1-TÜnel galeri tanimi 2-TÜnelciLİkte maliyeti etkileyen temel faktörler

SUNUŞ

1-TÜNEL GALERİ TANIMI

2-TÜNELCİLİKTE MALİYETİ ETKİLEYEN TEMEL FAKTÖRLER

3-TÜNEL AÇMA METODLARI VE YÖNTEMLERİ

4-KAYLARDA TÜNEL AÇILMASI ESNASINDA KARŞILAŞILAŞILAN OLAYLAR

5-TÜNELLERDE ISI, SU VE GAZ DURUMU

6-ISTANBUL METROSU TÜNEL TİPLERİ

7-METRO TÜNELLERİNİN JEOLOJİSİ

8-KAZI YÖNTEMİ

9-TÜNEL KAZI DESTEK TİPLERİ

10-TÜNELLERDE KAZI VE DESTEKLEME ÇALİŞMALARİ

11-TAHKİMAT ÖNCESİ DURAYLILIĞI ARTTIRICI ÖNLEMLER

12-KALICI DESTEKLEME

13-BETON KALIPLARI

14-BETON ÜRETİMİ VE NAKLİYESİ

15-İNVERT BETONU DÖKÜM ŞEKLİ VE SAFHALARI

16-KEMER BETONU DÖKÜM ŞEKLİ VE SAFHALARI

17-BETON DÖKÜMÜNDE OLASI PROBLEMLER

18-KALIP ALMA SÜRESİ VE TAYİNLERİ
GİRİŞ

Büyük kentlerin ulaşım sorununda en etkili çözüm yolu olan metro; günümüz toplu taşımacılık sistemlerinin yaygın bir türü olarak tüm dünyada giderek artan oranda kullanılmaktadır.

Ucuz ve çabuk ulaşım olanağı sağlayan metronun diğer raylı sistemlerle birlik­te İstanbul içi kent karayollarındaki trafik sıkışıklığına en etkili çözümü sağla­yacağı da kuşkusuzdur.

Dünyada ilk büyük metro sistemleri 19. yüzyılın sonunda ve 20. yüzyılın başlarında Londra, Paris, Newyork ve Moskova'da kuruldu.

İlk "yeraltı demiryolu" projesi 1835'de İngiltere'de yapıldı. Ama Londra'nın kenar semtlerindeki iki demiryolu istasyonunu kentin merkezine bağlamayı amaçlayan bu proje "düşsel" bulunduğu için uygulanmadı.

1860'da Londra'da dünyanın ilk yeraltı demiryolunun yapımına başlandı. 6 kilometre uzunluğundaki bu metro hattı 1863'de isletmeye açıldı. Sonraki yıllarda yapılan ekler ve yeni hatlarla giderek genişleyen Londra Metrosunda bugün 408 kilometrelik bir ağ üzerindeki 273 istasyon arasında çalışan 457 metro treni her gün yaklaşık 2,5 milyon yolcu taşımaktadır.

İngiltere'den sonra Avrupa'daki ilk metro 1896'da Macaristan'ın başkenti Budapeşte'de açıldı.

Dünyanın en ünlü metrolarından biri olan Moskova metrosunun 197 kilometre­lik toplam uzunluğunun 20 kilometrelik bir bölümü dışında, tümü yeraltındadır ve 123 istasyonu vardır.

1904'de açılan New York Metrosu, her yıl 1 milyardan fazla yolcu taşıyan ve hemen hepsi 24 saat hizmet veren 23 hattıyla dünyanın en yoğun metrosudur. Bu metronun 220,5 kilometresi yeraltında, 150,6 kilometresi yerüstünde olan toplam 371 kilometrelik hatlarında 456 istasyon vardır. Bugün yeryüzünde nüfusu bir milyonu aşan kentler arasında metrosu bulunmayan hemen hemen kalmamış gibidir.

İSTANBUL METROSU İLE İLGİLİ ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR

Dunyadaki ilk metrolardan biri olarak kabul edilen ve Türkiye^’ deki ilk yeraltı raylı ulaşım sistemi olan emektar Karaköy Tüneli, İstanbul’da Galata ile Beyoğlu arasında kurulmuştur. Fransız mühendis Henry Gavand'ın yapımını üstlendiği proje,30 Temmuz1871'de yapılmaya başlanmış ve 17 Ocak 1875'de •işletmeye açılmıştır.

Bundan sonra geçen bir yüz yılda fazla sürede ise maalesef hiçbir uygulama yapılmamış, sadece aşağıda sıralanan etüv ve proje çalışmaları ile yetinilmiştir.

1. 
   1908 yılında Mecidiyeköy - Yenikapı arasında çalışacak bir proje geliştiril­miş, ancak sonuçlanmamıştır.
   
2. 
   1953 yılında Fransız SGTE firması, Mecidiyeköy-Yenikapı güzergâhını yeniden projelendirmiş, fizibilite etüdlerini hazırlamış, ancak 89 milyon TL'lik yatırım için kaynak bulunamadığından uygulamaya geçilememiştir.
   
3. 
   1960 yılında İtalyan, 1964 yılında Sovyet, 1965 yılında Amerikan firma ve kuruluşları aynı proje ile ilgilenmişler; çalışmalar sonuçlandırılamamıştır.
   
4. 
   1968 yılında Sovyetler yeni bir proje hazırlamıştır. İki hattan oluşan bu projede l.Hat Zincirlikuyu, Mecidiyeköy, Şişli, Taksim, Galatasaray, Karaköy, Eminönü, Yenikapı, Topkapı güzergâhını II. hat ise Beyazıt, Saraçhane, Edirnekapı, Topçular güzergâhını izlemekteydi. Bu çalışma­lardan da, bir sonuç elde edilememiştir.
   
5. 
   1972 yılında İETT adına Türk Tekfen, Fransız Bouyges, Alman Siemens firmalarının oluşturduğu bir grup, 4. Levent - Karaköy arasında çalışacak bir metro projesi geliştirmiş ancak, Uygulamaya geçilememiştir. Aynı yıl Doç. Dr. Cazibe SAYAR' a bir İstanbul Metrosu Jeoloji raporu hazır­latılmıştır.
   
6. 
   Hükümet İstanbul Metrosu yapımını üstlenmiş ve 31.51973 tarihli Bakanlar Kurulu Kararı ile bu görev İmar Koordinasyon Kuruluna devre­ dilmiştir.Bu kapsam içinde o tarihe kadar gerçekleştirilmiş proje ve fizibiliteleri değerlendirmek üzere müşavir firmalar görevlendirilmiş ise de somut bir sonuç alınamamıştır.
   

METRO KARAKTERİSTİKLERİ

METRO PROJESİNİN AMAÇLARI

Metro Projesi genelde ve İstanbul kent içi ulaşımında aşağıdaki amaçlara erişmek üzere projelendirilmiştir.

1. 
   Ulaşım güvenliğini, konforunu ve emniyetini arttırmak.
   
2. 
   Yolculuk süresini azaltmak, ulaşılabilirliği ve hareketliliği arttırmak.
   
3. 
   Ulaşımın çevreye kötü etkilerini en aza indirmek, daha iyi yaşanabilir bir çevre yaratmak.
   
4. 
   Tarihi ve doğal çevreyi korumak, sürekliliklerini sağlamak.
   
5. 
   En az kentsel yayılma ile düzenli büyümeyi teşvik etmek.
   
6. 
   Etkin, ekonomik yarar - maliyet ilişkisi yüksek bir ulaşım sistemi sağlamak.
   
7. 
   Kent içi raylı ulaşım sistemleriyle entegrasyonu sağlamak.
   

JEOLOJİK DURUM VE JEOTEKNİK ÇALİŞMALAR

1. JEOLOJİ

İstanbul Metrosunun şu anda inşa edilmekte olan Taksim - Dördüncü Levent Bölümü Karbonifer yaşlı Trakya formasyonu içerisinde bulunmakta­dır.

Formasyon genel olarak kum taşı, şilt taşı, çamur taşı ve kil taşı birimleri ile bunların ardalanmasından oluşmaktadır. Taze durumda, kum taşı kahverengimsi, gri ve açık yeşil renklerde; silt taşı, kil taşı ve çamur taşı ise koyu gri renktedirler. Formasyon içerisinde kalınlıkları genelde 2–3 m. olan ve nadiren 50–60 m.ye ulaşan diabaz ve andezitler bulunmaktadır. Çoğunluk­la ileri derecede ayrışmış durumda olan bu magmatik sokulumlar, kazı sırasında fazla güçlük çıkarmamaktadır. Ancak ayrışmamış ve diabaz bileşimli olanlar önemli kazı güçlüğü yaratmaktadırlar.

Bu formasyonun, yakından incelendiğinde, sık sık kıvrımlandığı, aşırı derecede kırıklandığı ve parçalandığı görülmektedir. Plastik özelliği nede­niyle kil taşı ve çamur taşları aşırı kıvrımlanırken, daha rijit olan kum taşları kırılarak yer yer budinajlanmıştır.

Formasyon, yüzeyden ortalama 3 m. derinliğe ulaşan suni bir dolgunun altındadır ve yine yüzeyden 10–15 m. derinliğe kadar orta ve ileri derece­de ayrışmıştır.

Kumtaşı tabakaları silt taşı veya kil taşı düzeylerine göre daha kalın katman­lıdır (5–50 cm.). Silt taşı ve kil taşı düzeylerinin ortalama kalınlıkları 1–10 cm. arasında değişmektedir. Tabaka yüzeyleri genelde düz, kaygan veya az pürüzlü (özellikle kum taşları da) olup kil ile sıvalıdır.

Tabakalar dışındaki süreksizlik düzlemlerini eklem takımları, faylar, makas­lamalar ve düzensiz kırıklar oluşturmaktadır.

Özellikle tünel ve istasyon kazıları esnasında 2–3 adet eklem takımı ve bunların yanında düzensiz çatlaklar izlenmektedir. Çatlak sıklıkları ortala­ma 5–20 adet/m. dir. Çatlak yüzeyleri çoğunlukla düz ve kaygandır. Ancak yer yer özellikle kum taşı çatlaklarında az pürüzlü yüzeyler gözlenmekte­dir. Çatlak aralıkları çoğunlukla mm. mertebesinde olup kil ile dolguludur.

2. JEOTEKNİK ÖLÇÜMLER

2.1. Ölçüm Türleri

İstanbul Metrosu 1. Aşama, 1. ve 2. Kısım İşleri kapsamında yapıl­makta olan ölçümleri istasyonlar ve tüneller için olmak üzere iki gruptan oluşmaktadır.

2.1.1. Tüneller için yapılan ölçümler

Çubuk ekstansometreler

Tünel içi konverjans ölçümleri

Tünel içi opto-trigonometrik ölçümler

Yüzey ve bina oturma ölçümleri

İnklinometreler

Kaya bulonu yük hücreleri

Basınç hücreleri

TÜNEL GALERİ TANIMI

İki ucu açık yeraltı kazılarına tünel, tek ucu açık yeraltı kazılarına ise galeri denir. İlk tünel M.Ö 4000 yılında Fırat nehri altında Babil yakınlarında 3,5x4,5 m ebatlarında 1 km. uzunluğunda aç-kapa yöntemiyle açılmıştır. Ülkemizdeki ilk galeri ise M.Ö.300 yılında Silifke'de ki Aksıfat galerisidir. Su amacıyla açılmış olup 45km. Uzunlukta 0.80x1.5 m. kesitindedir. Günümüzde halen faal olduğu bilinmektedir.

TÜNELCİLİKTE MALİYETİ ETKİLEYEN TEMEL FAKTÖRLER

1.Tünel açılmasını etkileyen faktörler.

2.Tünel güzergâhının jeolojik ve hidrojeolojik durumu

3.Tünel desteklemesi ve destek türü

4.Tünelin yüzeyden derinliği

5.Tünelin çapı ve şekli

6.Tünetin uzunluğu

7.İşçilik

8.Çalışılan günler

9.Makine arızalarıdır.

Sıralamada görüldüğü gibi ilk iki madde tamamen jeolojiktir.Bu verilerin doğru olarak araştırılması ve saptanması çok önemlidir.İşin uzaması,proje ve güzergah değiştirilmesi jeolojik çalışmaların yeteri kadar yapılmamış olmasından kaynaklanır.Bu nedenle inşaat mühendisi tarafından tünel projesi ve maliyet analizleri yapılırken birtakım verilerin sayısal değerlerle ifade edilmesi istenir.Bu veriler:

a-Tünel güzergahı ve yakın çevresindeki kayaçların türü,

b-Bu kayaçların yapısal özellikleri,

c-Yeraltı ve yerüstü su durumu,

d-Tünel açılması esnasında karşılaşılabilecek doğal olaylar,

e-Doğal gerilmelerin jeolojik olaylara bağlı olarak değişmesi,

Tünel destekleme projelerinde, destek türü saptanmasında etkili parametrelerin mümkün olduğunca sayısal değerlerle belirlenmesi, şeklinde sıralanabilir.

TÜNEL AÇMA METODLARI VE YÖNTEMLERİ

Tünel açma metotları temel olarak iki grupta incelenebilir.

1-Kayada Tünel Açma ve 2-Zeminde Tünel Açma.

İstanbul Metrosu Tünellerinin kaya ortamında açılması niteliğinden ötürü sadece bu metodu inceleyelim. Kayada tünel açma metodunda uygulanan temel iki yöntem vardır. Bunlar Delme Patlatma Yöntemi ve Tünel Açma Makineleri Kullanılarak yapılan tünel kazı yöntemleridir. Magmatik sokulumlar haricinde Trakya For­masyonu tünelin kazı makineleriyle açılmasına elverişlidir. Sert kayalarda tünel açılması esnasında, kökeni değişik nedenlere bağlı, çeşitli olaylarla karşılaşılabilir. Bunların ana nedeni kayaların içinde bulunan doğal gerilmelerdir. Doğal gerilmeler, yerçekimi, kalıcı gerilmeler ve su basıncının etkisiyle oluşur. Kalıcı gerilmeler, yerçekimi ve su basıncı dışında kalan gerilmelerdir. Kalıcı gerilmeler.

—Tektonik Hareketler,

—Magmatik Faaliyetler,

—Metamorfizma ya da Rekristalizasyon

—Fiziko-Kimyasal Olaylar (kabarma, büzülme, genleşme, şişme),

—Kayaların Erozyonu ve Buzul Erimesi.

Sonucunda oluşurlar. Son yıllarda ölçü tekniğinin gelişmesi ve buna bağlı olarak yeraltında yapılan gerilme ölçmeleri, kayaların belirli bir derinliğe kadar izostatik gerilmeler altında olmadığını yatay ve düşey gerilmelerin birbirinden farklı olduğunu göstermiştir. Bu kısımda kayaçların elastik davranış gösterdiği kabulü yapılmış; elastik bölgelerden daha derinlerde ise basınç ve ısı etkisiyle plastik ve yarı plastik davranış özelliği gösteren bölgelerde yatay gerilmelerin, düşey gerilmelerin 3 katı olduğu belirlenmiştir. Ancak eski kıta nüvesini teşkil eden kıta kalkanlarında bu oranın geçerli olmadığı, tünelin yüzeye çok yakın geçtiği bölgelerde dahi yatay gerilmelerin düşey gerilmelerden çok daha yüksek olduğu tespit edilmiştir.(ŞEKİL–1)

2500 m

ŞEKİL–1: Çeşitli gerilmelerde yatay ve düşey gerilme ilişkisi (Wahlstrom,1973)
Doğal gerilme altındaki kayaçlarda yapılan kazılarda oluşan yeni gerilmelere "ikincil gerilme" denir, ikincil gerilmeler yeraltında açılan boşluk çevresinde üç zon oluşturur. Bu zonlar dıştan içe doğru

1. 
   Kazıdan Etkilenmiş Kaya (Elastik Bölge),
   
2. 
   Koruyucu Bölge,
   
3. 
   Plastik Bölge (Gevşeme Zonu). (ŞEKİL–2)
   

Gevşeme zonunda kohezyon (c) içsel sürtünme açısı,etkilenmiş kayaca göre daha düşük değerler verir. Ayrıca kazı kesitlerinin şekli de gerilme dağılıştan üzerinde etkilidir. Dairesel ve elips kesitli tünellerde gerilme kemeri büyük gerilme yoğunlaşması olmaksızın oluşur. Gerilmelerin köşe bölgelerde daha yoğun oluşması nedeniyle, tünel kesiti seçiminde köşe teşkil eden kesitlerden kaçınılmalıdır.

ŞEKİL–2:Yeraltı kazılarında oluşan gerilme zonları.

KAYALARDA TÜNEL AÇILMASI ESNASINDA KARŞILAŞILAN OLAYLAR

A-KAYA PATLAMALARI: Doğal gerilmelerin etkisi altında bulunan kayalar içinde açılan tünellerde, kazı hızı ve türüne bağlı olarak, tavan ve yan kısımlarda yer alan kayaların ani patlamayla tünel boşluğuna doğru düşmesi olayına denir. Küçük parçalar (bir kaç kg.) halinde olanlara "popping", büyük kütleler şeklinde (yüzlerce kg.) gözükenlere ise “bumbs, bumping^” adı verilir. Kaya patlamalarında en önemli etken jeolojidir. Farklı dirençteki kayaların bir arada bulunmaları, aşırı kırıklı ve faylı zonlarda dikkat edilmelidir. Trakya For­masyonu dahilinde kaya patlamasıyla karşılaşılmamıştır. Bunun nedeni %6'lık magmatik sokulumlar hariç, formasyon kendi içerisinde sedimenter homojen bir yapı içermektedir.

B-KEMERLENME: Tünel içi gerilmelerine bağlı olarak, kayaların tünel boşluğuna doğru yönelme isteğinin yine kayaların birbirlerine destek vererek bir denge kurmalarına denir. Kayanın litolojik ve yapısal özellikleriyle desteksiz kalacak kısmın boyutlarına bağlı olarak değişim gösterir metro projesi dahilinde yapısal konumuyla kemerlenmesi düşük olan bölgelerden geçilirken kazı adımının uygun seçilmesi nedeniyle problem teşkil etmemiştir.

C-AŞIRI SÖKÜLME: Tünel kazılarında profil fazlası kazılara "aşırı sökülme" denir. Kayanın ayrışma oranı, içerdiği süreksizlikler, tünel kesit alanı ve tipi, eğer patlayıcı kullanılıyorsa; patlatma yöntemi ve patlayıcı türü, kazı ano boyu, aşırı sökülmeyi doğrudan etkileyen parametrelerdir. Farklı kayaçlardaki aşın sökülmenin ortalama değerleri Judd'a göre saptanmıştır.(TABLO–1)

KAYAÇ TÜRÜ	AŞIRI SÖKÜLME ORANI
TORTUL KAYAÇLARDA GRANİTLERDE BAZALTLARDA GNAYSLARDA DİĞER METAMORFİKLERDE	%9–11 %10–12 % 8–15 % 8–11 % 11

TABLO–1 -.Değişik türdeki kayaçlardaki ortalama aşırı sökülme yüzdeleri (Judd–1957)

Ayrıca sedimenter kayaçlarda tabakaların, fayların ve kıvrımların etkisi tünel açılmasında göz önünde tutulacak önemli parametrelerdir. Tabaka kalınlığı, tabakaların doğrultu ve eğimi, fayların doğrultusu ve eğimi, faylardaki ezik zonun kalınlığı ve dolgu türü, kıvrımlanma şiddeti ve yönü tünel açılmasını doğrudan etkiler.

TÜNELLERDE ISI, SU VE GAZ DURUMU

1-Su Sorunu: Bu sorun daha çok yeraltı su seviyesi altında açılan tünellerde görülen bir sorundur. Tüneller açıldıktan sonra, yeraltı suyu için bir drenaj kanalı gibi çalıştığından bazen büyük zararlara, can ve mal kaybına, tünel açılma maliyetini ve süreyi olumsuz etkiler. Ayrıca su kayaçların içerdiği çatlaklar, boşluklar ya da permeabilitesi yüksek kayaçlar boyunca gelir. Bu esnada ayrışmış, killi ve çok sık çatlaklı kayaçlar tünel boşluğuna yavaş veya hızlı olarak hareket ederek tünel açılmasını zorlaştırırlar. Özellikle sıkışma ve şişme kapasitesi yüksek karakterli kaya ortamlarında tünel kazısı oldukça güçleşebilir.

Suların kimyasal bileşimi tünel desteklemesinde kullanılan çelik ve beton üzerinde etkili olmaktadır. Etki derecesinin anlaşılması için suda , , , , ve olup olmadığı araştırılmalıdır. İstanbul Metrosu Tünellerinde Önemli bir su probleminden söz edilemez. Metro Tünellerinin kazı kotu. Yeraltı su seviyesi üzerinde yer almaktadır. Ancak antik galerilerle tünel güzergâhının kesiştiği bölgelerde yerel olarak bir hız yavaşlamasından bahsedilebilir.

2-Isı Sorunu: Derinlere inildikçe tünellerde jeotermik gradyan nedeniyle bir ısı artışı görülür. Bu ısı artışı tünel açılmasını güçleştiren etkenlerin başında gelir. Kimyasal reaksiyonlar, kayaçları oluşturan tabakaların doğrultu ve eğimleri, tünelin uzunluğu da ısıyı etkiler. Örneğin, yatay tabakalı ortamlardaki ısı, düşey tabakalı ortamlardan daha fazladır. Ayrıca radyoaktif reaksiyon olan sahalarda, faylı sahalarda sürtünmeden ötürü ve magmatik faaliyetlerin yoğun olduğu sahalarda ısı artışının fazla olduğu yerlerdir. Tünellerde ısı sorununun çözümündeki en etkin yol havalandırmadır.

İstanbul Metrosu Tünelleri hem derinlik, hem de diğer faktörler açısından sığ tüneller olduğu için herhangi bir ısı sorunu yaşanmamıştır. Dünyadaki bazı tünellerin ısı ve su durumu aşağıda verilmiştir.(TABLO–2)

TÜNEL ADI	Gotthardt	Simplon	Lotschberg	Amanos-Ayran
TÜNEL UZUNLUĞU m.	19994	19803	14563	4820
ÖRTÜ KALINLIĞI m.(max)	1706	2135	1673	600
SICAKLIK CP (max)	30.8	56	34	26
TÜNELE GELEN SU It/sn	230	1200	_	_

TABLO–2

3-Gaz Sorunu: Tünellerde çalışma koşullan ve jeolojik koşullardan ötürü, atmosferik gazlar dışında bazı yabancı gazlarla karşılaşılabilir. Çalışma koşullarının zorlaşmaması ve tehlike durumuna karşı tünel içi gaz ölçümlerinin sürekli kontrol altında tutulması gereklidir. Tünel çalışmalarında karşılaşılan gazlar ve tehlike düzeyleri aşağıda verilmiştir.(TABLO–3)

TABLO–3

GAZ ADI	ÖLÜMCÜL DÜZEY	ÇALIŞMA DURMA SINIRI
(CO2) KARBONDİOKSİT	%15–20	%4–6
(CO) KARBONMONOKSİT	%0.04–0.06	%0.025
(CH4) METAN	%5'den yukarı patlama sınırı
(H2S) HİDROJENSÜLFÜR	%6 patlama sının	%0.1–0,5
(SO2) KÜKÜRTDİOKSİT	%0.0009	%0.0007

İSTANBUL METROSU TÜNEL TİPLERİ

İstanbul Metrosu Tünelleri gidiş-dönüş olarak, iki ayrı hat olarak açılmakta olup;4 ayrı karakterde tünel kesiti kullanılmaktadır. Bunlar, A (Ana Hat Tünelleri), P (Peron Tünelleri), T (Makas Tünelleri) ve B Tipi (Bağlantı Tünelleri) tünellerdir. Bu tünellerin ortalama kesit alanları aşağıda verilmiştir.(TABLO–4)

TÜNEL TİPİ		KESİT ALANI
A		37
P		65
T		100
B	B1	43
	B2	22
	B3	45

TABLO–4