Tünel inşaatında sprinkler düzeni parametrelerinin toz giderimine etkisi üzerine çalışma

Tünellerde daha temiz hava neden önemli

Modern karayolu tünelleri mühendislik harikalarıdır, ancak inşa süreçleri kapalı yeraltı hacimlerini ince toz bulutlarıyla doldurur. Bu toz yalnızca havayı bulanıklaştırmakla kalmaz: işçilerin akciğerlerine zarar verebilir, tehlikeleri görünmez hale getirebilir ve makinelerin daha hızlı yıpranmasına yol açar. Bu çalışma, işçi güvenliği ve inşaat kalitesi açısından büyük sonuçları olan çok pratik bir soruyu soruyor: tünel içinde sprinkler benzeri su sis sistemleri nasıl düzenlenmeli ki tozu havadan olabildiğince hızlı ve verimli şekilde uzaklaştırsın?

Su sisinin tünel tozunu nasıl kontrol ettiği

Araştırma, Çin’deki uzun bir karayolu tüneline odaklanıyor ve kaya yüzeyinde sondaj ve patlatma ile oluşan tozu inceliyor. Ekip, yüksek basınçlı memelerin havaya çok küçük damlacıklar püskürttüğü ince bir “su sisi” sistemini çalıştırıyor. Bu damlacıklar toz parçacıklarıyla çarpıştığında, toz suya yapışır, daha ağır kümeler oluşturur ve yere düşer. Hava ile parçacıkların birlikte akışını ileri düzey bilgisayar simülasyonlarıyla ve laboratuvar deneyleriyle destekleyerek, yazarlar su sisi ve tozun 50 metrelik bir çalışma yüzü yakınındaki bölümde zaman içinde nasıl yayıldığını ve etkileştiğini izliyorlar.

Tünelde sis ve tozun üç aşaması

Simülasyonlar, sprinklerler açıldıktan sonra sisin basit bir tekdüze perde oluşturmadığını gösteriyor. Bunun yerine üç aşamadan geçiyor. İlk olarak, başlangıç hızıyla yönlendirilmiş sis yukarıya ve ileriye doğru fırlıyor; en yüksek damlacık yoğunluğu kaya yüzeyinden 15–25 metre uzaklıkta görülüyor. Sonra, havalandırma fanı ve tünel duvarlarının oluşturduğu dönen hava akımları güçlü ve zayıf sis bölmeleri yaratıyor; tabana yakın, yüzeye 10–20 metre uzaklıkta düşük sisli bir bölge oluşuyor. Son aşamada ise sistem çalışmaya devam ettikçe sis tüm 50 metrelik alanı dolduruyor. Bu zaman diliminde aktif püskürtme bölgesinde toz güçlü şekilde azalıyor, ancak eşit olmayan bir dağılım var: toz, hava akımının parçacıkları sisin yakalayabileceğinden daha uzağa taşıdığı dönüş-hava (return-air) tarafındaki duvar boyunca toplanmaya eğilim gösteriyor.

En uygun püskürtme açısı ve konumunu bulmak

Çalışmanın kilit bölümlerinden biri, sprinklerlerin açısı ve konumunun etkinliğini nasıl değiştirdiğini test etmek. Doğrudan ileriye püskürtme (0 derece) sisi tünelin daha derinine gönderirken dikey yayılımı daraltıyor; daha büyük açılar (30, 45 ve 60 derece) daha geniş bir damlacık “şemsiyesi” oluşturuyor ancak menzil kısalıyor. Erken aşamada, toz yeni oluşmuş ve hâlâ yüzeye yakın yoğunlaştığı için en önemli olan tozun sise ne kadar çabuk rastladığı. Bu dönemde 0 derece püskürtme açısı ilk 10 metre içinde en yüksek azaltmayı sağlıyor. Zaman ilerledikçe ve toz tünel ağzına doğru sürüklendikçe hem temas süresi hem de kesit kapsamı önem kazanıyor. Püskürtme durduktan sonra kalan damlacıklar belirleyici hale geliyor: 45 derece açı, geniş bir kalıcı sis bulutu bırakarak tozu yakalamaya devam ediyor ve toplam giderim verimini %86,7’ye kadar çıkarıyor.

Uzun süreli koruma için sprinklerleri nereye yerleştirmeli

Ekip ayrıca püskürtme cihazının çalışma yüzünden ne kadar geride konumlandırıldığını değiştiriyor—5, 10, 15, 20 veya 25 metre—ve tünel boyunca birden çok noktada tozu izliyor. İlk yaklaşık on dakikada, yüzeye daha yakın cihazlar tozu daha erken yakalıyor ve en yoğun çalışma bölgesini daha güçlü koruyor; sistemin yüzeyden yaklaşık 10 metre uzaklığa yerleştirilmesi bu erken aşamada özellikle iyi sonuç veriyor. Ancak pompalar durduktan sonra desen tersine dönüyor: biraz daha geride, yaklaşık 15–25 metre aralığında oluşan sis bulutları havada daha uzun süre asılı kalıyor ve dışa doğru akarken tozu temizlemeye devam ediyor. Genel olarak, cihazın yüzeyden 15 metre geriye yerleştirilmesi hızlı müdahale ile uzun süreli temizlik arasında en iyi uzlaşmayı sağlıyor ve simülasyonlarda toz seviyelerini yaklaşık %86’ya varan oranlarda azaltıyor.

Bulgu ve modelin laboratuvarda sınanması

Bilgisayar modelinin gerçekliği yansıtıp yansıtmadığını kontrol etmek için araştırmacılar, önerilen 45 derece açıyla ayarlanmış ince memeler halkası, bir plunger pompa ve filtre tankı kullanarak yüksek basınçlı bir su sis sistemi kuruyorlar. Tünel benzeri bir odada ince inşaat tozunu taklit etmek için duman benzeri partiküller üretiyor ve birkaç uzaklıkta havadaki küçük parçacıkları (PM2.5) ölçüyorlar. Püskürtme yokken konsantrasyonlar cihazın üst sınırını hızla aşıyor. Sistem açıldığında PM2.5 seviyeleri hızlıca ölçülebilir aralığa düşüyor ve su kapatılsa bile kalan sis tozu bağlamaya devam ettiği için düşüş sürüyor. 20–30 dakika sonra toz konsantrasyonu püskürtme olmayan duruma göre yaklaşık %74 daha düşük bir seviyede stabilize oluyor.

Daha güvenli tünel çalışmaları için çıkarımlar

Uzman olmayanlar için çıkarılacak sonuç basit: tünelde sprinkler bulunması tek başına yeterli değil—nasıl nişanlandıkları ve nerelere monte edildikleri hava kalitesinde mütevazı ile çarpıcı iyileşmeler arasındaki farkı yaratabilir. Bu çalışma gösteriyor ki ince su sisi, çalışma yüzeyine dikkatle seçilmiş bir açı ve uzaklıktan püskürtüldüğünde zararlı toz parçacıklarının dörtte üçünün üzerindeini temizleyebilir ve pompalar kapandıktan sonra bile havayı temizlemeye devam edebilir. Bu bulgular tünel tasarımcıları ve müteahhitlere işçilerin akciğerlerini korumak, görüşü iyileştirmek ve daha temiz, daha güvenli inşaat sahaları işletmek için somut rehberlik sağlıyor.

Atıf: Yang, S., Ren, R., Du, J. et al. Study on the effect of sprinkler layout parameters on dust removal in tunnel construction. Sci Rep 16, 12119 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41935-z

Anahtar kelimeler: tünel toz kontrolü, su sis sprinklerleri, PM2.5 giderimi, inşaat havalandırması, iş sağlığı