Tunele były pierwotnie budowane jako część systemów wodociągowych i kanalizacyjnych, których historia sięga czasów Cesarstwa Rzymskiego. Po raz pierwszy wykorzystano je do transportu jako część systemów kanałowych w XVII wieku. Wraz z rozwojem kolei w XIX wieku i samochodów w XX, tunele stały się dłuższe i bardziej złożone. Najpopularniejszymi metodami budowy tuneli są metoda odkrywkowa, metoda rurki zanurzonej lub zastosowanie maszyny do drążenia tuneli.
Kroki
Część 1 z 4: Czynniki do rozważenia przy budowie tunelu
Krok 1. Zastanów się, gdzie powstanie tunel
Proponowana lokalizacja tunelu określi, jakie narzędzia i techniki są niezbędne do jego budowy i przygotowania do zamierzonego użytkowania. Tunele można podzielić na 3 typy:
- Tunele o miękkim podłożu. Tunele te wymagają podparcia przy otworach, aby zapobiec zawaleniu się tunelu. Tunele te są zwykle płytkie i wykorzystywane do budowy metra, dostarczania wody i systemów odprowadzania ścieków.
- Tunele skalne. Ponieważ są wykopywane z litej skały, tunele te wymagają niewiele dodatkowego wsparcia lub wcale. Tunele kolejowe i samochodowe są zwykle tego typu.
- Podwodne tunele. Jak sama nazwa wskazuje, tunele te przebiegają pod rzekami, jeziorami, kanałami, a w przypadku „Chunnel” cieśninami, takimi jak Kanał La Manche. Są to najtrudniejsze do zbudowania tunele, ponieważ w trakcie budowy i po jej zakończeniu woda musi być trzymana z dala od tunelu.
- Budowa tunelu pod miastem stwarza problemy podobne do tunelu podwodnego, ponieważ ziemia wokół tunelu ma tendencję do uginania się pod ciężarem budynków nad nim. Znajomość geologii obszaru pomaga przewidzieć, jak bardzo ziemia będzie się uginać, i sugeruje, jakie metody mogą zminimalizować uginanie się terenu.
Krok 2. Rozważ ścieżkę tunelu
Tunel o długiej, pojedynczej, prostej ścieżce jest stosunkowo łatwy do drążenia za pomocą maszyny do drążenia tuneli. Tunele różniące się od tej konstrukcji stwarzają problemy, które sprawiają, że ich budowa staje się bardziej skomplikowana.
- Maszyny do drążenia tuneli nie nudzą krótkich tuneli, ponieważ nie jest to opłacalne.
- Tunele, które wymagają różnych średnic odwiertów na różnych odcinkach ich tras, również sprawiają, że użycie maszyny do drążenia tuneli jest niepraktyczne z powodu opóźnień w regulacji średnicy odwiertu.
- Tunele, które zakręcają ostre narożniki lub mają przecinające się wały, również wykorzystują wytaczarkę niepraktyczną.
Krok 3. Rozważ przeznaczenie tunelu
To, do czego tunel będzie używany, określa, jakie dodatkowe prace poza wykonaniem samego tunelu będą konieczne przed oddaniem go do użytku.
- Tunele, które przewożą pasażerów, wymagają jakiejś formy wentylacji. W przypadku tuneli drogowych oznacza to zwykle szyby wentylacyjne zapobiegające gromadzeniu się tlenku węgla. W przypadku tuneli kolejowych może to oznaczać wentylację wymuszoną w celu usunięcia spalin z silnika Diesla. Oba oferują uzupełniające metody radzenia sobie z powstającym dymem w przypadku wybuchu pożaru w tunelu.
- Intensywnie używane tunele, takie jak Big Dig w Bostonie, mogą obejmować stale obsadzone centra operacyjne ze sprzętem wideo do monitorowania ruchu w tunelu i radzenia sobie z sytuacjami awaryjnymi.
- Długie tunele drogowe, takie jak tunel Eisenhowera w Kolorado, mogą być oświetlone górnymi światłami dla wygody kierowców i pasażerów. Inne tunele drogowe, takie jak te w Parku Narodowym Zion w stanie Utah, mogą być wyposażone w malownicze wycięcia, aby wpuszczać naturalne światło w niektórych miejscach i zapewniać pasażerom wgląd w otaczającą scenerię.
- Niektóre tunele, takie jak tunel Queensway między Liverpoolem a Birkenhead w Anglii i tunel Lion Rock między Sha Tin i New Kowloon w Hongkongu, łączą górny pokład przeznaczony do ruchu pasażerskiego z dolnym pokładem serwisowym dla wody, rur lub kabli. Inne tunele, takie jak malezyjski tunel SMART, mogą być wykorzystywane do kontroli ruchu lub kontroli powodzi.
Część 2 z 4: Korzystanie z metody cięcia i przykrywania
Krok 1. Wykop rów
Obszar, na którym będzie tunel, zostanie całkowicie wykopany, a dach tunelu zostanie utworzony i przykryty, gdy tunel zostanie ukończony. Ten rodzaj tunelu jest budowany na dwa sposoby:
- Oddolne: najpierw tworzona jest podpora naziemna, a następnie wokół niej budowany jest tunel.
- Od góry: Boki i dach tunelu są zbudowane na poziomie gruntu, a pod nim wykopany jest wykop tunelu.
- Obie metody są stosowane głównie w płytszych tunelach, chociaż metoda odgórna pozwala na kopanie głębszych tuneli niż metoda oddolna. Głębsze tunele są często wykopywane za pomocą tarczy tunelowej, struktury przypominającej pudełko z małymi okiennicami otwieranymi w celu przekopania się. Po usunięciu brudu przed tarczą tarcza jest przesuwana do przodu, aby kontynuować kopanie.
Krok 2. Utwórz ściany i dach tunelu
Ściany i dach tunelu mogą być budowane podczas kopania tunelu lub mogą być wstępnie zbudowane i umieszczone na miejscu podczas kopania tunelu. Materiały na dzień dzisiejszy obejmują:
- Łuki ze stali falistej.
- Prefabrykowane łuki betonowe.
- Prefabrykowane ściany betonowe.
- Beton lany lub natryskiwany. Często jest to używane w połączeniu z jedną z metod formowanego łuku.
Krok 3. Ukończ tunel
Sposób, w jaki to się robi, zależy od tego, czy zastosowano metodę oddolną, czy odgórną.
- Tunele utworzone metodą „od dołu do góry” muszą być zasypane, aby pokryć dach tunelu, a następnie budowana lub przebudowywana jest każda powierzchnia, która ma istnieć nad dachem tunelu.
- Tunele tworzone metodą odgórną wykopywane są poniżej miejsca wzniesienia ścian i dachu tunelu, a następnie powstaje płyta fundamentowa, która pełni rolę stropu tunelu.
Część 3 z 4: Korzystanie z probówek zanurzonych
Krok 1. Wykop rów, gdy tunel ruszy
Ta metoda jest podobna do metody odkrywkowej, ale służy do kopania podwodnych tuneli. Wykop musi biec przez całą długość tunelu pod wodą.
Krok 2. Ułóż serię stalowych rur wzdłuż wykopu
Każda rura jest uszczelniona na obu końcach przegrodą. Jeśli dętka jest przeznaczona do tunelu samochodowego, jak w przypadku tunelu Teda Williamsa w Bostonie, dętki zawierają gotowe odcinki dróg.
Krok 3. Osadź rurkę wystarczającą ilością zasypki, aby wytrzymać ciśnienie wody nad nią
W przypadku tunelu Teda Williamsa była to warstwa skały o grubości 1,5 metra.
Krok 4. Połącz rury, usuwając przegrody
Wszelkie odcinki dróg lub kolei wbudowane w rury również zostałyby połączone w tym czasie.
Część 4 z 4: Korzystanie z wytaczarki do tuneli
Krok 1. Wybierz odpowiednią maszynę do drążenia tuneli do pracy
Maszyny do wytaczania tuneli, zwane TBM w skrócie lub „kretami”, mają z przodu okrągłe płyty zwane tarczami. Noże tarczowe na osłonie przebijają skały i brud, które przechodzą przez otwory w osłonie na taśmę przenośnika wewnątrz TBM, która umieszcza ją za maszyną.
- Rodzaje tarcz TBM różnią się w zależności od tego, czy kret ma wkopać się w miękką, mokrą ziemię czy twardą skałę. Średnice tarcz wahają się od 26,3-stopowej (8,03 m) tarczy Aker Wirth na TBM stosowanej w szwajcarskich elektrowniach Linth-Limmern do „Wielkiej Berty” Hitachi Zosen o średnicy 57,5 stóp (17,5 m).
- Krety zaprojektowane do kopania tuneli pod lustrem wody mają również komory z przodu, które wywierają nacisk na przekopywaną ziemię.
- W przypadku dużych zadań może być potrzebnych wiele TBM. Kanał pod kanałem wymaga 11.
Krok 2. Ustaw maszynę na miejscu
W przypadku tunelu na powierzchni nie stanowi to problemu. Jeśli tunel ma być drążony głęboko pod ziemią, wiercony jest szyb dostępowy, zwykle okrągły, i wyłożony betonem. TBM jest do niego opuszczany i od tego miejsca jest drążony tunel.
- W przypadku długich tuneli wierci się wiele szybów dostępowych.
- Po zakończeniu budowy tunelu szyby dostępowe mogą stać się szybami wentylacyjnymi i/lub wyjściami awaryjnymi. Jeśli nie są tak zatrudnieni, pozostają na miejscu na całe życie tunelu.
Krok 3. Rozłóż podpory tunelowe podczas przewiercania się maszyny
Segmenty prefabrykowanego betonu są wznoszone za TBM, tworząc pierścień w ustalonych odstępach.
Krok 4. Spryskaj betonem wykopane ściany między pierścieniami nośnymi
Beton natryskowy lub beton natryskowy pokrywa i stabilizuje ściany tunelu. Beton natryskowy może zawierać włókna stalowe lub polipropylenowe, aby go wzmocnić, podobnie jak stalowe pręty zbrojeniowe są używane do wzmacniania betonu odlewanego. Beton natryskowy zawiera również przyspieszacz, który pomaga przyklejać się do ścian tunelu i szybko wysychać.
Porady
- Wczesne tunele drążono w skale, wiercąc dziury i używając materiałów wybuchowych: najpierw czarnego prochu, a później dynamitu. Wzniesiono tymczasowe podpory z drewnianych ram, które zastąpiono cegłą i murem. Późniejsze tunele wykorzystywały segmentowe pierścienie żeliwne, skręcane ze sobą, zamiast drewna i muru.
- Tunele można również wiercić w miękkiej ziemi za pomocą podnośników do pchania rur/rurek lub koparek w kształcie skrzyni zakończonych głowicami tnącymi. Tunele z przeciskami rurowymi są zwykle wąskie, nie przekraczają 10,5 stopy (3,2 m), podczas gdy tunele z przeciskami skrzynkowymi mogą mieć szerokość do 65,6 stóp (20 m).
