TÜNEL ÖLÇME UYGULAMALARI

 

     Tünel inşaat tekniklerinin gelişimine paralel olarak, inşaatların gerçekleştirilmesi için kullanılan teknik donanım ve bunun yanı sıra kullanılan ölçme teknik ve donanımları da sürekli gelişim içinde bulunmaktadır.

     Tünel ölçme uygulamaları genel anlamda; tünellerde kazıların yönlendirilmesi, tünel uygulamalarının kontrol edilmesi, tünel içi ve dışında oluşan deformasyonların izlenmesi, ve tünel iç kaplama elemanlarının ölçme aracılığıyla kontrol altında tutulması konularını kapsamaktadır.

    Bu çalışmada, yukarıda sözü edilen tünel ölçme teknikleri son uygulama varyasyonlarını da kapsayacak şekilde pratikte en çok karşılaşılan tünelcilik konularından klasik tünel açma yöntemleri ve TBM tünel uygulamaları için ele alınmaktadır.

 Giriş

    Genellikle, tünel açılacak güzergahın topografyası, zemin koşulları ve açılacak tünelin geometrisi gibi parametreler değerlendirilerek tünel açma yöntemi ve buna bağlı olarak da kullanılacak ölçme yöntemleri belirlenmektedir.

    İnşaat teknolojilerindeki gelişmelere paralel olarak ihtiyaçlara ve diğer koşullara bağlı olarak tünel uygulama yöntemleri ve buna ilişkin ölçme teknikleri de gelişmektedir. Günümüzde tünel uygulamaları, kullanılan inşaat prensipleri açısından dört grup halinde incelenebilir.

Bu gruplar;

• Aç-kapa metotla inşa edilen tüneller,

• Klasik metotla inşa edilen tüneller

• TBM Tünel Delme Makinesi ile inşa edilen tüneller

• Batırma Tünel (lmmersed Tube) yöntemi olarak sıralanabilir.

Tünel ölçmeleri denilince ilk akla gelen ölçme uygulamaları tünel kazılarının yönlendirilmesi gelmekle birlikte kazı ölçmelerini desteklemek için birtakım ölçme uygulamaları da gerekli olmaktadır. Buna göre tünel uygulamaları öncesinde gerekli olan ölçme uygulamaları şöyle sıralanabilir.

• Tünel inşaat alanını kapsayan bir nirengi ağının oluşturulması. Nirengi noktaları arasında poligon ağı Yine aynı alanda oluşturulacak bir nivelman ağı

• Topografyanın ölçümü ve haritaların hazırlanması

• Tünel tasarımlarının hazırlanması

• Tünel giriş yapılarının (Şaft, Portal, Yaklaşım Tüneli ) inşaatı için yapılan ölçmeler.

• Proje parametrelerinin araziye işaretlenmesi ve gerekli diğer ölçümlerinin tamamlanması

 

Tünel inşaatına ilişkin tasarım değerlerine bağlı olarak tünel kazılarının yönlendirilmesi; tip kesitlere uygun olarak inşası, gerekli destek detaylarının yerleştirilmesi, tünel iç kaplama aşamalarının tamamlanması için dışarıda oluşturulan nokta sistemine bağlı olarak tünel giriş yapısı aracılığıyla tünel içerisine taşınmış üç boyutlu (x,y,z) ölçme ağına ihtiyaç duyulur. Tünel girişine kadar kOordinatlandırılmış bulunan poligon ve nivelman noktaları aracılığıyla tünel kazılarının başlatılması ve projeye uygun olarak ilerlemesi sağlanır. Tünelin yeraltında ilerlemesiyle birlikte poligon noktaları ve nivelman noktaları tünel uygulamalarına destek verebilecek şekilde tünel duvarlarında tesis edilir ve koordinatlandırılır. (Şekil 1)

Klasik Metotlarla Tünel Yapımı

                Tünel Açma Yöntemlerinden en yaygın olarak uygulanan (NATM) “Yeni Avusturya Tünel Açma Metodu”, klasik metotla tünel açma tekniklerinin en deneysel ve esnek olanı, en optimum destek ve kazı yöntemlerinin uygulanabildiği tünelcilik anlayışıdır. NATM tünel güzergahı boyunca yapılan zemin etütleri ile topografya, derinlik ve inşa edilecek tünel geometrisine bağlı olarak prensipte tünel inşaat detayları belirlenir. Bununla beraber uygulama sırasında zemin gözlemleri ve deformasyon ölçmelerinden elde edilen sonuçlara göre uygulamaya ilişkin kazı destek ve kullanılacak inşa tipi ile kullanılacak ekipman yeniden gözden geçirilerek daha uygun hale getirilir. Bunun sonucunda tünellerde gerektiği kadar destekleme kullanılarak iyi bir zamanlama ve optimum maliyetle gerek duyulduğu ölçüde yapı emniyeti sağlanır. (Şekil 2.)

 

NATM tünel metodu için; uygulama sırasında elde edilecek zeminin reaksiyonlarına göre yeniden uygulama detayları düzenlendiği için deformasyon ölçmelerinin önemi büyüktür.

 

Klasik Tünel Kazılarının Yönlendirilmesi

                Tünel inşaatları sırasında kazı doğrultusunun belirlenmesi tünel ölçmelerinin en önemli konusunu oluşturmaktadır. Klasik anlamda tünel kazılarının yönlendirilmesi ve diğer tünel uygulamaları doğrudan ölçme ekiplerinin total station nivelman ve yardımcı donanımları aracılığıyla tünel kazı birimlerini yönlendirmesi ve kazı profilini işaretleyerek yürütülebileceği gibi bu amaçla tünel kazı kesiti ve elemanlarına bağlı olarak gerek sayıda kullanılacak lazer cihazları aracılığıyla da yapılabilir. Bu arada son zamanlarda kazıların yönlendirilmesi için uygulanmaya başlanan bir yöntem de kazı makinelerinin ölçme aracılığıyla yönetilerek kazıların gerçekleştirilmesi şeklinde olmaktadır. NATM metoduyla tünel kazılarının yönlendirilmesi klasik yöntemlerle yapılabileceği gibi iki değişik yöntemle de yapılabilmektedir. Bu ölçme yöntemleri; kazı makinelerinin (Roadheader) yönlendirilmesi, yönlendirme için lazer cihazlarının kullanılması için yapılır. (Şekil 6)

Klasik Tünel Kazılarının Yapılması için Kazı Makinelerinin Yönlendirilmesi

Roadheader kazı makinelerinin klasik tünel uygulamaları için kullanımı, birçok avantajı nedeniyle giderek yaygınlaşmış ve roadheader önemli bir tünel kazı makinesi halini almıştır. Roadheader kazı makineleri değişik kazı kesitlerinde, değişen jeolojik zemin koşulları karşısında kullanışlı, hızlı ve kolay mobilize olabilmektedir. (Sekil 2) Tünellerin zemin koşulları, tip kesit formları ve genel formları nedeniyle parçalı aşamalar halinde roadheader ve diğer destek sistemleri kullanılarak rahatlıkla kazılabilmekte ve tünel desteği sağlanabilmektedir. Burada en temel teknik desteklerden birisi de kazı doğrultusunun ölçmeler yardımıyla belirlenmesidir. Bu işlem sürekli olarak tünel içerisinde bir ölçme desteğinin bulunmasını gerektirmektedir. Bilindiği üzere Roadheader ile yapılan tünel kazılarında da ölçme çalışmaları yakın geçmişe kadar kazı sınırlarını belirlemek için doğrudan tünel içinde yapılan ölçme aplikasyonlarıyla sağlanmakta, yada tünel içerisinde lazer aletinin kazı yönünde yerleştirilerek ölçümlenmesi ve gerekli iksa ve kazı sınırlarına olan düşey ve yatay açıklıklarının istenen aralıkta hazırlanarak kazı birimlerine verilmesi şeklinde gerçekleştirilmektedir.

 

 

Klasik ölçme aplikasyonlarıyla tünel kazılarının yönlendirilmesi tünel aynası civarındaki birçok aktivite nedeniyle pek kolay ve sağlıklı olmamaktadır. Ayrıca ölçmecinin sürekli tünel içinde bekleyerek uzun zaman harcamasına sebep olmaktadır. Roadheader Yönlendirme Sistemi (SLS-TM) bir süreden beri pratikte kullanılmakta ve tünel kazılarında ölçme desteğinin otomatik olarak gerçekleştirilmesini sağlamaktadır.

Roadheader yönlendirme donanımı makine üstünde yerleştirilen diğer donanım aracılığıyla tüm datayı kaydederek kazı profiline göre kazıları değerlendirdikten sonra görselleştiren bir adet bilgisayar, data iletişimi için bir lokal modem kutusu, sensör verilerini toplayan ve bilgisayar kullanımı için konvert eden merkez kutusu, lazer ışınlarını karşılayan 2 adet prizma, makinenin hareketlerini tespit eden 2 eksenli inklinometre sayılabilir. Roadheader üzerindeki sisteme doğrudan tanımlanan aralıklarla ölçüm yapmak üzere poligon noktasında yerleştirilmiş aktif teodolit sistemi bulunmaktadır. Data iletimini yöneten kumanda kutusu ise bu harici sistemi desteklemektedir. Teodolit koordinat bağlantısını gerideki poligon üzerinde yerleştirilmiş olan prizmadan almaktadır. (Şekil 4)

Makinenin üzerinde yerleştirilen 2 adet prizma teodolit-lazer ölçüleriyle makinenin genel konumunun global koordinat sistemine göre belirlenmesini sağlamaktadır. Makinenin genelde roll ve pitch olarak tanımlanan boyuna ve enine hareketlerini tanımlamak için 2 eksenli inklinometre kullanılmaktadır. Bu arada makinenin kazı kafası kolunun ve kazı kafasının hareketlerinin de tanımlanması için sensörler yerleştirilmektedir. Böylece kazıcı kafanın konumu makinenin ana gövdesinin pozisyonundan ve sensörlerden elde edilen hareket datasından yararlanarak kazıcı kafanın rölatif koordinatlarına bağlı olarak proje koordinatlarıyla belirlenebilmektedir.(Şekil 5) Proje koordinatlarındaki kazıcı kafanın konumu ise kazılacak proje kesiti ile karşılaştırılarak operatöre kazı yapabilmesi için bilgisayar ekranında görsel ve sayısal bir yönlendirme verir.

Total Station başlangıç için tünel dışında yerleştirilir ve kazıların tünel içinde ilerlemesiyle ve devam eden süreçte tünel duvarında tesis edilen tünel tipi poligonlara yerleştirilmek üzere taşınır.Total station koordinatlandırılmış tünel duvarındaki poligon noktasına yerleştirilince geri poligon noktasındaki gözleme dayanarak kazı makinesi üzerindeki prizmalara yönlendirilir ve kazı makinesinin konumunun tanımlanması sağlanır. Makinenin bir koordinat bütünlüğü içerisinde hareketlerinin tespiti ve makinenin tanımlanması için prizmalar ayrı ayrı ölçülür. Inklinometreler makinenin dönüklük eksenine paralel olarak yerleştirilir ve sürekli olarak değerlendirme sistemine makinenin hareketleri hakkında data göndermeleri sağlanır.

 

 

 

 

Makine gövdesinin konumu; kazı kafası kolunun hareket sensörleriyle beraber ölçülmesiyle kazıcı kafanın global koordinatları belirlenebilmektedir. Bu yöntem DTA (Proje Tasarım Ekseni) ve kazı kesitinin bir bileşimiyle değerlendirilerek sonuçlandırılır. Prizmalar, inklinometreler ve sensörler yardımıyla makine gövdesinin her türlü hareketi ölçülmekte ve ekrana yansıyacak görüntüyü belirlemek için hesaplara dahil edilmektedir.

 

                                           

 

Klasik Tünel Kazılarının Yönlendirilmesi için Lazer Cihazlarından Yararlanılması

Tünel geometrik formuna ve kazı yapılacak tünel aynası bölümüne bağlı olarak istenen sayıda lazer cihazı yerleşimi sağlanarak tüm tünel kazı ve iksa destekleme işlemleri çok az sayıda ölçme elemanı yardımıyla sürdürülebilmektedir. Burada tünel geometrisinin aliyman olması da bir zorunluluk değildir. Ölçmecinin yapması gereken; tünel aynasında bilinmesi gereken bir noktaya en yakınından geçen lazer ışınından belli bir km’deki yatay ve düşey mesafe farklarının (dx,dh) verilmesini sağlamaktır. Uygulamaların yönlendirilmesini sağlayacak olan bu liste tünel boyunca belli aralıklarla hesap edilerek hazırlanır ve kazı-destek ekiplerine teslim edilir. Bu değerler bütün lazer ışınları için tip kesit üzerindeki belli noktalara bağlı olarak tünel boyunca verildiğinde tünel ilerlemesi için ölçmecinin tünelde beklemesine gerek olmayacaktır. Bir çift hatlı raylı sistem tüneli kazısı için 4 yada 5 adet lazer cihazı tesisi kazıların yönlendirilmesi için gayet uygun olmaktadır.(Şekil 6) Lazerlerle tünel kazılarının yönlendirilmesi tünellerde kazı uygulamaları için büyük kolaylıklar ve personel tasarrufu sağlamaktadır.