close

Enter

Log in using OpenID

Çift Kalkanlı TBM Kullanımında Karşılaşılan Sorunlar

embedDownload
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
Author
Document
Category
Uncategorized
Views
2
File Size
961 KB
Tags
1/--pages
Report inappropriate content