TBM – Tünel Açma Makinası

TBM ( Tunel Boring Machine), diğer bir adıyla yeraltı canavarı. Devasal tünellerin açılımında kullanılan bu canavarların boyu 200 m ye kadar ulaşabiliyor. Bir yandan kazıyor, bir yandan kazdığı taşı kumu taşıma bandı ile ayrıştırarak çıkarıyor. Aynı zamanda  tünelin beton plaklarını yapıyor.  Bu yazıda,Marmaray projesi‘nde de kullanılmış olan, çok fonksiyonel  bu canavarlar hakkında derlediğim bilgileri paylaşacağım.

TBM

İnşaat ve madencilik sektörlerinde, yeraltı yapıları büyük önem taşımaktadır. Özellikle büyük şehirlerde, elektrik, su, kanalizasyon, telefon, doğalgaz ve metro tünelleri gibi yapıların açılması sırasında, çevreye ve yer üstündeki yapılara zarar verilmemesi son derece önemlidir. Bu da seçilecek kazı tekniği ile alakalıdır. TBM ( Tunnel Boring Machine) denilen tünel açma makinaları yatırım maliyeti yüksek olsa da, istenilmeyen yeraltı hareketlerini önleme kabiliyeti, daha sessiz, titreşimsiz ve hızlı çalışması nedeniyle günümüzde tercih edilen kazı makineleri haline gelmiştir. Sert, orta sert, yumuşak ve akıcı formasyonlar için kullanılabilen kafa dizaynları ve keski tipleri, makineyi dengeleme sistemleri, tahkimat sistemleri, çıkarılan pasayı taşıma sistemleri, çeşitli yönlerden farklılıklar göstermektedir. Açılacak yer altı boşluğu boyunca geçilecek formasyonların önceden tespiti, kullanılacak makinenin seçiminde en önemli faktörlerden biri olmaktadır.

Tarihçesi:

İlk tünel açma makinesi Amerika’da Hoosac Tüneli’nde kullanılmıştır. Bu makine daire şeklinde döner bir kesme kafasına sahipti ve keskiler konsantrik daireler çizerek kazı yapacak şekilde dizilmişlerdi. Tutunma mekanizması, itme (baskı) mekanizması ve pasa uzaklaştırma düzenleri vardı. Ancak 1856 yılında yapılan bu makinenin yapısal tasarım şekli, makinenin sert kayaçlarda başarılı olarak çalışabileceği seviyede değildi. Herman Haupt isimli inşaat mühendisi, bu makine ile 3 metrelik bir ilerleme yapmayı başarmıştı. TBM’in esasını oluşturan bu kavram, daha sonra yüz yıl boyunca hiçbir gelişme gerçekleşmemiştir.

1956 yılında James Robbins isimli mühendis, kalem keskiler yerine döner disklerin kullanılma fikrini ortaya atmıştır. Toronto’daki bir uygulamada günde 38m’lik ilerleme gerçekleşmiştir.
Bu uygulama TBM’lerin yumuşak ve orta sert kayaçlarda ekonomik olarak kullanılabileceğinin ilk göstergesi olmuştur. Toronto’daki uygulamanın ardından 26 yıl boyunca yine pek bir ilerleme olmamıştır.

1970’lerin sonu ve 1980’li yılların başlarında Amerika ve Avrupa’da birçok üniversite ve araştırma kurumu disk kesicilerin sert kayaçlardaki performansının fizik prensiplerini anlamak üzere çok sayıda araştırma yapmışlardır.

 

Tünel Açma Makinası Genel Özellikleri

TBM’lerin yapısal özellikleri olarak ;

• Kesici kafa,
• İtme silindirleri,
• Yönlendirme silindirleri,
• Kilitleme pabuçları(gripper),
• Kesici kafayı döndüren motorlar,
• Beton tahkimat elemanlarını yerleştiren erektörler sayılabilir.

TBM arkasında bulunan, back-up sistemler olarak adlandırılan kısımda ise;

• Hidrolik güç üniteleri,
• Elektrik trafoları,
• Tavan civataları için delici,
• Havalandırma fanları,
• Pasa nakliyatı için bant konveyörler,
• Vagonlar bulunmaktadır.

TBM İle Kazınının, Delme Patlatma ile Maliyet Karşılaştırılması

Firmalar bir tünel projesine başlamadan önce işi ne şekilde yapacaklarına dair sınırlayıcı sebepler ve hükümler yok ise maliyet açısından yöntem belirlemek için çalışmalar yapmak zorundadırlar. Bu çalışmaları etkileyen parametreler ve bunların maliyete etkileri aşağıdaki gibidir:

• Tünel Çapı ve Tünel Uzunluğu,
• Tünel Açılacak Formasyonun Basınç Dayanımları ve Kazılabilirlik,
• Çalışma Saatleri,
• Patlayıcı Madde ile Kazıyı Engelleyen Sebepler,
• Tünele Uygun Makinelerin Temin Zorlukları (Küçük çaplı tünellerde Del-Pat sonrası ayna pasasının yüklenmesi ve taşınması vb. işler için spesifik makinelerin kolaylıkla bulunamaması gibi),
• İşin Süresi,
• Diğer sebepler,

Yukarıda sayılan tüm parametreler hassas bir şekilde değerlendirilerek tünelin hangi yöntemle açılacağına karar verilir. Yukarıdaki parametrelerden en önemlisi ve yöntem belirlemede asıl belirleyici olan tünel çapı ve tünel uzunluğudur.

 

Yukarıdaki grafikten de görüldüğü üzere örneğin 3 metre kazı çapındaki bir tünel için 5km’den sonra TBM ile tünel kazısı daha ekonomik olmaktadır. Proje bitiş süresi gözönüne alındığında ise tünel açma makineleri ile kazı her zaman avantajlı durumdadır.

Neden TBM ?

• Kazı hızı oldukça yüksektir,
• Çalışan işçi sayısı oldukça az olmakta ve işçilik maliyeti düşmektedir,
• TBM kullanımıyla tünel içinde oluşması mümkün toz miktarı önemli derecede azalmakta ve dolayısıyla işçi sağlığı açısından olumlu bir çalışma ortamı elde etmek mümkün olmaktadır,
• Patlatmadan kaynaklanan sarsıntı oranı TBM kullanımında söz konusu olmayacağından TBM, şehirleşmenin yaygın olduğu kaya ortamlarında kolaylıkla kullanılabilmekte ve çevre sorunu yaratmamaktadır,
• Patlatma yapılarak çalışıldığında yeraltı açıklığının çevresinde oluşan gevşeme zonu (zedelenmiş kaya kütlesi zonu), TBM’in kullanılması halinde oldukça sınırlı kalmakta ve dolayısıyla, tünel destek elemanlarına etkiyen yükler de azalmaktadır.

TBM’in Performansı

TBM kullanan firmalar bir tünel projesine başlamadan önce işi ne kadar sürede yapabileceklerini bilmek isterler. Yıllar içerisinde farklı yaklaşımların etkin olduğu performans tahmin metotları geliştirilmiştir.

TBM performansını etkileyen parametreler

Kayaç Karakteristikleri

• Tek eksenli basınç dayanımı,
• Kayaç sağlamlığı (kayaç dokusu),
• Çatlak İndeksi,

Keski Geometrisi

• Çap,
• Ağız Genişliği,

TBM Özellikleri

• Keski başına düşen baskı kuvveti,
• Keskiler arası mesafe,
• Güç (tork ve devir sayısı),

TBM’in Sınıflandırılması

Çalışılan zemin şartlarına göre;

• Single Shield Tünel Açma Makinaları
• Double Shield Tünel Açma Makinaları
• Mixed Tünel Açma Makinaları
• Hard-Rock Tünel Açma Makinaları
• EPB
• Slurry

Editörün Diğer Yazıları :

• Yeraltı Maden Uzmanı İstihdamına Dair Esaslar Belirlendi
• Villa Yapılacak Alandan Tarih Fışkırdı
• Madenlere Hayat Hattı Geliyor
• İşte Yeni LED’lerin Kriterleri
• Su Tutucu Bant Nedir? Ne İşe Yarar?