Tunelurile au fost inițial construite ca parte a sistemelor de alimentare cu apă și canalizare, datând din zilele Imperiului Roman. Prima lor utilizare pentru transport a fost ca parte a sistemelor de canale din secolul al XVII-lea. Odată cu dezvoltarea căilor ferate în secolul al XIX-lea și a automobilelor în secolul al XX-lea, tunelurile au devenit mai lungi și mai complexe. Cele mai comune metode de construire a tunelurilor sunt metoda de tăiere și acoperire, metoda tubului scufundat sau utilizarea unei mașini de forat tuneluri.
Pași
Partea 1 din 4: Factori de luat în considerare la construirea unui tunel
Pasul 1. Luați în considerare locul în care va fi construit tunelul
Amplasarea tunelului propus va determina ce instrumente și tehnici sunt necesare pentru a-l construi și a-l pregăti pentru utilizarea intenționată. Tunelurile pot fi împărțite în 3 tipuri:
- Tunele cu sol moale. Aceste tuneluri necesită sprijin la deschideri pentru a împiedica prăbușirea tunelului. Aceste tuneluri sunt de obicei superficiale și sunt utilizate pentru metrou, sisteme de alimentare cu apă și sisteme de evacuare a apelor uzate.
- Tuneluri de stâncă. Deoarece sunt excavate din roci solide, aceste tuneluri necesită puțin sprijin adăugat sau deloc. Tunelurile pentru trenuri și mașini sunt de obicei de această varietate.
- Tunele subacvatice. După cum indică și numele, aceste tuneluri merg sub râuri, lacuri, canale și, în cazul strâmtorilor „Chunnel”, cum ar fi Canalul Mânecii. Acestea sunt cele mai greu de construit tuneluri, deoarece apa trebuie ținută departe de tunel în timpul și după construcție.
- Construirea unui tunel sub un oraș oferă probleme similare cu un tunel subacvatic, în sensul că solul din jurul tunelului tinde să se lase sub greutatea clădirilor de deasupra acestuia. O cunoaștere a geologiei zonei ajută la prezicerea cantității de pământ care se va lăsa și sugerează ce metode pot minimiza lăsarea.
Pasul 2. Luați în considerare calea tunelului
Un tunel cu o cale lungă, simplă și dreaptă este relativ ușor de alezat cu un tuner. Tunelurile care diferă de acest design oferă probleme care fac construirea lor mai complexă.
- Tunelurile scurte nu sunt plictisite cu aparatele de tunel, deoarece nu este rentabil să o faci.
- Tunelurile care necesită diferite diametre ale găurilor la diferite părți ale traseelor lor fac, de asemenea, imposibilă utilizarea unei mașini de găurit tunel din cauza întârzierilor în ajustarea diametrului găurii.
- Tunelurile care rotesc colțurile ascuțite sau au arbori care se intersectează fac, de asemenea, imposibilă utilizarea unei mașini de plictisit.
Pasul 3. Luați în considerare scopul tunelului
Pentru ce va fi utilizat tunelul determină ce lucrări suplimentare, pe lângă realizarea tunelului în sine, vor fi necesare înainte de punerea în funcțiune.
- Tunelurile care transportă pasageri necesită o formă de ventilație. Pentru tunelurile rutiere, aceasta înseamnă de obicei arbori de ventilație pentru a preveni acumularea de monoxid de carbon. Pentru tunelurile feroviare, aceasta poate însemna ventilație cu aer forțat pentru a elimina evacuarea motorului diesel. Ambele dispun de metode suplimentare pentru a face față fumului creat în cazul izbucnirii unui incendiu în tunel.
- Tunelurile foarte folosite, cum ar fi Big Dig din Boston, pot prezenta centre de operațiuni cu echipaj continuu echipate cu video pentru a monitoriza traficul în tunel și pentru a face față situațiilor de urgență.
- Tunelurile lungi de drum, cum ar fi tunelul Eisenhower din Colorado, pot fi iluminate cu lumini deasupra capului pentru confortul șoferilor și pasagerilor. Alte tuneluri rutiere, cum ar fi cele din Parcul Național Zion din Utah, pot prezenta decupaje pitorești pentru a permite luminii naturale să pătrundă în tunel în locuri și să ofere pasagerilor o privire asupra peisajului înconjurător.
- Unele tuneluri, cum ar fi Tunelul Queensway între Liverpool și Birkenhead, Anglia și Tunelul Lion Rock între Sha Tin și New Kowloon din Hong Kong, combină o punte superioară pentru traficul de pasageri cu o punte de serviciu inferioară pentru apă, conducte sau cabluri. Alte tuneluri, cum ar fi tunelul SMART din Malaezia, pot fi utilizate fie pentru controlul traficului, fie pentru inundații.
Partea 2 din 4: Utilizarea metodei Cut-and-Cover
Pasul 1. Săpați un șanț
Zona în care va fi tunelul este săpată complet, acoperișul tunelului urmând să fie creat și acoperit la finalizarea tunelului. Acest tip de tunel este construit în unul din două moduri:
- De jos în sus: Suportul la sol este creat mai întâi, apoi tunelul este construit în jurul său.
- De sus în jos: laturile și acoperișul tunelului sunt construite la nivelul solului, iar șanțul tunelului este săpat sub el.
- Ambele metode sunt utilizate în principal pentru tuneluri mai puțin adânci, deși metoda de sus în jos permite săparea tunelurilor mai adânci decât metoda de jos în sus. Tunelurile mai adânci sunt adesea excavate cu ajutorul unui scut de tunelare, o structură asemănătoare unei cutii cu obloane mici deschise pentru a sapa. Odată ce murdăria din fața scutului este îndepărtată, scutul este deplasat înainte pentru a continua săparea.
Pasul 2. Creați pereții tunelului și acoperișul
Zidurile și acoperișul tunelului pot fi construite pe măsură ce tunelul este săpat sau poate fi pre-construit și pus în loc pe măsură ce tunelul este săpat. Materialele de astăzi includ următoarele:
- Arcuri din oțel ondulat.
- Arcuri prefabricate din beton.
- Pereți prefabricati din beton.
- Beton turnat sau pulverizat. Adesea, acest lucru este utilizat împreună cu una dintre metodele formate-arc.
Pasul 3. Finalizați tunelul
Modul în care se face acest lucru depinde dacă a fost utilizată metoda de jos în sus sau de sus în jos.
- Tunelurile create cu metoda de jos în sus trebuie să fie umplute înapoi pentru a acoperi deasupra acoperișului tunelului și orice suprafață care trebuie să existe deasupra acoperișului tunelului este apoi construită sau reconstruită.
- Tunelurile create cu metoda de sus în jos sunt săpate dedesubtul locului în care au fost ridicați pereții tunelului și acoperișul și apoi se creează o placă de bază, care servește drept podea tunelului.
Partea 3 din 4: Utilizarea tuburilor imersate
Pasul 1. Dragă o șanț când va merge tunelul
Această metodă este similară cu metoda de tăiere și acoperire, dar este utilizată pentru săparea tunelurilor subacvatice. Șanțul trebuie să ruleze pe lungimea tunelului care va trece sub apă.
Pasul 2. Așezați o serie de tuburi de oțel pe lungimea șanțului
Fiecare tub este etanșat la ambele capete cu un perete etanș. Dacă tubul este destinat tunelului auto, ca în cazul tunelului Ted Williams din Boston, tuburile includ secțiuni de drum prefabricate.
Pasul 3. Încorporați tubul cu suficient umplutură pentru a rezista presiunii apei de deasupra acestuia
Pentru tunelul Ted Williams, acesta a fost un strat de piatră gros de 1,5 metri (grosime).
Pasul 4. Conectați tuburile scoțând pereții interiori
Orice segment de drum sau cale ferată încorporat în tuburi ar fi conectat și în acest moment.
Partea 4 din 4: Utilizarea unui aparat de forat tunel
Pasul 1. Alegeți mașina de tunelare potrivită pentru lucrare
Mașinile de forat tunel, numite TBM pentru scurte sau „alunițe”, prezintă plăci circulare pe partea din față numite scuturi. Frezele în formă de disc de pe scut se rup prin stâncă și murdărie, care trece prin deschiderile din scut pe o bandă transportoare din interiorul TBM care o depune în spatele mașinii.
- Tipurile de scuturi TBM variază în funcție de faptul că alunița trebuie să sape în pământ moale, umed sau rocă tare. Diametrul scutului variază de la scutul de 26,3 picioare (8,03 m) al lui Aker Wirth pe TBM-ul său utilizat pentru centralele elvețiene Linth-Limmern până la „Big Bertha” de la Hitachi Zosen, cu diametrul său de 17,5 m (57,5 picioare).
- Alunițele concepute pentru a săpa tuneluri sub pânza freatică au, de asemenea, camere în partea din față pentru a presuriza pământul care este săpat.
- Pentru locuri de muncă mari, pot fi solicitate mai multe TBM. Tunelul Canalului a necesitat 11.
Pasul 2. Puneți mașina în poziție
Pentru un tunel la nivel de suprafață, aceasta nu este nicio problemă. Dacă tunelul urmează să fie plictisit adânc subteran, un puț de acces, de obicei circular, este forat și căptușit cu beton. TBM este coborât în el, iar tunelul este excavat din acel punct.
- Pentru tunelurile lungi, sunt forați mai mulți arbori de acces.
- Când tunelul este terminat, arborii de acces pot deveni arbori de ventilație și / sau ieșiri de urgență. Dacă nu sunt atât de angajați, sunt lăsați la locul lor pentru viața tunelului.
Pasul 3. Înălțați suportul tunelului, pe măsură ce mașina pleacă
Segmente de beton prefabricat sunt ridicate în spatele TBM pentru a forma un inel la intervale prestabilite.
Pasul 4. Pulverizați betonul pe pereții excavați între inelele de susținere
Betonul pulverizat sau betonul împușcat acoperă și stabilizează pereții tunelului. Betonul împușcat poate include fibre de oțel sau polipropilenă pentru a-l întări, la fel cum se folosește armătura de oțel pentru a întări betonul turnat. Betonul conține, de asemenea, un accelerant care îl ajută să se lipească de pereții tunelului și să se usuce rapid.
sfaturi
- Tunelurile timpurii erau plictisite prin rocă prin găuri și folosind explozivi: mai întâi pulbere neagră și mai târziu dinamită. Suporturile temporare ale cadrelor din lemn vor fi ridicate, înlocuite cu cărămidă și zidărie. Tunelurile ulterioare au folosit inele din fontă segmentată, înșurubate împreună, în locul lemnului și zidăriei.
- Tunelurile pot fi, de asemenea, găurite prin pământ moale, folosind cricuri pentru a împinge fie tuburi / țevi, fie excavatoare în formă de cutie cu vârfuri de tăiere. Tunelele cu țevi cu țevi tind să fie înguste, cu un diametru de cel mult 3,2 m (10,5 picioare), în timp ce tunelele cu mufă cu cutie pot avea o lățime de până la 20 m (65,6 picioare).
