TBM’in Tarihi:

İnsanoğlunun zamanla daha büyük şehirler kurmasıyla birlikte elektrik, su, kanalizasyon, telefon, doğalgaz ve metro tünellerine de gereksinim artmıştır. Ancak bu tüneller açılırken çevreye ve üzerlerindeki diğer yapılara zarar vermemek çok önemlidir. Birçok kazı tekniği üstündeki yapıya ciddi zararlar vermektedir. İşte tam da bu yüzden 1856 yılında ABD’de tünelleri daha kolay ve daha az titreşim yaratarak delmek adına Wilson TBM’i yapmıştır ve uygulaması İngiltere’de Col. Beamont tarafından gerçekleştirilmiştir. Ancak bu ilk TBM sert kayaçlarda çalışabilecek seviyede değildi, yine de bu ilk makine daha sonra yapılacaklar için en azından bir taslak olmayı başarabilmiştir. Ancak sonraki yüz yıl boyumca hiçbir gelişme olmamıştır ta ki 1953 yılında James S. Robbins isimli mühendis kalem keskiler yerine döner dişlilerin kullanılması fikrini ortaya atana kadar. Toronto’daki bir uygulamada günde 38m’lik ilerleme gerçekleşmiştir. Bu uygulama TBM’lerin yumuşak ve orta sert kayaçlarda ekonomik olarak kullanılabileceğinin ilk göstergesi olmuştur. Bu başarılı uygulamadan sonra yine 20 yıla yakın bir yavaşlama süreci olmuştur. Bu süre sonunda yapılan araştırmalar sonucunda günümüze kadar geçen süre içerisinde kesicilerin yapımında, uzay araçlarında kullanılan çok yüksek ısıya dayanıklı alaşımlar kullanılmaya başlanmış, kapalı rulman yataklarında yüksek ısıya dayanıklı yağlar geliştirilmiş ve bu çalışmalar sonucunda TBM’lerin başlıklarında bulunan kesicilerin dayanım gücü yaklaşık olarak üç kat arttırılmıştır. Bu sayede çok sert kayalarda yapılan tünel kazılarında TBM’ler ekonomik olarak kullanılmaya başlanmıştır.

TBM’nin temel parçalarını şu şekilde sıralayabiliriz:

  • Ön kısımda kazıyı yapan dönel başlık üzerine monte edilmiş kesici bıçaklar,
  • Başlığı taşıyan ana mil ve bunun bağlı olduğu şaft,
  • Fonksiyonel ünitelerin monte edildiği iç ve dış şase,
  • Çalışma sırasında tbm’i tünel cidarına sabitlemeye yarayan hidrolik kumandalı tesbit ayakları (pabuçlar),
  • İtme gücü oluşturan hidrolik krikolar ve çalışma mekanizması için gerekli elektrik motorları,
  • Yönlendirme mekanizması,
  • Pasa nakliyatı için bant konveyörler, vagonlar,

Tünel delme makinaları bu parçaları sayesinde tüneli açarken önce önündeki kayacı keser, çıkan malzemeleri taşıyıcı bantlarla dışarı atar. Aynı zamanda içinde bulunan önceden yapılmış beton plakaları yerleştirir ve yerleştirdiği beton plakaları birer itme yapısı olarak kullanır pabuçları bunlara basarak kendisini ileri doğru iter ve ilerlemeyi sağlar.

TBM Çeşitleri

Tarihsel sürecinde de görüldüğü gibi TBM’in gelişmesinde ve çeşitlenmesinde kullanılacağı kayaç tipi temel oluşturmuştur. TBM bu kayaç tiplerine göre ikiye ayrılır;

  1. Sert Kayaç Tünel Açma Makineleri

A) Şiltsiz TBM:

Bu TBM çeşidindeki parçaları şu şekilde sıralayabiliriz.

  • Kesici kafa
  • Kalkan
  • Kaldırma ringi
  • Ankraj delicisi
  • Koruyucu kafes
  • Tel düzenleyicisi ve kaldırıcısı
  • Dayanma ayağı

Yalnızca kesici kafanın olduğu bölümde koruyucu kalkanın bulunduğu TBM çeşididir. Bu tip TBM’ler sert kayaçlarda kullanıldığı için itme gücünü de bu kayaçlardan alır. Hidrolik ayaklar yanlardaki sağlam zemine basınç yaparak zemini sıkıştırır böylece makine sabitlenmiş olur. Makine sabitlendikten sonra pistonlar kazı yapan kısmı ileri doğru iter. Her kazı aşaması pistonların uzunluğu kadar yapılabilir, kazı işlemi bittikten sonra ayaklar yanlardan çekilir ve arka kısım ön kısma doğru ilerler ardından yeni kazı işlemi başlatılır.

B) Tek Şiltli TBM:

Bu TBM çeşidindeki parçaları şu şekilde sıralayabiliriz.

  • Kesici kafa
  • Kazı bölmesi
  • Basınç bölümü
  • İtme silindirleri
  • Burgu konveyör
  • Erektör
  • Prekast beton segmentler

Bu TBM çeşidinde tam daire şeklinde bir şilt bulunur ve kompleks zeminlerde ve kaya içerisinde açılacak tünellerde kullanılabilirler. Bu türde tahkimat olarak prekast beton segmentler kullanılır. Şiltsiz TBM’lerin aksine üzerindeki şiltten dolayı şiltli TBM kayayı itme yapısı olarak kullanamaz. Bunun yerine bu türde itme silindirleri segmentlere dayanarak kafayı ileri doğru iter, böylece kafa dönerek ilerler ve kazıyı yapar. Çikan malzeme de burgu konveyör ile dışarı atılır. Kazılabilecek mesafe tamamlandıktan sonra kafa dönüş işlemi durdurulur, itme silindirleri kısım kısım kapatılır ve prekast segmentler yerleştirilir. Segmentlerin arka kısmına grout harcı enjekte edilip tahkimat tamamlanır. Yeni segmentler yerleştirildikten sonra kafa bunları kullanarak yeniden ilerlemeye başlar ve aynı işlemler tekrarlanır.

C) Çift Şiltli TBM:

Bu TBM çeşidindeki parçaları şu şekilde sıralayabiliriz.

  • Kesici kafa
  • Ön şilt
  • Çift şilt
  • Arka şilt
  • Bant konveyör
  • Kazılmış malzeme taşıyıcı

Bu TBM çeşidinde hem telk şilt olarak hem de teleskobik olarak ana şildin içine uzanabilen kuyruk tarafında ikinci şildi kavrayıcı düzeneği ile kullanmak mümkündür. Bu yapının avantajı sabit arka şiltte kaplama işi ile kavrayıcıları iterek yapılacak delme işlerinin aynı anda gerçekleştirilmesine imkan sağlamasıdır. Bu tür kompleks ve sert zeminlerde kullanılabilir. Bu TBM çalışırken öncelikle kavrayıcı ayaklar açılır ve TBM sabitlenir, kesici kafa aynaya doğru itilir ve dönmeye başlar. TBM kazı yaparken erektör prekast segmentleri yerleştirir. Bu aşamanın sonunda ana itme silindirleri tam olarak açılmış ve kazı bitmiştir, kavrayıcılar kapatılır ve ikincil itme silindirleri segmentlere dayanarak kavrayıcı şiltini kapatırlar. Aynı anda hem segmentlerin yerleştirilmesi hem de kazı yapılması sayesinde zamandan tasarruf edilmiş olunur ve daha verimli çalışılır.

  1. Yumuşak Zemin Tünel Açma Makineleri

A) Arazi Dengeleme Makineleri (EPB)

Yapışkan olmayan ortamlarda ve yeraltı su seviyesi altında bulunan zeminlerde ilerleme sırasında stabilite kaybını engellemek amacı geliştirilmiş bir TBM türüdür. Bu gibi alanlarda zemin kendini kısa bir süre için bile tutamayacağı için b makinenin çalışma prensibi su gelirini veya arazi akmasını kontrol etmek amacıyla ayna boşluğunun kapalı bir hacim haline getirilerek basınç altında tutulması diye tanımlanabilir. Arazi basıncını dengelemek tünel aynasındaki akıcı malzemeyi kontrollü bir şekilde kazıp zemin üstünde çökmeleri önler. EPB makinesi çok sert kayaçlardan çok yumuşak olanlara her tip kayaçta çalışabilme özelliğine sahiptir. Bu makineler kazılan malzemeyi bir vide konveyör vasıtasıyla çıkartır bu işlemin kontrollü bir şekilde yapılması gereklidir çünkü malzemenin çıkarılma miktarına bağlı olarak arazi basıncı azalabilir ve otumalar oluşabilir. Bu yüzden konveyörün hızının ayarlanması gerekmektedir bu da bilgisayarlı monitörden izleme sistemiyle yapılır. Kazı ilerlerken şildin tam arkasında erektörler yardımıyla beton segmentler yerleştirilir, bu segmentler ve zemin arasında kalan boşluklar beton-betonit karışımı ile doldurularak kapatılır.

B) Çamur Şildi

Arazinin çok akıcı olduğu ya da tünel boyunca böyle akıcı zeminlerle karşılaşabileceği durumlarda kullanılan bir TBM türüdür. Makine değişken devirli tam cephe kesme kafasına sahip astarlara dayanarak itmek suretiyle kuvvet oluşturan tam bir şilt tasarımındadır. Bu tip makineler Japonya ve Batı Avrupa’da kazı aynasını basınç altında tutarak göçmeyi önlemek amacıyla kullanılmaktadır. Bu makinelerde basıncı dengelemek amaçlı yeryüzünde hazırlanan akıcı bir çamur (genellikle betonit) kullanılır. Hazırlanan bu harç kesme kafası ve ayna arasındaki boşluğa enjekte edilir. Sonrasında çamura aynadan kazılan malzemeyle karışır ve bu karışım pompalarla çekilerek yeryüzüne çıkarılır, burada betonit ayırt edilerek tekrar kullanılır. Bütün bu işlemler yapılırken dikkat edilmesi gereken iki önemli husus vardır; ilki aynaya gereğinden fazla basınç vermemek, ikinci kazılan malzeme miktarını dikkatlice ölçmek.,

Neden TBM?

Bilindiği üzere TBM tünel açmak için kullanılan tek araç değildir diğer birçok yöntem de tünel açmada kullanılır. Bu yöntemlerin arasında ilk başlangıçta en yüksek maliyete sahip olmasına rağmen uzun vadede TBM işin daha kısa sürede bitirilmesi ve çevredeki yapılara daha az zarar vermesi açısından diğerlerine göre daha avantajlıdır. TBM’in diğer yöntemlere göre avantajlarını daha detaylı bir şekilde aşağıdaki gibi sıralayabiliriz:

  • 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 işi sağlığı açısından olumlu bir çalışma ortamı elde etmek mümkün olmaktadır,
  • Patlamadan kaynaklanan sarsıntı oranı TBM kullanımında söz konusu olmayacağından TBM, şehirleşmenin yaygın olduğu kaya ortamlarında kolaylıkla kullanılabilmekte ve çevre sorunu yaratmamaktadır,
  • Patlama 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.

Bütün bunlar göz önünde bulundurulduğunda TBM çağımızda tünel açmanın en güvenilir, hızlı ve sağlam yoludur.

Hazırlayan: Merve Medine Olgun

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz
Lütfen adınızı giriniz