DSİ Taşoluk Barajı derivasyon tünelinin klasik ve mekanize yöntemle açılmasının etüdü

Abstract

Bu çalışma NATO TU- Excavation projesi çerçevesinde yapılmıştır. Bu amaçla, Taşoluk barajı derivasyon hattı formasyonlarının fiziksel ve mekanik özellikleri incelenmiş ve tünelin klasik ve mekanize yöntemlerle açımının etüdü yapılmıştır. Bu amaçlar için sahada gözlemler yapılmış ve bu sahada daha önce yapılmış çalışmalar incelenmiştir. Daha sonra sahadan numuneler alınmıştır. Alman numunelerle nokta yük deneyi ve dolaylı çekme (Brasilian) deneyi yapılmıştır. Ayrıca numunelerden incekesit alınarak mikroskop altında ince kesit incelemesi yapılmış ve schimazek aşınma indeksi belirlenmiştir. Schimazek aşınma indesine dayanarak keski sarfiyatı hesaplanmıştır. Ayrıca deney sonuçlan arasındaki ilişkiler aranmış ve yorumlanmıştır. DSİ Taşoluk barajı ihale şartnamesi incelenmiş ve şartnamede öngörülen tünel maliyeti tespit edilmiştir. Daha sonra klasik ve mekanize yöntemlerle tünel maliyeti hesaplanmıştır. Bu sonuçlar karşılaştınlarak yorumlanmış ve eleştirisi yapılmıştır. Deney sonuçlanna göre formasyonlar sertlik bakımından orta sert ve sert kayaçlar smıfina girmektedir. Dayanım bakımından formasyonlar kırılgandır. Yapılan ince kesit incelemesi sonucunda Schimazek aşınma indeksi 1.26 kg/ cm olduğu hesaplanmıştır. DSİ ihale şartnamesinde 1995 yılı fiyatlan ile tünel birim maliyeti 63.4 milyon TL/ m öngörülmüştür. Yapılan hesaplamalarda klasik yöntem ile birim tünel maliyeti yaklaşık 150 milyon TL / m ve mekanize yöntem ile birim tünel maliyeti yaklaşık 313 milyon TL/ m ortaya çıkmıştır. Bu sonuçlar, tünelin klasik yöntemle açılmasının daha ekonomik olacağını göstermektedir. Aynca ,DSİ Taşoluk barajı ihalesindeki yüksek kınm dolayısıyla projenin bu şartlarla ilerlemesinin güç olacağ sonucuna varılmıştır. Bu nedenle projenin ülkeye katkısı gecikecektir.

Diese Arbeit ist ein Teil deş NATO TU - EXCAVATİON PROJECTS. Das spesifische Thema heipt die Untersuchung der klassischen und mechanischen Vortriebsverfahren fiir die Wasserleitungsstollen von DSİ Taşoluk- Staudamm. Die projektgerechte Verfahrensauswahl ist durch die Entwicklung bzw. Weiterentwicklung der möglichen Teknologien immer mehr in den Vordergrund getreten. Galten früher z.B. geolögische und geotechnische Voruntersuchengen praktisch ausschlieplich dem Problemkreis Gebirgsstabilitat und damit verbunden dem Sicherungsauftvand, werden heute bei diesen Untersuchungen vielfach Parameter miterfapt, die fur die Beurteilung möglicher Ausbruchsmethoden erforderlich sind. Die zeitliche und raumliche Abfolge von Ausbruch und Sicherung bzw. Ausbau, wie sie schon in den klassischen Tunnelbaumethoden als wesentlicher Faktör enthalten ist, wird unter Anpassung an die geânderten Ausbruchstecnologien neu überdacht. Die Ausfîihrungen beziehen sich auf in geschlossener Bauweise, also bergmânnisch. hergestellte Hohlrâume. Dabei sind Auffahrungen deş Bergbaus nicht in die Betrachtung einbezogen, da hier die Verfahrensauswahl durch teilweise unterschiedliche Randbedingungen mitbeeinflupt wird. Hinsictlich deş Gebirges wird wasserfuhrendes Lockergebirge nicht berücksichtigt, da seine Beherrschung besondere Technologien, die praktisch ausschlieplich fur diese Verhâltnisse entwikelt wurde, erfordert. Prinzipiell ist zwischen Sprengvortrieb und mechanischem Vortrieb zu unterscheiden. Als Grundlage fur die weiteren Betrachtungen sollen die angesprochenen Verfahren in ihrem neuesten technischen Stand vorgestellt werden. Der Sprengvortrieb stellt das dem Anteil nach weltweit wichtigste Verfahren dar. in industrialisierten Lândern ist er auch beute noch bei wechselndem, festerem Gebirge und Querschnitten über 10 m2 das Verfahren, das bei Fehlen von Restriktionen (Erschütterung, Emissionen ), also vor allem auf Freilandstrecken., vorherrschend angewandt wird. Durch die Entwicklung schonender Sprengverfahren ( smooth Blasting) kann auch einer der Hauptnachteile dieses Verfahrens, das früher unvermeidliche Überprofil, besser in den Griff bekommen werden, ohne da0 dieses Problem bei schlechterer Gebirgsqualitât wesentlich verringert sairde. xvıi Der Sprengvortrieb mit der Abfolge der Vorgânge: Bohren, Laden, Abtun der Schüsse, Schuttern und Sichern deş Hohlraumes ist durch die starke Diskontinuitat deş Gesamtablaufes gekennzeichnet. Er ist aber innerhalb seines Einsatzbereiches sehr Anpassungsfahig an wechselnde Querschnitte. Unter mechanischem Vortrieb sind aile Verfahren einzuordnen, bei denen das Ausbruchsvolumen durch mechanisch angreifende Werkzeuge gelöst wird. Dabei kann sich dieser Vorgang auch auf Teilbereiche deş Querschnitts beschrânken, z.B. Reipen der Strosse mit schweren Schubraupen öder Lösen deş Materials durch Tunnelbagger mit entsprechender Reipkraft. Da diese Verfahren übervviegend im Zusammenhang mit Spregvortrieb öder mit Teilschnittmaschienen angewendet werden, sollen sie nicht weiter behandelt werden. Vielmehr sollen Verfahren unter ausschlieplicher Anwendung von Vortriebsmaschienen behandelt werden, da diese den übenviegenden Teil deş mechanischen Vortriebs Ausmachen. Hier ist prinzipiell zvvieschen Vollschnittverfahren und Teilschnittverfahren zu unterscheiden. Bei ersteren wird die gesamte Ortsbrust in einem Arbeitsgang bearbeitet, beim Teilschnittverfahren werden einzelne Abschnitte der Ortsbrust nacheinander aus dem Verband gelöst. Bei den in der Bauindustrie eingesetzten Maschienen, die nach diesem Verfahren arbeiten, ist nur eine einziege Drehachse deş Werkzeugtrâgers vorhanden, dies bedingt automatisch, dap ausschlieplich Kreisquerschnitte aufgefahren werden können. Die erste Tunelbohrmaschiene wurde 1953 von der Firma Robbins eingesetzt. Das Prinzip ist, dap der rotierende Werkzeugtrâger mit Rollenwerkzeugen besetzt ist, die durch den Andruck der Maschiene ins Gestein eindringen und das jeweils zwieschen zwei Eingriffsbahnen liegende Gestein abscheren. Als Rollenwerkzeuge können sowohl Zahnrollen als auch Dişken und Warzancutter eingesetzt werden. Dişken in Form von Ein- öder Mehrringdisken (bis zu 3 Ringen) sind dabei am weitesten verbreitet. Zur Erhöhung deş Bohrfortschritts ist der Andruck je Werkzeug immer weiter gesteigert worden und liegt heute bei 10 bis 35 t je Werkzeug. Da sich die Maschinen an der Hohlraumwandung verspannen, mup das Gebirge in der Lage sein, die eingeleiteten Krâfte ohne Zertörung aufzunehmen. Schwierigkeiten ergeben sich daher beim Durchfahren stârker tektonisierter Zonnen, da hier diese Voraussetzung nicht mehr gegeben ist. Dies ist bereits ein Hinweis, dap die Anpassung dieser Maschiene an wechselnde, v.a. schlechte Gebirgsverhâltnisse schwierig ist. Aus dem ursprünglich flir sehr lockeres Gebirges entwieckeltem Schildvortriebsverfahren ist im Zuge der Entwicklung eine Maschine entstanden, bei der der Abbau der Ortsbrust im Schutz einer begleitenden Sicherung erfolgt. Je nach Gebirge werden diese Maschinen mit Meipelbesetzten Schneidscheiben öder auch mit rollenbestückten Bohrköpfen ausgerüstet. Da beim Schildvortribsverfahren die Kraft Einleitung nicht direkt ins Gebirge erfolgt, sondern in Lângsrichtung in den in Form von Fertigteilen maschinell eingebrachten Ausbau, ist auch durchfahren von Bereichen mit schlechterer Gebirgsqualitât möglich. \\iii Neben der Entwicklung der Schildvortriebsmaschine mit Schneidrad, das eine Kreisform deş Querschnitts bedingt, ist die Entwicklung in Richtung nicht kreisfbrmiger begletender Sicherungselemente, sogenannter Messerschilde, gegangen. Diese vereinen die Vorteile deş Vollschildes: -Immer gesicherter Vorortbereich - Möglichkeit fiir die Mechanisierung deş Vertigteilausbaus mit dem Vorteil einer besseren Profilanpassung. Der Abbau deş Gebirges erfolgt in diesen Messerschilden heute meist mit Teilschnittmaschinen. Anderseits wurde auch der weg beschritten, ein öder mehrere Teilschnittaggregate in kreisrunden Sebilden anzuordnen. Die beim Teilschnittverfahren eingesetzten Mascinen vereinen den Vorteil deş schonenden mechanischen Lösens deş Gestein mit einer Anpassunsfahikkeit, die dem Sprengvortrieb nahekommt. Die Maschinen gehen auf russische und ungarische Entwicklungen ftir den Bergbau zurück, wobei die ersten betriebssicheren Maschinen aus der Mitte der füfziger Jahre^tammen. Die Maschiene arbeitet einerseits kontinuierlich, ermöglicht aber im Bedarfsfall jederzeit den Zugang bis zur Ortsbrust. Auch ist aufgrund der leichten der Überstellbarkeit dieser Maschienen eine Auffahrung mehrerer Abschnitte nacheinander möglich. Als wirtschaftlichkeitsmap werden v.a. die spezifischen Ausbruchkosten herangezogen, das heipt, dap fur die meisten Faile ausschlieplich der Ausbruch allein betrachtet wird. Die Annahmen hinsichtlich Querschnitt und Gestein vvurden so getroffen, dap aile angesprochenen Verfahren angewendet werden können. Der Einflup deş von Verfahren zur Verfahren unterschidlichen Sicherungsaufwands wird in einem getrennten Schritt untersucht. Die Parameter sind - Tunnelquerschnitt - Auffahrlânge - Maschienenausrüstung -Gesteinfestikkeit -und Gebirgsgüteklasse. Für die Kostenrechnung sairde von der Praxis deş Tunnelbaus in vielen Fâllen entsprechenden Annahme ausgegangen, da$ die Ausrüstung über die jeweilige Projektlânge abgeschreiben wird. Es ist einleuchtend, dap bei geringen Lângen \i\ dadurch eine gewisse Verzerrung stattfindet, die sich kapitalintensive Verfahren negativ auswirkt. Die Kostenüberlegungen beinhalten folgende Kösten: -Gerâtekosten ( Abschreibung und Verzinsung ) -Kösten fur die Betriebsmittel ( einschliepiich Verschleipteile und Reparaturen ) -Energiekosten -Arbeitskosten - Kösten fur eine Montage und nbetriebnahme. Diese Arbeit befaJ3t sich mit den fisikalischen und mechanischen Eigenschaften der Gesteinschichten des Wassereinleitungsstollens des Taşoluk Damms in Biga, Türkei. Des weiteren wurden die klassischen und mechanischen Vortriebsverfahren des Tunnelbaus vergliechen. In der Zeit wurden vorort beobachtet und Proben genommen. Die vorherige Arbeiten wurden studiert und weitere Proben vorort entnommen. Mit den genommenen Proben worden Punktlastversuche und Spaltzugversuche auch genannt Brasilien Test gemacht. Aus den Proben wurden Feinschnitte gemacht und unter den Mikroskop untersucht. Daraus ergibt sich das Scimazek'VerschleiPziffern und danach wurden das MeiPelverbrauch festgelegt. Die Zusammenhange der einzelnen Teste wrden danach ausgewertet. Die Auftragssubmissionsbedingungen des DSİ Taşoluk Damms wurden untersucht, und vorgesehenen Tunnel Gestehungskosten festgestellt. Weiterhin wurden die Kostenkalkulation des klassischen und mechanischen Tunnelvortriebsverfahren kritisch untersucht. Aus der Untersuchungen kam heraus, dap die Wasserleitungsstollen in der Katogorie Harte, in die Mittelharte gehört. Das Gestein, wo der Tunnel gebaut wird, ist brüchig. Durch die Untersuchungen kam auch heraus, dap der Schimasek F-Indeks 1.26 kg/cm ist. Die Auftragssubmission fur den DSİ Taşoluk Damms gibt die Kösten fur das Jahr 1995 inklusive den Tunnelbau 63 410 737 TL/m an. Durch unsere Berechnung haben wir herausgefunden, daP im klassischen Vortriebsverfahren 1 Meter Tunnelbau 150 270 770 TL kostet. İm Mechanischenvortriebsverfahren ergeben die Gestehungskosten 3 12 920 225 TL/m XX Durch diese untersuchengen und Kostenvergleiche ergibt sich, da|3 das Klassischevortriebsverfahren ekonomischer als die anderen Verfahren ist. Weiterhin kam heraus, dajî durch niedrige Preise das Projeckt sehr schleppent vorankommt, und wirtschafUiche Vorteile fur das Land in weile Feme riickt.