Özel Ölçmeler 36

Tünel Aplikasyonları

Tünel aplikasyonunun amacı, bir uzay eğrisi olan tünel ekseninin aplikasyonudur. Tünel ekseni, koordinatları ve yükseklikleri belirlenen tünel ağı noktalarından aplike edilir. Tünel ağının kalitesi, tünel ekseninin öngörülen incelikte ve yüksek güvenirlilikle elde edilmesini sağlayacak şekilde olmalıdır. Aplikasyon için gerekli hesaplamalar genel olarak tek bir uzay sisteminde değil, aksine konum ve yüksekliğe göre ayrı sistemlerde yapılır. Değişik tipte tüneller vardır. Bunlar iletim ve trafik tünelleri olarak ayrılırlar.

İletim Tünelleri: İçme suyu ve atık su tünelleri gibi.Trafik Tünelleri: Karayolu ve demiryolu tünelleri gibi.

Tünel ağının kurulması: Tünel ağı farklı amaçlı iki parça ağdan oluşur:

a) İki giriş arasındaki bağlantıyı sağlayan ana ağ (şekil 1).b) Tünel açma makinesinin sevk ve idaresini, aplikasyonu ve yapının kontrolünü

sağlayan yer altı ağı (şekil 3).

Yer Üstü Ağının Kurulmasında ve Ölçümünde Dikkat Edilecek Hususlar. Ana noktalar tünel girişlerinde, kuyu yakınında ve galeri girişlerinde planlanır. Ana noktaların 1-2 km yakınında 2 veya 3 yan nokta tesis edilir. Ana noktalar pilye şeklinde ve yükseklik işareti monte edilmiş olarak inşa edilir. Ülke ağına bağlanmak için sabit noktalardan 2 tanesi tünel ekseninin iki yanında 2

tanesi de tünel girişleri civarında olmalıdır. Elverişli konumdaki sabit noktalar ana ve yan nokta olarak da kullanılabilir. Tünel ağının konum koordinatları en ekonomik şekilde uydu yöntemiyle belirlenir. Tünel ağı ölçme düzenine şekil 2 bir örnek teşkil etmektedir. Bu ağ iki ana nokta, her

ana noktaya ait 2 yan nokta ve dört sabit nokta içermektedir. İki sabit nokta ayni zamanda yan nokta olarak da kullanılabilir. Ölçüler, her biri en azından 30 dakikalık 4 oturum halinde yapılmalıdır. Her noktaya en az iki defa alet kurulmalıdır. Dört alıcı ana ve yan noktaları ararken, tünel ekseninin iki yanındaki sabit noktalarda

ölçü sürekli devam etmelidir.

Özel Ölçmeler 37

Yer altı ağıYer altı ağına homojen bir bağlantı için ana noktalardan yan noktalara olan doğrultular ölçülür. Ayrıca sigorta noktaları doğrultu ve uzunluk ölçüleri ile bağlanır. Nokta yükseklikleri ülke ağına dayalı olarak hassas nivelmanla belirlenir.

Tünel içi ağı aşağıdaki seçeneklerden biri olabilir. Şekil 3 de farklı yer altı ağ seçenekleri görülmektedir. Tünel genişliğinin dar olması nedeniyle uzun kenarlı ve dar ağlarla veya poligon geçkileri ile çalışılır. Uzunluk ve doğrultular elektronik olarak ölçülür. Tünelin açılması esnasında ön kısımda bağlantı imkanı olmadığından hata yayılması elverişli değildir. İncelik, güvenilirlik ve masraf 1. seçenekten 3. seçeneğe doğru gittikçe artar.

1.Seçenekte karşılaşma noktası garantisi yoktur.

2. Seçenekte iki noktada bir jiroskop kullanılarak incelik önemli ölçüde artar.Tünel uzunluğu T, km başına standart sapma σ ise karşılaşma noktası için standart sapma σK = σ.Tkm olarak verilir.

Yer üstü tünel ağına bağlanılarak tünel açma makinesinin kontrolü ve yönlendirilmesi ile tünel ekseninin içerilere doğru aktarılması mümkündür. Tünel açma mesafesi 10 m ye kadar olan çaplarda 5-20 m/gün olmaktadır. Dover-Calais kanal tünelinin yapımında tünel açma hızı 30 m/gün’e ulaşmıştır (Korritke, 1991). Yer altı tünel açma ağının tesisi ve ölçülerin seyrini her şeyden evvel inşaat çalışmaları, inşaatın ilerleyişi ve daha da önemlisi tüneldeki yer darlığı belirler. Düz tünellerde doğrultu lazerinin kullanılması avantajlıdır. Çünkü onun hedef sinyali ilerleme doğrultusunu sürekli olarak tesbit eder. Lazerin menziline göre alet daha sonraki tünel ekseni ara noktasına yer değiştirir. Uzun ve eğri tünellerde doğrultu aktarılması

Özel Ölçmeler 38

kenarları 50-100 m olan ve elektronik olarak ölçülen açık poligon geçkileri ile yerine getirilir. Yer altı ilerleme ve kontrol ölçülerinin incelikleri Avrupa tünelinde (Jacops,1989)

Poligon kırılma açısı σβ = 0,5 mgon Jiroskop açıklığı σa = 1,0 mgon Poligon kenarı (max 250m) σs = 2mm Nivelman σh = 2mm/km

Olarak önermektedir. Poligon geçkisinin büyük önemi ve elverişsiz hata yayılması (enine sapma) nedeniyle doğrultu inceliği jiroskop ölçüleri ile desteklenir(şekil 7.6-7,s.470)Jiroskop ölçüleri için tavsiyeler:

Her iki noktada jiroskop açıklığı ölçülmelidir. Böylelikle açı ölçümündeki yatay kırılma sonucu poligonun sistematik sapması (verschwenkung) önlenebilir.

Ayni anda karşılıklı ölçü; 2-3 defa tekrarlanmalı.Şekil elverişsizliği nedeniyle birkaç ölçü poligon geçkisinin yeterli kontrolünü sağlamalıdır. Örnek olarak kontrol geçkisi veya sıçramalı (übergreifende) poligon ağı ve gerektiği takdirde başta ve sonda uydu destekli doğrultu iletimi ( Rausch,1998). Tünelde hüküm süren sıcaklık koşulları kırılma etkisi için tehlikeli bir kaynaktır. Bu etki 10 mgon’ a kadar doğrultu hatasına yol açabilir. Hennes (1998), 57 km uzunluğundaki yeni Gothard ana tünelinin inşaatı için enine sapmanın sistematik hata yayılmasını tünel içindeki sıcaklık değişimine bağlı olarak benzeşim hesaplarını gerçekleştirdi. Tünel girişinde kırılmasız doğrultu ölçümü bir dispersometre ile ve daha sonra jiroskopla tavsiye edilir.

Jiroskop açıklığı desteği dışında aşağıdakiler tavsiye edilir: Poligon kenarları olabildiğince tünel eksenine yakın yani yan duvarların 1-2 m uzaklığından geçmelidir. Tüneldeki önemli sistematik etkiler atmosfere, sıcaklık farklarına tünel duvarının deformasyonuna bağlıdır. Hassas jiroskop ölçümlerinde çekül sapması dikkate alınmalıdır. Bu kapsamda İsviçre’ de Alpleri enine kesen tünel projelerinde çok büyük derinlikteki kitle dağılımı ve topoğrafyanın belirlenip belirlenemeyeceği veya nasıl belirleneceği sorusu ortaya çıkmaktadır. Çekül sapmasının tünel ekseninin aplikasyonuna etkisi birincil değildir fakat daha zor elde edilebilen kırılmanın etkileri çoğunlukla daha büyüktür.

Her iki girişten başlayan tünel açılmasının sade bir kriteri karşılaşma hatasıdır. Karşılaştırma hatası D noktasında (örnek PPn Poligon noktası) enine, boyuna ve yükseklik sapmasına göre üç boyutlu farkı gösterir. Karşılaşma öngörüsü olarak PPn (PPA ve PPB) noktasında koordinat farkı verilebilir ve karşılaşma noktası ile elde edilen karşılaşma her iki taraftan bağımsız ölçü ile kıyaslanabilir. Karşılaşma inceliği, tüneldeki konum ölçmelerinden benzeşim dengelemesiyle (ağırlık katsayısı ve güven elipsi) tahmin edilebilir. Yapı tekniği açısından her

Özel Ölçmeler 39

şeyden önce σq enine sapması ve σh yükseklik sapması ilginçtir. σl boyuna sapması daha az önemlidir. Karşılaşma hatasının teorik ön tahmini açık poligon geçkisinin hata yayılma yasasından beklenen enine sapma türetilir. Elmaghraby(1989) pratik ölçüler kapsamlı araştırmalar sonucunda σq değerinin 1cm den 2 cm/1km tünel uzunluğu sınırında tutulabileceğini göstermiştir.

Değerlendirme birçok aşamaları içerir. Başlangıçta ana ağın koordinatlarının ilk eşitliği (ITRF)* sisteminde belirlenir. Daha sonra özdeş noktalar üzerinden ülke ağına dönüştürülür.İkinci adımda mevcut sistematik sapmaları ortaya çıkarmak için, uydu gözlemlerinden elde edilen koordinat farkları ve ana ağda ölçülmüş doğrultular karışık dengelenir.Üçüncü aşamada yer altı ağının koordinatları ana ağın koordinatlarına dayalı olarak hesaplanır (Kahmen,Wunderlich,Retscher,Kuhn, Plach, Teferle, Wieser 1997). Ülke sistemine dönüşüm için ülke koordinatları belli en az üç sabit nokta tünel ağına dahil edilmelidir.

Tünel eksen doğrultusunun işaretlenmesi:Tünel yer üstü ağının hesaplanmasından sonra tünel eksen doğrultusu tespit edilebilir. Ana veyan noktaların koordinatlarından tünel ekseni doğrultu açıları olan β1, β2 ve β3 açıları hesaplanır. Bu değerler açıklık açılarının farkından bulunur (şekil 6).β1 = (1-2) - (1-1/1), β2 = (1-2)-(1-1/2),β3 = (1-2)- (1-1/3)

Bu açılar hesaplandıktan sonra tünel ekseni istikameti tespit edilir. Teodolit 1 noktasına kurulur. Dürbün 1/1 noktasına yöneltilir. Açı bölüm dairesi 0g a ayarlanır. β1 açısı kadar alet döndürülerek tünel girişine yakın gözlem eksenine dik ve yatay olarak tutulan bir cetvelde aletin birinci durumunda bir işaret yapılır. Bu işaret P1 olsun. Alet ikinci duruma alınarak β1

tekrar aplike edilir ve P2 işaretlenir. P1P2 uzaklığının ortası tünel eksen doğrultusudur. Böylece aletin olası eksen hatalarından sakınılmış olur. β2, β3 açıları ile de ayni doğrultu elde edilir.-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------*) International Terestrial Reference Frame

Özel Ölçmeler 40

Daha sonraki çalışmalarda kolaylık sağlaması amacı ile tünel ekseni üzerinde betondan sigorta noktası yerleştirilir (şekil 6). Çalışma anında bu noktalardan faydalanarak eksen doğrultusu yeniden elde edilebilir.

Tünelin giriş yarmalarından sonra ilk ayna denilen başlangıç kesiti açılmaya başlanır. Şekil 7 de görüldüğü gibi açılan aynanın tünel eksenine isabet eden yerin tavan kısmına bir kazık çakılarak çekül sallandırılır. Kazı çalışmaları devam ettikçe iç kısımlarda ikinci çekül de ayni şekilde sallandırılır. Tünelin açılması bu çeküllere göre istikamet verilerek devam ettirilir. Tünel çalışması ilerledikçe, teodolit ile eksen istikameti kontrol edilir. Tünel kazısı ilerledikçe elemanların kolay görüp istikamet alması için aliymanlarda 30-40m yi geçmeyecek şekilde kazıklar çakılır. İlk başlanılan sigorta betonundan verilen istikamet çalışmaları tünelin ilerlemesi ile zorlaşır. Bu nedenle ışık tertibatına, kurb vaziyetine ve işin durumuna göre 200m yi geçmeyecek şekilde, tünel içerisinde tabana ve eksen üzerine sigorta betonu tesis edilir (şekil 8).

Sigorta betonu tünel tabanından aşağıda ve üzeri kapaklı olmalı ki, çalışmalar esnasında yeri bozulmasın. Tünel açılması devam ettikçe tesis edilen bu noktalara alet kurularak bir önceki noktaya bakıp 200g çevrilerek diğer noktanın doğrultusu verilir.

Günümüzde istikamet çalışmaları lazer aletleri le yapılmaktadır. Lazer ışığı iyi demetlenme özelliğine sahip olduğu için uzun mesafelerde bile küçük kırmızı bir

leke olarak görülebilmektedir. Bu özelliği nedeniyle istikamet çalışmalarında tercih edilir.

Özel Ölçmeler 41

Soru : Şekil 9 de Ana ve yan noktaların koordinatları verilmiştir. 1-2 eksen doğrultusunun belirlenebilmesi için β1, β2 ve β3 açılarını hesaplayınız.sonuç : β1 =270,5876g , β2 = 174,4589g , β3 =90,3576g

olmalıdır.

Yükseklik pilotajı Açılan tünele kullanım amacına göre belirli bir eğimin verilmesi gerekir. Eksen boyunca bir geometrik nivelman yapılarak eğimin değiştiği noktaların yükseklikler hesaplanır. Bu kotlara proje çalışmalarında siyah kot denir. Bu kotlara göre arazi profilini gösteren siyah çizgi çizilir. Tünel ekseninin öngörülen eğimine göre kırmızı çizgi de ayni boy kesit üzerine çizilir. Bu bilgilerden yararlanarak tünel ekseni boyunca her noktaya ayni eğimi verebilmek için yükseklik pilotajı yapılır (şekil 10).

Şekil 10 yükseklik pilotajının nasıl yapılacağını göstermektedir. Eksen üzerinde A ve B gibi iki nokta göz önüne alınır. Bu noktaların yükseklikleri belirlenir. Proje hattından yararlanarak ∆h1 ve ∆h2 değerleri elde edilir. h1 = 1,5m - ∆h1, h2 = 1,5m + ∆h2 hesaplanır. A noktasından h1

kadar yukarda a noktası, B noktasından h2 kadar yukarıda b noktası işaretlenir. a ve b noktaları arasına tel veya ip germek suretiyle pilotaj çizgisi aplike edilmiş olur. Tünel ekseni bu çizginin her noktasından 1,5 m aşağıda olmalıdır. Buna göre rayın döşeneceği hat pilotaj çizgisine göre tıraşlanır veya doldurulur.

Tünel içerisinde km ler daima eksenden ölçülür. Tünelin açılış istikametine göre, sol kenara 1,5 m yüksekliğinde ve 3 cm genişliğinde bir kot ve km çizgisi çizilir. Bu kot çizgisi üzerine 10 m de bir km kazığı çakılır ve yazısı yazılır (şekil 11).

Kilometre ve kot çizgisi, boyuna kesit profilindeki proje çizgisinin (kırmızı çizgi) önce 1,5 m düşeyde yukarıya daha sonra yatayda yan duvara ötelenmesiyle elde edilir. Bu işlemin yapılabilmesi için öncelikle, tünel ekseninde tespit edilen sigorta betonlarının gidiş dönüş hassas nivelmanı yapılarak kot hesabı yapılır. Çalışmalarda kısa miralar kullanılır.

Özel Ölçmeler 42

Tünellerde kurb aplikasyonuKanalların, yolların ve barajların tünellerinde kurb varsa, proje üzerinde kurbun (R) yarıçapı (γ) sapma açısı ve some noktasının koordinaları verilir. Her ne kadar koordinatlardan some noktası ile tünel giriş ve çıkış noktaları ara mesafeleri, (R) ve (γ) yardımı ile ( t ) teğet boyları hesaplansa dahi, tünellerin aplikasyonunda, giriş ve çıkış noktalarından verilen doğrultu ile bulunan (S) some noktasında (γ) sapma açısında bir miktar

değişme olacaktır. Bu sebeple, arazi çalışmalarında aplikasyonu yapılan (1) ve (2) noktaları ölçülere dayalı olarak yeniden koordinatlandırılır. Projede bilinen (S) some noktasının da koordinatları alınarak, some noktası ile giriş çıkış noktaları ara uzaklıkları koordinat hesabı ile bulunur. Şekil 12 da görüldüğü gibi sapma açısı, olarak hesaplanır. α ve φ açıları 1,2 ve S noktalarının koordinatlarından elde edilir. Örnek: Bir barajın derivasyon ( yatağını değiştirme) tüneline ait eksen şekil 13 de görülmektedir.

Haritadan γ = 20g

R = 60 mdeğerleri elde edilmiştir. (S) Some noktasının koordinatları projeden alınan koordinatlardır. (1) ve (2) nolu noktaların koordinatları ise projedeki koordinatlar olmayıp, tünel giriş ve çıkış noktalarının aplikasyonundan sonra bu noktaların ölçü değerlerine göre elde edilen koordinatlarıdır. N.N. y(m) x(m)

Özel Ölçmeler 43

1 485255,00 4154115,00 2 484881,00 4154268,50 S 484971,75 4154200,00

verildiğine göre kurb aplikasyon elemanlarını hesaplayınız.

Koordinatlardan aşağıdaki değerler elde edilir.(1S) = 318,5599 g, 1S = 295,73m = L1

(S2) = 341,1625, S2 = 113,70m = L2

(12) = 324,7940, 12 = 404,27mα = 6,2341, φ = 16,3685, γ = 22,6026

Hesaplarda γ = 20g değil 22,6026g değeri kullanılır.

, m

1A = L1- t = 295,73 -10,76 = 284,97m = l1

2B = L2- t = 113,70 -10,76 = 102,94m = l2

Aliyman doğrultusunda açılan tünel 1 noktasından l1 mesafesi kadar ilerleyerek A teğet noktası, 2 noktasından aliyman doğrultusunda l2 mesafesi kadar ilerleyerek B noktası aplike edilir. Tünel gibi açık olmayan alanlarda en iyi aplikasyon yöntemi kirişler poligonu yöntemidir. Buradaki derivasyon tüneline ait eksenin kurb parçası kirişler poligonuna göre aplike edilecektir (şekil 14). Hesap ve sonuçlar aşağıda görülmektedir.

Aplikasyon aralığı yay boyu olarak b = 7,00m dir. Yay boyu b ye karşılık gelen merkez açı λ olsun.

açısının karşısındaki kiriş uzunluğu ,

∆λ= γ-3.λ = 22,6026 – 3.7,4272 = 0,3210g

∆s=

Aplikasyon aşağıdaki gibi yapılır:

Özel Ölçmeler 44

Alet A noktasına kurulur. Dürbün (1) noktasına yöneltilir ve açı sıfırlanır. Alet 200+ =

203,7136g döndürülür ve yatay hareket vidası kilitlenir. Dürbün doğrultusunda s= 6,996m ölçülerek P1 işaretlenir. Alet P1 noktasına kurulur ve dürbün A noktasına yöneltilir ve açı sıfırlanır. Alet 200+λ = 207,4272g döndürülür. Dürbün doğrultusunda s = 6,996m ölçülerek

P2 işaretlenir. Benzer şekilde P3 tespit edilir. P3 noktasından 200+ ve

değerleri kullanılarak arazide önceden işaretlenmiş olan B noktasına ulaşılması gerekir. Bu birinci kontrol dur. Ayrıca B noktasındaki açı ölçülür. Bu açı 200+

ise yapılan işlemler doğru demektir. Bu da ikinci kontrol olmaktadır.

Ayrıca sapma açılarının toplamı γ açısını vermelidir. Yani ;

olmalıdır.

3,7136+7,4272+7,4272+3,8741+0,1605= 22,6026 22,6026 = 22,6026

Düz bir galerinin dairesel uzantısı:

Düz bir galeri, B noktasında dairesel bir kurba girmektedir. Dairenin yarıçapı R, galeri genişliği d olduğuna göre dairesel galerinin aplikasyonu için aşağıda yöntem uygulanabilir. BDC dik üçgeninden (şekil 15) ;

Yazılabilir. Buradan s aplikasyon değeri ,

Şeklinde elde edilir. B noktasından itibaren AB doğrultusunda s uzunluğu kadar gidilerek D noktası çakılır. Yine DBC üçgeninden

açısı hesaplanır.

Eşitliği ile β bulunur. E noktası, D noktasından ( s, β) kutupsal aplikasyon elemanları ileF noktası, D “ (2s,β) “ “ “G noktası, F noktasından ( s, β) “ “ “………………………………………………………………………… Şeklinde aplike edilir.