TÜNELCİLİK
Çeşitli kayaçlar
içende yapılan iki tarafı açık kazılara tünel, tek tarafı
açık kazılara ise galeri ismi verilir. Genel anlamda tünel yer
altı geçidi olarak da tanımlanabilir.Teknik
açıdan tünel: Uzunluğu genellikle kesitsel boyutlarından büyük
olan uzun, dar ya da yataya yakın yer altı açıklıkları olarak da
tanımlanabilir.Her yer altı açıklığına tünel diyemeyiz. Çünkü, yer
altı açıklığının tünel olabilmesi için bazı kriterlere uyması
gerekir. Kabul edilebilir tünel eğimi 300’dir. Tünel
eğimi 300 ’nin altında olmak zorundadır, aksi halde bu
yer altı açıklıkları kuyu olarak tanımlanır. Yeraltı
açıklıklarının tünel olarak nitelendirilmesinde diğer bir kriter
ise kesit alanıdır. Bir tünelin kesit alanı 2 m2 olmak
zorundadır.
Dünyamızdaki
hava, su ve yeryüzü denilen denizler ve kıtalar çevre
olarak tanımlanır. Gezegenimiz üzerinde yaşayan her türlü canlı da
çevrenin ayrılmaz bir parçasıdır. Güneş enerjisi ve dünyamızın
dahil olduğu fiziksel kanunlar (yerçekimi, eylemsizlik gibi) ve
diğer doğal olayları da (rüzgar, yağmur v.b) çevrenin bir
parçasıdır.Doğal çevrenin oluşumunda ki en büyük etmen jeolojidir.
Genel olarak yerkabuğu diye isimlendirdiğimiz jeolojik oluşumlar
doğal olarak meydana gelmiştir. Ekosistem olarak adlandırılan
akarsu havzaları, vadiler, dağlar, deltalar gibi yeryüzü
şekillerinin oluşumunda en büyük etken jeolojidir.
Doğal
çevrenin oluşumunda ve gelişiminde çok önemli olan jeolojik
oluşumların veya genel anlamda jeolojik yapının insanların kendi
ihtiyaçlarını karşılamak için inşa ettiği barajlar, karayolları,
tüneller ve benzeri altyapı tesislerinin çevreye yapacakları
etkilerin değerlendirilmesinde ana tema olacağı çok açıktır
(Anık, 2004).
Günümüzde
hemen hemen her önemli altyapının çevreye yapacağı etkilerin
tanımlanması ve bu etkilerin azaltılması ya da yok edilmesi için
“Çevre Etki Değerlendirilmesi” (ÇED) etütleri bir zorunluluk
haline gelmişlerdir. Çevrenin değerlendirilmesinde etütleri
yürüten her eğitim grubunu içinde vazgeçilmez olarak yer alan
disiplinler vardır. Bu disiplinler ‘Çevre Mühendisliği, Jeoloji
Mühendisliği ve Maden Mühendisliği’dir (Anık, 2004).
Barajlar
ve baraj gölleri (rezervuarlar), ana sulama kanalları ve sulama
şebekeleri , karayolları, tünel inşaatları, malzeme ve taş
ocakları gibi işletmeler çevreyi etkileyen en önemli mühendislik
yapıları ve konularıdır. İşte bu konulardan biri olan
tünelcilikten, tünel yapılarından, tünellerde oluşan çevre
problemlerinden, etkilerinden ve sonuçlarından bahsedilecektir.
TÜNELCİLİKTE
OLUŞAN SORUNLAR
Tünelcilikte
sorunlar genel olarak jeolojik ve çevresel sorunlar olarak ikiye
ayırabiliriz.
2.1
JEOLOJİK SORUNLAR
Diğer mühendislik
yapılarında olduğu gibi tünel açımı esnasında ve sonrasında
yerkabuğu ile ilgili jeolojik sorunlar ile karşılaşmak son derece
doğaldır.
Tünellerde
karşılaşılabilecek jeolojik sorunlar şunlardır: Kata Patlamaları,
Kemerleşme, Aşırı Sökülme, Tabakaların Etkisi, Fayların etkisi,
Yamaçlarda Açılan Tüneller, Kıvrımların Etkisi, Su Sorunu, Gaz
Sorunu.
Bu başlıklarla
tünellerdeki jeolojik sorunlar açıklanabilir.
2.1.1 Kaya
Patlamaları
Yeraltı
açıklıklarının tavanından ya da duvarlarından birkaç kilogramdan
yüzlerce kilogram ağırlığındaki kaya, levha ve parçalarının ani ve
patlama şeklinde ayrılmasına “kaya patlamaları” denir. Kata
patlamaları tünel açımından hemen sonra ya da daha sonra herhangi
bir zamanda olabilir (Tarakçı,Bulutlar,Genç,1996).
Farklı dirençteki
kayaların bir arada olmaları ve kırıkların varlığı kaya
patlamalarında etken olan faktörlerdir (Tarhan, 1989).
Jeolojik olarak
çok yaşlı kayaçlarda kaya patlamaları ile ilgili çok ciddi
problemlerle karşılaşmak mümkündür. Bununla birlikte deforme olmuş
zayıf kayalarla dayanımlı kayaların karmaşık ilişkisi, derin
kazılarla kaya patlamaları olasılığına önem verilmesi gerekir
(Tarakçı,Bulutlar,Genç, 1996)
2.1.2
Kemerlenme
Kayaçlar
içinde bir kazı yapıldığında, gerilmelerin etkisi ile kayaçlar
açılan boşluğa doğru hareket etmek isterler. Kayaçlar bu hareketi
birbirlerine dayanarak bir dereceye kadar önlerler ve sonuçta
denge oluşur. İşte bu denge haline kemerlenme denir. Kemerlenme
kayaçlarda açılan boşlukların destek gerekmeden durabilme özelliği
olarak da tarif edilebilir. Kemerlenme, kayacın jeolojik
özelliklerine,doğrultu eğimi ile tünel doğrultusu arasındaki
ilişkiye, desteksiz kalan kısmın uzunluğuna bağlı olarak değişir (Tarhan,
1989).
2.1.3 Aşırı
Sökülme
Yeraltı
kazılarında profil fazlası kazılara aşırı sökülme denir ve olması
istenmeyen bir olaydır. Bununla beraber çoğu zaman yer altı
kazılarında kayanın türüne, ayrışma dercesine, içerdiği
süreksizliklere, tünel çapına, tünel açma yöntemine, kullanılan
patlayıcının etkisine, destek şekline ve patlayıcı ile destek
arasındaki uzaklığa bağlı olarak değişik oranlarda meydana gelir (Tarhan,
1989).
Aşırı sökülme
tünel maliyetlerini etkileyen en önemli faktörlerden birisidir.
Sökülme ek çalışmayı dolayısıyla maliyeti etkiler.
Bu nedenle tünel
açılmasında işveren ile işi yapan taşören firma arasında
anlaşmazlıklara neden olur. Bu anlaşmazlıkların çözümü için tünel
açmada bazı sınırlar kabul edilmiştir. Bu sınırlar A çizgisi, B
çizgisi olarak belirlenmiştir.
Açılması istenen
tünelin çeperine teğet olan çizgiye A çizgisi, A çizgisi ile
kazılan tünel ortasından geçen çizgiye de B çizgisi denir. B
çizgisi aynı zamanda ödeme çizgisi olarak da adlandırılabilir (Tarhan,
1989).
2.1.4
Tabakaların Etkisi
Bir tünel
kaplaması üzerine gelecek toplam basınç ve bu basıncın gerçek
güzergahı boyunca dağılım şekli doğrudan doğruya, tünelin içinde
yer alacağı kayacın tabakalanma şekline bağlıdır. Kaya
tabakalarını farklı biçimde kesen tüneller şekil 2.2, şekil 2.3 ve
şekil 2.4’de gösterilmiştir.
Tabakalar tünel
üzerine yaklaşık üniform bir düşey basınç gelmesine neden olur,
halbuki şekil 2.3 verev tabakaların neden olduğu basınçlar tünelin
bir duvarında yoğunlaşır (Tarakçı,Bulutlar,Genç, 1996).
2.1.5 Fayların
Etkisi
Faylar,
kayaçların içerdiği mikroskobik yapısal özelliklerinden biridir.
Doğada görülen fayların pasif veya aktif olmaları, fay
düzlemlerinin eğim doğrultusu ile tünel doğrultusu arasındaki
ilişki, fay zonunun genişliği, dolgu maddesinin türü, kalınlığı,
fayın her iki tarafında su etkisi ile oluşabilecek farklı
hidrostatik basınçlar, tünel açılmasında ve sonrasında değişik
sorunlar oluşturur (Tarhan, 1989).
2.1.6
Yamaçlarda Açılan Tüneller
Yamaçlarda açılan
tünellerde, yamaç duraylılığının çok iyi araştırılması gerekir.
Süreksizliklerin yamaç içine ya da dışına eğimli olması, tünele
gelen gerilmeler ve duraylılık açısından önemlidir.
Tabaka ve
çatlakların yatay, yamaç içine eğimli ya da dik olmaları,
duraylılık ve gerilme etkisi yönünden en uygun durumları
oluşturur.Tabaka ve çatlakların yamaç dışına eğilimli olmaları en
tehlikeli durumu oluşturur. Yamaç dışına eğimli fakat dalgalanmalı
tabaka ve çatlak yüzeyi içeren süreksizlikler orta derece
tehlikeli yapıyı oluşturur.
Çatlaklarda suyun
bulunması, boşluk suyu basıncının ve kaldırma kuvvetinin
oluşmasına neden olur. Bu ise duraylılığı azaltan bir faktördür.
Duraylılığın azalması tünel için en önemli sorunlardan biridir.
2.1.7
Kıvrımların Etkisi
Doğada görülen
kıvrımların en belirginleri antiklinal ve senklinallerdir. Kıvrım
ekseni istikameti ile tünel doğrultusu arasındaki ilişki tünel
açma ve açılması esnasında değişik olaylarla karşılaşılır.
Tünel ve kıvrım
eksenlerinin birbirine dik olması durumunda duraylılık açısından
en uygunu, tabaka eğimlerinin, tünelin açılma yönünde olduğu
haldir (Tarhan, 1989).
Tünele etkiyen basınçlar: P1<P3<P2
(Tarhan, 1989)
Tünel ekseninin
antiklinal ya da senklinal ekseni ile kesim yerlerinde tünel
tavanına gelen basınçlar antiklinalde az, senklinallerde daha
çoktur. Buna karşılık antiklinaller kanatlarında çok, senklinal
kanatlarda daha azdır.
2.1.8 Su
Sorunu
Büyük hacim ve
serbest harekete sahip yer altı suları tünel açılmasında büyük
kazalara neden olmaktadır. Yeraltı su seviyesi altında açılan
tünellerde yer altı suyu tünel içinde hareket etmekte ve açılan
tünel drenaj galerisi gibi çalışmaya başlamaktadır. Tünelde
toplanan su ise çalışmayı önlemekte, bazı hallerde mal ve can
kaybına neden olmaktadır.Tünellerde su kayaçların içerdiği
çatlaklar, boşluklar ya da permeabilitesi yüksek kayaçlar boyunca
gelir. Özellikle sıkışma, şişme ve akıcı karakterli kayaçlar yer
altı, boşluk ve yüzey sularının etkisiyle tünellerde büyük
kazalara neden olurlar.
Suların kimyasal
bileşimi tünel desteklenmesinde kullanılan çelik ve beton üzerinde
etkili olmaktadır (Tarhan, 1989).Bazen açılmış tünellerde de su
sorunu bitmeyebilir. Bunun için mühendislik çalışmaları
geliştirilmiştir. Bu mühendislik çalışmalarından biride beton
kaplamanın arasına plastik malzemelerin yerleştirilmesiyle tünel
içerisine su girişinin önlenmesidir. Yurdumuzda da bunun bir
örneği Hasan Uğurlu Barajı’dır. Hasan Uğurlu Barajı yer altı
santrali giriş galerisi ve tünele su sızmasını önlemek amacıyla
beton kaplama içine yerleştirilen plastik malzeme (Tarhan, 1989).
2.1.9 Isı
Sorunu
Isı çalışmayı
güçleştiren etkenlerden biridir. Bu nedenle derinlerde açılan
tünellerde jeotermik gradyan nedeniyle ısının yüksek olacağı
bilinen bir gerçektir.Yerkabuğunda yapılan çalışmalar her 100 m
derinlik için ortalama sıcaklık artışının 1.8-3 0C
arasında değiştiğini göstermektedir. Ayrıca kayaçların
süreksizlerinden aşağıya süzülen ya da hareket halinde olan soğuk
sular sıcaklığı düşürür, buna karşılık termal sular sıcaklığı
yükseltir.
Tünellerde
sıcaklık sorununun çözümünde en etkin yol havalandırmadır.
Havalandırma hava basan ya da emen motorlarla (kompresör,
aspiratör v.b), düşey yada yan bacalarla sağlanır (Tarhan, 1989).
2.1.10 Gaz
sorunu
Tünellerde
atmosferi oluşturan karakteristik gazlar dışında değişik orijinli
çeşitli gazlarla karşılaşılabilir. Bu gazlar Karbondioksit (CO2),
Karbon monoksit (CO), Metan (CH4), Hidrojen Sülfür(H2S),
Kükürt dioksit (SO2), Su buharı (H2O) bazen Hidrojen
(H)’dir. Gazlar tünellerde çalışma koşullarını zorlaştırır.
2.2 ÇEVRE
SORUNLARI
Tünel açımı ve
açıldıktan sonra çevreyi etkileyen bir çok etmen vardır. Bu
etmenleri geniş ve kapsamlı bir şekilde incelemek adına 3’üncü
bölümde ayrıntılı olarak anlatılmıştır.
TÜNELLERDE KARŞILAŞILAN ÇEVRE SORUNLARI
3.1 Patlamadan
Oluşan Ses Gürültüsü ve Titreşim Hareketinin Çevreye Etkileri
Gürültüyü
tanımlayabilmek için sesin fiziksel niceliklerini ve işitme
konusuna değinmekte yarar vardır.
Ses : Sıvı,
katı, gaz cisim moleküllerinin hava basıncında yaptıkları
dalgalanmaların kulaktaki etkisinden oluşan bir duygudur.
Gürültü : Genel anlamda
istenmeyen ses olarak tanımlanır.
Fiziksel kavram
olarak ses ile gürültü olarak ses ile gürültü arasında bir fark
yoktur. Gürültü; “genellikle yapay olarak ortaya çıkan niteliği ve
niceliği bozulmuş istenmeyen seslerdir. Gürültü anlamlı bir
biçimde kişiden kişiye farklılık göstermeyen, en önemli etkisi ise
işitme üzerindeki etkisidir.” (N.A.Akçın 2002).
Patlamada oluşan
ses ve gürültü; patlatmada kullanılan patlayıcının patlatma
gücüne, patlama yapılan yerin yerleşim birimlerine olan uzaklığına
ve çevre kayaçların fiziksel özelliklerine bağlıdır.
Baran Bayuk
İnş.Müh.