ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ MADEN MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ MADENCĠLĠKTE ÖZEL KONULAR ÇĠFT KALKANLI TBM KULLANIMINDA KARġILAġILAN SORUNLAR VE UYGULANAN ÇÖZÜMLER MAKALE ÖZETLERĠ VE TARTIġMALAR UĞUR ATEġ 505132005 Ġçindekiler 1. Lesotho Su Tüneli .............................................................................................................. 1 2. 3. 1.1 Giriş ............................................................................................................................. 1 1.2 Bölge Jeolojisi ............................................................................................................. 2 1.3 Tünel Kazısı ................................................................................................................. 2 1.4 Probe Drill ................................................................................................................... 3 1.5 Kaya Sınıflandırma Sistemi ......................................................................................... 4 1.6 Segmentlerde Oluşan Çatlak ve Hasarlar .................................................................... 7 1.7 Sonuçlar ....................................................................................................................... 8 1.8 Tartışmalar ve Kargı HES Projesi ile Karşılaştırmalar ............................................... 8 Tapovan-Vishnugad HES Projesi....................................................................................... 9 2.1 Bölgenin Jeolojisi ........................................................................................................ 9 2.2 TBM’in Sıkışması........................................................................................................ 9 2.3 Bypass Tüneli ............................................................................................................ 12 2.4 Sonuçlar ..................................................................................................................... 12 2.5 Tartışmalar ve Kargı HES Projesi ile Karşılaştırmalar ............................................. 12 Kaynaklar ......................................................................................................................... 13 i ġekiller Şekil 1.1 Lesoto Su Tüneli’nin güzergahı. ................................................................................. 1 Şekil 1.2 Tünel güzergahının jeolojisi........................................................................................ 2 Şekil 1.3 Tünel kazısında kullanılan TBM................................................................................. 3 Şekil 1.4 Aynada sınıflandırma sırasında kullanılan bölgeler.................................................... 7 Şekil 2.1 TBM’in sıkıştığı bölgenin şematik gösterimi. .......................................................... 10 Şekil 2.2 Tünele giren yüksek miktarda çamurlu su. ............................................................... 11 Şekil 2.3 Hasar gören 1905 numaralı segment. ........................................................................ 11 Şekil 2.4 Açılması planlanan bypass tüneli. ............................................................................. 12 ii Çizelge Listesi Çizelge 1.1 Kaya tipine göre yapılan gruplandırmalar………………………………………...4 Çizelge 1.2 Tabakalanmaya göre yapılan gruplandırma………………………………………5 Çizelge 1.3 Eklem durumuna göre yapılan gruplandırma…………………………………….5 Çizelge 1.4 Örtü kalınlığına göre yapılan gruplandırma……………………………………...5 Çizelge 1.5 Yeraltı suyu durumuna göre yapılan gruplandırma………………………………6 Çizelge 1.6 Kayanın dayanımını belirlemek için kullanılan puanlama tablosu………………6 iii 1. Lesotho Su Tüneli 1.1 GiriĢ 1987 yılında Katse Barajı’nın inşası ile başlayan proje uzunlukları 45 km ve 36 km olan tüneller içermektedir. 45 km uzunluğundaki su transfer tüneli 4,95 m çapa sahip olup Katse Barajı ile Muela Barajı Hidroelektrik Santrali arasında bulunmakta, 36 km’lik teslim tüneli ise Muela Barajı ile Ash Nehri arasında bulunmaktadır (Şekil 1.1). Su teslim tüneli kuzey ve güney olmak üzere iki bölümden oluşmaktadır (De Graaf ve Bell, 1997). Şekil 1.1 Lesoto Su Tüneli’nin güzergahı. 1 Kuzey su teslim tüneli, 22 km uzunlukta olup bu mesafenin 19962 metresi TBM ile açılacaktır. 1.2 Bölge Jeolojisi Tünel güzergahında yatay dilinimli kil, çamurtaşı, kumtaşı, siltli çamurtaşı ve killi silttaşı içeren Drakensberg, Clarens, Elliot, Molteno ve Tarkstad sedimanter formasyonları bulunmaktadır. Bunlara ek olarak 2-6 metre kalınlığında dolerit daykları da tünel güzergahında mevcuttur (Şekil 1.2). Ayrıca dayk giriş ve çıkışlarında genellikle yüksek miktarda kırık çatlak içeren bölgeler ile yeraltı suyu bulunmaktadır (De Graaf ve Bell, 1997). Şekil 1.2 Tünel güzergahının jeolojisi. 1.3 Tünel Kazısı Bölgede bulunan formasyonun genellikle zayıf olması nedeniyle tünelin kazısının TBM ile yapılmasına karar verilmiştir. Projede çift kalkanlı 5.4 metre çapında Wirth marka TBM kullanılmıştır (Şekil 1.3). TBM seçimi yapılırken çift kalkanlı TBM’lerin kazı sırasında 2 segment montajı yapabildiği, dolayısıyla bekleme sürelerinin daha düşük olacağı göz önünde bulundurulmuştur. TBM’de 42 adet disk keski bulunmaktadır ve kesici kafa 8.6 devir/dk hızında dönebilmektedir. Segmentlerin iç çapı 4,5 metre olup her ring 5+1 segmentten oluşmaktadır (De Graaf ve Bell, 1997). Şekil 1.3 Tünel kazısında kullanılan TBM. 1.4 Probe Drill Proje sırasında yapılan probe drillerin ortalama uzunluğu 115 m olup 65 mm matkap kullanılarak 5,5 derece eğime sahip portlardan yapılmıştır. Delgiler sayesinde zemin durumu ve su seviyesi ile ilgili bilgi almak mümkün olmuştur. Örneğin 20 metre genişliğinde olan Elim Dayk’ını geçerken karşılaşılan 400l/dk akışa ve 9 bar basınca sahip olan su basıncı önceden fark edilmiş, TBM buraya girmeden durdurularak su basıncının düşmesi sağlanmıştır. Ayrıca buraya 120 m3 çimento enjeksiyonu yapılmış, su basıncı ve akışı düşürülmüştür (Graaf ve Bell, 1997). 3 1.5 Kaya Sınıflandırma Sistemi RMR ve Q Sistemi gibi sıkılıkla kullanılan kaya sınıflama sistemleri tam cephe tünel kazısı sırasında elde etmesi çok zor olan verilere ihtiyaç duyduğundan bu sistemler projede kullanılmamıştır. İhtiyaç duyulan kaya sınıflama sisteminin, kaya sınıflandırmasının yapılabilmesi için gerekli parametreleri dikkate alması, kullanımının kolay olması gerekmektedir. Projede kazı sırasında geçilen formasyonların sağlamlığını belirleme amaçlı özel bir kaya sınıflama sistemi geliştirilerek kullanılmıştır. Yapılan kaya sınıflandırması hangi segment tipinin kullanılacağına karar verilmesi ve segment üretimini planlanması aşamalarında kullanılmıştır (De Graaf ve Bell, 1997). Diğer sınıflandırma sistemlerinden farklı olarak bu sınıflandırma sistemine sadece sedimanter kayaçlar dahil edilmiş, kayaç tipinin fazla olması nedeniyle de birbirine benzer özelliğe sahip olan kayaçlar gruplandırılmıştır (Çizelge 1.1). Bu gruplara ek olarak, tabaka kalınlığı, eklem durumu, örtü kalınlığı ve yeraltı suyu miktarı da sınıflandırmada kullanılmıştır. Tüm verileri kullanarak kaya sınıflandırması yapabilme amaçlı, dikkate alınan parametrelere önem durumlarına göre değerler atanmıştır. Sınıflandırma sistemini kullanarak bir sınıflandırma yapma amaçlı ayna 4 bölgeye ayrılmış ve bu bölgelerdeki formasyonlar ayrı ayrı sınıflandırılmıştır (Şekil 1.4) (De Graaf ve Bell, 1997). Çizelge 1.1 Kaya tipine göre yapılan gruplandırmalar. Kaya Tipi Kaya Sınıfı Sembol Çamurtaşı Çamurtaşı IV Çamurtaşı III Silttaşı II Kumtaşı Kumtaşı I Dolerit Dolerit D Siltli Çamurtaşı Killi Çamurtaşı Killi Kumtaşı Silttaşı Kumlu Silttaşı 4 Çizelge 1.2 Tabakalanmaya göre yapılan gruplandırma. Tabakalanma Tabaka Aralığı (mm) Sembol Çok ince tabakalı 20-60 BV İnce tabakalı 60-200 BC Orta kalınlıkta tabakalı 200-600 BM Kalın tabakalı >600 BW Tek tabakalı veya <200 mm’den daha Tek tabakalı kalın tabakalanma BP Çizelge 1.3 Eklem durumuna göre yapılan gruplandırma. Eklem Durumu Eklem Aralığı (mm) Sembol Çok sık eklemli 20-60 JV Sık eklemli 60-200 JC Orta düzeyde eklemli 200-600 JM Geniş eklemli >600 JW Sıkışma çatlakları Her ölçüde FL Fay - FA Çizelge 1.4 Örtü kalınlığına göre yapılan gruplandırma. Örtü Kalınlığı Mesafe (m) Sembol Çok düşük örtü kalınlığı 0-75 C1 Düşük örtü kalınlığı 75-150 C2 Orta düzeyde örtü kalınlığı 150-200 C3 Yüksek örtü kalınlığı 200-250 C4 Çok yüksek örtü kalınlığı 250-300 C5 Aşırı yüksek örtü kalınlığı >300 C6 5 Çizelge 1.5 Yeraltı suyu durumuna göre yapılan gruplandırma. Yeraltı Suyu Durumu Açıklama Sembol Kuru Su geliri yok. - Damlama Çok düşük su geliri. DR Akış Yüksek su geliri. IN Kaya Sınıfı Su Durumu Potansiyel Dayanıksızlık Tabakalanma dirme rme C2 Derecelendi 1 Sembol C1 Parametre Sembol Örtü Kalınlığı Derecelen Parametre Çizelge 1.6 Kayanın dayanımını belirlemek için kullanılan puanlama tablosu. BV 5 2 BC 4 C3 3 BM 3 C4 5 BW 2 C5 7 BP 1 C6 9 Eklem Durumu Kaya Tipi Kaya Tipi I ve II I ve II JV 2 5 I 1 II 2 JC 2 4 III 6 JM 1 2 IV 10 JW 1 1 D 6 FL 5 - 1 FA 5 DR 4 NR 6 Çok Düşük Düşük Bölgesel Yüksek <10 10-15 16-20 >21 6 Şekil 1.4 Aynada sınıflandırma sırasında kullanılan bölgeler. Proje başlangıcında yapılan sondajlardan elde edilen veriler tünelde kullanılan kaya sınıflandırma sistemi ile Q ve RMR kaya sınıflandırma sistemlerinin karşılaştırılmasında kullanılmış, elde edilen sonuçlar 0,68 ve 0,79 gibi çok yüksek korelasyon katsayısı değerleri vermiştir (De Graaf ve Bell, 1997). 1.6 Segmentlerde OluĢan Çatlak ve Hasarlar Projede döşenen segmentler belirlenen kalite standartları çerçevesinde kontrol edilmiş ve bu standartların dışında kalanlar “standart dışı” olarak kaydedilmiştir. Segmentler kontrol edilirken tünelin hidrolik verimliliğini düşürerek akan suda türbülans oluşturabilecek basamaklar, çatlaklar ve iki segment arasında oluşabilecek boşluklara dikkat edilmiştir (De Graaf ve Bell, 1997). Segmentlerdeki standart dışı olan yerler oradaki jeoloji ile karşılaştırılmış fakat jeolojik koşullar ile standart dışılıklar arasında bir bağlantı bulunamamıştır, ayrıca çatlakların rastgele dağıldığı görülmüştür (De Graaf ve Bell, 1997). Projede segmentlerdeki 0,2 mm’den büyük çatlaklar ise onarılması gereken çatlak olarak kaydedilmiştir. Çatlakların nedenleri araştırıldığında, büyük bölümünün segmentlerin döşenmesi sırasında oluştuğu bulunmuştur. Bir önce döşenen segmentin iyi yerleştirilmemesi, pistonlar son segmente bastığında bu segmentin çatlamasına neden olmaktadır (De Graaf ve Bell, 1997). 7 Segment montajının ardından segment ile zemin arasındaki boşluğun doldurulması arasında belirli bir süre geçmektedir. Kazı çapı segmentin dış çapından büyük olduğundan segment ile zemin arasında boşluk bulunmaktadır. Özellikle zayıf zeminlerde dökülen malzemeler enjeksiyon yapılacak delikleri tıkayabilmekte ya da enjeksiyonun segment ile zemin arasında farklı oranlarda yayılmasına ve segmentlerin hareket etmesine neden olabilmektedir. Segmentlerin arasında oluşan basamaklar ve bazı çatlaklar bu nedenlerle oluşabilmektedir. Ayrıca enjeksiyonun olması gerekenden yüksek basınçta yapılması da segmentlerin hareket etmesine ve segmentlerde çatlakların oluşmasına neden olabilmektedir (De Graaf ve Bell, 1997). 1.7 Sonuçlar Lesotho Su Tüneli çamur ve kumtaşı miktarı yoğun olan bir bölgede açılmıştır. Özellikle çamurtaşı miktarının yüksek olduğu yerlerde formasyonun zayıf olması nedeniyle sıkışma riski mevcuttur. Çift kalkanlı TBM düşen malzemelere karşı koruma sağlarken aynı zamanda segment montajı ile kazının birbirinden bağımsız olması nedeniyle tercih edilmiştir (De Graaf ve Bell, 1997). Mevcut kaya sınıflandırma sistemleri (RMR ve Q) TBM ile kullanılmaya uygun olmadığından (jeolojinin yeterince incelenememesi nedeniyle) projede kullanılmak üzere kaya sınıflandırma sistemi geliştirilmiştir (De Graaf ve Bell, 1997). Proje sırasında segmentlerde oluşan çatlakların çoğunun montaj esnasında ya da diğer tünelcilik faaliyetleri ile ilgili olduğu belirlenmiş, jeoloji ile büyük bir bağlantı bulunamamıştır (De Graaf ve Bell, 1997). 1.8 TartıĢmalar ve Kargı HES Projesi ile KarĢılaĢtırmalar Lesoto Su Tüneli, Kargı HES Projesi’ne benzer olarak hidroelektrik santrale su taşıma amaçlı çift kalkalı TBM kullanarak açılmıştır. Fakat, kullanılan TBM çapının Kargı HES Projesi’nde kullanılan TBM’in çapının yaklaşık olarak yarısı olması nedeniyle jeolojik sorunlar ve formasyonlardaki farklılıklardan Kargı HES projesinde olduğu kadar etkilenilmemiştir. İki projede de probe drill yapılmış fakat Kargı HES Projesinde tünel güzergahında su miktarının fazla olmaması nedeniyle suya karşı Lesoto Projesi’nde olduğu gibi önlem alınması gerekmemiştir. Ayrıca Lesoto Projesi’ne benzer olarak düşük miktarda da olsa su geliri olan yerler probe drill ile belirlenebilmiştir. Bunun yanında çok fazla miktarda kırık çatlak içeren jeolojiye karşı enjeksiyon yapılmış fakat başarılı olunamamıştır. Daha sonra ise 8 TBM’in ön kalkanına 2 adet delici monte edilerek umbrella arch uygulaması buradan yapılmış ve başarıya ulaşılmıştır. İki projede de monte edilen segmentlerde benzer hasarlar oluşmuş ve bu hasarların montaj sırasında oluştuğu anlaşılmıştır. 2. Tapovan-Vishnugad HES Projesi Tapovan-Vishnugad Hidroelektrik Santrali Himalayaların Uttarakhad bölgesinde inşa edilmektedir ve bitirildiğinde 4x130 MW elektrik üretim kapasitesine sahip olacaktır. Proje kapsamında 12,1 km uzunluğunda 8,6 km’si çift kalkanlı TBM ile açılacak su tüneli bulunmaktadır. Herrenknecht marka çift kalkanlı TBM’in çapı 6,575 m olup tünelin iç çapı 5,64 metredir. Segment ile zemin arasındaki boşluğun ince çakıl ve çimento enjeksiyonu ile doldurulması planlanmıştır (Brandl, Gupta, ve Millen, 2010). 2.1 Bölgenin Jeolojisi Tünel güzergahında mika, gnays, mika şist, amfibolit, boşluklu gnays, kırmızı mika şist, damarlı gnays ve kuvars minerallerini içeren metamorfik yapıda formasyon bulunmaktadır (Brandl ve diğ, 2010). Tünel üzerindeki örtü kalınlığı 1100 metreye ulaşmaktadır, fakat yüksek örtü kalınlığı nedeniyle oluşabilecek sorunlar kazı süresince gözlenmemiştir (Brandl ve diğ, 2010). Tünel başladıktan kısa süre sonra bölgede yeraltı suyu içeren açılı fayların ve kuvars miktarı bol olan kırık çatlak zonlarının olduğu görülmüştür (Brandl ve diğ, 2010). 2.2 TBM’in SıkıĢması Tünelin kazısı Ekim 2008’de başlamış ve Kasım 2009’da 555 metreye ulaşılmıştır. 24 Aralık 2009’da kazı sırasında makine Kuzey-Güney yönlü faylanma olan bölgeden geçmiş ve 55 l/s su geliri gözlenmiştir (Brandl ve diğ, 2010). 23 Aralık’ta faylanma olan bölgeden geçilmeye başlanmış ve kalkanın üzerine düşen kaya parçaları nedeniyle kalkanda 150 mm derinliğinde ezik oluşmuş, TBM sıkışmıştır. Buna ek olarak çok yüksek miktarda su geliri gözlenmiştir (Brandl ve diğ, 2010). KM 2+935’de TBM genel olarak kuru mika şistten geçmiş ve TBM’in itme kuvveti 850010500 kN arasında değişmiştir. Penetrasyon ise 9-10 mm/devir düzeyinde kaydedilmiştir. KM 3+000 – 3+005 arasında TBM’in itme kuvveti 3000 kN’a düşmüş ve daha sonra 5000 kN 9 düzeyine çıkmıştır. Bu bölgede paşada büyük bloklar gözlenmiş ve formasyon yüksek mika oranına sahip gnaystan, kuvars mika gnays’a geçmiştir. Formasyon değişimi, büyük blokların gelmesi ve itme kuvvetinin düşmesi faydan geçilmekte olduğunun belirtileri arasındadır (Brandl ve diğ, 2010). Şekil 2.1 TBM’in sıkıştığı bölgenin şematik gösterimi. KM 3+013’de disk kontrolü ve değişimi yapma amaçlı kazı durdurulmuş, disk değişimi sırasında aynanın bloklu kayalardan oluştuğu görülmüştür ayrıca yaklaşık 2 l/s su geliri gözlenmiştir. Disk değişiminin bitmesinin ardından kazıya devam edilmiş ve bir süre sonra kesici kafanın yaklaşık olarak 3 metre gerisinde göçük meydana gelmiştir. Göçük TBM kalkanında 150 mm derinliğinde ve birkaç metre uzunluğunda ezilmeye neden olmuştur (Brandl ve diğ, 2010). 25 Aralık’ta aynada yapılan incelemede formasyonun bloklu ve faylı kuvars mika gnaystan oluştuğu ve baca şeklinde fazla kazı olduğu görülmüştür. Su geliri 3-5 l/s olarak ölçülmüştür. Ayrıca 1902 – 1906 numaralı ringlerin üst noktalarındaki segmentlerde çatlaklar gözlenmeye başlanmıştır. Birkaç saat sonra ise kalkanın bitim noktasından içeriğinde silt, kum, ufak kaya parçaları ve ince çakıl olan yüksek düzeyde su geliri gözlenmeye başlamıştır (Şekil 2.2). Birkaç saat içinde su geliri 80-100 l/s düzeyinden 350 l/s düzeyine yükselmiştir. Su geliri ertesi gün 700 l/s düzeyine yükselmiş ve sonraki 3 gün boyunca aynı şekilde devam etmiştir. Gelen yüksek miktarda suyun etkisiyle 1905 ve 1906 numaralı ringlerin üst bölümünde bulunan segmentler kırılmış fakat yerinde kalmaya devam etmiştir (Brandl ve diğ, 2010). 10 Şekil 2.2 Tünele giren yüksek miktarda çamurlu su. Şekil 2.3 Hasar gören 1905 numaralı segment. 11 2.3 Bypass Tüneli TBM’in bu bölgeden kurtarılması amacıyla bir NATM metodu kullanılarak bypass tüneli açılmasına karar verilmiş ve tünel Mayıs 2010’da açılmaya başlanmıştır. Bypass tüneli TBM’in önünde ve çevresinde tamir için boşluk kalacak şekilde tasarlanmıştır (Şekil 2.4) (Brandl ve diğ, 2010). Şekil 2.4 Açılması planlanan bypass tüneli. 2.4 Sonuçlar Yeterli jeolojik araştırmanın yapılmaması özellikle örtü kalınlığı yüksek olan tünellerde proje açısından büyük risk oluşturmaktadır. Himalayalar gibi genç jeolojik kuşaklarda yoğun faylanma gözlenebilmektedir (Brandl ve diğ, 2010). Tünelcilikte faylı bölgeler özel olarak ele alınması ve bu bölgelerde farklı tahkimat tasarımlarının uygulanması gerekebilmektedir (Brandl ve diğ, 2010). TBM kazısı sırasında özellikle yüksek örtü kalınlığına sahip olan yerlerde probe drill gibi su geliri vb. durumları önceden haber verebilecek yöntemler kazı döngüsünün bir parçası olarak görülmelidir (Brandl ve diğ, 2010). 2.5 TartıĢmalar ve Kargı HES Projesi ile KarĢılaĢtırmalar Kargı HES Projesi gibi bir hidroelektrik santrali projesi olan Tapovan-Vishnugad Tüneli çift kalkanlı TBM’le açılmıştır. Kargı HES Projesi ile karşılaştırıldığında yaklaşık olarak iki kat 12 fazla örtü kalınlığına sahip olsa da (1100 metre), projede örtü kalınlığının fazlalığı ile ilişkili sorun çıkmamıştır. Yüksek su geliri nedeniyle tünel ve TBM zarar görmüş, Kargı HES Projesi gibi bu tünelde de bypass tünelinin açılmasına ihtiyaç duyulmuştur. Brandl ve diğ. (2010) bu tarz jeolojilerde probe drill yapılmasının benzeri durumların önüne geçebileceğini belirtmiş, fakat buna ek olarak probe drillin de her zaman doğru sonuç vermeyebileceğini söylemişlerdir. Benzer olarak Kargı HES Projesi’nde de probe drill yapılmasına rağmen TBM birçok defa sıkışmış ve bypass tüneli açılarak kurtarılmıştır. 3. Kaynaklar Brandl, J., Gupta, V. K., ve Millen, B. (2010). Tapovan‐Vishnugad hydroelectric power project–experience with TBM excavation under high rock cover/Tapovan‐Vishnugad Wasserkraftwerk–Erfahrungen mit TBM‐Vortrieb bei hoher Überlagerung. Geomechanics and Tunnelling, 3(5), 501-509. De Graaf, P. J. H., ve Bell, F. G. (1997). The delivery tunnel North, Lesotho highlands water project. Geotechnical & Geological Engineering, 15(2), 95-120. 13
© Copyright 2024 Paperzz
