı devam etmekte olan Del-Patlat ile açılan tünellerde yapılan
incelemelerde, tünel iç çapı (Diç) 3,00 – 3,50 m olanlarda havalandırma ve ulaşım açısından problemler
olduğu belirlenmiştir. DSİ tarafından TDM ile açılan tünellerde ise en küçük çap Mavi Tünel Projesinde ( L=
17 061 m) 4,20 m olup havalandırma boru çapı, pasa ve segman vagon yükseklikleri ile enjeksiyon işlemleri
dikkate alındığında, bu çapın yetersiz kaldığı görülmüştür. Bilindiği gibi TDM’ler yurt dışından ithal
edilerek temin edilmektedir. Tünel çaplarında bir üniformluk olması halinde tünel inşaatı tamamlandıktan
sonra TDM’nin çap ve jeolojik şartların uygun olduğu diğer tünellerde de kullanılması ihtimali doğacaktır.
TDM üreticisi firmalar tarafından TDM’lerin bakımı ve revizyonu kolaylıkla yapılabilmektedir. Böylelikle
TDM’lerin birden fazla tünelde kullanılması mümkün olmaktadır. İstanbul Büyükşehir Belediyesi tarafından
inşaatı devam etmekte olan “Üsküdar – Ümraniye – Çekmeköy Metro İnşaatı” nda yapılan incelemelerde 4
(dört) adet TDM’in kullanıldığı ve bunlardan 3 (üç) adedinin ikinci el olduğu görülmüştür. Yapılan
incelemeler ve değerlendirmeler neticesinde; kurumumuzca ihalesi yapılacak tünellerde gerek havalandırma
gerekse de inşaat faaliyetleri (enjeksiyon, ulaşım, ileri delgi vb) açısından, minimum tünel iç çapının (Diç)
uzunluğu 7 500 metreye kadar olan tünellerde 4,00 m, daha uzun tünellerde ise 4, 50 m olmasının, tünel iç
çapının da 50 cm’nin katları şeklinde seçilmesinin uygun olacağı görüşüne varılmıştır.
6. DSİ TARAFINDAN TDM İLE AÇILAN TÜNELLERDEN ÖRNEKLER
DSİ tarafından TDM ile inşa edilen bazı büyük projelere ait bilgiler aşağıda kısaca verilmiştir.
6.1. Ermenek Barajı ve HES Projesi
Ermenek Barajı ve HES (Karaman) inşaatı kapsamında iki adet enerji tüneli mevcut olup bu
tünellerin kazıları iki adet Gripper TDM ile yapılmıştır.
Ermenek enerji tüneli kazı çapı 6,60 m, nihai çapı 5,60 m ve toplam uzunluğu 8 553 m olup 8 028
m’lik kısmı Gripper TDM ile açılmıştır. Enerji tüneli güzergahındaki kazı çalışmalarında, farklı jeolojik ve
jeoteknik özelliklere sahip kireçtaşı, ofiyolitik melanj, kireçtaşı-kumtaşı ardalanması, kiltaşı-kumtaşıkireçtaşı ardalanması ve kiltaşı-killi kireçtaşı ardalanmasından oluşan beş farklı birim kesilmiştir. Tünel
kazısına tünel çıkış ağzından Ağustos 2003 tarihinde başlanmış ve Mart 2005 tarihinde bitirilmiştir. Çalışılan
toplam 390 gün ve ortalama 18 saat çalışma için ilerleme 20.59 m/gün olarak hesaplanmıştır.
Erik enerji tünelinin kazı çapı 3,90 m, nihai çapı 3,20 m ve toplam uzunluğu 3 856 m olup Gripper
TDM ile açılmıştır. Enerji tüneli güzergahındaki kazı çalışmalarında, farklı jeolojik ve jeoteknik özelliklere
sahip ofiyolitik melanj, kireçtaşı-kumtaşı ardalanması ve kiltaşı-kumtaşı ardalanmasından oluşan üç farklı
birim kesilmiştir. Tünel kazısına tünel çıkış ağzından Ağustos 2003 tarihinde başlanmış ve Mart 2005
tarihinde bitirilmiştir. Çalışılan toplam 205 gün ve ortalama 18 saat çalışma için ilerleme 18.81 m/gün olarak
hesaplanmıştır. TDM’nin kurulum, tamir ve yapılan mekanik değişiklikler sırasında kaybettiği zaman dışında
performansını doğrudan etkileyen özelliğin litoloji ve jeolojik yapı (karstik boşluk, fay, yeraltısuyu vb)
olduğu günlük ve aylık performans değerleri incelendiğinde daha iyi anlaşılmaktadır. Çünkü kullanılan
TDM’ler kalkansız gripper tipinde olup sağlam kireçtaşında yüksek hızlara ulaşıldığı ancak daha zayıf
jeoteknik özelliklere sahip ofiyolitik melanj, kiltaşı ve gevşek kumtaşı kesilen dönemlere ilerleme hızlarında
düşüş olduğu tespit edilmiştir.
6.2. Büyük İstanbul Projesi II. Merhale Melen Sistemi Boğaziçi Tüneli
Büyük İstanbul Projesi II. Merhale Melen Sistemi kapsamında İstanbul boğazı Boğaziçi Tüneli ile
geçilmiştir. Tünelin kazı çapı 6,1 m, iç çap 4,0 m ve toplam uzunluğu 3145 m olup tek kalkanlı EPB TDM
11
kullanılmıştır. Tünel basınçlı çalışacaktır ve beton segmentler içerisinden çelik iç kaplama yapılmıştır. Tünel
güzergahı kiltaşı, kumtaşı, kireçtaşı ardalanmalı Kartal formasyonu yer almaktadır. Tünel kazısına Ocak
2008 tarihinde başlanmış ve Mayıs 2009 tarihinde bitirilmiştir. Ortalama ilerleme hızı 8,0 m/gün olarak
hesaplanmıştır. Tünel açılımı esnasında büyük bir sorunla karşılaşılmamıştır.
6.3. Bağbaşı Barajı ve Mavi Tüneli
Proje kapsamında inşa edilen temelden yüksekliği 115,50 m olan ön yüzü beton kaplı kaya dolgu
tipindeki Bağbaşı Barajında depolanacak Göksu havzası suları, Mavi Tüneli vasıtasıyla Konya Kapalı
havzasına aktarılacaktır. Mavi Tünelinin kazı çapı 4,88 m, nihai çapı 4,20 m, tünel uzunluğu 17 034 m olup
yaklaşım tüneli ile birlikte çift kalkanlı TDM ile açılan toplam uzunluk ise 17 061 m’dir. Tünelde dolomitik,
çört yumrulu, bitümlü, killi kireçtaşından oluşan Belkuyu formasyonu, kumtaşı, kiltaşı ve killi kireçtaşından
oluşan Avdan formasyonu, kireçtaşı, killi kireçtaşı, şeyl ve kumtaşından oluşan Ekinlik formasyonu, karstik
kireçtaşından oluşan Sinatdağı formasyonu ve dolomit ve dolomitik kireçtaşından oluşan Polat formasyonu
geçilmiştir. Tünelde kazı işlemine 05.01.2009 tarihinde başlanmış ve 01.03.2012 tarihinde tamamlanmıştır.
Tünel tamamlandığında gerçekleşen ortalama hız 15,77 m/gün olarak hesaplanmıştır. Tünelde yapılan kazı
sırasında özellikle süreksizliklere bağlı olarak oluşan zayıf zonlarda ve bu zonlarda makine üzerine birimin
baskı yaparak sıkışması nedeni ile zaman zaman çalışmalarda yavaşlama ve durmalar olmuştur. Bunun
dışında karstik kireçtaşında yapılan kazı sırasında bir karst yolu kesilmiş ve tünel içerisinde yoğun su ile
birlikte silt, kil ve kum boyutunda malzeme gelişi olmuştur. Bu malzemenin temizlenmesi ve makinenin
elden geçirilerek çalışır hale getirilmesi de önemli bir zaman almıştır.
6.4. Suruç Tüneli
Suruç Ovası Sulaması projesi kapsamında inşa edilen Suruç Tünelinin kazı çapı 7,80 m, nihai çapı
7,00 m, tünel uzunluğu 17 185 m olup çift kalkanlı TDM ile açılmıştır. Suruç Tüneli güzergahında; altta
orta-kalın tabakalı, kötü poroziteli, glokonili, piritli, fosfatlı, çört nodüllü, yer yer marn ara seviyeli killi
kireçtaşı ve kireçtaşları, bunların üzerinde beyaz, krem renkli, ince kavkı parçalı, yer yer kahve renkli, inceorta tabakalı, tebeşirli, piritli, glokonili ve fosfatlı killi kireçtaşlarından oluşan Gaziantep formasyonu yer
almaktadır. Kireçtaşları bazı kesimlerde karstik boşluklu özellik gösterir. Tünelde kazı işlemine 16.10.2010
tarihinde başlanmış ve 03.02.2014 tarihinde tamamlanmıştır. Tünel tamamlandığında gerçekleşen ortalama
hız 14,25 gün/m olarak hesaplanmıştır. Kazı sırasında sulu ve yumuşak zeminlerde kazı makinesinin kazı
malzemesini taşıyıcı bantlara aktaramadan malzemenin segment konulacak bölgeyi doldurması nedeniyle
kazı genel olarak yavaşlamıştır. 2011 Yılında makine arızasından dolayı (Tünel içinde kazıcı kafanın iç
keçesi değiştirildi.) yaklaşık 50 gün, 26.10.212 Tarihinde yaşanan sel felaketinden dolayı tünel 4,5 m su
altında kalmasından dolayı yaklaşık 50 gün, 2013 Yılında Makinenin karstik boşlukta kotundan 1,5m
düşmesinden dolayı yaklaşık 100 gün zaman kaybı yaşanmıştır. Uzun tünellerde ray kalitesi de süreyi
etkilemekte olup, gerekli bakımlar sık sık yapılmadığı zaman taşıma esnasında vagonlar raydan
çıkabilmektedir.
6.5. Ankara İçmesuyu II. Merhale Gerede Projesi Tüneli
Ankara Su Temin Projesi 2. Merhale Gerede Sistemi Projesi kapsamında Gerede tüneli inşaa
edilmektedir. Kazı çapı 5,3-5,2 m olup bitmiş çap 4,5 m ve toplam uzunluğu 31592 m’dir. Tünel
uzunluğunun fazla olması nedeni ile güzergah 3 bölüme ayrılmıştır. Bu kapsamda; tünel girişinden, tünel
çıkışından ve km: 9+588’de açılan şafttan olmak üzere üç adet çift kalkanlı TDM kullanılmaktadır. Tünel
güzergahında; tüf, aglomera ile yer yer bazalt, andezit ve volkanik breşten oluşan Ilıcadere volkaniti, kiltaşıkumtaşı ardalanmasından oluşan Markuşa formasyonu, volkanik breş, bazalt ve tüften oluşan Uludere
volkanitleri, dasitlerden oluşan Deveören volkanitleri ve kireçtaşından oluşan Soğukçam formasyonu yer
almaktadır. Proje kapsamında de 10,5 m çapında 60 m derinliğinde ve 21+200 km de ise 1,5 m çapında 453
m derinliğinde 2 adet havalandırma şaftı bulunmaktadır. Km 9+588 m’deki havalandırma şaftı ayrıca ikinci
TDM makinesinin montajı içinde kullanılmıştır. İş kapsamında birinci makine tünelin 9 588 m’lik kısmını
sorunsuz olarak bitirmiş olup sökümü yapılarak çıkarılmıştır. Diğer iki makinede ise güzergahın bazı
kesimlerinde beklenenden farklı jeolojik birimler ile karşılaşılması, yoğun su ve malzeme gelmesi,
süreksizlik zonlarında göçükler yaşanması vb nedenler ile istenilen performansa ulaşılamamıştır. Ancak
çalışmalar mümkün olduğunca hızlı bir şekilde devam etmektedir.
7. SONUÇ VE ÖNERİLER
Yapılan çalışmalar sonucunda elde edilen sonuç ve öneriler aşağıda kısaca özetlenmiştir.
12
- Tünellerin projelendirmesi aşamasında; proje güzergahının jeolojisine, geçilecek formasyonların
jeoteknik özelliklerine, bölgenin tektonizmasına ve yeraltısuyu durumuna özel önem verilerek yeterli sayıda
ve derinlikte sondaj ile arazi ve laboratuvar deneyleri yaptırılmalıdır.
- Jeolojik, topoğrafik ve proje özellikleri gibi şartlarla birlikte tünel uzunluğunun 5 000 m civarında
olması halinde ekonomik mukayeseler yapılarak TDM ile açılması tercih edilmelidir.
- TDM seçiminde, tünelin jeoteknik etüt raporunda belirtilen birimlerin litolojik özellikleri dikkate
alınarak zayıf zemin koşulları, yeraltısuyu durumu ile yerleşim yeri altından geçen tünellerde yanal ve üst
basınçları dengeleyip deformasyona izin vermeyen EPB, EPB Slurry gibi, sağlam zemin koşullarında
açılacak tünellerde tek veya çift kalkanlı, zemin koşullarının değişken olduğu güzergahlarda ise karışık tip
TDM seçilmesine dikkat edilmelidir.
- TDM'nin üstünde olması istenilen ileri delgi, enjeksiyon ünitesi, gaz uyarı sistemi vb ilave
ekipmanlar mutlaka ihale dokümanlarında ve TDM özel teknik şartnamesinde yer almalıdır.
- Tünel özel teknik şartnamesinde "Yeni TDM” kullanılmasını zorlayacak ifadelere yer verilmeyip,
tünelin çapı ve zemin şartları dikkate alınarak yenileme şartı ile "İkinci El TDM” kullanımına imkan
verilmelidir.
- TDM tipi seçimi ihale esnasında yüklenici firmaya bırakılmalıdır. Ancak Yüklenicinin hangi tipi
neden seçtiğini, TDM'nin tüm özeliklerini su, göçük vb karşılaşılabilecek sorunlar karşısında alınacak
önlemleri belirten detaylı bir rapor ihale esnasında İdareye sunmalıdır.
- Çalışma koşulları, enjeksiyon, havalandırma, ulaşım gibi hususlar dikkate alınarak tünel iç çapı;
uzunluğu 7 500 metreye kadar olan tünellerde minimum 4,00 m, daha uzun tünellerde ise 4,50 m ve 50
cm'nin katları şeklinde seçilmelidir.
- Uzunluğu 10 000 m ve üzerinde olan tünellerde ulaşım ve işletme kolaylığı amacıyla yaklaşım tüneli
düşünülmelidir.
KATKI BELİRTME
Yazarlar; Komisyon üyeleri Hakan EREN ve Saadettin CEYLAN ile bilgi ve belge paylaşımında bulunan
Daire Başkanlıkları, Bölge Müdürlükleri ve Kamu Kurumlarına teşekkür eder.
KAYNAKLAR
1 Alber, M., 2000. “Advance rates of hard rock TBMs and their effects on project economics”, Tunneling
and Underground Space Technology, Volume 15, No 1.
2 Arıoğlu, E., 2011. Tünel Ders Notları, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul.
3 Barton, N.,1999. TBM performance estimation in rock using QTBM, Tunneling Int., Milan.
4 Barton, N., and Abrahao, R., 2003. “Employing the QTBM prognosis model”, Tunnel and Tunnelling
International, December, 20-23.
5 Bilgin, N., 1989. İnşaat ve Maden Mühendisleri İçin Uygulamalı Kazı Mekaniği, Birsen Yayınevi,
İstanbul.
6 Fruguglietti, A., Guglielmetti, V., Grasso, P., Grasso, G., Carrieri, G. and S. Xu, 2000. Selection of the
right TBM to excavate weathered rocks and soils, Technical Note.
7 Koçbay, A., Acır, Ö. ve Kılıç, R., 2004. “Tünel Delme Makinelerinin (TDM) Değişen Zemin
Koşullarındaki Verimlilikleri Örnek Çalışma: Ermenek Barajı (Karaman), 57. Türkiye Jeoloji Kurultayı”, 812 Mart 2004, MTA Kültür Sitesi, s. 172, Ankara.
8 Koçbay, A., 2007. “Jeoteknik Koşulların Tünel Delme Makinesi (TDM) Performansına Etkisi-Örnek
Çalışma: Ermenek (Karaman) Enerji Tüneli”, 2.Ulaşımda Yeraltı Kazıları Sempozyumu Bildiriler Kitabı,
s.93-99, İstanbul.
9 Koçbay, A., 2010. “Tünel delme Makineleri ve Performans Analizleri Örnek Çalışma: Ermenek Barajı
ve HES (Karaman)”, DSİ Teknik Bülteni, Sayı: 108, s.37-50, Ankara.
13
10 Nielsen, B and Özdemir, L.,1993. “Hard rock tunnel boring prediction and field performance”, Rapid
Excavation and Tunneling Conferance Proceedings.
11 Robbins, J. R., 1976. “Mechanized Tunnelling Progress and Expectation”, Tunneling 76 Symposium,
pp. 1-10, London.
12 DSİ Bölge Müdürlükleri tarafından hazırlanan raporlar ve yapılan sunumlar.
https://www.herrenknecht.com
https:/www.therobbinscompany.com
http://www.civenv.unimelb.edu.au
http://en.wikipedia.org/wiki/Tunnel_boring_machine
http://mining.mines.edu/research/emi
http://www.penatrade.com
http://www.isrm.com
14