TANIM Tünel; ekseninin eğim açısı 30° den küçük olan; iki ucu açık ve boyuna göre çapı çok küçük olan yeraltı kaya yapılarıdır. Maden mühendisliği açısından tünel; kazılabilen ve tahkim edilebilen yeraltı geçişidir. Bu tanımdan çıkarılan sonuca göre tünel inşasında en önemli unsur; kayanın kazılabilme ve desteklenebilme özelliğidir. Bir başka deyimle tünel; demiryolu, karayolu, yaya yolu, kanal v.b. gibi taşıma yollarının bir kısmının, yeryüzünden geçirilmesinin teknik bakımdan olanaksız olduğu ya da ekonomik bakımdan uygun bulunmadığı yerlerde, bu kısmın yeraltından geçirilmesi için başvurulan mühendislik yapılarıdır.

Tünelcilik Terimleri Tünel: Değişik boyut ve eğimlere sahip, yeryüzüyle iki taraftan bağıntısı olan yeraltı kazılarıdır. Galeri: Tünellerden farkı yüzeyle bir taraftan bağıntılı oluşlarıdır. Şaft (Baca-Kuyu) : Düşey veya düşeye yakın şekilde açılmış, yüzeyle bağıntısı olan kazılara denir.

Zemin: Kazının yapıldığı ortam. Üzengi: Enkesitte kemerin kenar ayaklara oturduğu seviyeden geçen çizgiye üzengi çizgisi, bunun tespit edildiği seviyeye de üzengi seviyesi denir. Üzengi Hattı: Tünelin sağ ve solundaki kavislenmeye başladığı noktalardan geçen yatay vaziyetteki arakesitidir. Bu hat daire şeklindeki tünellerde merkezden geçen yatay durumdaki tam çapa eşittir ve onunla çakışır.

Merkez Hattı: Tüneli, boylamasına iki eşit parçaya bölen düzlem arakesitidir. Kalot: Enkesit alanının üzengi seviyesi üstünde kalan kısmıdır. Stros veya Çekirdek: Enkesit alanının üzengi seviyesi altında kalan orta kısmıdır. Ano: Herhangi bir yöntemin uygulanmasında, bir işlemin gerçekleştirildiği tünel parçasına denir. Ano uzunluğu, zemin cinsine ve uygulanan yönteme göre 1.5 m-9.0 m arasındadır.

Radye: Tünele gelen yükü daha geniş bir alana yaymak amacıyla tünelin kenar ayakları altında genellikle ters kemer şekli verilen taban kısmıdır. Kenar Ayaklar: Temelden üzengi seviyesine kadar olan yan duvarlardır. Kemer: Yapının kenar ayaklar üzerine oturan tavan kısmıdır. Anahtar: Kemerin en kesit eksenine rastlayan en yüksek kısmı olup, kenar ayaklardan itibaren örülen kemer kâgiri burada "anahtar taşı" denen bir taşla kapanır

TÜNEL AÇMA YÖNTEMLERİ 1. Kazının yapılış şekline göre Konvansiyonel Tünel Açma (Delme-Patlatma-Yükleme); Her kesitte, tam veya kısmi kesit tünel açma işinde uygulanabilir. Kollu Kazı Makinesi: Palet üzerine monteli, elektrikle çalışan, dairesel olmayan kesitler için uygun, boom ucunda döner bir kesici kafası bulunan ve yükleme yapabilen bir kazı aracıdır. Tam Kesit Açma Makinası (T.B.M.): Bütün kazı arınını bir seferde kazabilen genelde dairesel kesitlerde çalışan sürekli kazı yapabilen kazı aracı. Kalkanlı Tünel Açma Makinesi (Shield): Yumuşak ve akıcı özellik gösteren zeminlerde kullanılır.

2. Arının ilerletilmesine göre; Tam kesit tünel kazısı: Tünel kesitinin bir defada kazıldığı yöntemdir. Kısmi kesit tünel kazısı: Tavanın kendi kendini tutma süresi tahkimatı kurabilmek için yeterli değilse parçalı kazı yapmak gerekir. Çok arınlı kazı: Tavanın kendi kendini tutabilme süresi kılavuz kazı ve basamak kazısı yapılabilmesine engel oluyorsa üst kılavuz kazı ve tünel kesiti birkaç parça halinde yapılır.

Tünel Açma Yöntemleri

Alman Yöntemi

Belçika Yöntemi

Eski Avusturya Yönt.

İngiliz Yöntemi

İsviçre Yönt.

Ön Sağlamlaştırmalı Yönt.

YENİ AVUSTURYA TÜNEL AÇMA YÖNTEMİ Tünelcilikte, yeni bir anlayışın ortaya çıkmasına yol açan "Yeni Avusturya Tünel Açma Yöntemi (NATM)" tünelin, içinde açıldığı kaya ortamına kendi kendini taşıtma ilkesine dayanır

1962’de L. V. Rabcewicz tarafından kazıdan sonra münkün olan en kısa sürede invert betonu ile kapatılan ince bir püskürtme beton yardımı ile oluşan deformasyonların dengelenmesi şeklinde tanımlanmış ve yöntemin üç önemli özelliğini aşağıdaki şekilde vermiştir; 1. İnce bir püskürtme beton uygulaması, 2. Tünel cidarındaki koruyucu halkanın mümkün olan en kısa sürede tamamlanması, 3. Sistemetik deformasyon ölçümlerinin yapılması.

Yeni Avusturya Tünel Açma Yöntemi’nin Özellikleri 1- Kaya kütlesinin doğal dayanımı: Yöntem tünel boşluğunu çevreleyen ve tünel tahkimatının temel bileşeni olan kaya kütlesinin tabii dayanımının muhafaza edilmesine dayanır. Kurulan ilk destek kayacın kendisini taşıyıcı unsur haline getirir. 2- Püskürtme beton koruması: Gevşemeler ve aşırı kayaç deformasyonları önlenmelidir. Bu, kazıdan hemen sonra uygulanan ince bir püskürtme beton tabakası ile sağlanır. Kayacın taşıma kapasitesinin püskürtme beton ile arttırılması ve deformasyonların minimize edilmesi gereklidir. 3- Ölçümler: Tünelin içinde açıldığı kayaçlara ait testler sürekli yapılmalı ve kazı sırasında oluşan bütün deformasyonlar ve gerilmeler ölçülmelidir. Yapılan bu ölçümler sayesinde beklenmeyen durumlara karşı anında yeni çözümler üretilebilmekte, yerine göre kazı ve tahkimat sistemi uygulanabilmektedir. 4- Esnek tahkimat: İlk kaplama ince duvarlı olmalı. Sağlamlaştırma işi püskürtme betonun kalınlaştırılması ile değil, çelik hasır, kaya civatası ve çelik bağlarla sağlanmalı. İlk tahkimat, kazıdan sonra gereken birincil destekleme için yapılmakta, ikincil tahkimata ise, yapılan ölçümler sonucu gereksinim duyulması halinde başvurulmaktadır.

5- Beton halkanın taban betonu ile tamamlanması: Taban mümkün olduğu kadar çabuk kapatılarak taşıyıcı bir halkanın oluşturulması çok önemlidir. İnvert kaplama kaya kütlesinin yük taşıma halkasının temelini oluşturur. Zayıf zeminlerde açılan tünellerde kazı bölümlerinin hiçbirinde bu tünel halkası geçici bile olsa açık tutulmamalıdır. Halkanın taban betonu ile kapatılma zamanı, zemin veya kayaç koşullarına bağlı olarak farklılık gösterir. 6- Sözleşme şartları: NATM’nin başarısı ölçümlere bağlı olarak kazı ve destek yöntemlerindeki esnekliğe dayanmaktadır. Sistemin kusursuz işlemesi için mukavelelerin bu değişikliklere imkan ve izin verecek şekilde yapılması gerekmektedir. 7- Tahkimat gereksinimleri kaya kütle sınıflamasına bağlı olarak belirlenir. 8- Tünelde tahkimatsız açıklık mümkün olduğu kadar kısa olmalıdır. Boşluğun boyutu ve biçimini değiştirmek için kazıda fazla değişiklik yapılmamalıdır. Aksi halde sekonder gerilmelerde artış beklenebilir.

KAZI Kazı, delme-patlatma ile veya mekanize olarak yapılır

Kayaç formasyonunun cinsi, Deformasyon limitleri, kazı aşamalarının (parçalarının) sayısı aşağıdaki parametrelere bağlı olarak değişebilmektedir Bu parametreler; Tünel boyutları, Kayaç formasyonunun cinsi, Deformasyon limitleri, Sarsıntı (patlatma) limitleri, Makine ve ekipman tipi, kapasiteleri, İşveren ve müteahidin tecrübesi, Tünelin inşa edilme süresidir

Zayıf kayaçlarda kayacın kendi kendini tutma süresi yok denecek kadar azdır. 30 m2 kesite kadar olan tünellerde kazı küçük kazı adımları ile gerçekleştirilir. Kazı ile birlikte tahkimatın yerleştirilmesi yapılır. Kesit genişliğine göre kazı ekskavatör ile yapılabilir. Ekskavatör ile yapılan kazıda üst yarı kazısını 3-4 m geriden alt yarı kazısı izler.

Daha büyük kesitler ise aşağıdaki amaçları gerçekleştirebilmek için alt bölümlere ayrılmalıdır Açıkta kalan arın yüzey alanının düşürülmesi ve bu yolla arın stabilitesi, konverjans ve oturmanın daha iyi kontrol edilmesi, İlerleme başına düşen kazı, destekleme elemanları ve püskürtme beton miktarının düşürülerek daha erken tahkimat sağlanması, Tüm alt bölümlerde alt kazının daha erken kapanımı, Tesis ve ekipmanların girişinin daha kolay hale getirilmesi

Zayıf zeminlerde açılan ve kesiti 30 m2’den büyük olan tüneller için 4 temel kazı tipi önerilmektedir (ICE, 1996).

TİP I

TİP II

TİP III

TİP IV

Avantajlar Çok değişik zemin şartlarına uyumludur, Farklı enine kesitlere kolaylıkla ve esnek olarak uygulanabilir, Gerekli tahkimat boyutlandırmasında ekonomik olarak optimizasyon sağlanabilir, Kısa ve küçültülmüş bölümlere ekonomik uygulanabilir, Tam kesit galeri açma makineleri ile kombinasyonları kolaydır, Yatırım maliyetleri düşük ve amortizasyonu daha çabuk,

Dezavantajlar: Yeraltı suyunun altında uygulanması sadece ek ölçümlerle olabilir, İlerleme oranı nispeten düşüktür ve önemli artışlar sağlanamaz, Personel eğitimi, yetiştirilmesi ve pratik kazandırılması kolay değildir, Kalifiye işçilik ve yüksek kaliteli malzeme gerektirir, Projeyi yaptıran ve yapan açısından anlaşma ve risk dağılımı zordur, Otomasyon olasılığı sınırlıdır.