Galeri Ve Tünel Açma

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 MÖ 4000 yıllarında Babil şehri yakınlarında, Fırat nehrinin altında açıldığı söylenmektedir İnşa edilen bu tünel 35x45 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 420 m ve 480 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 StEtienne – 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, 505 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

31 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 31 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 Kas14 69 kg/cm2
Montabert SRH 500 2000 350-450 475 60-170 6,5-13 İç Akümülatör

32 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

33 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

41 Galeri Açma Makineleri

411 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

412 Galeri Açma Makinelerinin Ana Üniteleri

Bum tipi galeri açma makineleri (GAM) bum, kesici kafa, kesici uçlar, yükleme ünitesi olmak üzere 4 bölümden oluşmaktadır

4121 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

4122 Kesici Kafa

Bum tipi galeri açma makinelerini bum eksenine paralel (BEP) (Axial) ve bum eksenine dik (BED) (Transverse) GAM olmak üzere ikiye ayrılmaktadır

4123 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

4124 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

413 Galeri Açma Makinelerinin Tipleri

4131 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
4132 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

4133 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

4134 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

414 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;

Daha az kesme kuvveti gerektirmesi, daha sert kayaçların kesilebilmesi,
Kesme hızında artış,
Toz oluşumunda azalma,
Kıvılcım oluşunun önlenmesi,
Kesici uç aşınmasında azalma, daha uzun ömür

415 Galeri Açma Makinelerinin Kazı Verimini Etkileyen Parametreler

4151 Makineye Bağlı Özellikler

Makinenin gücü, ağırlığı ve stabilitesi
Kesme kafasının tipi ve geometrisi
Pasa toplama ve taşıma kapasitesi

4152 Çalışılan Yer ve Şantiyeye Bağlı Özellikler

Galeri boyutu, şekli, eğimi ve uzunluğu
Tahkimat şekli
Havalandırma imkanları
Standart hizmetler, güç ve su temini gibi
Pasa nakliye sistemi
Çalışma vardiya sayısı, çalışılabilir zamanın uzunluğu
Verimlilik teşviki
Kazı ekibinin tecrübesi

4153 Makine Bakım Özellikleri

Makinenin kullanım yaşı ve durumu
Makineden faydalanma oranı
Bakımın uygun ve planlandığı şekilde yapılması
Bakım ekibinin iş tecrübesi
Yedek parça temini
Gerektiğinde aşınmış uçların değiştirilmesi

4154 Kazılan Formasyonun Özelliği

1 Sertliği
Kırılganlığı
Aşındırıcılığı
Mineralojisi
Jeolojik süreksizlikler
Tabakaların ve şistozitenin kazı yönüne göre eğim ve doğrultusu

416 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 bitmiştirböylece makine ile galeri açma klasik yolla galeri açmanın ancak 2/3 üne mal olmuş bulunmaktadır

Çizelge 41 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

417 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

42 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 700000 $ ile 2000000 $ arasında, TBM ‘nin fiyatı ise 2000000 $ ile 8000000 $ arasında değişmektedir

421 Tünel Açma Makinelerinin Sınıflandırılması

4211 Tünel Açma Makinelerinin Çaplarına Göre Sınıflandırılması

42111 Tünel Açma Makineleri

Çapı 3,7 m ‘den fazla olan tünellerin açılmasında kullanılır

42112 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

42113 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

422 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