Οι σήραγγες κατασκευάστηκαν αρχικά ως μέρος των συστημάτων παροχής νερού και λυμάτων, που χρονολογούνται από την εποχή της Ρωμαϊκής Αυτοκρατορίας. Η πρώτη τους χρήση για μεταφορά ήταν ως μέρος των συστημάτων καναλιών τον 17ο αιώνα. Με την ανάπτυξη των σιδηροδρόμων τον 19ο αιώνα και των αυτοκινήτων τον 20ό, οι σήραγγες έγιναν μεγαλύτερες και πιο περίπλοκες. Οι πιο συνηθισμένες μέθοδοι για την κατασκευή σηράγγων είναι η μέθοδος κοπής και κάλυψης, η μέθοδος βυθιζόμενου σωλήνα ή η χρήση μηχανής διάτρησης τούνελ.
Βήματα
Μέρος 1 από 4: Παράγοντες που πρέπει να λάβετε υπόψη κατά την κατασκευή μιας σήραγγας
Βήμα 1. Εξετάστε πού θα κατασκευαστεί η σήραγγα
Η θέση της προτεινόμενης σήραγγας θα καθορίσει ποια εργαλεία και τεχνικές είναι απαραίτητες για την κατασκευή της και θα την προετοιμάσει για την προοριζόμενη χρήση της. Οι σήραγγες μπορούν να χωριστούν σε 3 τύπους:
- Τούνελ μαλακού εδάφους. Αυτές οι σήραγγες απαιτούν υποστήριξη στα ανοίγματα για να μην καταρρεύσει η σήραγγα. Αυτές οι σήραγγες είναι συνήθως ρηχές και χρησιμοποιούνται για μετρό, παροχή νερού και συστήματα απομάκρυνσης λυμάτων.
- Βράχια τούνελ. Επειδή έχουν ανασκαφεί από συμπαγή βράχο, αυτές οι σήραγγες απαιτούν μικρή πρόσθετη υποστήριξη ή καθόλου. Οι σήραγγες των τρένων και των αυτοκινήτων είναι συνήθως αυτής της ποικιλίας.
- Υποβρύχιες σήραγγες. Όπως υποδηλώνει το όνομα, αυτές οι σήραγγες περνούν κάτω από ποτάμια, λίμνες, κανάλια, και στην περίπτωση των «Chunnel», στενά όπως η Μάγχη. Αυτές είναι οι πιο δύσκολες σήραγγες για κατασκευή, καθώς το νερό πρέπει να διατηρείται μακριά από τη σήραγγα κατά τη διάρκεια και μετά την κατασκευή.
- Η κατασκευή μιας σήραγγας κάτω από μια πόλη προσφέρει προβλήματα παρόμοια με μια υποβρύχια σήραγγα, καθώς το έδαφος γύρω από τη σήραγγα τείνει να κρεμάσει κάτω από το βάρος των κτιρίων πάνω από αυτήν. Η γνώση της γεωλογίας της περιοχής βοηθά στην πρόβλεψη του πόσο θα χαλαρώσει το έδαφος και προτείνει ποιες μέθοδοι μπορούν να ελαχιστοποιήσουν τη χαλάρωση.
Βήμα 2. Εξετάστε τη διαδρομή της σήραγγας
Μια σήραγγα με ένα μακρύ, ενιαίο, ευθύγραμμο μονοπάτι είναι σχετικά εύκολο να τη γεμίσετε με μια βαρετή μηχανή σήραγγας. Οι σήραγγες που διαφέρουν από αυτόν τον σχεδιασμό προσφέρουν προβλήματα που καθιστούν την κατασκευή τους πιο περίπλοκη.
- Οι σύντομες σήραγγες δεν βαριούνται τις μηχανές βαρέως σήραγγας επειδή δεν είναι οικονομικά αποδοτικό να το κάνουμε.
- Οι σήραγγες που απαιτούν διαφορετικές διαμέτρους οπών σε διαφορετικά σημεία των διαδρομών τους καθιστούν επίσης αδύνατη τη χρήση μιας μηχανής διάτρησης της σήραγγας λόγω καθυστερήσεων στη ρύθμιση της διαμέτρου της οπής.
- Οι σήραγγες που στρίβουν σε αιχμηρές γωνίες ή έχουν διασταυρούμενους άξονες κάνουν επίσης μια βαρετή μηχανή μη πρακτική.
Βήμα 3. Εξετάστε το σκοπό της σήραγγας
Το τι θα χρησιμοποιήσει η σήραγγα καθορίζει ποια πρόσθετη εργασία εκτός από την κατασκευή της ίδιας της σήραγγας θα είναι απαραίτητη πριν από τη θέση της σε λειτουργία.
- Οι σήραγγες που μεταφέρουν επιβάτες απαιτούν κάποια μορφή εξαερισμού. Για σήραγγες δρόμου, αυτό συνήθως σημαίνει άξονες εξαερισμού για να αποφευχθεί η συσσώρευση μονοξειδίου του άνθρακα. Για τις σιδηροδρομικές σήραγγες, αυτό μπορεί να σημαίνει εξαερισμό εξαναγκασμένου αέρα για την αφαίρεση των καυσαερίων του κινητήρα ντίζελ. Και οι δύο διαθέτουν συμπληρωματικές μεθόδους για την αντιμετώπιση του καπνού που δημιουργείται σε περίπτωση πυρκαγιάς στο τούνελ.
- Σήραγγες βαριάς χρήσης, όπως το Big Dig στη Βοστώνη, ενδέχεται να διαθέτουν κέντρα συνεχούς επάνδρωσης με εξοπλισμό βίντεο για την παρακολούθηση της κυκλοφορίας εντός της σήραγγας και την αντιμετώπιση καταστάσεων έκτακτης ανάγκης.
- Οι μεγάλες σήραγγες του δρόμου, όπως η σήραγγα Eisenhower στο Κολοράντο, ενδέχεται να φωτιστούν με εναέρια φώτα για τη διευκόλυνση των οδηγών και των επιβατών. Άλλες σήραγγες του δρόμου, όπως αυτές στο Εθνικό Πάρκο Zion στη Γιούτα, μπορεί να διαθέτουν γραφικές διακοπές για να επιτρέψουν στο φυσικό φως να εισέλθει στη σήραγγα κατά τόπους και να παρέχουν στους επιβάτες μια γεύση από το γύρω τοπίο.
- Ορισμένες σήραγγες, όπως η σήραγγα Queensway μεταξύ Λίβερπουλ και Birkenhead, Αγγλία και η σήραγγα Lion Rock μεταξύ Sha Tin και New Kowloon στο Χονγκ Κονγκ, συνδυάζουν ένα ανώτερο κατάστρωμα κυκλοφορίας επιβατών με ένα χαμηλότερο κατάστρωμα εξυπηρέτησης νερού, σωλήνων ή καλωδίων. Άλλες σήραγγες, όπως η σήραγγα SMART της Μαλαισίας, μπορούν να χρησιμοποιηθούν είτε για την κυκλοφορία είτε για τον έλεγχο πλημμυρών.
Μέρος 2 από 4: Χρήση της μεθόδου Cut-and-Cover
Βήμα 1. Σκάψτε μια τάφρο
Η περιοχή όπου θα είναι η σήραγγα είναι σκαμμένη εντελώς, με την οροφή της σήραγγας να δημιουργείται και να καλύπτεται όταν ολοκληρωθεί η σήραγγα. Αυτός ο τύπος σήραγγας κατασκευάζεται με έναν από τους δύο τρόπους:
- Κάτω-πάνω: Δημιουργείται πρώτα η υποστήριξη εδάφους και στη συνέχεια η σήραγγα δημιουργείται γύρω από αυτήν.
- Από πάνω προς τα κάτω: Οι πλευρές και η οροφή της σήραγγας είναι κατασκευασμένες στο επίπεδο του εδάφους και η τάφρος της σήραγγας σκάβεται κάτω από αυτήν.
- Και οι δύο μέθοδοι χρησιμοποιούνται κυρίως για πιο ρηχές σήραγγες, αν και η μέθοδος από πάνω προς τα κάτω επιτρέπει την εκσκαφή βαθύτερων σηράγγων από τη μέθοδο από κάτω προς τα πάνω. Τα βαθύτερα τούνελ ανασκάπτονται συχνά με τη βοήθεια μιας ασπίδας σήραγγας, μιας δομής που μοιάζει με κουτί με μικρά παραθυρόφυλλα ανοιχτά για να σκάψουν. Μόλις αφαιρεθεί η βρωμιά μπροστά από την ασπίδα, η ασπίδα μετακινείται προς τα εμπρός για να συνεχίσει το σκάψιμο.
Βήμα 2. Δημιουργήστε τους τοίχους και τη στέγη της σήραγγας
Οι τοίχοι και η οροφή της σήραγγας μπορούν να χτιστούν καθώς η σήραγγα σκάβεται ή μπορεί να κατασκευαστεί εκ των προτέρων και να τεθεί στη θέση της καθώς η σήραγγα σκάβεται. Τα υλικά σήμερα περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:
- Αψίδες από κυματοειδές χάλυβα.
- Προκατασκευασμένες καμάρες από σκυρόδεμα.
- Προκατασκευασμένοι τοίχοι από σκυρόδεμα.
- Χυμένο ή ψεκασμένο σκυρόδεμα. Συχνά, αυτό χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με μία από τις μεθόδους σχηματισμένης αψίδας.
Βήμα 3. Ολοκληρώστε τη σήραγγα
Το πώς γίνεται αυτό εξαρτάται από το αν χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος από κάτω προς τα πάνω ή από πάνω προς τα κάτω.
- Οι σήραγγες που δημιουργούνται με τη μέθοδο από κάτω προς τα πάνω πρέπει να γεμίζονται ξανά για να καλύπτουν την οροφή της σήραγγας και οποιαδήποτε επιφάνεια που πρόκειται να υπάρχει πάνω από τη στέγη της σήραγγας χτίζεται ή ξαναχτίζεται.
- Σήραγγες που δημιουργήθηκαν με τη μέθοδο από πάνω προς τα κάτω σκάβονται κάτω από το σημείο όπου ανεγέρθηκαν τα τοιχώματα και η οροφή της σήραγγας και στη συνέχεια δημιουργείται μια πλάκα βάσης, η οποία χρησιμεύει ως το δάπεδο της σήραγγας.
Μέρος 3 από 4: Χρήση βυθισμένων σωλήνων
Βήμα 1. Βυθίστε μια τάφρο όταν περάσει η σήραγγα
Αυτή η μέθοδος είναι παρόμοια με τη μέθοδο κοπής και κάλυψης, αλλά χρησιμοποιείται για το σκάψιμο υποθαλάσσιων τούνελ. Η τάφρος πρέπει να τρέχει στο μήκος που η σήραγγα θα τρέχει κάτω από το νερό.
Βήμα 2. Τοποθετήστε μια σειρά από χαλύβδινους σωλήνες στο μήκος της τάφρου
Κάθε σωλήνας σφραγίζεται στα δύο άκρα με ένα διάφραγμα. Εάν ο σωλήνας προορίζεται για σήραγγα αυτοκινήτου, όπως στην περίπτωση της σήραγγας Ted Williams στη Βοστώνη, οι σωλήνες περιλαμβάνουν προκατασκευασμένα τμήματα δρόμου.
Βήμα 3. Βάλτε τον σωλήνα με αρκετή ποσότητα για να αντέξει την πίεση του νερού πάνω από αυτό
Για τη σήραγγα Ted Williams, αυτό ήταν ένα στρώμα βράχου πάχους 5 ποδιών (πάχους 1,5 μέτρου).
Βήμα 4. Συνδέστε τους σωλήνες αφαιρώντας τα παρεμβαλλόμενα διαφράγματα
Τυχόν οδικά ή σιδηροδρομικά τμήματα ενσωματωμένα στους σωλήνες θα συνδέονταν και αυτή τη στιγμή.
Μέρος 4 από 4: Χρήση μηχανής διάτρησης σήραγγας
Βήμα 1. Επιλέξτε το σωστό μηχάνημα σήραγγας για τη δουλειά
Οι μηχανές διάτρησης της σήραγγας, που ονομάζονται TBM για συντομία ή "κρεατοελιές", διαθέτουν κυκλικές πλάκες στο μπροστινό μέρος που ονομάζονται ασπίδες. Οι κόπτες σε σχήμα δίσκου στην ασπίδα σκίζουν το βράχο και τη βρωμιά, η οποία περνά μέσα από ανοίγματα της ασπίδας σε έναν ιμάντα μεταφοράς μέσα στο TBM που τον εναποθέτει πίσω από το μηχάνημα.
- Οι τύποι ασπίδων TBM ποικίλλουν ανάλογα με το αν ο τυφλοπόντικας πρόκειται να σκάψει σε μαλακό, υγρό έδαφος ή σκληρό βράχο. Οι διάμετροι της ασπίδας κυμαίνονται από την ασπίδα του Aker Wirth στο ύψος των 8,03 μέτρων (8,03 μ.) Που χρησιμοποιήθηκε για τους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας Linth-Limmern της Ελβετίας έως την «Big Bertha» του Hitachi Zosen, με διάμετρο 57,5 πόδια (17,5 μέτρα).
- Οι κρεατοελιές που έχουν σχεδιαστεί για να σκάβουν σήραγγες κάτω από τον υδροφόρο ορίζοντα διαθέτουν επίσης θαλάμους στο μπροστινό μέρος για να πιέσουν το έδαφος που σκάβεται.
- Για μεγάλες εργασίες, ενδέχεται να απαιτηθούν πολλά TBM. Η σήραγγα της Μάγχης απαιτούσε 11.
Βήμα 2. Βάλτε το μηχάνημα στη θέση του
Για μια σήραγγα επιφανείας, αυτό δεν είναι πρόβλημα. Εάν η σήραγγα πρόκειται να βαρεθεί βαθιά υπόγεια, ένας άξονας πρόσβασης, συνήθως κυκλικός, τρυπιέται και επενδύεται με σκυρόδεμα. Το TBM κατεβαίνει σε αυτό και η σήραγγα ανασκάπτεται από εκείνο το σημείο.
- Για μεγάλες σήραγγες, ανοίγονται άξονες πολλαπλής πρόσβασης.
- Όταν τελειώσει η σήραγγα, οι άξονες πρόσβασης μπορεί να γίνουν άξονες εξαερισμού ή/και έξοδοι κινδύνου. Εάν δεν είναι τόσο απασχολούμενοι, παραμένουν στη θέση τους για όλη τη ζωή της σήραγγας.
Βήμα 3. Στήνετε στηρίγματα σήραγγας καθώς το μηχάνημα διαπερνά
Τμήματα προ-χυτού σκυροδέματος στήνονται πίσω από το TBM για να σχηματίσουν έναν δακτύλιο σε προκαθορισμένα διαστήματα.
Βήμα 4. Spεκάστε σκυρόδεμα στους ανασκαμμένους τοίχους μεταξύ των δακτυλίων στήριξης
Το ψεκασμένο σκυρόδεμα, ή σκυρόδεμα, επικαλύπτει και σταθεροποιεί τα τοιχώματα της σήραγγας. Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα μπορεί να περιλαμβάνει ίνες χάλυβα ή πολυπροπυλενίου για την ενίσχυση του, όπως ακριβώς χρησιμοποιείται ο χαλύβδινος οπλισμός για την ενίσχυση του χυτού σκυροδέματος. Το σκυρόδεμα περιέχει επίσης ένα επιταχυντικό που το βοηθά να κολλήσει στα τοιχώματα της σήραγγας και να στεγνώσει γρήγορα.
Συμβουλές
- Οι πρώτες σήραγγες βαρέθηκαν μέσα σε βράχους με διάνοιξη οπών και χρήση εκρηκτικών: πρώτα μαύρη σκόνη και αργότερα δυναμίτης. Θα ανεγερθούν προσωρινά στηρίγματα ξύλινων πλαισίων, τα οποία θα αντικατασταθούν από τούβλα και τοιχοποιία. Μεταγενέστερες σήραγγες χρησιμοποίησαν διαχωρισμένους δακτυλίους από χυτοσίδηρο, βιδωμένους μεταξύ τους, στη θέση του ξύλου και της τοιχοποιίας.
- Οι σήραγγες μπορούν επίσης να τρυπηθούν μέσω μαλακής γης χρησιμοποιώντας βύσματα για να ωθήσουν είτε σωλήνες/σωλήνες είτε εκσκαφείς σε σχήμα κουτιού με κεφαλές κοπής. Οι σήραγγες με σωλήνες τείνουν να είναι στενές, όχι περισσότερο από 10,5 πόδια (3,2 μέτρα) σε διάμετρο, ενώ οι σήραγγες με γρύλους μπορούν να έχουν πλάτος έως και 20,6 μέτρα.
