Tünel Aplikasyonları

Doç.Dr.İbrahim Koç Özel Ölçmeler

Tünel Aplikasyonları
Tünel aplikasyonunun amacı, bir uzay ekseni olan tünel ekseninin aplikasyonudur.Tünel ekseni, koordinatları ve yükseklikleri belirlenen tünel ağı noktalarından aplike edilir.Tünel ağının kalitesi o şekilde elde edilmelidir ki, tünel ekseni öngörülen incelik yüksek güvenirlilikle elde edilebilsin.Aplikasyon için gerekli hesaplamalar genel olarak tek bir uzay sisteminde değil, aksine konum ve yüksekliğe göre ayrı sistemlerde yapılır. Değişik tipte tüneller vardır. Bunlar iletim ve trafik tünelleri olarak ayrılırlar.

İletim Tünelleri : İçme suyu ve atık su tünelleri gibi.

Trafik tünelleri : Karayolu ve demiryolu tünelleri gibi.

Tünel ağının kurulması :

Tünel ağı farklı amaçlı iki parça ağdan oluşur :

1. 
   İki giriş arasındaki bağlantıyı sağlayan ana ağ (şekil 1).
   

2. 
   Tünel açma makinesinin sevk ve idaresini, aplikasyonu ve yapının kontrolunu sağlayacak yer altı ağı (şekil 3).
   

Yer Üstü Ağının Kurulmasında Ve Ölçüsüsünde Dikkat Edilecek Hususlar.

• 
  Ana noktalar tünel girişlerinde, kuyu yakınında ve galeri girişlerinde planlanır.
  
• 
  Ana noktaların 1-2km yakınında 2 veya 3 yan nokta tesis edilir.
  
• 
  Ana noktalar pilye şeklinde ve yükseklik işareti monte edilmiş olarak inşa edilir.
  
• 
  Ülke ağına bağlanmak için sabit noktalardan 2 tanesi tünel ekseninin iki yanında 2 tanesi de tünel girişleri civarında olmalıdır.
  
• 
  Elverişli konumdaki sabit noktalar ana ve yan nokta olarak da kullanılabilir.
  
• 
  Tünel ağının konum koordinatları en ekonomik şekilde uydu yöntemiyle belirlenir.
  
• 
  Tünel ağı ölçme düzenine şekil 2 bir örnek teşkil etmektedir. Bu ağ iki ana nokta, her ana noktaya ait 2 yan nokta ve dört sabit nokta içermektedir.
  
• 
  İki sabit nokta ayni zamanda yan nokta olarak da kullanılabilir.
  
• 
  Ölçüler, her biri en azından 30 dakikalık 4 oturum halinde yapılmalıdır.
  
• 
  Her noktaya en az iki defa alet kurulmalıdır.
  
• 
  Dört alıcı ana ve yan noktaları ararken, tünel ekseninin iki yanındaki sabit noktalarda ölçü sürekli devam etmelidir.
  

Yer altı ağı

Yer altı ağına homojen bir bağlantı için ana noktalardan yan noktalara olan doğrultular ölçülür.Ayrıca sigorta noktaları doğrultu ve uzunluk ölçüleri ile bağlanır.

Nokta yükseklikleri ülke ağına dayalı olarak hassas nivelmanla belirlenir.

Tünel içi ağı aşağıdaki seçeneklerden biri olabilir. Şekil 3 de farklı yer altı ağ seçenekleri görülmektedir. Tünel genişliğinin dar olması nedeniyle uzun kenarlı ve dar ağlarla veya poligon geçkileri ile çalışılır. Uzunluk ve doğrultular elektronik olarak ölçülür.Tünelin açılması esnasında ön kısımda bağlantı imkanı olmadığından hata yayılması elverişli değildir.

İncelik, güvenirlilik ve masraf 1. seçenekten 3. seçeneğe doğru gittikçe artar.

1.Seçenekte karşılaşma noktası garantisi yoktur.

2. Seçenekte iki noktada bir jiroskop kullanılarak incelik önemli ölçüde artar.

Tünel uzunluğu T, km başına standart sapma σ ise karşılaşma noktası için standart sapma

σ_K = σ.T_km

olarak verilir.

Yer üstü tünel ağına bağlanılarak tünel açma makinesinin kontrolu ve yönlendirilmesi ile tünel ekseninin içerilere doğru aktarılması mümkündür. Tünel açma mesafesi 10 m ye kadar olan çaplarda 5 -20m/gün olmaktadır. Dover-Calais kanal tünelinin yapımında tünel açma hızı 30m/gün’e ulaşmıştır (Korritke ,1991). Yer altı tünel açma ağının tesisi ve ölçülerin seyrini her şeyden evvel inşaat çalışmaları, inşaatın ilerleyişi ve daha da önemlisi tüneldeki yer darlığı belirler. Düz tünellerde doğrultu lazerinin kullanılması avantajlıdır. Çünkü onun hedef sinyali ilerleme doğrultusunu sürekli olarak tesbit eder. Lazerin menziline göre alet daha sonraki tünel ekseni ara noktasına yer değiştirir. Uzun ve eğri tünellerde doğrultu aktarılması kenarları 50-100m olan ve elektronik olarak ölçülen açık poligon geçkileri ile yerine getirilir. Yer altı ilerleme ve kontrol ölçülerinin incelikleri Avrupa tünelinde (Jacops,1989)

• 
  Poligon kırılma açısı σ_β = 0,5 mgon
  
• 
  Jiroskop açıklığı σ_a = 1,0 mgon
  
• 
  Poligon kenarı (max 250m) σ_s = 2mm
  
• 
  Nivelman σ_h = 2mm/km
  

Olarak önermektedir. Poligon geçkisinin büyük önemi ve elverişsiz hata yayılması (enine sapma) nedeniyle doğrultu inceliği jiroskop ölçüleri ile desteklenir(şekil 7.6-7,s.470)

Jiroskop ölçüleri için tavsiyeler :

• 
  Her iki noktada jiroskop açıklığı ölçülmelidir. Böylelikle açı ölçümündeki yatay kırılma sonucu poligonun sistematik sapması (verschwenkung) önlenebilir.
  
• 
  Ayni anda karşılıklı ölçü ; 2 -3 defa tekrarlanmalı.
  

Şekil elverişsizliği nedeniyle birkaç ölçü poligon geçkisinin yeterli kontrolunu sağlamalıdır. Örnek olarak kontrol geçkisi veya sıçramalı (übergreifende) poligon ağı ve gerektiği takdirde başta ve sonda uydu destekli doğrultu iletimi ( Rausch,1998). Tünelde hüküm süren sıcaklık koşulları kırılma etkisi için tehlikeli bir kaynaktır. Bu etki 10 mgon’ a kadar doğrultu hastasına yol açabilir.Hennes (1998) , 57 km uzunluğundaki yeni Gothard ana tünelinin inşaatı için enine sapmanın sistematik hata yayılmasını tünel içindeki sıcaklık değişimine bağlı olarak benzeşim hesaplarını gerçekleştirdi. Tünel girişinde kırılmasız doğrultu ölçümü bir dispersometre ile ve daha sonra jiroskopla tavsiye edilir.

Jiroskop açıklığı desteği dışında aşağıdakiler tavsiye edilir:

Poligon kenarları olabildiğince tünel eksenine yakın yani yan duvarların 1-2 m uzaklığından geçmelidir. Tüneldeki önemli sistematik etkiler atmosfere,sıcaklık farklarına tünel duvarının deformasyonuna bağlıdır. Hassas jiroskop ölçümlerinde çekül sapması dikkate alınmalıdır. Bu kapsamda İsviçre’ de Alpleri enine kesen tünel projelerinde çok büyük derinlikteki kitle dağılımı ve topoğrafyanın belirlenip belirlenemeyeceği veya nasıl belirleneceği sorusu ortaya çıkmaktadır. Çekül sapmasının tünel ekseninin aplikasyonuna etkisi birincil değildir fakat daha zor elde edilebilen kırılmanın etkileri çoğunlukla daha büyüktür.
Karşılaşma sapması : Bir tünel iki uçtan açılmaya başlanarak ortalarda bir yerden buluşularak tamamlanır. Tünel açmanın hassasiyet ölçüsü olarak karşılaşma sapması verilir ve bu değer iki uçtan gelen birbirinden bağımsız ölçülerin kullanılması ile bulunur.

Karşılaşma sapması şu şekilde elde edilir :

Buluşma bölgesindeki PP_A poligon noktasının koordinatları A girişi tarafında çalışan ekip tarafından belirlenir. B girişi tarafında çalışan ekip kendi karşılaşma bölgesindeki son noktalarından PP_A noktasının aplikasyonunu yapar ve PP_B gibi bir nokta elde eder. Mevcut PP_A noktası ile PP_B noktaları arasındaki fark karşılaşma sapmasını verir. Bu sapma üç bileşene ayrılır. 1)Boyuna sapma 2)Enine sapma 3 )Yükseklik sapması. İ koç
Her iki girişten başlayan tünel açılmasının sade bir kriteri karşılaşma hatasıdır. Karşılaştırma hatası D noktasında (örnek PP_n Poligon noktası) enine, boyuna ve yükseklik sapmasına göre üç boyutlu farkı gösterir. Karşılaşma öngörüsü olarak PP_n (PP_A ve PP_B) noktasında koordinat farkı verilebilir ve karşılaşma noktası ile elde edilen karşılaşma her iki taraftan bağımsız ölçü ile kıyaslanabilir. Karşılaşma inceliği, tüneldeki konum ölçmelerinden benzeşim dengelemesiyle (ağırlık katsayısı ve güven elipsi) tahmin edilebilir. Yapı tekniği açısından her şeyden önce σ_q enine sapması ve σ_h yükseklik sapması ilginçtir. σ_l boyuna sapması daha az önemlidir. Karşılaşma hatasınının teorik ön tahmini açık poligon geçkisinin hata yayılma yasasından beklenen enine sapma türetilir. Elmaghraby(1989) pratik ölçüler kapsamlı araştırmalar sonucunda σ_q değerinin 1cm den 2cm/1km tünel uzunluğu sınırında tutulabileceğini göstermiştir.

Değerlendirme bir çok aşamaları içerir. Başlangıçta ana ağın koordinatlarının ilk eşitliği (ITRF = International Terestrial Reference Frame) sisteminde belirlenir. Daha sonra özdeş noktalar üzerinden ülke ağına dönüştürülür.

İkinci adımda mevcut sistematik sapmaları ortaya çıkarmak için, uydu gözlemlerinden elde edilen koordinat farkları ve ana ağda ölçülmüş doğrultular karışık dengelenir.

Üçüncü aşamada yer altı ağının koordinatları ana ağın koordinatlarına dayalı olarak hesaplanır.(Kahmen,Wunderlich,Retscher,Kuhn, Plach, Teferle, Wieser 1997 )

Ülke sistemine dönüşüm için ülke koordinatları belli en az üç sabit nota tünel ağına dahil edilmelidir.

Tünel eksen doğrultusunun işaretlenmesi.

Tünel yer üstü ağının hesaplanmasından sonra tünel eksen doğrultusu tesbit edilebilir. Ana ve

yan noktaların koordinatlarından tünel ekseni doğrultu açıları olan β₁, β₂ ve β₃ açıları hesaplanır. Bu değerler açıklık açılarının farkından bulunur(şekil 6).

β₁ = (12) - (11/1), β₂ = (12)-(11/2),

β₃ = (12)- (11/3)

Bu açılar hesaplandıktan sonra tünel ekseni istikameti tespit edilir. Teodolit 1 noktasına kurulur.Dürbün 1/1 noktasına yöneltilir. Açı bölüm dairesi 0^g a ayarlanır. β₁ açısı kadar alet döndürülerek tünel girişine yakın gözlem eksenine dik ve yatay olarak tutulan bir cetvelde aletin birinci durumunda bir işaret yapılır .Bu işaret P₁ olsun .Alet ikinci duruma alınarak β₁ tekrar aplike edilir ve P₂ işaretlenir. P₁P₂ uzaklığının ortası

tünel eksen doğrultusudur. Böylece aletin olası eksen hatalarından sakınılmış olur. β₂, β₃ açıları ile de ayni doğrultu elde edilmelidir. Daha sonraki çalışmalarda kolaylık sağlaması amacı ile tünel ekseni üzerinde betondan sigorta noktası yerleştirilir (şekil 6). Çalışma anında bu noktalardan faydalanarak eksen doğrultusu yeniden elde edilebilir.

Tünelin giriş yarmalarından sonra ilk ayna denilen başlangıç kesiti açılmaya başlanır. Şekil 7 de görüldüğü gibi açılan aynanın tünel eksenine isabet eden yerin tavan kısmına bir kazık çakılarak çekül sallandırılır. Kazı çalışmaları devam ettikçe iç kısımlarda ikinci çekül de ayni şekilde sallandırılır. Tünelin açılması bu çeküllere göre istikamet verilerek devam ettirilir. Tünel çalışması ilerledikçe, teodolit ile eksen istikameti kontrol edilir. Tünel kazısı ilerledikçe elemanların kolay görüp istikamet alması için aliymanlarda 30-40m yi geçmeyecek şekilde kazıklar çakılır. İlk başlanılan sigorta betonundan verilen istikamet çalışmaları tünelin ilerlemesi ile zorlaşır. Bu nedenle ışık tertibatına, kurb vaziyetine, ve işin durumuna göre 200m yi geçmeyecek şekilde, tünel içerisinde tabana ve eksen üzerine sigorta betonu tesis edilir(şekil 8).

Sigorta betonu tünel tabanından aşağıda ve üzeri kapaklı olmalı ki, çalışmalar esnasında yeri bozulmasın. Tünel açılması devam ettikçe tesis edilen bu noktalara alet kurularak bir önceki noktaya bakıp 200^g çevrilerek diğer noktanın doğrultusu verilir.

Günümüzde istikamet çalışmaları lazer aletleri le yapılmaktadır. Lazer ışığı iyi demetlenme özelliğine sahip olduğu için uzun mesafelerde bile küçük kırmızı bir leke olarak görülebilmektedir. Bu özelliği nedeniyle istikamet çalışmalarında tercih edilir.

Soru : Şekil 9 de Ana ve yan noktaların koordinatları verilmiştir. 12 eksen doğrultusunun belirlenebilmesi için β₁, β₂ ve β₃ açılarını hesaplayınız.

sonuç :

β₁ =270,5876^g , β₂ = 174,4589^g , β₃ =90,3576^g

olmalıdır.

Yükseklik pilotajı

Açılan tünele kullanım amacına göre belirli bir eğimin verilmesi gerekir. Eksen boyunca bir geometrik nivelman yapılarak eğimin değiştiği noktaların yükseklikler hesaplanır. Bu kotlara proje çalışmalarında siyah kot denir. Bu kotlara göre arazi profilini gösteren siyah çizgi çizilir. Tünel ekseninin öngörülen eğimine göre kırmızı çizgi de ayni boy kesit üzerine çizilir. Bu bilgilerden yararlanarak tünel ekseni boyunca her noktaya ayni eğimi verebilmek için yükseklik pilotajı yapılır (şekil 10).

Şekil 10 yükseklik pilotajının nasıl yapılacağını göstermektedir. Eksen üzerinde A ve B gibi iki nokta göz önüne alınır. Bu noktaların yükseklikleri belirlenir. Proje hattından yararlanarak ∆h₁ ve ∆h₂ değerleri elde edilir. h₁ = 1,5m - ∆h₁, h₂ = 1,5m + ∆h₂ hesaplanır. A noktasından h₁ kadar yukarda a noktası, B noktasından h₂ kadar yukarıda b noktası işaretlenir. a ve b noktaları arasına tel veya ip germek suretiyle pilotaj çizgisi aplike edilmiş olur. Tünel ekseni bu çizginin her noktasından 1,5m aşağıda olmalıdır. Buna göre rayın döşeneceği hat pilotaj çizgisine göre traşlanır veya doldurulur.
Tünel içerisinde km ler daima eksenden ölçülür. Tünelin açılış istikametine göre, sol kenara 1,5 m yüksekliğinde ve 3 cm genişliğinde bir kot ve km çizgisi çizilir. Bu kot çizgisi üzerine 10m de bir km kazığı çakılır ve yazısı yazılır (şekil 11).

Kilometre ve kot çizgisi, boyuna kesit profilindeki proje çizgisinin (kırmızı çizgi) önce 1,5m düşeyde yukarıya daha sonra yatayda yan duvara ötelenmesiyle elde edilir.

Bu işlemin yapılabilmesi için öncelikle,tünel ekseninde tesbit edilen sigorta betonlarının gidiş dönüş hassas nivelmanı yapılarak kot hesabı yapılır.Çalışmalarda kısa miralar kullanılır.




Tünellerde kurb aplikasyonu

Kanalların, yolların ve barajların tünellerinde kurb varsa, proje üzerinde kurbun (R) yarıçapı (γ) sapma açısı ve some noktasının koordinaları verilir. Her ne kadar koordinatlardan some noktası ile tünel giriş ve çıkış noktaları ara mesafeleri, (R) ve (γ) yardımı ile ( t ) teğet boyları hesaplansa dahi, tünellerin aplikasyonunda, giriş ve çıkış noktalarından verilen doğrultu ile bulunan (S) some noktasında (γ) sapma açısında bir miktar değişme olacaktır. Bu sebeple , arazi çalışmalarında aplikasyonu yapılan (1) ve (2) noktaları ölçülere dayalı olarak yeniden koordinatlandırılır. Projede bilinen (S) some noktasının da koordinatları alınarak, some noktası ile giriş çıkış noktaları ara uzaklıkları koordinat hesabı ile bulunur.Şekil 12 da görüldüğü gibi sapma açısı,

olarak hesaplanır. α ve φ 1,2 ve S noktalarının koordinatlarından elde edilir.

Örnek : Bir barajın derivasyon ( yatağını değiştirme) tüneline ait eksen şekil 13 de görülmektedir.

Haritadan

γ = 20^g

R = 60m

değerleri elde edilmiştir. (S) Some noktasının koordinatları projeden alınan koordinatlardır. (1) ve (2) nolu noktaların koordinatları ise projedeki koordinatlar olmayıp, tünel giriş ve çıkış noktalarının aplikasyonundan sonra bu noktaların ölçü değerlerine göre elde edilen koordinatlarıdır.

N.N. y(m) x(m)

1 485255,00 4154115,00

2 484881,00 4154268,50

S 484971,75 4154200,00

verildiğine göre kurb aplikasyon elemanlarını hesaplayınız.

Koordinatlardan aşağıdaki değerler elde edilir.

(1S) = 318,5599 ^g , 1S = 295,73m = L₁

(S2) = 341,1625 , S2 = 113,70m = L₂

(12) = 324,7940 , 12 = 404,27m

α = 6,2341 , φ = 16,3685 , γ = 22,6026

Hesaplarda γ = 20^g değil 22,6026^g değeri kullanılır.

,

1A = L₁- t = 295,73 -10,76 = 284,97m = l₁

2B = L₂- t = 113,70 -10,76 = 102,94m = l₂

Aliyman doğrultusunda açılan tünel 1 noktasından l₁ mesafesi kadar ilerleyerek A teğet noktası, 2 noktasından aliyman doğrultusunda l₂ mesafesi kadar ilerleyerek B noktası aplike edilir. Tünel gibi açık olmayan alanlarda en iyi aplikasyon yöntemi kirişler poligonu yöntemidir. Buradaki derivasyon tüneline ait eksenin kurb parçası kirişler poligonuna göre aplike edilecektir (şekil 14). Hesap ve sonuçlar aşağıda görülmektedir.

Aplikasyon aralığı yay boyu olarak b = 7,00m dir.

Yay boyu b ye karşılık gelen merkez açı λ olsun.

açısının karşısındaki kiriş uzunluğu ,

∆λ= γ-3.λ = 22,6026 – 3.7,4272 = 0,3210^g

∆
s=

Aplikasyon aşağıdaki gibi yapılır:

Alet A noktasına kurulur. Dürbün (1) noktasına yöneltilir ve açı sıfırlanır. Alet 200+ = 203,7136^g döndürülür ve yatay hareket vidası kilitlenir. Dürbün doğrultusunda s= 6,996m ölçülerek P₁ işaretlenir. Alet P₁ noktasına kurulur ve dürbün A noktasına yöneltilir ve açı sıfırlanır. Alet 200+λ = 207,4272^g döndürülür. Dürbün doğrultusunda s = 6,996m ölçülerek P₂ işaretlenir. Benzer şekilde P₃ tespit edilir. P₃ noktasından 200+ve değerleri kullanılarak arazide önceden işaretlenmiş olan B noktasına ulaşılması gerekir. Bu birinci kontrol dur. Ayrıca B noktasındaki açı ölçülür. Bu açı 200+ ise yapılan işlemler doğru demektir. Bu da ikinci kontrol olmakltadır.

Ayrıca sapma açılarının toplamı γ açısını vermelidir. Yani ;

olmalıdır.

3,7136+7,4272+7,4272+3,8741+0,1605= 22,6026

22,6026 = 22,6026
Düz bir galerinin dairesel uzantısı :

Düz bir galeri, B noktasında dairesel bir kurba girmektedir. Dairenin yarıçapı R, galeri genişliği d olduğuna göre dairesel galerinin aplikasyonu için aşağıda yöntem uygulanabilir. BDC dik üçgeninden (şekil 15) ;

Yazılabilir. Buradan s aplikasyon değeri ,

Şeklinde elde edilir. B noktasından itibaren AB doğrultusunda s uzunluğu kadar gidilerek D noktası çakılır. Yine DBC üçgeninden

açısı hesaplanır.

Eşitliği ile β bulunur.

E noktası, D noktasından ( s, β) kutupsal aplikasyon elemanları ile

F noktası, D “ (2s,β) “ “ “

G noktası, F noktasından ( s, β) “ “ “

…………………………………………………………………………

Şeklinde aplike edilir.