7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu - 609 - DEMİRYOLU BOĞAZ TÜP GEÇİŞİ PROJESİNDE DENİZ DİBİ TARAMA VE DOLGU ÇALIŞMALARI Haluk İbrahim ÖZMEN Dr.Mühendis, Ulaştırma Bakanlığı, DLH Marmaray Bölge Müdürlüğü H.paşa-İstanbul [email protected] ÖZET Türkiye’nin en önemli ulaştırma projelerinden olan Marmaray projesinin birinci etabı olan Demiryolu Boğaz Tüp Geçişi projesi 13,6 km lik bir güzergah üzerinde planlanmış olup bunun 1,387 km lik kısmı batırma tüp tünel olarak tasarlanmıştır. Sarayburnu ile Üsküdar sahili arasında projelendirilen batırma tüp tünel 11 adet tüp elamandan oluşmaktadır. Bu elemanlar, derinliği 26m~ 47m arasında değişen orijinal deniz tabanında kazı yapılarak açılan kanallara batırılmak suretiyle oturtulmuş ve daha sonra bu kanallar uygun dolgu malzemeleri ile doldurularak deniz tabanı tekrar orijinal haline getirilmiştir. Dünyanın en derin batırma tüp tüneli unvanını taşıyan bu tünelin inşası sırasında deniz dibinde yapılan tarama ve dolgu çalışmaları sırasında uygulanan yöntem ve kullanılan ekipmanlar işin doğru ve zamanında yapılmasında önemli birer etken olmuşlardır. Özellikle deniz dibindeki kazı ve dolgu çalışmalarında deniz dibi derinliklerinin çok fazla olması kazı ve dolgu işlerinde özel ekipman kullanımını gerekli kılmış olup kazı ve dolgu özel kapasiteli bu ekipmanlar sayesinde başarı ile tamamlanmıştır. Gerek kazı çalışmalarının tamamlanmasından sonra gerekse deniz dibinde yapılan özel dolgu işlemleri sonrası yapılan batımetrik ölçümler sonucunda elde edilen değerler yapılan işlemlerin tolerans değerleri sınırları içinde başarı ile gerçekleştirildiğini kanıtlamıştır. Seabed Dredging and Filling Works in Railway Bosphorus Tube Crossing Project Railway Bosphorus Tube Crossing Project , first phase of Marmaray Project, which is one of the most remarkable transportation projects planned on an aligment 0f 13,6 km ,1387 km of which is designed as an immersed tube tunnel. The immersed tube tunnel, designed between Sarayburnu and Uskudar coast , consist of 11 tube elements.These elements were immersed and placed in trenches that were excavated on the seabed the debth of which varied between 26-47m. Then these tranches were backfilled with appropriate filling materials so that the seabed was reinstated to original . During the construction of this tunnel, the deepest immersed tube tunnel in the world, the methods applied and equipment utilized in the dredging and filling works were proved to be essential constributors for the proper and timely work. In the particular, that the seabed was too deep required special equipment use for excavation and filling works and the excavation and filling works were successfully - 610 - 7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu completed thank to this special equipment. The values gathered both after excavation and filling works in the seabed proved that the works carried out were successfully completed within the tolerance values. Anahtar Kelimeler: Marmaray, batırma tüp tünel, deniz dibi tarama, deniz dolgusu 1.GİRİŞ Marmaray projesi İstanbul’un iki yakasını en doğudan en batısına kadar bir kuşak gibi saracak bir ulaşım projesidir. Proje 77 km lik bir güzergah üzerinde tasarlanmıştır Güzergahın tasarlandığı akstaki farklı topografya, coğrafya ve mevcut mülkiyet durumları dikkate alınarak projenin alt ve üst yapısı iki farklı inşaat sözleşmesi ile gerçekleştirilmektedir. Demiryolu Boğaz Tüp Geçişi projesi Marmaray projesinin en önemli ve birinci etabını oluşturmaktadır. Bu bölüm Söğütlüçeşme ve Kazlıçeşme arasındaki 13.6 km lik bir güzergahta iki hatlı bir demiryolu olarak planlanmıştır. Bu proje kapsamında; 13,6 km çift yönlü demiryolu, 10,153 km delme tüneller,1.387 km batırma tüp tünel, 0,880 km aç kapa yapısı, 1,157 km yüzeysel geçiş ve bir adet yüzey, iki adet aç kapa ve bir adet derin olmak üzere 4 adet istasyon inşa edilmektedir. Projenin bu bölümünde inşa edilen batırma tüp tünelin inşa edildiği güzergahta deniz tabanı tabii derinlikleri 26m~47 m arasında değişmektedir. Batırma tüp tünel elemanlarının oturtulacağı kanalın kazılması, malzemenin çıkartılarak uzaklaştırılması ile ortalama 18.000 ton ağırlığındaki BA olarak inşa edilen elemanların, kazılmış olan bu deniz dibi kanalı içinde oturacağı alanda değişik taş kategorilerinden oluşmuş bir temel tabakası oluşturulması ve tüp elemanların batırılma işleminden sonra bu kanalın yine uygun malzemelerle doldurularak deniz tabanının eski konumuna getirilmesi bu projenin önemli aşamalarından birisidir. Gerek tabi deniz dibi derinliklerinin çok fazla olması ve gerekse proje alanında çift tabakalı bir akıntının bulunması tarama ve dolgu işlemlerinde özel önlemler alınmasını ve işe uygun kapasitede deniz ekipmanlarının kullanımını zorunlu kılmıştır. 2.BATIRMA TÜP TÜNEL Şekil 1. Batırma tüp tünel güzergahı Projenin Üsküdar ile Sarayburnu arasındaki deniz içinde kalan güzergahı 1387 m. uzunluğunda batırma tüp tünel olarak tasarlanmıştır (Şekil 1). Batırma tüp tüneller 8.75 m. 7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu - 611 - yüksekliğinde 15.30 m. genişliğinde 11 adet tüp elemandan oluşmaktadır. Bunların ikisinin uzunlukları 95 m. bir adedinin 110 m. ve sekiz adedi ise 135 m. olarak projelendirilmiştir(Şekil 2). Tüp tünel elemanlarının kesitleri çift gözlü dikdörtgen şeklindedir. Betonarme olarak inşa edilen tüplerin dış yüzeyleri 20 mm kalınlığında çelik saçla kaplıdır. Bu hem imalat sırasında kalıp işlevi görmek hem de su sızdırmazlığını sağlamak için düşünülmüştür. Tüp tunel plan ve güzergah kesiti ＴＢＭ Batırma tüp tünel E1 E2 E3 E4 E5 E6 1,387m E7 E8 ＴＢＭ E9 E10 E11 Geçici servis iskelesi Servis şaftı Avrupa tarafı Asya tarafı Elev.(m) 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 Deniz tabanı TBM E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 E10 E11 TBM Maximum uzunluk 135m / eleman Batırma tüp tünel 1,387m Şekil 2. Batırma tüp tünel plan ve güzergah kesiti 2.1. Tarama işleri Tüp tünel güzergahı üzerinde gerçekleştirilecek deniz dibi tarama ve kazı işleri işlerine başlanılmadan önce tünel ekseni 100 m dahilinde bulunan ve tünel hattı boyunca yer alan deniz dibi alanı incelenmiş ve gerekli her türlü araştırma ve ölçümler yapılmıştır(sismik ve batımetrik).Bu çalışmalar sırasında belirlenen deniz koşulları çerçevesinde çalışma bölgesindeki maksimum dalga yüksekliğinin 1.0 m den daha fazla olmamasına dikkat edilmiştir. Batımetrik calışmalar sırasında ve sonrasında deniz dibinin 25 m lik yada gerekmesi halinde daha dar bir ağ hartasının çıkartılması için gerekli profiller ve kesitler alınmıştır.Yatay kesinliğin 1.0 m, düşey kesinliğin 200mm aralığında olmasına özen gösterilmiştir. Tarama tamamlandıktan sonra 10 m. veya gerekmesi halinde daha dar aralıklarla yapılan ölçümlerle oluşturulan bir ağ haritası üzerinde temizlenmiş profil oluşturabilmek için gerekli çalışmalar yapılmıştır. Deniz dibi taraması iki aşamalı olarak gerçekleştirilmiştir. 1.aşama ; deniz dibindeki dökme ve sürüntü malzemenin taranması 2.aşama ; son tarama düzeyi üzerinde bulunan en az 1. 0 kalınlıkta ki malzemelerin taranması ve uzaklaştırılması işlerini kapsamaktadır. Birinci aşamada deniz dibi sismik çalışmalar sırasında koordinatları belli bir mevkide boğaz batık envanterinde yer almayan kimliği belirsiz batık bir gemi tespit edilmiş olup bu batık uygun batık çıkarma yöntemleri ile bulunduğu yerden çıkarılmıştır. Sözleşme, 1. aşama ve 2. Aşama tarama işlemleri sırasında gerek malzemenin suda dağılmasını sınırlamak ve gerekse kazı ve tarama işleri sırasında yüksek kesinlik düzeyinin - 612 - 7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu sağlanması, en son teknoloji ürünü yer bulma ve yön güdüm kontrol sistemleri ile donatılmış ve kesintisiz olarak su altı inceleme ve ölçüm kapasitesine sahip olan çift çeneli kovaya sahip bir deniz ekipmanı kullanımını öngörmekteydi. Bu itibarla Şekil 3. te görülen tarama gemisi yüklenici tarafından temin edilerek sahasına getirilmiş ve tarama işleri bu ekipmanla gerçekleştirilmiştir proje Tüm tarama işleri sonunda yaklaşık 100.000 m3 kontamine özelliğe sahip malzeme ve yaklaşık 1.000.0000 m3 kontamine olmayan malzemenin taraması gerçekleştirilmiştir. Tüm tarama işlerinin tamamlanmasından sonra tüp elemanlarının batırılma işleminin öncesinde hendek dibinde biriken sürüntü malzemeleri yapılan ölçümlerle tespit edilerek tekrar kontrol taraması olarak tamamlanmış ve hendek tabanı tasarım kotuna getirilmiştir. Şekil 3. İstanbul Boğazında tarama 2.2. Denizde dolgu işleri Tüp elemanların yerleştirileceği hendeğin taraması tamamlanarak proje tasarım kotlarına ulaşıldığının tespit edilmesinden sonra hendek deniz dolgu işlemleri için hazırdır. Tüp elemanların yerleştirilme öncesi ve sonrası yapılacak dolgu işleri için prensip kesit Şekil 4. de görülmektedir. Hendek kesitine dökülecek malzemeler Taş dolgu temel Kilit dolgusu Geri dolgu Zırh koruması Ankraj koruma bandı olarak sınıflandırılmıştır. Bu malzemelerde sözleşme ve sözleşme eki standartlarda belirtilen özelliklere sahip olmanın dışında; Temel tabakası; 7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu - 613 - sismik ve sismik olmayan yükleme koşullarında tasarım ve döküm ve serilme yöntemine uygun derecede temiz sağlam sert ve dayanıklı malzemeden seçilmiştir.Bu malzeme (5150)mm kategorik malzemeden oluşmaktadır. Kilit dolgusu; doğal yollardan kompaktlık sağlayan ve sismik ve sismik olmayan koşullarda stabil kalan temiz ,sağlam , sert ve dayanıklı malzemelerden seçilmiştir.(5-150) mm kategorik malzeme kullanılmıştır Şekil 4. kategorik taş ile temel teşkiline ait tipik kesit geri dolgu; tasarım ve döküm ve serilme yöntemine uygun seçilmiştir.Genel dolgunun deprem sırasında oluşacak sismik tepkinin ve bunun sonucunda tünel yapısında oluşacak etki göz önüne alındığında stabil kalması ve yeterince hava etkisine maruz bırakılmış olması tünel ve tünelin su geçirimsizliğine zarar verecek malzeme içermemesi, genel dolgu kil topları ve kimyasallar içermemesi sözleşmede öngörülen bazı özelliklerdir. Tünel zırh koruma tabakası; 25-250mm arasında iyi derecelendirilmiş, sert ve 100 yılı aşkın bir süre dayanıklı kalacak şekilde, yoğunluğu 2.6 ton/m3 den daha büyük malzemeden seçilmiştir. Ankraj koruma bandı; (100-500)kg kategorik, iyi derecelendirilmiş ve 100 yılı aşkın bir süre dayanıklı kalacak ve yoğunluğu 2.6 ton/m3 den daha büyük olacak şekilde anroşman malzemeden seçilmiştir. 2.2.1 Temel tabakasının teşkili Tünel elemanlarının yerleştirilmesinden önce en önemli imalat aşaması temel tabakası teşkilidir. Gerek güzergahtaki su derinliğinin fazla olması ve gerekse sözleşmede belirtilen hata tolerans değerlerinin çok düşük tutulması nedeniyle yüksek teknolojik özellikli özel donanıma sahip deniz ekipmanlarının kullanımı gerekli kılınmıştır Üzeri önemli ataşman ve ekipmanla donatılmış iş platformuna ait bir simulasyon Şekil 5. de görülmekte olup bu platform üzerinde temel malzemesi için geçici depolama alanı, yükleyici, kova, konveyör, tremi borusu ve GPS bulunmaktadır. - 614 - 7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Taş temel malzemesi doldurulma işleminin konsepti eksavatör Excavator Temel malzemesi için geçici depolama alanı Stock Material kova(altı açılır) Hopper Beltkonveyör conveyor GPS RTK-GPS Tremie borusu Tremie Pipe Scan sonar Scan Sonar Şekil 5. Dolgu işleminde kullanılan çalışma platformu simulasyonu Ön batımetrik çalışmalar Taş temelin tesviyesi Taş temel dolgusu Dolgu miktarının hesaplanması İş gemisinin yanaşması Dolgu simulatörü ile İş gemisinin yanaşması İş gemisi ve tesviye makinasının konumlandırılması İş gemisinin konumlandırılması Taş temelin tesviyesi Taş temel dolgusu İşaretli alandaki dolgu miktarının doğrulanması İşaretli saha için blade işinin doğrulanması hayır evet hayır evet NG Taş temel seviyeinin kontrolu Batımetrik çalışma ile NG Taş temel seviyesinin kontrolu evet batımetrik çalışma ile evet Taş temel çalışmalarının tamamlanması Şekil 6. Kategorik taşla temel teşkiline ilişkin iş akış şeması 7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu - 615 - Kategorik malzeme ile temel teşkiline ilişkin iş akış şeması Şekil 6. da gösterilmiştir. Bu şemadan da görüleceği üzere işlemlerde, dolgu yapılacak alan için gerekli dolgu miktarının önceden hesaplanması, İş gemisinin dolgu işlemi için proje konumuna getirilmesi, dolgunun önceden hazırlanan plana uygun olarak yapılması(Şekil 7), ve işaretli alan için dolgu miktarının doğrulanması, temel seviyesi kontrolü ve daha sonra tesviye yapacak iş makinesinin deniz dibine indirilmesi ve proje sahasına konumlandırılması, tesviye işleminin gerçekleştirilmesi, tesviye edilmiş sahada seviye kontrolü ve doğrulama işin önemli aşamalarıdır. Batırma tüp tünel elemanlarına temel olmak üzere Şekil 7. de gösterilen temel dolgu yerleşim planına uygun olarak yüksek teknolojik özelliklere haiz platform yardımı ile yapılan dolgu işleminden sonra en önemli aşama, planda belirtilen koordinatlara uygun olarak tremi borusu ile dökülen malzemenin Şekil 8 de gösterilen ekipman kullanılarak projesinde öngörülen sınır koordinatlar içinde ve kotlarına uygun olarak tesviye edilmesidir. Bu ekipman yüklenici firma tarafından projedeki kazı genişliği göz önünde bulundurularak özel olarak bu iş için Japonya da imal ettirilmiştir. Tesviye ekipmanı 4 ayak üzerine oturtulmuş çelik çerçeve kirişler üzerinde bir hareketli kiriş ve bu kiriş üzerinde çift yönlü hareket yeteneği bulunan paletten (bıçak) oluşmaktadır. Bu bıçak tünel aksına paralel ve dik yönde hareket edebilmektedir. Bıçak yüksekliği temel malzemesinin proje kotuna göre ayarlanarak gerekli tesviye yapılmaktadır. Taş temel dolgusu planı (plan görünüşü) Taş temel dolgusu planı ‚ d1 0 ‚ d1 1 9m 135m 122m 14m 4m 4m 24.5m 22.5m 4m 4m XY方向４ｍピッチ / ayak açıklığı Şekil 7. Temel malzemesi dolgu planı Söz konusu ekipmanın imalatı tamamlandıktan sonra projedeki temel dolgu alanına uygun bir model oluşturularak bu model üzerinde ekipman ile tesviye işlemleri yapılarak çalışma yapılacak işlem test edilmiştir. Tesviye işlemi sırasında platform üzerindeki GPS ve alıcı ile ekipman üzerindeki alıcılarla hendek içindeki kotlar ile tesviye makinesinin yataydaki konumu sürekli kontrol edilerek gerekli yönlendirmeler yapılabilmektedir. - 616 - 7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Tablo 1. de E11 numaralı tüp elemanın yerleştirileceği kanal tabanında batırmadan önce ve sonra yapılan ölçümlerde elde edilen değerler verilmektedir. Buradan görüleceği üzere yapım sonrası ulaşılan kotlar ile tasarım kotları arasındaki fark 5 cm den daha fazla değildir. Bu bizi gerek dolgu işlemindeki hedef kot değerleri, gerekse batırma ve konsolidasyon nedeniyle oluşan değerler ile birlikte değerlendirildiğinde yapım sonrası değerlerin tasarım değerleri ile hemen hemen aynı olduğu sonucuna götürmektedir. Tesviye makinası panoramik görünüm Ana gövde hareketli kiriş Bıçağın büyütülmüş görünümü Şekil 8. Deniz dibinde temel dolgusunun tesviyesi için kullanılan ekipman Genel saha +;-30cm Seviye doğruluğu Jack frame sahası +;-20mm Tablo 1.Jack frame sahasının tesviye yüksekliği(E11) Tasarım kotu Batırmadan sonra oturma Dolgudan sonra konsolidasyon oturması Yapım kotu Asya tarafı GL-40,56 2,0cm 0 cm GL-40.54m Avrupa tarafı GL-43,14 2.0cm 3 cm GL-43,09m 7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu - 617 - 2.2.2 Kilit ve geri dolgu tabakası teşkili Tüp elemanlar için hazırlanan temel tabakası üzerine tüp elemanların batırılmasından sonra dolgu işlemlerinin ikinci aşaması tüp elemanların her iki tarafına projesindeki ölçülere göre yerleştirilecek olan kilit tabakasının teşkilidir. Bu dolgu tabakasının oluşturulması için Şekil 6. da simulasyonu gösterilen çalışma platformu kullanılmıştır. Çalışma prensibi Dubalar yardımı ile deniz yoluyla platforma getirilen malzemenin platform üzerindeki ekskavatör yardımı ile depo alanına stoklanması ne buradan da yükleyici ve konveyör kullanılarak tremi borusu ile deniz dibindeki proje kesitine dökülmesine dayanmaktadır. Kilit dolgusu 70 cm yi aşmayan düzgün ve eşit kalınlıkta tabakalar halinde dökülmüştür. Genel geri dolgu malzemesi ise kilit malzemesi döküldükten sonra üst tafra serilecek koruyucu bandın alt kot seviyesine kadar, üst koruyucu tabaka oluşturulmayan yerlerde ise orijinal deniz tabanı yüzeyine kadar dolgu malzemesinin ayrışmasına ve yanlış yerleştirilmesine müsaade edilmeyecek şekilde kilit dolgusunda olduğu şekilde tremi borusu kullanılarak dökülmüştür. 2.2.3 Çapa koruma bandı ve tünel zırh tabakası teşkili Geri dolgu işleminin tamamlanmasından sonra Çapa koruma bandı deniz tabanında tüp elemanlarının her iki tarafında yerleştirilme aksına paralel olacak şekilde 100-500 kg kategorik malzeme ile oluşturulmuştur. Şekil 4 deki tarama ekipman kullanılarak deniz tabanına indirilen malzemenin geri dolgu malzemesi içine girmemesi de sağlanmıştır. tünel zırh tabakası ise çapa koruma bandı oluşturulduktan sonra deniz seviyesi üstünden ve altından gelebilecek dış etkilere (herhangi bir geminin tüp tünel etkilenme alanı içinde batması, demir taraması vb) tüp elemanların korunma güvenliğinin arttırılması için teşkil edilen bir tabakadır. Tüp elemanların üst kotu ile deniz taban kotu arasındaki dolgu kalınlığının 4 m den az olduğu yerlerde 25-250 mm malzeme kullanılarak oluşturulmuştur. 3. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Kıyı ve liman mühendisliğinin ilgi alanı içindeki en önemli konulardan olan deniz dibinde tarama ve dolgu işlemlerinin gerçekleştirilmesi sırasında tolerans değerlerinin mertebesi işin zorluğu ve hassasiyetine göre değişebilir. Ancak bazı yapılarda tolerans sınırları, işin hassasiyet derecesine göre minimum mertebede tutulmak zorundadır. Boğaz Demiryolu Tüp Geçişi Projesi kapsamında inşa edilen batırma tüp tüneli oluşturan tüp elemanların deniz tabanında yerleştirildikleri kanalın kazılması ve bu kanal içinde tüp elemanlara temel işlevi görecek dolgu tabakasının oluşturulması sırasında kullanılan ekipmanların yüksek teknolojik donanıma sahip olmaları bu işlemler sırasında belirlenen hedef değerlere ulaşmada önemli katkı sağlamıştır. Batırma tüp tünel güzergahı projenin eğimi en fazla olan yeri olup bu değer %0,18 dir. Gerek tarama ve gerekse dolgu işlemi sırasında yapılabilecek imalat veya ölçüm hataları sonucunda oluşabilecek olumsuzlukların tüp elemanların batırılmasından sonra giderilmesinin hemen hemen mümkün olmadığı düşünüldüğünde kazı ve dolgu işlemlerindeki hassasiyetin ne kadar önemli olduğunu bize anlatmaktadır. Günümüz teknolojisinde inşa türünün gerektirdiği kapasitede ve çeşitlilikte ekipmanlar üretilmektedir. Bu durum yapımında büyük zorluklar bulunan birçok yapının başarı ile bitirilmesinde önemli katkı sağlamaktadır. Dünyanın en derin batırma tüp tünelini oluşturan tüp elemanlarının projesindeki konumlarına yerleştirilmesinde elde edilen başarıda kanal taramasının belirlenen hassasiyette yapılmış olması ve temel tabakası ve diğer dolgu tabakalarının imalatlarının başarılı bir şekilde projede belirlenen ölçü ve değerlerde gerçekleştirilmesindeki bilgi ve tecrübenin yanı - 618 - 7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu sıra yüksek donanımlı tarama ekipmanı, çalışma platformu, tesviye ekipmanı vb. gücünün önemli katkısı olmuştur. makine Ayrıca diğer alanlarında olduğu gibi bu projenin deniz işlerinin sadece bir bölümünü teşkil eden tarama ve dolgu işlerinin hatasız ve başarılı bir şekilde gerçekleştirilmesinde kıyı ve liman mühendisliğindeki bilgi birikiminin ve bu bilgilerle donanımlı yetişmiş eleman istihdamının da önemi belirgin bir şekilde hissedilmiştir. KAYNAKLAR Özmen H.İ.,(2005) “Zorluk Derecesi Yüksek Bir Ulaşım Projesi Demiryolu Boğaz Tüp Geçişi”, 7. Ulaştırma Kongresi,Bildiriler kitabı sh.227-236 ,TMMOB İstanbul Şubesi, Harbiye İstanbul. Taisei Corp.,(2007),“Marmaray Project Backfilling Works At The Bosphorus Technical Report” ,Üsküdar,İstanbul. TGN (2008) “Consruction And Installation Quality Plan For Backfilling Works Of IMT Tunnel Elements, Marmaray Project, Contract BC1”, İstanbul. TKGN JV(2005), “Method Statement For Dredging at Immersion Place, Marmaray Project, Contract BC1”, İstanbul. UB DLH Gen.Müd.,(2004),Sözleşme BC1 İstasyonlar,Sözleşme Dökümanı 2/4, Ankara. Demiryolu Boğaz Tüp Geçişi,Tüneller ve