KUVVET VE DERİVASYON TÜNELLERİ

Sarıyar Hidroelektrik tesislerinin avan projesi ve ilk projesinde derivasyon ve isale için çift maksatlı tek bir tünel derpiş edil mişken, sonradan iki tünel inşa edilmesi memleketimiz mühendislik çevrelerinde alâ ka ile karşılanan bir vaka olmuştur.

Bu yazıda, iki tünel inşasını zaruri kı lan teknik ve ekonomik âmillerin izahının yapılmasına çalışılacaktır.

İlk projeye göre, Sanyar mevkiinde Sa karya nehri bir (S) yapar. Baraj mahallinin arkasında yapılacak bir batardo ile nehrin baraj temeli çukuruna akması önlenecek ve

tünel vasıtası ile nehir derive edilecekti. De rive edilen nehir tünele tabanı 399.00 kotun daki alt ağızdan girerek ve denge bacası ci varındaki kurptan garba doğru dönerek sant ral mahallinin mansap tarafından tekrar ya tağına akacaktı. Baraj inşaatı kâfi derecede ilerlediği zaman tünelin kapağı kapanarak su tutmağa başlanacak ve bu esnada yukarı da tabanı 430.00 kotundaki su alma ağzı ve su alma tesisleriyle mansap tarafından sant rala giden tünelin alinyimandaki kısım inşa edilecek ve bu arada da memba ve mansap tarafındaki beton tıkaçlar ikmal edilecekti.

Borcij Santnl ve tüneli gösteren vaziyet plânı

8ARAI

**•!•' SAKIVAA KÖY Ü*

KUVVET TuHELI

lı. .ti. .,*4,. ?

H r. J\ .

K U V V I T TÛMCll

(i«ıı A

Şekil: 1 (tik Projeye göre)

Bu suretle santral tamamlanınca su, ta

kalmağında nazarı itibara alınırsa bu tip

banı 430.0Ö kotandaki su alma ağzından gi

arazide betonarme, iksa kalınlığının 50 cm.

recek ve mihveri 384.50 kotundaju türbinle

den az olamıyacağı meydana çıkar, bundan

ri çevirdikten sonra tekrar yatağına döne

maada bu kalınlığı ve içeri konulacak teçhi

cekti

zatın statik şartları (mukavemet şartlarını)

Bu ilk projenin tatbikinde tünelin işletme da tahkik etmesi Ilımdır. Demekki iksanın

esnasında âtıl kalacak olan memba tarafın

asgari kalınlığı 0.50 m. olabilir.

da 353.00 ve mansap tarafında 180.00 metre

İksanın azami kalınlığını tâyin edecek

kadar iki kısım hariç bütün tünel hem deri

şartların en mühimlerinden biri de maliyet

vağyon ve hem de isjüe maÇsadiyle kullanıl

şartjdır.

mış olacaktı. Tünel isâle maksadiyle, yani bütün işlet me esnasında kullanıldığı zaman dahildeki tazyik su darbesiyle beraber J3,30 atmosfere kadar çıkacağından, dış kayanın da buna mukavemet edecek kadar sağlam olması ge rekmektedir.

18 Nisan 1952 tarihinde arazinin çürük ve insicamsız olması dolayışiyle vaki olan göçük bütün tünelin tekrar gözden geçiril mesini icap ettirdi.

Tünelin yeniden etüdü: Tünel cidarının iksası çürük arazide dış yüklere (toprak dafiası) mukavemet etmeli ve iş tazyik neticesinde beton veya betonar me iksadaki beton cer gerilmeleri tehlikeli çatlaklar tevlit etmemelidir. Tünelia çürük noktalarında hafriyat esnasında içeri destek olarak 1 NP 26 26 lık putreller konulmakta dır. Ve gerek pratikteki teamül ve gerekse

Filhakika hidrolik sebepler dolayışiyle iç kuturda fazla bir daraltma yapılamıyacagına gere dışa doğru çıkmak yani hafriyatı da ar tırmak gerektir ki, bu "hal (ileride görülecek statik unsur hariç) gayri iktisadî neticeler doğurmaktadır.

Tüçslin iksası için .iktisat şartının çizdi ği kalnıtfıfe1 limiti de 1.00 metre civarındadır. . Aksamın dışındaki baya betonun iç tazyikle genişlemesine mukavejnet eder ve aksi tesir ile betona difardan içeri doğru bir tazyik ya par. Bu tazyikin değeri kaya kalınlığının art ması ile artar ve bitf limite doğru gider. Ga lerinin hesabında mütehavviller:

&) Kayanın elastikiyet emsali Ek, b) Kayanın kalınlığı d olduğuna göre meseleyi basitleştirmek için kayanın limit değerini * bulup muadelelerde bu değeri kullansak bir mütehav.vili ortadan

şartnamelere göre bu putrellerin alinyımanda

kaldırmış olacağız.

10 cm. lik^bir tolerans kaÇul edilmektedir. Bu hale njuzaran kavis yerine «yeterin ikamesi ve demir "iksanın önünde zaruri olan bir beton

Kalın cidailı silindirde : 2 a İç kutur

S. M. M. 11 12

Wk = 0.20 (kayada » » ) Eb — 200.000 Kg/cm2 (kabul) Ek = 100.000 Kg/cm2 (kabul) a = 4 20 alınıp 0.50 m ve 1 00 m. lik iksa kalınlıkları ve muhtelif kaya kalınlıkları için ıpa yani kayanın betona tazyiki aranırsa aşa ğıdaki münhaniler bulunur:

1 — Pratikte 20.00 m lik bir kaya kalın lığı gaye haline tekabül eder ve kaya kalınlı ğının bundan sonra artması pratik netice üze rine tesir etmez.

2 — İksanm kalınlığı arttıkça kayanın tesiri azalır.

Şimdi de ince ve kalın iksalan gaye ka lığında kaya sardığına göre ki (bu hâl mevzuu bahis tünelde daima mevcuttur) bu kayanın

A DETAVı

(ŞEKİL: 2)

2b

Dış kutur

Pı

İç tazyik

Pa

Dış tazyik

E

Young emsali

W

Poisson emsali

Ub

Silindir dış civarındaki bir nok

tanın radyal deformasyonu

olduğuna göre:

1 W a2 x Pi b2 Pa

Ub =

b2 a2 a2 b2

xb (1 + W)

(Pi Pa)

(b2 a2) b

formülü, kaya ve betonun temas ettikleri P

gibi bir noktada kayanın radyal olarak de

formasyonunun beton deformasyonuna müsa

vi olduğu (burada rötrenin ikmalinden dolayı

yapılan takribıyet ilerdeki daha dakik hesap

larda nazarı itibara alınarak kuPanılmalıdır.

Kaya kalınlığı 0.00 dan itibaren tahavvül

ettirilir ve:

Pı = 11 00 Kg/cm

Wb = 0.15 (betonda Poisson emsali)

E M. M. 1 1 1 2

(ŞEKİL : 3)

elastikiyet emsalinin tahavvülünün iksalan

tesirini ve beton iksadaki doğurduğu müma

sı cer gerilmelerini arayalım:

1.00 m lik iksada : Pi — 110 t/m2

a — 4.20 m.

b — 5.20 m. olursa,

2146.20

Pa = —

6.24 Eb + 2.93

0.50 m lik iksada ise :

P ı = 110. t/m

a = 4.20 m.

b = 4 70 m. olursa

410.20

Po —

5.64 Eb I 41.42

Kalın cıdarlı boruda iç ve dış tazyikler

malûm olunca âzami mümasi gerilmeler

T:' '.'. 2 ü 9Ü.C

CEUSKTRİK

SANTRAL BİNASINDA I No. LÜ ÜNİTENİN

11-20 t-UZ*)

o < 2 345

Pi (a2 + b2) 2b2 po

t=

formülü

26 max

b2 a2

ile muayyen olduğundan:

0 50 m ve 1.00 m kalınlıkta iksalar için

harici kayanın young amsaunı değiştirerek

tu neticeleri toplarsak aşağıdaki tablo elde

edilir:

besinin hesaba katılmadığı düşünülürse bu li mitlerin dahi çok tehlikeli olduğu meydana çıkar.

Halbuki Sarıyar tünelinin 700 metre ka dar tutan bir kısmında kayanın elastikiyet emsali bu değerin altındadır. Dolayısiyle iksa g j a t ı k l » elması lâzımdır. îu~hâlde tünelin ütöası için gerekli kalın

Ek Kg/cm

0.50 m lik iksada Po (Kg/cm2) tmax(Kg/cm2)

1.00 m. lik ifcfiada Po (Kg/cm' O t t n a x (Kg/cm2)

0.000 5.000 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000 80.000 90.000 100.000 150.000 200.000

0.00

98.34

1.54

83.04

2.66

72.24

4.20

56.74

5.20

46.74

5.90

39.84

6.50

33.84

6.82

30.74

7.13

27.54

7.40

24.84

7.61

22.84

7.80

20.84

8.40

14.94

3.73

10.69

Betonarme iksada, demir teçhizatı nazarı itibare almadan sadece betonda doğacak cer gerilmeleri 25 Kg/cm2 değerini aşınca makta ın değişmesi lâzımdır. Aksi halde vaki olacak çatlaklardan galeri fazla su kaçırır, kaçan su betonla kaya araşma nüfuz eder, burada ka yanın dekompoze olmasını intaç eder, kaya nın mukavemeti daha fazla azalır ve bu su retle istikbalde galeri yıkılabilir. Bu sebepten dolayı betontia 25 Kg/cm2 değerinden daha büyük mümasi cer gerilmelerine tekabül eden elâsiööyet emsali kayalarda betonarme iksa yapılamaz, çelik iksaya gitmek lâzımdır. Bu .elâşlijasiyet eBişali değerlerinin de 0.50 m. lik ıksa"îçîn Ek = 70.000 ilâ 80.000 Kg./cm2 ara sında ve 1.00 m. lik iksa için de Ek = 50.000 ilâ 60.000 Kg/cm2 arasında olması gerektiği şekil 4 de görülmektedir.

Şekil: 4

İlk hesapların yapılması sırasında pi = 110 t/m2 (yani statik tazyik) alındığı ve su dar

0.00 0.78 1.45 2.50 3 30 3 90 4.40 4.90 5.10 5.50 5.70 6.90 6.70 7.11

'52.30 47.82 43.95 37.90 9İ30 2§.9O 27.15 24.10 22.90 20.70 19.50 18.30 13.70 11.40

çelik levhalar memleketimizde bulunmadığın dan dövizle dışarıdan temin edilecek ve bu iş için tünel servise takriben iki sene kadar geç girecekti. Bu hakle pfojeyi iki sene geciktir memek için nehri saâ vaya sol sahilden bütün bir yatak derivasyonu ile derive etmeK lâzım dır

Bu halde maliyet: T. L.

a) Tünelin müşterek kışını 26.000.000,—

b ı Tünelin derivasy*n kısmı 2.350.000,—

c) Yatak derivasyori' kanalı 3.500.000,—

d) Denge bacası

445.000,—

e) Cebrî çelik borudaki ilâve 665.000,—

Yekûn 32.960.000 olacaktı.

Yukarıda vazıh olarak anlatılan teknik güçlükler, fazla döviz ihtiyacı ve ,çök yüksek maliyet ve çelik iksanın ikmali hesaba katılır sa 1956 1957 senesi feyezanın kaçırılarak su tutmaya geç başlama ihtimali idareyi başka solüsyonlar aramağa sevketmiş ve bunun için Amerika'dan Mr. McvBirney, İtalya'dan Dr. Claudıo Marcello celbedilerek mesele kendile rine izah edilmiş ve ne gibi tavsiyelerde bulu nabilecekleri sorulmuştur.

Yapılan müşterek araştırmalarda şu muh telif varyantlar etüd edilmiştir:

1) Yukarda bahsedilen tek, çelik kaplı tünel,

2) Santralı barajın dibine yapmak,

E. MM. 11 12

3) İki tünel yapmak. Birinci solüsyonun takriben 33 000 milyon liraya malolacağı yukarıda izah edilmiştir. İkinci solüsyonun mahzurları şunlardır: a) Sakarya'nın yatağında tünel giriş ağ zı ile çıkış ağzı arasında takriben 700 m. lik bir seviye farkı vardır. Santralı barajın dibin de yapmakla senede 37 milyon kilovat saat kadar yani senelik enerjinin takriben % 10 u kadar bir kayıpla karşılaşılır. b) Baraj dolu savak sarfiyatı 7500 M3 sa şiye olduğuna göre santralı barajın altına ya parken çok mühim ve pahalı bir inşaat sis temine kaçmak lâzımdır. c) Santralın sağ veya sol yamaçta ve santralın tulâni mihverinin talveg hattına muvazi olarak vaz'ı da bu yamaçlarda çok fazla, tehlikeli ve pahalı hafriyatın yapılma sını icap ettirecek ve ayrıca sipariş edilmiş bulunan türbinlerin randımanını da düşüre cekti.

d) Baraj dibinde vadi dar olduğundan gerek normal işetme ve bilhassa feyezan sı ralarında burada su seviyesi çok yükselecek tir. Santralın hali hazır vaziyetinde suyun en fazla 397.50 kotuna kadar çıkabileceği ka bul edilmişti, ve burada nehir yatağı çok ge niştir. Santral yatağın dar kısmına konulun ca suyun çok daha yükseğe çıkacağına göre binanın bu ha'deki izolasyonu da aynca bir pahalılık doğuracaktır.

e) Santralı baraj dibine inşa edip baraj seviyesini 700 m. daha kaldırarak a) daki mahzuru bertaraf etmek akla gelebilir. Bu halde rezervuar hacmi 700.000.000 ma ve re zervuar sahası 1400 hektar artar, ki bu halde hem daha fazla arazi satın almak yani mali yeti yükseltmek, hem de artacak rezervuar hacmini doldurmak için mevsimine göre iki ay veya 6 7 ay kadar beklemek lâzım gelir ve irtifaı artacak barajın bizatihi maliyeti de bir hayli artar.

f) Santralı baraj dibinde ve bu mahallî 700 m kadar hafrederek ve müteakiben nehir tabanını tarayarak inşa etmek ise gene hem baraj betonunu artıracak hem de nehrin ya tağında büyük ve esaslı bir taramayı icap et tirecektir ki gerek bu halde ve gerekse e) ha lindeki mahzurlar b), c) ve d) mahzurları ile birlikte ortaya çıkacağından göze almalarına imkân olamaz.

iki tünel yapmak : Altta halen kazılmış bulunan tüneli sa dece dış yüklere (toprak dafiası, yeraltı su yu v.s.) göre iksa ederek biran önce derivas yonu buradan yapmak ve su alma ağzından mihver kotu 434.25 de olan 8.000 m. iç kutur lu ve 0/001 meyilli ikinci bir tünel yapmak. Bu halde su darbesi de hesaba katıldığı hal de denge bacası civarındaki tazyik 6.35 at

mosfere baüğ olur ki ilk projedeki tazyikin yarısı civarındadır.

Tünel güzergâhı plânda hattı müstakim olmayıp tepelerin altını takip etmektedir. Bunun sebebi şudur: Tepeler tesiratı havai yeye asırlar boyunca daha fazla mukavemet etmiş ve derelere nazaran daha az aşınmış olduklarından tepelerin altındaki kayanın daha sağlam olması ihtimali büyüktür. Ve filhakika hafriyat sırasında bu faide müşa hede edilmiştir.

(Coup de belier) Türbinlerin âni kapan ması ile hasıl olacak şok dalgası ilk projede geriye tünelde giriş ağzına doğru in'ikâs ederken denge bacasının tünele bağlayan şa kuli sarf hizasına gelince bu tesirin bir kısmı sarf vasıtasiyle denge bacasına intikal edecek, ancak iç kutru 7.30 metre ve uzunluğu 45.00 metre kadar olan bu şaftın mukavemetinden dolayı bir kısım da tünele intikal edecektir. Halbuki yeni projede şaftın iç kutrunun sa bit kabasına mukabil irtifaı 7.00 metre yani mukavemeti az olduğundan şok dalgasının hemen hepsi denge bacasına intikal edecek ve tünel (ufak bir ihmal ile) statik tazyik altın da çalışacaktır ki bu da su alma ağzında âza mi 5.00 atmosfer ve denge bacasından hemen biraz evvel âzami 6.00 atmosferdir.

Bu halde tünelin statik hesabı: Kabuller: a) Hariçteki tabaka kil E = 0, iksaya yar dımı yok, b) Tünel iksa maktaı 1.00 m. kalınlıkta olduğuna göre : İnci halka (Betonarme demirleri (130/10 cm.) R, = 4 06 m.

= 0.7070 cm. (Demirin mütemadi plâ ka tahvili halinde plâk kalınlığı

Z, = 574,761 E, = 2.100.000 Kg/cm2 Mı = 0.33 N, = 200.000 = 0.9524

2.100.000 2nci halka Beton R, = 4.06 R, = 5.06 Z, = 4.6148 E, = 200.000 Kg/cm2 M, = 0.15 N, = 10.50 3 üncü halka (Her metrede 1 INP 26 ve 4 0 30). R4 = 5.06 m. Ş = 0.8168 cm. Z, = 619.818 E, = 2.100.000 M, = 0.33 N. = 0.

Dış kayanın mukavemeti yok farzedildiğine göre :

P« = 0 dır.

iç tazyik Pn = 6,35 Kg/cm olduğuna gö re deformasyon muadeleleri yapılıp ma lûm değerleri yerine koyar, tanzim ve halle dersek : P, = 4.10 Kg/cm*, P2 = 1.98/Kg/cm= bulur ki buna tekabül eden beton gerilmeleri de 20 21 Kg/cm2 değerini geçmez.

Yani netice olarak dış kayanın mukave meti sıfır addedilse dahi üst tünel betonarme olabilir.

Bu halde tünelin maliyeti:

% 20 gayri melhuz işler 1.530.236.80 TL.

işçilik ve malzeme 2.526.316 dolar x 2.80 =

7.073.684.80 TL.

Çimento

577.500.00 TL.

olur.

Yekûn : 9.181.421.60 TL.

Buna alt tünel maliyetini de ilâve eder sek:

Üst tünel

9.181.421,60 TL.

Alt tünel

8.000.000,00 TL.

İki tünel maliyet yekûnu 17.181.421,60 TL. veya takriben 17.5 milyon lira olarak buluruz. Halbuki tek tünel maliyeti takriben 33 milyon lira civarında olacaktı. Bu sebepten dolayıdır ki Sanyar projesinde paradoksal görünen bir

solüsyona gidilmiş ve bir yerine iki tünel ya pılarak işin heyeti umumiyesi daha ucuza maledilmiştir.

HİDRO ELEKTRİK SANTRAL

Kuzey Batı Anadolu sistemine, senede 400 milyon kWh civarında enerji temin ede cek olan Sarıyar Hidro Elektrik tesislerinin santral binası, barajdan mensaba doğru 4 Km. mesafededir.

Tamamen betonarme o'an santral binası genel olarak, Türbin ve Generatörlerin bulun duğu mansap tarafındaki ana kısım ile ku manda ve tevzi odalarının bulunduğu kısım olmak üzere birbirine bitişik iki kısımdan iba ret olup, cebri borular ve tünel vasıtasiyle ba rajla irtibattadır. 82 m. uzunluğunda 31 m. genişliğindeki ana kısım temelden damının üstüne kadar 33 m.. Kontrol kısmı ise 20. m. yüksekliğindedir. üç katlı olan binanın birin ci katı 380,80 kotundadır. Kelebek venalar, yağ depolan, yağ temizleme, karbondioksit odaları, hamsu sistemleri bu kattadır. 387,5 kotunda (ikinci kat) türbin kumanda meka nizması, makine atölyesi, su tasfiye odası, 400 V. santral servis transformatörleri ve tevzi tablosu ûe 13,8 kV. luk bara], su alma ağzı ve site fiderlerinin disjonktör ve seksiyoner lerin bulunduğu tevzi dairesi, kompresör oda sı, yedek elektrojen grubu, ısıtma, havalandır ma ve klimatizasyon tesisatı bulunur. Türbin ler 380,80 ile 387,50 kotlanndaki döşemeler

Cebri boru

_H""^f

sahası

Kot: 391O

Hit 192. , Ot'Jinat tcpt ak. Kot: MI.o

'ittin, su s evi t/as t

; 384.0

SANTRAL VE ŞALTER SAHASI ENİNE KESİTİ t

E. M. M 1 1 1 2