מנהרות נבנו במקור כחלק ממערכות אספקת מים וביוב, עוד מימי האימפריה הרומית. השימוש הראשון שלהם לתחבורה היה כחלק ממערכות התעלות במאה ה -17. עם התפתחות מסילות הברזל במאה ה -19 והמכוניות במאה ה -20, המנהרות הפכו ארוכות ומורכבות יותר. השיטות הנפוצות ביותר לבניית מנהרות הן שיטת החיתוך והכריכה, שיטת הצינור הטבול או השימוש במכונה משעממת מנהרות.
צעדים
חלק 1 מתוך 4: גורמים שיש לקחת בחשבון בבניית מנהרה
שלב 1. שקול היכן תיבנה המנהרה
מיקומה של המנהרה המוצעת יקבע אילו כלים וטכניקות נחוצות לבנייתו והכנתו לשימושו המיועד. ניתן לחלק מנהרות לשלושה סוגים:
- מנהרות קרקע רכה. מנהרות אלה דורשות תמיכה בפתחים כדי למנוע מהמנהרה להתמוטט. מנהרות אלו בדרך כלל רדודות ומשמשות למערכות תחתיות, אספקת מים ומערכות פינוי מי שפכים.
- מנהרות סלע. מכיוון שהם נחפרים מסלע מוצק, מנהרות אלה דורשות מעט תמיכה או כלל לא. מנהרות רכבת ומכוניות הן בדרך כלל מסוג זה.
- מנהרות מתחת למים. כפי שהשם מציין, מנהרות אלו עוברות מתחת לנהרות, אגמים, תעלות, ובמקרה של "צ'אנל", מיצרים כגון התעלה האנגלית. אלו הן המנהרות הקשות ביותר לבנייה, שכן יש להרחיק מים מהמנהרה במהלך ואחרי הבנייה.
- בניית מנהרה מתחת לעיר מציעה בעיות הדומות למנהרה תת מימית, בכך שהקרקע סביב המנהרה נוטה לשקוע מתחת למשקל הבניינים שמעליה. הכרת הגיאולוגיה של האזור מסייעת לחזות עד כמה הקרקע תצלול ומציעה אילו שיטות יכולות למזער את הנפילה.
שלב 2. שקול את שביל המנהרה
מנהרה עם שביל ארוך ויחיד היא קלה יחסית לשעמם עם מכונה משעממת מנהרות. מנהרות השונות מעיצוב זה מציעות בעיות שהופכות את בנייתן למורכבות יותר.
- מנהרות קצרות לא משועממות במכונות משעממות מנהרות מכיוון שזה לא משתלם לעשות זאת.
- מנהרות הדורשות קוטר קדח שונה בחלקים שונים של המסלולים שלהן הופכות את השימוש במכונת משעמם למנהרות ללא מעשי בגלל עיכובים בהתאמת קוטר הקידוח.
- מנהרות שהופכות פינות חדות או בעלות פירים מצטלבים עושות שימוש גם במכונה משעממת שאינה מעשית.
שלב 3. שקול את מטרת המנהרה
למה המנהרה תשמש קובעת אילו עבודות נוספות מלבד הכנת המנהרה עצמה יהיו נחוצות לפני הכנסתה לשירות.
- מנהרות הנושאות נוסעים דורשות אוורור כלשהו. עבור מנהרות בכביש, זה בדרך כלל פירוש אוורור כדי למנוע הצטברות של פחמן חד חמצני. עבור מנהרות רכבת, זה יכול להיות אוורור אוויר כפוי להסרת פליטת מנועי דיזל. שתיהן כוללות שיטות משלימות להתמודדות עם העשן שנוצר במקרה של פריצת שריפה במנהרה.
- מנהרות בשימוש רב, כגון Big Dig בבוסטון, עשויות לכלול מרכזי מבצעים מאוישים ברציפות עם ציוד וידיאו כדי לפקח על התנועה בתוך המנהרה ולהתמודד עם מצבי חירום.
- מנהרות כביש ארוכות, כמו מנהרת אייזנהאואר בקולורדו, עשויות להיות מוארות באורות תקורה לנוחות הנהגים והנוסעים. מנהרות אחרות בכבישים, כמו אלה שבפארק הלאומי ציון ביוטה, עשויות לכלול חיתוכים ציוריים המאפשרים לאור טבעי להיכנס למנהרה במקומות ולספק לנוסעים הצצה לנוף שמסביב.
- כמה מנהרות, כגון מנהרת קווינסוויי בין ליברפול לבירקנהד, אנגליה ומנהרת סלע האריות בין שא טין וניו קאולון בהונג קונג, משלבות סיפון תעבורה של נוסעים עליון עם סיפון שירות נמוך יותר למים, צינורות או כבלים. מנהרות אחרות, כגון מנהרת SMART של מלזיה, יכולות לשמש לבקרת תנועה או הצפה.
חלק 2 מתוך 4: שימוש בשיטת Cut-and-Cover
שלב 1. חופרים תעלה
האזור בו תהיה המנהרה נחפר לחלוטין, כאשר גג המנהרה ייווצר ויכוסה לאחר השלמת המנהרה. מנהרה מסוג זה בנויה באחת משתי דרכים:
- מלמטה למעלה: תמיכה קרקעית נוצרת תחילה, ואז המנהרה נבנית סביבו.
- מלמעלה למטה: צדי המנהרה והגג בנויים בגובה הקרקע, ותעלת המנהרות נחפרת מתחתיה.
- שתי השיטות משמשות בעיקר למנהרות רדודות יותר, אם כי השיטה מלמעלה למטה מאפשרת לחפור מנהרות עמוקות יותר משיטת מלמטה למעלה. מנהרות עמוקות יותר נחפרות בעזרת מגן מנהרה, מבנה דמוי קופסה ובו תריסים קטנים שנפתחים לחפור. לאחר הסרת הלכלוך שלפני המגן, המגן מועבר קדימה כדי להמשיך לחפור.
שלב 2. צור את קירות המנהרה והגג
ניתן לבנות את קירות המנהרה והגג בזמן החפירה של המנהרה או שהם עשויים להיבנות מראש ולהיות במקומם בעת חפירת המנהרה. החומרים כיום כוללים את הדברים הבאים:
- קשתות פלדה גלי.
- קשתות בטון מראש.
- קירות בטון מראש.
- בטון שפוך או ריסס. לעתים קרובות, זה משמש יחד עם אחת משיטות הקשת שנוצרו.
שלב 3. השלימו את המנהרה
אופן הפעולה תלוי אם נעשה שימוש בשיטה מלמטה למעלה או מלמעלה למטה.
- מנהרות שנוצרו בשיטה מלמטה למעלה חייבות להיות מלאות לאחור כדי לכסות על גג המנהרה וכל משטח שעתיד להתקיים מעל גג המנהרה נבנה או נבנה מחדש.
- מנהרות שנוצרו בשיטה מלמעלה למטה נחפרות מתחת למקום בו הוקמו קירות המנהרה והגג, ואז נוצרת לוח בסיס, המשמש כרצפת המנהרה.
חלק 3 מתוך 4: שימוש בצינורות טובלים
שלב 1. טפטוף תעלה כשהמנהרה תצא
שיטה זו דומה לשיטת החתוך והכריכה, אך משמשת לחפירת מנהרות מתחת למים. התעלה צריכה לרוץ לאורך המנהרה שתתנהל מתחת למים.
שלב 2. הניחו סדרה של צינורות פלדה לאורך התעלה
כל צינור אטום משני קצותיו עם מחיצה. אם הצינור מיועד למנהרת מכוניות, כמו במקרה של מנהרת טד וויליאמס בבוסטון, הצינורות כוללים קטעי כביש שנבנו מראש.
שלב 3. עוטף את הצינור במילוי חוזר מספיק כדי לעמוד בלחץ המים שמעליו
עבור מנהרת טד וויליאמס, זו הייתה שכבת סלע בעובי 5 מטר (בעובי 1.5 מטר).
שלב 4. חבר את הצינורות על ידי הסרת המחיצות המתערבות
כל קטעי כביש או מסילה המובנים בתוך הצינורות יהיו מחוברים גם בשלב זה.
חלק 4 מתוך 4: שימוש במכונה משעממת מנהרות
שלב 1. בחר את מכונת המנהור המתאימה לתפקיד
מכונות משעממות מנהרות, הנקראות TBMs בקיצור או "שומות", כוללות לוחות עגולים בחזית הנקראים מגינים. חותכים בצורת דיסק על המגן קורעים דרך סלע ולכלוך, החולפים דרך הפתחים במגן על מסוע בתוך ה- TBM שמפקידים אותו מאחורי המכונה.
- סוגי מגיני ה- TBM משתנים לפי האם השומה צריכה לחפור באדמה רכה ורטובה או בסלע קשה. קטרי המגן נעים בין המגן של 8.03 מ 'של אקר וירט' על ה- TBM שלה המשמש לתחנות הכוח לינת-לימרן בשוויץ ועד "ביג ברטה" של היטאצ'י זוזן, בקוטר של 17.5 מ '(17.5 רגל).
- שומות שנועדו לחפור מנהרות מתחת למפלס המים כוללות גם תאים בחזית כדי להפעיל לחץ על הקרקע שחופרים דרכה.
- עבור עבודות גדולות, ניתן להזמין מספר TBM. מנהרת הערוץ נדרשת 11.
שלב 2. הכניסו את המכונה למקומה
עבור מנהרה בגובה פני השטח, אין זו בעיה. אם המנהרה תהיה משועממת עמוק מתחת לאדמה, נקרא פיר גישה, בדרך כלל עגול, ומרופד בבטון. ה- TBM יורד לתוכו, והמנהרה נחפרת מאותה נקודה.
- למנהרות ארוכות, קדחים גישה מרובים.
- עם סיום המנהרה, פירים הגישה עלולים להפוך לפירים אוורור ו/או ליציאות חירום. אם הם לא מועסקים כל כך, הם נותרים במקומם למשך כל חיי המנהרה.
שלב 3. הקמת תומכי מנהרות כשהמכונה עוברת
קטעים של בטון יצוק מוקמים מאחורי ה- TBM ליצירת טבעת במרווחים שנקבעו מראש.
שלב 4. ריסוס בטון על הקירות שנחפרו בין טבעות התמיכה
הבטון המרוסס, או הבטון, מצפה ומייצב את קירות המנהרה. הבטון עשוי לכלול סיבי פלדה או פוליפרופילן לחיזוקו, במידה רבה בשימוש במוטות הפלדה לחיזוק בטון יצוק. הבטון מכיל גם מאיץ שיעזור לו להיצמד לקירות המנהרה ולהתייבש במהירות.
טיפים
- מנהרות מוקדמות השתעממו בסלע על ידי קידוח חורים ושימוש בחומרי נפץ: תחילה אבקה שחורה ואחר כך דינמיט. יוקמו תומכים זמניים של מסגרות עץ, שהוחלפו על ידי לבנים ובנייה. מנהרות מאוחרות יותר השתמשו בטבעות ברזל יצוק מקוטעות, שהוברגו יחד, במקום העץ והבנייה.
- ניתן גם לקדוח מנהרות דרך אדמה רכה על ידי שימוש בשקעים לדחוף צינורות/צינורות או מחפרים בצורת קופסה עם ראש חיתוך. מנהרות בעלות צנרת נוטות להיות צרות, בקוטר של לא יותר מ -3.5 מ ', בעוד שמנהרות בעלות קופסה יכולות להיות רחבות של 20.6 מ'.
