1. GİRİŞ
Tünel,
Türk Standartları Endüstrisinin tarifine göre; yeraltında çeşitli kayaçlar
içinde inşa edilen giriş ve çıkışı olan, drenaj, kanalizasyon, su boruları,
kanal, demiryolu, karayolu, yaya yolu vs. geçişine imkan veren bir geçiş
yoludur. Galeri ise yeraltının istenilen yerine ulaşmak için açılan yatay veya
eğimli bir boşluk veya geçittir.
Dünyamız her geçen gün artan oranlarda
bir nüfus artışıyla karşı karşıya kalmaktadır. Buna paralel olarak insanların
ihtiyaçları ve sorunları da beraberinde getirmektedir. Nüfus artışına paralel
olarak şehirleşme hızla artmakta, bunun sonucunda da kentlerde yaşayan insan
populasyonu artmaktadır. Özellikle milyonlarca insanın beraberce yaşadıkları
metropollerde trafik ve çevre kirliliği gibi belli başlı sorunlar
nüksetmektedir. Ulaşımın hızlı olarak sağlanması, özellikle büyük şehirlerde
yer altı ulaşım sistemlerinin (metro) oluşturulmasıyla mümkün olmaktadır. Boş
alan azlığı ve çevre sorunlarının yaşanmadığı önceki yıllarda tünelcilik
sadece, zorlu dağ engellerini aşmak için düşünülürken günümüzde yer yokluğu ve
çevre etkisi daha kolay yöntemlerle (örneğin hafriyat) çözümlenebilecek
yapılarda bile insanları tünellere yöneltmektedir Ayrıca metropollerin önemli
sorunlarından biri olan kanalizasyon gibi alt yapı sorunları karşısında
sağlanan gelişmelerde de sevindirici olmaktadır.
Gün geçtikçe artan hammadde ihtiyacı
karşısında doğal kaynaklardan yararlanma
eğilimi ön plana çıkmaktadır. Gerekli olan hammadde ve doğal kaynaklara en
hızlı ve en ekonomik şekilde ulaşma ihtiyacı gündeme gelmektedir. Yeraltı
madenlerinin işletilmesinde çağdaş standartlara uygun olarak üretim
kapasitesinin arttırılması yönünde bir eğilim vardır. Bu da ancak mekanize
edilmiş yeraltı maden işletmelerinde gerçekçi bir uygulama sağlanırsa mümkündür.
Dünyada olduğu gibi ülkemizde de
enerji sorunun çözümünde varolan akarsu kaynaklarımız üzerinde yeni barajların
yapılması ile birlikte etkin ve hızlı bir ulaşımın sağlanması için gerekli olan
tünellerin açılmasında mekanizasyon yönünde bir tırmanış vardır.
Galeri ve tünel açmada yaşanan en son
teknolojik gelişmeler sayesinde hem madencilik alanında hemde inşaat
mühendisliği alanında çalışma hızı ve ekonomiklik dolayısıyla da verimlilik
artmaktadır.
Türkiye son yıllarda gerek kara ve
demir yolu tünelleri, metrolar, kanalizasyon gerekse doğal rezervlerimiz
açısından mekanizasyon çalışmaları için önemli bir potansiyel teşkil
etmektedir. Mekanize kazı sistemi 20. asrın son yarısından başlayarak bugüne
hızlı bir gelişme göstermiştir. Madencilik alanında yüksek üretim kapasitesine
erişmek ve yapı endüstrisinde ise daha kısa zamanda daha duraylı tünellerin
açımında uygulanan mekanize kazı sistemleriyle normal koşullarda diğer klasik
yöntemlere oranla daha yararlı olmaktadır.
2.
TARİHSEL GELİŞİM
En eski tüneller günümüzden 3000 yıl
kadar önce değerli metallerin araştırılması amacıyla Babilliler ve Aztekler
tarafından Hindistan, Mısır ve Mezopotamya ‘da inşa edilmiştir. Yaklaşık olarak 19. yüzyıla gelininceye değin
sert kayadaki tüneller arında ateş yakılarak kaya ısıtıldıktan sonra oluşan
sıcak yüzeye su ve sirke püskürtülmesi esasına dayanılarak kazılmaktaydı. Bu
yolla elde edilen ilerleme miktarı yaklaşık olarak haftada 1 metreydi.
Yeryüzünde ilk tünel M.Ö. 4000
yıllarında Babil şehri yakınlarında, Fırat nehrinin altında açıldığı
söylenmektedir. İnşa edilen bu tünel 3.5x4.5 çapında ve 1 km. uzunluktadır.
Sonraki dönemlerde galeri açmanın bir
savaş tekniği olarak da kullanıldığı görülmektedir. Surların aşılabilmesi için
altlarında galerilerin kazma ve kürek vasıtasıyla açıldığı bilinmektedir.
Mısırlılar ve Romalılar da ağırlıklı
olarak su nakletmek amacıyla tüneller açmışlardır.
Barutun icat edilmesiyle beraber birçok alanlarda gelişmeler olmasına
rağmen tünelciliğe uzun süre bir yararı olmamıştır.
Tünel işlerinde önem arz eden bir
gelişme 1823 – 1843 yılları arasında
Thames nehri altında açılan tünel sebebiyle olmuştur. Bu tünelin önemi
Fransız mühendis Brunel ‘in patentini aldığı Bukliye (kalkan) metodunu ilk kez
burada uygulamasından kaynaklanmaktadır. Bu 4.20 m ve 4.80 m çaplarında ikiz
tünel olup halen kullanılmaktadır.
1830 yılında Lord Cohrane ‘da sulu
zeminlerde kuyu ve galeri açmada kullanılabilecek, basınçlı havadan istifade
ederek uygulanabilecek yöntemine ait patenti almıştır.
Büyük tünellerin artışının gözlenmesi
demiryollarının gelişimine paralel olarak gerçekleşmiştir. İlk demiryolu tüneli
Fransa’da St.Etienne – Terre Noire
hattında 1826 yılında gerçekleştirilmiştir.
1868 yılında New York metrosu Amerika
kıtasının ilk yeraltı demiryolu ulaşım
sistemi olarak hizmete açılmıştır. İlk yeraltı demiryolu ise Türkiye ‘de 1874 yılında Galata – Pera
arasında hizmete açılmıştır.
Avrupa’nın gerçekleştirdiği büyük
projelerden biriside Manş tünelinin altından tünel inşasıyla geçilmesidir. 1987
‘de başlayıp 1993 yılında tamamlanan, 50.5 km. uzunluğunda, deniz yüzeyinin 100
m, deniz tabanınınsa 40 m altındaki
tünelin maliyeti günümüz rakamlarıyla 648 trilyon liradır.
3. GELENEKSEL YÖNTEMLERLE GALERİ VE
TÜNEL AÇMA
3.1. Hidrolik Kırıcılar
Hidrolik maden ve inşaat mühendisliğinin uğraşı
alanındaki bir çok işlerde kullanılabilir. Tünel açma faaliyetlerinde de
hidrolik kırıcılar özellikle jeolojik
süreksizliklerin yoğunlaştığı formasyonlarda galeri sürülmesi işlerinde
kullanılırlar.
Modern hidrolik kırıcıların yapıları oldukça
basittir. Serbest hareket eden piston darbe enerjisini, çok kısa bir sürede
gerekli hacımdaki yağı sağlayan bir akümülatörden alır. Bu akümülatör devamlı
olarak hidrolik pompa yardımı ile şarj edilir. Hidrolik kırıcıların bir
avantajı da herhangi bir ekskavatöre monte edilebilir olmalarıdır.
Hidrolik kırıcılardaki piston ile kırıcı uç arasında
darbe enerjisini ileten bir yağ yastığı vardır. Bu yastık, kırıcı uçta aşırı
stres birikmelerini önleyerek yüksek darbe hızlarını mümkün kılar. Pistondaki
kinetik enerji yağda gerilme enerjisine dönüşür, yağda basınç yükselir ve
kırıcı uç ileri giderken biriken basınç tekrar kinetik enerjiye dönüşür. Eski
tip pnömatik kırıcılarda darbe enerjisinin piston ağırlığına oranı 2 iken, bu
oran hidrolik kırıcılarda 8 ‘e yükselmiştir. Bu nedenle hidrolik kırıcılar,
pnömatik kırıcılara oranla 20 defa daha güçlü olabilmektedir.
Çizelge
3.1. Galeri sürmede kullanılan bazı hidrolik kırıcılara ait teknik özellikler
Firma
Adı
|
Tipi
|
Darbe En. (J)
|
Darbe (Dak)
|
Ağırlık (kg)
|
Hidrolik Debi (lt/dak)
|
Hidrolik Basınç (kg/cm2)
|
Nitrojen/Gaz Basıncı
|
|
Ingersoll Rand
|
G500 G1100
|
680 1900
|
135-600 60-600
|
220 33
|
54,5‘e kadar 163 ‘e kadar
|
13,8 13,8
|
Gaz Basıncı=1/2 yağ basıncı 96
kg/cm2
|
|
Krupp
|
Hm200 Hm600
|
540 18530
|
700 450
|
240 550
|
55 70-90
|
12-15 13-16
|
Dış Akümülatör
|
|
Shand
|
-
|
2350
|
180
|
500
|
60
|
Kas.14
|
69 kg/cm2
|
|
Montabert
|
SRH 500
|
2000
|
350-450
|
475
|
60-170
|
6,5-13
|
İç Akümülatör
|
|
Gullick Dobson
|
-
|
4070
|
600
|
700
|
185
|
16,6
|
4.1-5.5 kg/cm2
|
|
3.2.
Galeri Sürülmesi Amacı İle Kullanılan Hidrolik Kırıcılar
Bunlar
genelde bir paletli aracın üzerine monte edilmiş haldedirler. Operatörün
arındaki jeolojik süreksizlikleri görüp, gerektiği yerlere kırıcı ucu
yöneltmesi kazı verimini oldukça artırmaktadır. Masif formasyonlarda pek
uygulama alanı bulamamıştır. Genelde galeri açma makinelerine nazaran % 50
ucuzdur ve kazı sırasında açığa çıkan toz miktarı da minimumdur. Buna rağmen
çok zayıf formasyonlarda, ucun formasyonu kırmadan arına gömülmesi
kullanılmaları konusunda bazı tereddütler yaratmıştır. İngiliz kömür ocaklarında
1965 senesinden beri uygulama alanları aranmışsa da gelişme istenildiği gibi
olmamıştır.
3.3.
Delme ve Patlatma
Delme –
Patlatma yöntemi madencilik alanındaki tüm gelişmelere rağmen bazı
avantajlarından dolayı bir çok maden işletmesinde kullanılmaktadır. Patlayıcı
maddenin anlamı belirli şartlar altında aniden yanarak veya patlayarak ayrışan
ve gaz haline dönerek yüksek basınç oluşturan kimyasal bileşimler veya
karışımlar anlaşılır.
Patlayıcı
maddelerle kayaçların kazılmasında kayaç içerisine patlayıcı maddelerin
konulacağı deliklerin açılması gerekmektedir. Deliklerin açılmasında patlayıcının etkisinin artması
için delik ağız kısmının dar dip kısmının ise geniş olması fazla patlayıcı
yerleştirilmesi açısından gerekmektedir.
Patlayıcı madde yerleşiminden sonra üzeri etkinin artırılması için sıkılanır.
Sonra ateşleme sistemi kurularak patlatmaya geçilir.
Patlayıcı
maddelerin güvenlik açısından kullanımı ve saklanması esnasında bilinip dikkat
edilmesi gereken bazı hususlar vardır. Çünkü bir işletmede ancak 1 – 2 ay
yetecek kadar patlayıcı bulundurulması gerekir. Patlayıcı maddenin darbe ve
sürtünmeye karşı olan duyarlılığına saklanması sırasında dikkat edilmelidir.
Patlayıcı maddelerin kıvılcım ve alev etkisiyle ateş alabilme özelliklerine
karşı yer altı depolama noktaları özenle seçilmelidir. Kullanımı sırasında
delikler içerisine konulacak patlayıcı miktarı ve yüzdeleri, patlayıcının
kayaçtan parça koparma miktarına göre
özenle seçilmelidir. Patlayıcı maddenin suya karşı dayanımına da dikkat edilmelidir.
Çünkü patlayıcı madenin su içinde veya ıslak yerlerde patlatılma zorunluluğu
varsa buna uygun ambalajlı olmalı ayrıca depolama alanında su ve neme dikkat
edilmelidir. Dona karşı duyarlılıkta önemlidir. Soğuk iklimin hakim sürdüğü
yerlerde don olayı meydana gelirse patlayıcı madde patlama özelliğini
kaybettiği gibi duyarlılığı artmakta ve kullanımı sırasında tehlikede arz
etmektedir. Patlatma işlemi sırasında açığa çıkan CO ve NO2 gibi
zehirli gazlarda özellikle yer altı işletmeleri için dikkat edilmesi
gerekmektedir.
Patlayıcı
madde ile kazının bazı avantaj ve dezavantajları vardır. Avantajları ; Büyük
miktarlarda ilk yatırım masrafı
gerektirmez. Piyasadan temin edilebilmesi hızlı ve kolaydır. Makine ile
kazıdaki gibi enerji ve güç teminine ihtiyaç yoktur. Dezavantajları ise ;
üretimin kesikli olarak yapılabilmesidir. Metan tehlikesi olan işletmelerde
kullanılamaz. Emniyetli değildir. Galeri iç cidarlarında fazla kırık çatlak
yapısı geliştiğinden iyi bir tahkimata gerek vardır. fazla söküm dolayısıyla
pasa nakli artmıştır. İlerleme hızı düşüktür. Yerleşim bölgelerinde açılan
tünelcilik faaliyetlerinde kullanımı sakıncalı olmaktadır.
4. MEKANİZE
YÖNTEMLERLE GALERİ VE TÜNEL AÇMA
4.1. Galeri
Açma Makineleri
4.1.1. Galeri Açma Makinelerine Genel Bir
Bakış
Galeri
açma makinelerinden anlaşılan, kazı işini yapıp, pasa ‘yı uygun bir nakliyat donanımına veren ve
kendiliğinden ileri doğru hareket eden makineler anlaşılır.
Galeri açma makineleri ilk olarak
1950 ’li yıllarda kömürün kazımı için Macarlar tarafından f2 modeli olarak
tasarlanmış ve kömür madenlerinde kullanılmıştır. Daha sonra Ruslar bu makineleri geliştirerek
Pk modeli GAM ’ni üretmişlerdir. Batı Avrupa’da kullanılan ilk makineler ise
1961 ‘de İngiliz Kömür İşletmelerince
Sovyetler Birliğinden ithal edilen PK3 ‘ler dir. Daha sonraki yıllarda
İngilizler, mekanik ve hidrolik sistemi daha gelişmiş makineleri
tasarlandırmışlar ve Dosco adıyla üretmeye başlamışlardır. Son 50 yılda makine
ağırlığı, boyutları ve kesici kafa motor gücü, bum dizaynı kazılan malzemenin
yüklenme sistemi, hidrolik ve elektrik sisteminde gelişmeler, kesici uçların
metalürjik gelişmeleri ve uzaktan komuta ve otomasyon gibi birçok bölümünde
teknolojik gelişmeler yaşanarak bugünkü seviyesine gelmiştir.
Makine ağırlıkları 150 ton ’a
ulaşmış durumdadır. Bu makinelerle daha sert kayaç formasyonlarında yüksek itme
kuvveti oluşturulmaktadır. Kesici kafa motor gücü 550 kW ’a kadar ulaşmış
durumdadır. Sabit durulan bir noktadan, 100 m2 kesitli bir galeri
kazımı yapılabilmektedir.
Ağır galeri açma makineleri 120
MPa ‘a kadar ki kayaçlarda ekonomik olarak kullanılabilmekte ve düşük RQD
değeri içeren tabakalı veya çatlaklı basınç dayanımı 160 MPa’ a kadar olan
kayaçları da kazabilmektedir. Eğer kayaç çok abrasiv özellikli ise uç tüketim
değeri 1 adet/m3’ den fazladır. Kayacın içinde bulunan silis
içeriğinin artması GAM ’nin performansını oldukça düşürmektedir.
GAM ile çeşitli galeri
kesitlerinde (atnalı, dikdörtgen vb.) ve eğimlerde (20o’ ye kadar
nadiren 30o) çalışılabilmekte ve 90o ’ye varan dönüşlerde
rahatlıkla çalışılabilmektedir.
Galeri
açma makineleri (GAM) makine tipi (paletli, şiltli), makine ağırlığı, kesici
kafa tipi, kesici kafa gücü, kesici kafanın geometrik yapısı, bum tipi (tek,
çift, tamburlu) ve diğer yardımcı ekipmanlardan (lazer ünitesi, uç soğutma
sistemi ve toz bastırma sistemi, vb.) oluşmaktadır.
4.1.2.
Galeri Açma Makinelerinin Ana Üniteleri
Bum tipi galeri açma makineleri
(GAM) bum, kesici kafa, kesici uçlar, yükleme ünitesi olmak üzere 4 bölümden
oluşmaktadır.
4.1.2.1. Bum
Galeri açma makineleri sabit veya teleskobik bum ’lu
olabilmektedir. Teleskobik bum özellikle yumuşak tabanlarda avantajlı olmakta,
kılavuz kazı sırasında makineyi yürütmeden, teleskobik bum ile kılavuz kazının
yapılması mümkün olmaktadır.
4.1.2.2. Kesici Kafa
Bum tipi galeri açma makinelerini bum eksenine
paralel (BEP) (Axial) ve bum eksenine dik
(BED) (Transverse) GAM olmak üzere ikiye ayrılmaktadır.
4.1.2.3. Kesici Uçlar
Galeri açma
makinelerinde genellikle üç ayrı tipte kesici uç kullanılmaktadır. Bunlar,
kömürler ve yumuşak kayaçlar için kullanılan radyal uçlar, orta sertlikte
kayaçlar ve kömürler için kullanılan ileri atımlı uçlar ve sert ve aşındırıcı
kayaçlar için kullanılan yuvasında dönebilen, ileri atımlı kalem uçlardır.
GAM ’nde
kullanılan kalem uçlar yüksek dayanımlı kayaçları kazabilecek şekilde imal
edilmişlerdir. Karbit üzerindeki etkileri ve uçta sıcaklık oluşumundan dolayı
yüksek silis içerikli dayanımı yüksek kayaçların kazılmasını sınırlamaktadır.
Tungsten karbitin kobalt içeriği, uçlardaki sıcaklığın etkisini azaltmakta ve
uç sağlamlığını arttırmaktadır. Kesme işlemi boyunca oluşan sıcaklık ve toz
miktarını azaltan daha fazla kesme verimini sağlayan uç şekilleri
geliştirilmektedir.
Küçük disk çapların,
polikristalin elmaslarda ve karbitlerdeki son gelişmeler daha verimli kesme
sağlamaktadır.
4.1.2.4. Yükleme Ünitesi
Galeri açma makinelerinde kazılan malzemeyi yüklemek
üzere makine önünde bir yükleme ve taşıma ünitesi mevcuttur. GAM ’nin tipine
göre, paletli konveyör, çift zincirli paletler, yıldız çarklar, yengeç kolları,
yükleyici kollu, yükleyici diskli veya yükleyici kanatlı gibi çeşitleri
bulunmaktadır. Yengeç kollar kaba ve iri malzemelere uygunken yıldız çarklar
ince malzemelerin yüklemesinde kullanılırlar. Zincirli paletler ise her iki
koşulda kullanılmaktadır.
4.1.3. Galeri Açma Makinelerinin Tipleri
4.1.3.1. Bum Eksenine Paralel Galeri Açma
Makineleri
Bu
tip GAM ’nde kesici kafa küçüktür ve selektif kazı işine daha uygundurlar. Ana
kesme kuvveti yanlara doğru uygulanmakta olup, kesilen malzeme arına paralel
olarak atılmaktadır. BEP makinelerde kesici kafalar silindirik, konik, küresel
veya bunların kombinasyonları biçiminde olabilmektedir.
Silindirik
ve küresel kafaların bir diğer dezavantajı da kesici kafayla sağa sola doğru
yapılan kesme işlemi sırasında yan mahmuzlar galeri yan duvarına
erişemediğinden tam bir güç alamaz. Ayrıca kesilen malzeme yana doğru
atılacağından tekrar yüklenmesi gerekir ve buda zaman kaybına neden olur.
4.1.3.2. Bum Eksenine Dik Galeri Açma
Makineleri
Bu
makinelerde alına paralel bir eksen etrafında dönen tek veya çift kafa
bulunmaktadır. Ana kesme kuvveti yukarıdan aşağıya doğru kafanın dönüşü ile
sağlanmakta, buna bumun aşağı doğru uyguladığı hidrolik güç yardımcı
olmaktadır. Kesilen malzemenin büyük çoğunluğu ( % 80 ‘i ) doğrudan öndeki
yükleyicinin üzerine atılmaktadır.
Bum eksenine dik galeri açma makinelerinin
bazı dezavantajları vardır. Bunlar kesim esnasında galeri içi cidarında dalgalı
bir kesit oluştururlar. Bunun ise sakıncalı yönleri vardır. Öncelikle makine paletleri
yüzeye tam oturmamasından dolayı zorlanır ve vibrasyon yani titreşim artar. Bu
makinede arızalara neden olur. Oluşan dalgalı kesitte uç noktalara gelen yükler
ve dolayısıyla tahkimat üzerine binen yükler artmaktadır. Tünel açmada gereksiz
bir yüzey açılmış olacağından fazladan bir maliyet getirecektir. Ayrıca bu
kazılan fazla alanda çimentolanması gerekeceğinden yine maliyeti artırıcı bir
etkisi olacaktır.
4.1.3.3. Tamburlu Galeri Açma Makineleri
Bu
makinelerdeki çalışma sistemi ise buma monte edilmiş silindirik tambur
üzerindeki kesici uçlar vasıtasıyla açılacak galeri yüzeyi aşağıdan yukarı yada
yukarıdan aşağıya doğru tek seferde silindirik tamburun genişliği kadar
taranarak gerçekleştirilmektedir. Kesilen malzeme yine öndeki yükleyiciye
atılmaktadır.
4.1.3.4. Çift Bumlu Galeri Açma Makineleri
Çift
bumlu galeri açma makinelerinin çalışma prensibi bum eksenine paralel galeri
açma makineleri gibidir. Bu makinelerde bir yerine iki adet bum ve kesici kafa
ünitesi vardır. Yani her iki kesici kafada bum eksenine paraleldir. Bu
makineler daha ağır olmakta ve dolayısıyla toplam güç ve kesici kafa gücü de
fazla olmaktadır.
4.1.4.
Kesici
Uçlarda Yüksek Su Jeti Kullanan Makineler
Galeri açma makinelerinin kesme
performansını arttırmak amacıyla kesici uçlarla birlikte yüksek basınçlı su
jeti kullanan makineler mevcuttur. Su jetinin kullanım avantajları;
a-
Daha az kesme kuvveti gerektirmesi, daha sert
kayaçların kesilebilmesi,
b-
Kesme hızında artış,
c-
Toz oluşumunda azalma,
d-
Kıvılcım oluşunun önlenmesi,
e-
Kesici uç aşınmasında azalma, daha uzun ömür
4.1.5. Galeri Açma Makinelerinin Kazı
Verimini Etkileyen Parametreler
4.1.5.1. Makineye Bağlı Özellikler
1.
Makinenin gücü, ağırlığı ve stabilitesi
2.
Kesme kafasının tipi ve geometrisi
3.
Pasa toplama ve taşıma kapasitesi
4.1.5.2. Çalışılan Yer ve Şantiyeye Bağlı Özellikler
1.
Galeri boyutu, şekli, eğimi ve uzunluğu
2.
Tahkimat şekli
3.
Havalandırma imkanları
4.
Standart hizmetler, güç ve su temini gibi
5.
Pasa nakliye sistemi
6.
Çalışma vardiya sayısı, çalışılabilir zamanın uzunluğu
7.
Verimlilik teşviki
8.
Kazı ekibinin tecrübesi
4.1.5.3. Makine Bakım Özellikleri
1.
Makinenin kullanım yaşı ve durumu
2.
Makineden faydalanma oranı
3.
Bakımın uygun ve planlandığı şekilde yapılması
4.
Bakım ekibinin iş tecrübesi
5.
Yedek parça temini
6.
Gerektiğinde aşınmış uçların değiştirilmesi
4.1.5.4. Kazılan Formasyonun Özelliği
1.
Sertliği
2.
Kırılganlığı
3.
Aşındırıcılığı
4.
Mineralojisi
5.
Jeolojik süreksizlikler
6.
Tabakaların ve şistozitenin kazı yönüne göre eğim ve
doğrultusu
4.1.6. Geleneksel Metotlarla Kazı ile
Galeri Açma Makineleriyle Kazının Karşılaştırılması
İlerleme
hızının önemi kadar önemli olan diğer bir hususta galerinin sürülme masrafıdır.
1970 yılında Dortmunder Madencilik isimli bir şirket makine ile açılan bir
galeri ile klasik yolla sürülen ( yani patlayıcı madde ve hidrolik yükleyicinin
bulunduğu ) bir galeri ile masraflar bakımından karşılaştırmıştır. Klasik
yollardan 5 ayda sürülen galeri 428 m
olmuş ve burada ortalama 1762 DM/m lik’ bir maliyete mal olmuştur. Buna
karşılık 4 ayda firmaya ait Eickhoff EV 100 modeli ile açılan 397 m ‘lik galeri
maliyeti ortalama 1298 DM/m lik bir maliyetle bitmiştir.böylece makine ile
galeri açma klasik yolla galeri açmanın ancak 2/3 üne mal olmuş
bulunmaktadır.
Çizelge 4.1. Dinamitleme Yoluyla
ve Continuous Miner ile Galeri Açmanın Karşılaştırılması
Aynı Damarda
|
Başka Damarda
|
|||
CM Dinamitleme (YM yok)
|
CM Dinamitleme (Oran)
|
Dinamitleme (YM var)
|
CM (YM var)
|
|
İlerleme (m/gün)
|
22 4,4
|
5
|
4,5
|
5
|
Kazı randımanı (fm3/yevm)
|
3,2 1,1
|
3
|
2,5
|
1,3
|
İşletme masrafları (DM/fm3)
|
32 78
|
0,4
|
57
|
0,56
|
CM=Continuous Miner ;
YM=Yükleme Makinesi
Çizelgedeki
değerlerden göz önüne alınan durumlar için Continuous Miner ile elde edilen
ilerlemenin dinamitle ilerleme yöntemine nazaran (masraflar sadece %40) 5 defa
daha fazla olduğu anlaşılmaktadır.
4.1.7. Galeri Açma Makineleri Hakkında
Genel Bir Değerlendirme
Son
40 sene içinde büyük gelişim gösteren bu makineler gittikçe artan bir sayıda
kullanılmaya başlanmış ve günümüzde de yalnızca madencilikte değil inşaat
mühendisliği alanında da yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu makineler düşük
dayanımlı kayaçlardan orta sert dayanıma kadar olan formasyonlarda
kullanılmaktadır. Kanalizasyon, ulaşım ve benzeri amaçlarla tünel ve kanal
açılması ihtiyacı, bu işlerle uğraşan müteahhit firmalarını, bugüne kadar
sadece madenciliğe mahsus olan “yumuşak ve sert taşlarda galeri açma problemi”
ile karşı karşıya bırakmıştır. Bunun sonucu olarak çok yakın zamanlarda da,
özellikle inşaat mühendisliği açısından, gene en sert taşları bile delip geçmek
için “sert kayaç makineleri” nin gelişimi kaçınılmaz bir zorunluluk olarak
ortaya çıkmış bulunmaktadır. Ayrıca bu makinelerle galeri ilerleme randımanı
artmış, galeri açma maliyeti de azalmıştır. Yine direkt makineye bağlı
olmamakla birlikte bir diğer üstünlüğü de nakliye, havalandırma, su atımı vs.
gibi çeşitli donanımların bir yeni kullanma alanı için daha çabuk serbest
kalmaları, dolayısıyla onlara yatırılan sermayeden çok daha iyi yararlanabilme
olanağının doğmuş olmasıdır.
Madencilik
için “sahanın çabuk açılması, yeni işletme yerlerinin çabucak tesisi ve geri
dönüş galerilerinin işletme başlayıncaya kadar olan muhafazası zamanının
kısalması” gibi ilave bazı yararlar daha vardır.
Ekonomik
üstünlüklerinin yanı sıra tünel açılması işlerinde, patlayıcı madde ile
yapılacak bir çalışmanın mümkün olmadığı yerler ile meskun mahallerin altına
isabet eden az derin kısımlarda, tünel ve kanal açma işlerinde Galeri Açma
Makinelerinin kullanılması adeta bir zorunluluk haline gelmektedir. Dolayısıyla
patlayıcı madde kullanılmasındaki bütün emniyet tedbirlerine de gerek kalmamaktadır. Bunun yanında galeri
duvarlarını düzgün açması da önemli bir üstünlüktür. Ayrıca galeri açma
makinelerinin bir diğer önemli avantajı da dinamitleme yöntemindeki kaçınılmaz
olan arazi çatlatılmasının meydana gelmeyişi ve galeri yüzeyinin çok daha
düzgün bir şekilde açılabilmesidir. Bunların sonucunda tahkimat işi hafifler ve
yapımı da kolaylaşır.
Galeri
açma makinelerini tam kesit ve kısmi kesitli diye ikiye ayıracak olursak tam
kesit galeri açma makinelerinde bütün aynanın aynı anda kazılması prensibinin
gereği olarak bu makinelerde keskiler tüm galeri yüzeyini kavrayacak şekilde
dizayn edilmişlerdir. Bunun bazı dezavantajları vardır. Artık aynaya yanaşmak
mümkün değildir, dolayısıyla keskilerin değiştirilmesi zorlaşmıştır ve tahkimat
ancak makineyi takiben arka kısımda yapılabilmektedir.
Kısmi
kesitli makinelerde ise makine genişliği galeri kesitinin sadece bir kısmını
işgal ettiği için kazı yapılan galeri yüzeyine kolayca ulaşılabilmekte,
keskiler değiştirilebilmekte ve tahkimat makinenin yan kısmında, gereğinde
aynaya kadar yapılabilmektedir. Paletli yürüme düzenine sahip kısmi kesit açma
makineleri genellikle tahkimatı da yapılmış olan galeride, demontaj etmeye
gerek kalmadan geriye doğru hareket edebilmektedir.
Galeri
açma makinelerinde dikkat edilmesi gereken diğer bir önemli noktada
çalışılmakta olan galerinin eğimidir. Eğimin artması makinenin açılmakta olan
galeri yüzeyine uygulayabileceği baskı kuvvetini artırır yada azaltır.
Yeraltında eğim aşağıya doğru ise makinenin kesme performansı uygulayacağı
baskı kuvvetinin artmasından dolayı artacaktır. Tam tersi durum içinse fizik
kurallarından ötürü baskı kuvveti düşecektir ve kazı performansı da düşecektir.
Ayrıca bu sorun kesici kafanın geometrisinin bozulması yönünde de etkide
bulunacaktır.
Bu
alanda kullanılan makinelerin çok özel yapıda olması ve ülke genelinde az
sayıda bulunması vb. nedenlerle mesleğin icrası için özel eğitim gerekmektedir.
Bu meslekte kullanılan makine ve ekipmanların üretimi ülkemizde
gerçekleştirilmemektedir. Bu nedenle kullanılan makine ve ekipmanlar ithal
edilmekte, teknoloji kullanımı bakımından bu alanda ileri sayılan ülkeler
seviyesine yakın bir çalışma standardı izlenmektedir.
Teknolojik
gelişmeler bu mesleği de doğrudan etkilemekte, iş güvenliği, kalite ve
verimliliği artırmaktadır. Teknolojik yenilikler sonucu ortaya çıkan yeni
malzeme, alet ve makine kullanımının bilinçli bir şekilde çalışanlara
aktarılması ve eğitim yoluyla niteliklerinin yükseltilmesi giderek önem
kazanmaktadır.
4.2. Tünel
Açma Makinelerine Genel Bir Bakış
2 – 12 m
arasında değişen çaplarda kazı yapabilecek şekilde tasarlanmışlardır. Bazı özel
genişletme makineleri 3 m çaplı pilot kazı deliğini 15 m çaplı hale
getirebilecek şekilde tasarlanmıştır. Bu makinelerin uzunlukları 12 – 25 m
arasındadır. TAM 3 ana bölümden oluşur. Kuyruk kısmı, gövde kısmı ve yüz
kısmıdır. Kuyruk bölümü; kaplama tesisi için, konveyör tesisi için, platform
için gerekli olan kaldırma kollarını içermektedir. Gövde bölümü; operatör
çemberi, hidrolik ve elektrikli sistemleri, motorlar, jeneratörler, dişli
sistemi ve çalışma platformu gibi üniteleri içermektedir. Kesici kafada değişik
formasyonlar için farklı kesici uçlar kullanılmaktadır. Kesici tipte uçlar ve
dişler yumuşak tip formasyonların kazılmasında kullanılmaktadır. Disk tipte
keskiler tüm kayaç türlerinde ki kazılarda kullanılabilmektedir. Dış gövde,
makinenin yapısına göre sayısı 2 – 8 arasında değişen demirleme ayakları taşır.
Bu ayaklar kazı esnasında makineyi yerinde tutmakta ve sağ – sol yapmayı
ayarlamaktadır. Ayrıca üst tarafında kazılmış olan malzemeyi arkaya nakleden
bir bant bulunmaktadır. TAM ‘i üzerinde lazerli yön verme sistemleri ; kazı
sırasında birçok makine parametresinin izlenmesine olanak veren izleme ve veri
transferi sistemleri ile makine performansını otomatik olarak optimize eden PLC
sistemleri kullanılmaktadır.
Tünel açma makinelerinin genellikle, metro, otoyol,
demiryolu tüneli inşaatları ve maden ocağı galerileri yapımında büyük ölçekli
işletmelerce kullanıldığı gözlenmektedir. Türkiye’de bu alanlardaki gelişme ve
yatırımlar devam etmektedir.
Tünel Açma
Makinelerinin (TAM) ilk uygulamaları ise roadheader ‘lardan sonra olmuştur.
1970 ‘lerden sonra teknolojik gelişmelerin bir sonucu olarak TAM ‘nin
performansları senelere bağlı olarak artmaktadır. TAM bugün en sert
formasyonlarda bile başarıyla kullanılmaktadır. Basınç dayanımı 2500 kg/cm2
olan bir granit formasyonunda, 7 m çapında bir makine günde kolaylıkla 8-9 m
‘lik kazı hızlarına ulaşabilmektedir.
İngiltere kömür
ocaklarında yapılan mukayeseli bir çalışma da, klasik yöntemle açılan bir
galerinin maliyetinin tam cepheli bir tünel açma makinesi ile açılan galeri
maliyetinin hemen hemen aynısı olduğunu göstermiştir, buna rağmen mekanize kazı
hızı 3 misli daha fazla olmuştur.
Tünel Açma
Makinelerinde elektrik ve hidrolik donanımların kumanda aletleri operatör
mevkiinde toplu halde bulunmaktadır. Makineyi burada idare etmek için bir işçi
yeterli olmaktadır. Bu büyük makinelerin yönsel idareleri önceleri çok zordu.
Ancak şimdi “Lazer Işınları” sayesinde artık çok büyük uzunluktaki galeri
sürülmesinde ve kurba (Dönemeç yada Viraj) olan hallerde bile, santimetrelerle
ölçülebilecek kadar büyük bir hassasiyetle yönsel idare mümkün olabilmektedir.
Bugün bir
roadheader ‘ın fiyatı kullanılma durumuna, güç ve ağırlığına bağlı olarak
700.000 $ ile 2.000.000 $ arasında, TBM ‘nin fiyatı ise 2.000.000 $ ile
8.000.000 $ arasında değişmektedir.
4.2.1. Tünel Açma Makinelerinin
Sınıflandırılması
4.2.1.1 Tünel Açma Makinelerinin Çaplarına
Göre Sınıflandırılması
4.2.1.1.1. Tünel Açma Makineleri
Çapı 3,7 m ‘den
fazla olan tünellerin açılmasında kullanılır.
4.2.1.1.2. Mini Tünel Açma Makineleri
Mini TBM ‘ler
ilk olarak tek eksenli basma dayanımı 117 mPa ile 207 mPa arasında olan bir
kayada 2,1 m çapında bir tünelin açılmasında kullanılmışlardır. Mini TBM ‘ ler,
yatayda 30 ila 45 arasındaki açılarda 1,5 m ile 3,7 m çaplı tünellerin
açılmasında kullanılırlar. Bu tüneller genel olarak, ana tünellere çeşitli
açılarda başlanan yan tünellerdir.
4.2.1.1.3. Mikro Tünel Açma Makineleri
Micro tünel açma
makineleri, yumuşak zeminlerde su, lağım, elektrik ve telefon kanallarının
açılması için geliştirilmişlerdir. Bununla birlikte, sert ve orta sert
kayalarda gerçekleştirilmesi düşünülen madencilik ve tünelcilik uygulamalarında
da kullanılabilen makineler geliştirilmiştir. Tam cepheli kazı yapan, çapı 1,5
m den küçük olan, bir yeraltı açıklığını bir diğer yeraltı açıklığı ile veya
yüzeyle birleştirilen kazı makineleri micro tünel açma makineleri olarak
adlandırılmaktadır. Yeni geliştirilen BorPak sisteminde tahrik ve itme sistemi
başyukarı içinde kesici kafa üzerinde bulunmaktadır. Alt kotta bulunan kesici
kafa, üst kota doğru 450 ‘den büyük açılarda kazı yapar. Makine
içinde, kazılan malzemenin alt kota aktarıldığı bir boşluk bulunmaktadır. Bu
makinelerin havalandırma başyukarı, cevher nakliye kuyuları, kaçış yolları ve
su drenaj galerilerinin açılmasında kullanılmaları planlanmaktadır.
4.2.2. Tünel Açma Makinelerinin Avantaj ve Dezavantajları
Bu mekanize
sistemin avantajlarından, kazı, pasa nakliyesi ve tahkimat sistemlerinin
birbirinden bağımsız olarak tam otomasyon şeklinde sürekli yapılabilmesidir.
TAM ‘nin asıl
avantajı makine tarafından açılan yuvarlak ve düzgün kesittir. Bu kesitler çok
sağlamdırlar ve dolayısıyla ya tahkimat hiç ihtiyaç göstermezler ya da çok az
bir tahkimat gerektirirler.
TAM bir diğer avantajı da ; galerinin yan
duvarlarına karşı basit bir şekilde tespit edilebilmeleri ve böylece aynada
çalışan keskilerin dönme momenti ve itme kuvvetinden dolayı meydana gelen
reaksiyon kuvvetlerini alabilmeleridir. Bu durum bilhassa sert kayaçların
kazılmasında çok önemli bir faktördür. Dolayısıyla sert kayaçlarda açılacak
galeriler için en uygun makine tipidir.
Mekanize kazı
sistemlerinin, delme – patlatma yöntemine nazaran en önemli avantajlarından
biri, kayaç formasyonlarının kırılıp çatlamaması ve aşırı sökülmenin en az
olmasıdır. Buna bağlı olarak tahkimat masrafları önemli ölçüde azalmaktadır. Yine
delme – patlatmaya oranla sessiz işlem yapabilme özelliğinden dolayı oluşan
titreşimlerin çok düşük seviyede olması avantajlarından birisi olmaktadır.
TAM ve
roadheader ‘ların avantajları ; hızlı kazı hızı, emniyet, sürekli pasa nakli ve
tahkimat sistemlerinin kullanılabilmesi ve havalandırma kolaylığıdır. Uniform
ebatlı pasa çıkması bu pasanın dolgu, agrega olarak muhtelif işlerde
kullanılabilmesine imkan vermektedir. Daha az sayıda çalışacak personel
gerekliliği, dolayısıyla maliyet düşüşü önemli olmaktadır.( Her vardiyada
yaklaşık olarak 5 – 12 personel yeterli olamktadır.)
TAM ‘nin
dezavantajı ise belirli bir çap içinde kesim işlemi yapabilmeleri ve bu çapın
çok az değiştirilebilir olmasıdır. İlk açılan galeride makinenin amortismanını
sağlamadığı durumlarda alıcı firmalar için bu bir risk demektir. Çünkü açılacak
ikinci bir galerinin boyutları bilinmemektedir. Bu makineler için diğer
dezavantajlar ise ; kazı yapılan galeri yüzeyinin artık insan için ulaşılabilir
durumda olmamasıdır ki buda keski değişimleri için çok önemlidir. Tahkimatın
ancak makineyi takiben sonradan yapılabilmesi ve makinenin tahkimat yapıldıktan sonra kurulu
halde geri hareketinin artık çok zor olacağı montaj ve demontaj işleminin ise
uzun ve masraflı olması hususlarıdır.
Mekanize
sistemin en büyük dezavantajı ilk yatırımlarının yüksek olması, makinelerin
nakil ve montaj süreleridir. Kısa tüneller için TAM operasyonlarının çok yüksek
maliyetlere ulaşması bir dezavantajdır. Çok sert ve aşındırıcı formasyonlarda
keski masrafları tüm kazı maliyetinin %30 ‘u olabilmektedir. Bu makinelerde
yatayda sınırlı bir dönüş yarıçapı vardır. Bazı makineler için bu 100 –125 m,
bazıları içinse 225 – 300 m olmaktadır.
http://www.youtube.com/watch?v=V9k9YuHyYDU
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder