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.

1

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

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.

3

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.

4

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.

5

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

KruppHm200 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

6

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.

7

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.

8

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.

9

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.

10

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.

11

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

12

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.

13

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.

14

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.

15

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,

16

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

17

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

18

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.

19

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.

20