Bazı kayaç özelliklerinin kollu galeri açma makineleri ve hidrolik kırıcıların kazı performansındaki etkilerinin incelenmesi

Son otuz yıldır madencilik ve inşaat sektöründe, galerilerin ve tünellerin hızlı mekanize kazı sistemleri ile açılması büyük bir gelişme göstermiştir. Yeni bir bilim dalı olan kazı mekaniği ise, bu sistemlerin daha verimli tasarımlancurilabilmesinde önemli katkılar sağlamaktadır. Bu durum, kazı işlerinin daha çabuk bitmesi ve maliyetlerin düşmesini beraberinde getirmektedir. Proje mühendisleri yapacakları işleri doğru planlayabilmeleri için kazı makinelerinin performanslarım önceden tahmin edebilmelidirler. Bu nedenlerle, rasyonel kararların alınabilmesinde performans tahmini modelleri önemli bir rol oynamaktadır. Buna rağmen, kayaç yapısının homojen olmaması ve çoğu kere karmaşık yapısı, üniversel bir performans modelinin geliştirilmesini engellemiştir. Bu nedenler rasyonel bir uygulama için tünel veya galeri açılacak formasyonların laboratuvarda kesme deneylerine tabi tutulması; keskiler arası mesafe, kesme derinliği, keski geometrisi gibi değişkenlerin incelenerek, optimum şartların belirlenmesi, bu sonuçlara göre keski kafası tasarımı ve makine seçimi kaçınılmaz olmaktadır. Kollu galeri açma makinelerinin doğru seçiminde en çok kullanılan yöntemlerden birisi Fowell ve McFeat Smith'in önerdiği küçük boyutlu kesme deneyidir. Fakat bu yöntem tünel eğimini ve yeraltı su gelirinin kazı performansı üzerine etkisini göz önüne almamaktadır. İşte bu nedenle, bu tez çerçevesinde bir kollu galeri açma makinesinin performansına tünel eğiminin ve yeraltı su gelirinin etkisinin incelenmesi için Nuh Çimento Hereke Tüneli pilot tünel seçilmiş ve burada detaylı çalışmalar yapılmıştır. Tünelin başlangıçta düz olması ve kuru killi marnda açılması, sonra eğimin 12 olması ve su gelirinin fazla olduğu killi marnlı seviyeye girilmesi, nihayette aynı eğimde ve kuru ortamda marnlı kalkerde tünelin devam etmesi, karşılaştırmalı bir çalışmanın yapılmasını mümkün kılmıştır. Çalışma sırasında yerinde devamlı veri toplanmış ve belirli zonlardan alman kayaç numuneleri laboratuvarda bir seri deneye tabi tutulmuş ve bunların jeomekanik ve kesilebilirlik özellikleri tespit edilmiştir. Sonuçta; Fowell ve McFeat Smith'in önerdiği kazı performans tahmin modeline, tünel eğimini ve yeraltı su gelirini de ilave etmek mümkün olmuştur. Kazı performansını etkileyen en önemli faktörlerden biri de jeolojik süreksizliklerdir. Süreksizliklerin laboratuvarda modellenmesindeki zorluklar, araştırmacıları, yerinde toplanan verileri değerlendirerek ampirik modellerin geliştirilmesine yönlendirmiştir. Bunun yanında NATO-TU Excavation Projesi çerçevesinde tasarımlandırılan ve inşaa edilen tam boyutlu kesme deney seti süreksizliklerin laboratuvarda kısmen de olsa modellenmesi imkanını yaratmıştır. Bu amaçla İstanbul Metrosu Tünellerinden, Trakya Formasyonuna ait birçok numune toplanmış, değişik kalınlıklarda kesilerek, tam boyutlu deney setinin numune kutusuna beton içerisine oturtulmuştur. Bu işlem sırasında betonun, oluşturulan suni süreksizliklerin içine girmemesine özen xnıgösterilmiştir. Beton sadece kesilip hazırlanan numuneleri bir arada tutabilmek için kullanılmıştır. Böylece % 0, 18, 37, 63'lük RQD değerini temsil eden blok numuneler, değişik kesme derinliklerinde ve keskiler arası mesafede, kesme deneyine tabi tutulmuş ve 78 adet deney gerçekleştirilmiştir. Sonuçta jeolojik süreksizliklerin, keskilerin kesme performansı üzerindeki etkileri daha iyi anlaşılabilmiştir. İlk yatırımların kollu galeri açma veya tünel açma makinelerine göre daha az olması, hidrolik kırıcıların tünel ve galeri açımında kullanımını son yıllarda hızla aturmıştır. İstanbul Metrosu Tünellerinin hemen hemen tamamı hidrolik kırıcılarla açılmıştır. Bu tünellerde daha önce yapılan çalışmalarda, hidrolik kırıcıların net kırma hızlarını, kayacın basmç dayanımı, RQD değeri ve kırıcının gücü ile açıklayan bir ampirik model geliştirilmiştir. Proje ve uygulamacı mühendis ise genelde daha az karmaşık modelleri tercih etmektedir. Bu nedenle İstanbul Metro Tünellerinin belirli bölgeleri pilot bölgeler seçilmiş ve buralarda Schmidt çekici ölçümleri yapılmış ve hidrolik kırıcıların performansları ile ilgili veriler toplanmıştır ve bunlar istatistiksel olarak değerlendirilmiştir. Sonuçlar, Schmidt çekici okuma değerlerinin hidrolik kırıcıların kazı hızlarının tayininde kullanılmak istendiğinde muhakkak RQD değerlerinin gruplandırılması gereğini ortaya koymuştur. xıv