Tuneļi sākotnēji tika būvēti kā ūdens piegādes un notekūdeņu sistēmas daļa, kas aizsākās Romas impērijas laikos. To pirmā izmantošana transportēšanai bija daļa no kanālu sistēmām 17. gadsimtā. Attīstoties dzelzceļiem 19. gadsimtā un automašīnām 20. gadsimtā, tuneļi kļuva garāki un sarežģītāki. Visizplatītākās tuneļu būvēšanas metodes ir griezuma un seguma metode, iegremdētās caurules metode vai tuneļa urbšanas mašīnas izmantošana.
Soļi
1. daļa no 4: Faktori, kas jāņem vērā, veidojot tuneli
1. solis. Apsveriet, kur tiks būvēts tunelis
Ierosinātā tuneļa atrašanās vieta noteiks, kādi instrumenti un paņēmieni ir nepieciešami tā uzbūvei un sagatavošanai paredzētajam lietojumam. Tuneļus var iedalīt 3 veidos:
- Mīkstas zemes tuneļi. Šiem tuneļiem ir nepieciešams atbalsts atverēs, lai tunelis nesabruktu. Šie tuneļi parasti ir sekli un tiek izmantoti metro, ūdens piegādes un notekūdeņu novadīšanas sistēmām.
- Akmens tuneļi. Tā kā šie tuneļi ir izrakti no cieta klints, tiem ir vajadzīgs neliels papildu atbalsts vai tie nav vispār. Vilcienu un automašīnu tuneļi parasti ir šīs šķirnes.
- Zemūdens tuneļi. Kā norāda nosaukums, šie tuneļi iet zem upēm, ezeriem, kanāliem un “Lāču” gadījumā - šaurumiem, piemēram, Lamanša. Šie ir visgrūtāk uzbūvējamie tuneļi, jo būvniecības laikā un pēc tās ūdens ir jānovērš no tuneļa.
- Tuneļa būvniecība zem pilsētas rada problēmas, kas līdzīgas zemūdens tunelim, jo zeme ap tuneli mēdz sagrūt zem ēku svara, kas atrodas virs tās. Zināšanas par apgabala ģeoloģiju palīdz paredzēt, cik lielā mērā augsne nokritīs, un iesaka, kādas metodes var samazināt sakāvi.
2. solis. Apsveriet tuneļa ceļu
Tuneli ar garu, vienu, taisnu ceļu ir salīdzinoši viegli urbt ar tuneļa urbšanas mašīnu. Tuneļi, kas atšķiras no šī dizaina, rada problēmas, kas padara to būvniecību sarežģītāku.
- Īsi tuneļi nav garlaicīgi ar tuneļa urbšanas mašīnām, jo tas nav rentabli.
- Tuneļi, kuriem dažādās urbumu daļās nepieciešami dažādi urbumu diametri, arī padara tuneļa urbšanas mašīnas izmantošanu nepraktisku, jo kavējas urbuma diametra pielāgošana.
- Tuneļos, kas pagriež asus stūrus vai kuriem ir krustojošās vārpstas, arī urbšanas mašīna ir nepraktiska.
3. solis. Apsveriet tuneļa mērķi
Tas, kādam nolūkam tunelis tiks izmantots, nosaka, kādi papildu darbi papildus paša tuneļa izgatavošanai būs nepieciešami pirms tā nodošanas ekspluatācijā.
- Tuneļos, kas pārvadā pasažierus, nepieciešama kāda veida ventilācija. Ceļu tuneļos tas parasti nozīmē ventilācijas šahtas, lai novērstu oglekļa monoksīda uzkrāšanos. Dzelzceļa tuneļos tas var nozīmēt piespiedu gaisa ventilāciju, lai noņemtu dīzeļdzinēja izplūdi. Abās ir papildu metodes, kā tikt galā ar radītajiem dūmiem, ja tunelī izcēlās uguns.
- Spēcīgi izmantotos tuneļos, piemēram, Big Dig Bostonā, var būt nepārtraukti apkalpoti operāciju centri ar videoiekārtām, lai uzraudzītu satiksmi tunelī un risinātu ārkārtas situācijas.
- Vadītāju un pasažieru ērtībai garus ceļa tuneļus, piemēram, Eizenhauera tuneli Kolorādo, var apgaismot ar gaismu. Citi ceļa tuneļi, piemēram, tie, kas atrodas Zionas nacionālajā parkā Jūtā, var būt aprīkoti ar gleznainiem izgriezumiem, lai dabiskā gaisma varētu iekļūt tunelī dažās vietās un sniegtu pasažieriem ieskatu apkārtējā ainavā.
- Dažos tuneļos, piemēram, Kvīnsvejas tunelī starp Liverpūli un Birkenhead, Anglijā un Lauvas klinšu tunelī starp Šainu un Ņūkovloņu Honkongā, ir apvienots augšējais pasažieru satiksmes klājs ar zemāku servisa klāju ūdenim, caurulēm vai kabeļiem. Citus tuneļus, piemēram, Malaizijas SMART tuneli, var izmantot satiksmes vai plūdu kontrolei.
2. daļa no 4: Griezuma un vāka metodes izmantošana
Solis 1. Izrakt tranšeju
Teritorija, kurā tiks izveidots tunelis, ir pilnībā izrakta, un tuneļa jumts tiks izveidots un pārklāts, kad tunelis būs pabeigts. Šāda veida tunelis ir veidots vienā no diviem veidiem:
- No augšas uz augšu: vispirms tiek izveidots zemes atbalsts, pēc tam ap to tiek uzbūvēts tunelis.
- No augšas uz leju: tuneļa malas un jumts ir uzbūvēti zemes līmenī, un tuneļa tranšeja ir izrakta zem tā.
- Abas metodes galvenokārt izmanto seklākiem tuneļiem, lai gan metode no augšas uz leju ļauj rakt dziļākus tuneļus nekā augšupējā metode. Dziļākus tuneļus bieži izrok, izmantojot tuneļu vairogu, kastei līdzīgu struktūru ar maziem slēģiem, kas atvērti, lai izraktu. Kad netīrumi vairoga priekšā ir noņemti, vairogs tiek pārvietots uz priekšu, lai turpinātu rakšanu.
2. solis. Izveidojiet tuneļa sienas un jumtu
Tuneļa sienas un jumtu var uzbūvēt, kad tunelis tiek rakts, vai arī to var iepriekš uzbūvēt un novietot vietā, kad tiek rakts tunelis. Mūsdienu materiālos ietilpst:
- Gofrētas tērauda arkas.
- Gatavas betona arkas.
- Gatavas betona sienas.
- Izliets vai izsmidzināts betons. Bieži vien to izmanto kopā ar kādu no veidotajām arkas metodēm.
3. solis. Pabeigt tuneli
Tas, kā tas tiek darīts, ir atkarīgs no tā, vai tika izmantota metode no apakšas uz augšu vai no augšas uz leju.
- Tuneļi, kas izveidoti, izmantojot augšupēju metodi, ir jāaizpilda, lai pārklātu tuneļa jumtu, un pēc tam tiek uzbūvēta vai pārbūvēta virsma, kas atrodas virs tuneļa jumta.
- Tuneļi, kas izveidoti ar metodi no augšas uz leju, tiek izrakti zemāk, kur tika uzceltas tuneļa sienas un jumts, un pēc tam tiek izveidota pamatplāksne, kas kalpo kā tuneļa grīda.
3. daļa no 4: Iegremdēto cauruļu izmantošana
1. solis. Iegremdējiet tranšeju, kad tunelis iet
Šī metode ir līdzīga griešanas un segšanas metodei, bet tiek izmantota zemūdens tuneļu rakšanai. Tranšejai jābrauc garumā, kurā tunelis darbosies zem ūdens.
2. solis. Uzlieciet virkni tērauda cauruļu visā tranšejas garumā
Katra caurule abos galos ir noslēgta ar starpsienu. Ja caurule ir paredzēta automašīnas tunelim, piemēram, Teda Viljamsa tuneļa gadījumā Bostonā, caurulēs ietilpst iepriekš uzbūvēti ceļa posmi.
3. solis. Ievietojiet caurulē pietiekami daudz aizpildījuma, lai izturētu ūdens spiedienu virs tā
Teda Viljamsa tunelim tas bija 5 pēdas biezs (1,5 m biezs) klinšu slānis.
4. solis. Savienojiet caurules, noņemot starpsienas
Arī šajā laikā cauruļvados iebūvētie ceļu vai sliežu posmi būtu savienoti.
4. daļa no 4: Tuneļa urbšanas mašīnas izmantošana
Solis 1. Darbam izvēlieties pareizo tunelēšanas mašīnu
Tuneļa urbšanas mašīnām, ko sauc par TBM īsiem vai “dzimumzīmēm”, priekšpusē ir apaļas plāksnes, ko sauc par vairogiem. Diska formas griezēji uz vairoga plīst caur akmeņiem un netīrumiem, kas caur vairoga atverēm nokļūst uz konveijera lentes TBM iekšpusē, kas to novieto aiz mašīnas.
- TBM vairogu veidi atšķiras atkarībā no tā, vai kurmim vajadzētu rakt mīkstā, mitrā zemē vai cietā klintī. Vairogu diametri svārstās no Akera Virta 26,3 pēdu (8,03 m) vairoga uz tā TBM, ko izmanto Šveices Linth-Limmern spēkstacijās, līdz Hitachi Zosen “Big Bertha”, kura diametrs ir 57,5 pēdas (17,5 m).
- Dzimumzīmēm, kas paredzētas tuneļu rakšanai zem ūdens līmeņa, priekšpusē ir arī kameras, lai radītu spiedienu uz izrakto zemi.
- Lieliem darbiem var būt nepieciešami vairāki TBM. Lamanša tunelim bija nepieciešams 11.
2. solis. Novietojiet iekārtu vietā
Virsmas līmeņa tunelim tā nav problēma. Ja tuneli paredzēts urbt dziļi pazemē, piekļuves šahtu, parasti apļveida, urbj un izklāj ar betonu. TBM ir nolaists tajā, un tunelis tiek izrakts no šī punkta.
- Gariem tuneļiem tiek urbtas vairākas piekļuves šahtas.
- Kad tunelis ir pabeigts, piekļuves šahtas var kļūt par ventilācijas šahtām un/vai avārijas izejām. Ja viņi nav tik nodarbināti, tos atstāj savā vietā tuneļa mūža garumā.
Solis 3. Uzstādiet tuneļa balstus, mašīnai urbjot cauri
Aiz TBM tiek uzbūvēti saliekamie betona segmenti, lai veidotu gredzenu ar iepriekš noteiktiem intervāliem.
Solis 4. Izsmidziniet betonu uz izraktajām sienām starp atbalsta gredzeniem
Izsmidzinātais betons vai betona pārklājums pārklāj un stabilizē tuneļa sienas. Metāla betons var saturēt tērauda vai polipropilēna šķiedras, lai to stiprinātu, līdzīgi kā tērauda armatūru izmanto lietbetona stiprināšanai. Šābetons satur arī paātrinātāju, kas palīdz tam pielipt pie tuneļa sienām un ātri izžūt.
Padomi
- Agrīnie tuneļi tika urbti caur iezi, urbjot caurumus un izmantojot sprāgstvielas: vispirms melno pulveri un vēlāk dinamītu. Tiks uzcelti pagaidu balsti no koka rāmjiem, tos aizstājot ar ķieģeļiem un mūru. Vēlāk tuneļos koka un mūra vietā tika izmantoti segmentēti čuguna gredzeni, kas pieskrūvēti kopā.
- Tuneļus var urbt arī caur mīkstu zemi, izmantojot domkratus, lai stumtu vai nu caurules/caurules, vai arī kastes formas ekskavatorus ar griešanas galviņām. Cauruļveida tuneļi parasti ir šauri, ne vairāk kā 3,2 m (10,5 pēdas) diametrā, savukārt tuneļi ar kārbām var būt pat 20,6 m plati.
