TÜNEL AÇMA MAKİNESİ Nedir?
Madencilik ve inşaat sektöründe yeraltı yapılarının önemi teknolojik gelişmelere paralel olarak gün geçtikçe artmaktadır. Özellikle yerleşim merkezleri ve büyük şehirlerde elektrik, su, kanalizasyon, telefon, doğalgaz ve metro tünelleri gibi yapıların açılması sırasında, çevreye ve yer üstünde yapılara zarar vermemesi için kullanılacak kazı yönteminin seçimi son derece önemlidir. Her ne kadar ilk yatırım maliyeti yüksek olsa da tam cepheli tünel açma makineleri(TBM), istenilmeyen yeraltı hareketlerini önleme kabiliyeti, daha sessiz, titreşimsiz ve hızlı çalışması nedeniyle günümüzde tercih edilen kazı makineleri haline gelmiştir. Sert, orta sert, yumuşak ve akıcı formasyonlar için kullanılacak kafa dizaynları ve keski tipleri, makineyi dengeleme sistemleri, tahkimat sistemleri, çıkarılan pasayı taşıma sistemleri çeşitli yönlerden farklılıklar göstermektedir. Açılacak yer altı boşluğu boyunca geçilecek formasyonların önceden tespiti, kullanılacak makinenin seçiminde en önemli faktörlerden biri olmaktadır.
İlk tünel açma makinesi Amerika’da Hoosac Tünelinde kullanılmıştır. Bu makine daire şeklinde döner bir kesme kafasına sahipti ve keskiler konsantrik daireler çizerek kazı yapacak şekilde dizilmişlerdi. Tutunma mekanizması, itme (baskı) mekanizması ve pasa uzaklaştırma düzenleri vardı. 1856 yılında yapılan bu makinenin yapısal tasarım şekli, makinenin sert kayaçlarda başarılı olarak çalışabileceği seviyede değildi. Herman Haupt isimli inşaat mühendisi, bu makine ile 3 metrelik bir ilerleme yapmayı başarmıştı. TBM'in esasını oluşturan bu kavram, izleyen 100 yıl için güçsüz kalmış ve hiçbir gelişme gerçekleşmemiştir.
James Robbins isimli mühendis 1956 yılında, kalem keskiler yerine döner disklerin kullanılma fikrini ortaya atmıştır. Toronto'daki bir uygulamada günde 38m'lik ilerleme gerçekleşmiştir.
Bu uygulama TBM'lerin yumuşak ve orta sert kayaçlarda ekonomik olarak kullanılabileceğinin ilk göstergesi olmuştur. Toronto'daki uygulamayı izleyen 26 yıl boyunca teknoloji oldukça yavaş ilerlemiştir.
1970'lerin sonu ve 1980'li yılların başlarında Amerika ve Avrupa'da birçok üniversite ve araştırma kurumu disk kesicilerin sert kayaçlardaki performansının fizik prensiplerini anlamak üzere çok sayıda araştırma yapmışlardır.
Tünel Açma Makinası Genel Özellikleri
TBM’lerin yapısal özellikleri olarak ;
- Kesici kafa,
- İtme silindirleri,
- Yönlendirme silindirleri,
- Kilitleme pabuçları(gripper),
- Kesici kafayı döndüren motorlar,
- Beton tahkimat elemanlarını yerleştiren erektörler sayılabilir.
TBM arkasında bulunan, back-up sistemler olarak adlandırılan kısımda ise;
- Hidrolik güç üniteleri,
- Elektrik trafoları,
- Tavan civataları için delici,
- Havalandırma fanları,
- Pasa nakliyatı için bant konveyörler,
- Vagonlar bulunmaktadır.
TBM İle Kazınının, Delme Patlatma ile Maliyet Karşılaştırılması
Firmalar bir tünel projesine başlamadan önce işi ne şekilde yapacaklarına dair sınırlayıcı sebepler ve hükümler yok ise maliyet açısından yöntem belirlemek için çalışmalar yapmak zorundadırlar. Bu çalışmaları etkileyen parametreler ve bunların maliyete etkileri aşağıdaki gibidir:
- Tünel Çapı ve Tünel Uzunluğu,
- Tünel Açılacak Formasyonun Basınç Dayanımları ve Kazılabilirlik,
- Çalışma Saatleri,
- Patlayıcı Madde ile Kazıyı Engelleyen Sebepler,
- Tünele Uygun Makinelerin Temin Zorlukları (Küçük çaplı tünellerde Del-Pat sonrası ayna pasasının yüklenmesi ve taşınması vb. işler için spesifik makinelerin kolaylıkla bulunamaması gibi),
- İşin Süresi,
- Diğer sebepler,
Yukarıda sayılan tüm parametreler hassas bir şekilde değerlendirilerek tünelin hangi yöntemle açılacağına karar verilir. Yukarıdaki parametrelerden en önemlisi ve yöntem belirlemede asıl belirleyici olan tünel çapı ve tünel uzunluğudur.
TBM ve Delme Patlatma ile kireç taşında tünel açılmasının maliyet analizi açısından karşılaştırılması.
Yukarıdaki grafikten de görüldüğü üzere örneğin 3 metre kazı çapındaki bir tünel için 5km’den sonra TBM ile tünel kazısı daha ekonomik olmaktadır. Proje bitiş süresi gözönüne alındığında ise tünel açma makineleri ile kazı her zaman avantajlı durumdadır.
TBM'in Olumlu Yönleri
- Kazı hızı oldukça yüksektir,
- Çalışan işçi sayısı oldukça az olmakta ve işçilik maliyeti düşmektedir,
- TBM kullanımıyla tünel içinde oluşması mümkün toz miktarı önemli derecede azalmakta ve dolayısıyla işçi sağlığı açısından olumlu bir çalışma ortamı elde etmek mümkün olmaktadır,
- Patlatmadan kaynaklanan sarsıntı oranı TBM kullanımında söz konusu olmayacağından TBM, şehirleşmenin yaygın olduğu kaya ortamlarında kolaylıkla kullanılabilmekte ve çevre sorunu yaratmamaktadır,
- Patlatma yapılarak çalışıldığında yeraltı açıklığının çevresinde oluşan gevşeme zonu (zedelenmiş kaya kütlesi zonu), TBM'in kullanılması halinde oldukça sınırlı kalmakta ve dolayısıyla, tünel destek elemanlarına etkiyen yükler de azalmaktadır.
TBM Performans Tahmini
TBM kullanan firmalar bir tünel projesine başlamadan önce işi ne kadar sürede yapabileceklerini bilmek isterler. Yıllar içerisinde farklı yaklaşımların etkin olduğu performans tahmin metotları geliştirilmiştir.
TBM performansını etkileyen parametreler
Kayaç Karakteristikleri
- Tek eksenli basınç dayanımı,
- Kayaç sağlamlığı (kayaç dokusu),
- Çatlak İndeksi,
Keski Geometrisi
- Çap,
- Ağız Genişliği,
TBM Özellikleri
- Keski başına düşen baskı kuvveti,
- Keskiler arası mesafe,
- Güç (tork ve devir sayısı),
TBM’in Sınıflandırılması
Çalışılan zemin şartlarına göre;
- Single Shield Tünel Açma Makinaları
- Double Shield Tünel Açma Makinaları
- Mixed Tünel Açma Makinaları
- Hard-Rock Tünel Açma Makinaları
- EPB
- Slurry
