Tuneli su izvorno izgrađeni kao dio vodoopskrbnih i kanalizacijskih sustava, još iz doba Rimskog Carstva. Njihova prva upotreba za prijevoz bila je kao dio sustava kanala u 17. stoljeću. Razvojem željeznica u 19. stoljeću i automobila u 20., tuneli su postali duži i složeniji. Najčešće metode izgradnje tunela su metoda izrezivanja i prekrivanja, metoda uronjene cijevi ili uporaba stroja za bušenje tunela.
Koraci
Dio 1 od 4: Čimbenici koje treba uzeti u obzir pri izgradnji tunela
Korak 1. Razmotrite gdje će se tunel izgraditi
Predloženo mjesto tunela će odrediti koji su alati i tehnike potrebni za njegovu izgradnju i pripremu za predviđenu upotrebu. Tuneli se mogu podijeliti u 3 vrste:
- Tuneli s mekim tlom. Ovi tuneli zahtijevaju podršku na otvorima kako se tunel ne bi urušio. Ti su tuneli obično plitki i koriste se za podzemne željeznice, isporuku vode i sustave za uklanjanje otpadnih voda.
- Kameni tuneli. Budući da su iskopani iz čvrste stijene, ovi tuneli zahtijevaju malo dodatne potpore ili je uopće nemaju. Tuneli za vlakove i automobile obično su ove sorte.
- Podvodni tuneli. Kako naziv govori, ti tuneli prolaze ispod rijeka, jezera, kanala, a u slučaju "Chunnela" tjesnaca poput La Manchea. Ovo su najteži tuneli za gradnju, jer se voda mora držati dalje od tunela tijekom i nakon izgradnje.
- Izgradnja tunela ispod grada nudi probleme slične podvodnom tunelu, jer tlo oko tunela ima tendenciju progiba pod težinom zgrada iznad njega. Poznavanje geologije područja pomaže predvidjeti koliko će se tlo ulegnuti i sugerira koje metode mogu minimizirati progib.
Korak 2. Razmotrite putanju tunela
Tunel s dugim, jedinstvenim, ravnim putem relativno je lako bušiti strojem za bušenje tunela. Tuneli koji se razlikuju od ovog dizajna nude probleme koji njihovu izgradnju čine složenijom.
- Kratkim tunelima nije dosadno sa strojevima za bušenje tunela jer to nije isplativo.
- Tuneli koji zahtijevaju različite promjere provrta na različitim dijelovima svojih ruta također čine upotrebu stroja za bušenje tunela nepraktičnom zbog kašnjenja u podešavanju promjera provrta.
- Tuneli koji okreću oštre kutove ili imaju osovine koje se presijecaju također čine upotrebu dosadnog stroja nepraktičnom.
Korak 3. Razmotrite svrhu tunela
Za što će se tunel koristiti ovisi o tome koji će dodatni radovi osim izrade samog tunela biti potrebni prije stavljanja u funkciju.
- Tuneli koji prevoze putnike zahtijevaju neki oblik ventilacije. Za tunele na cestama to obično znači ventilacijska okna kako bi se spriječilo nakupljanje ugljičnog monoksida. Za željezničke tunele to može značiti ventilaciju s prisilnim zrakom radi uklanjanja ispuha dizelskih motora. Oboje sadrže dodatne metode za rješavanje nastalog dima u slučaju izbijanja požara u tunelu.
- Tuneli koji se često koriste, poput Big Dig-a u Bostonu, mogu sadržavati operativne centre s stalnom posadom i video opremom za praćenje prometa unutar tunela i rješavanje hitnih slučajeva.
- Dugi tuneli na cestama, poput tunela Eisenhower u Koloradu, mogu biti osvijetljeni svjetlima iznad glave radi udobnosti vozača i putnika. Ostali tuneli na cestama, poput onih u Nacionalnom parku Zion u Utahu, mogu sadržavati slikovite izreze koji dopuštaju prirodnom svjetlu da uđe u tunel na nekim mjestima i putnicima pruže uvid u okolne krajolike.
- Neki tuneli, poput tunela Queensway između Liverpoola i Birkenheada u Engleskoj i tunela Lion Rock između Sha Tina i New Kowloona u Hong Kongu, kombiniraju gornju palubu za putnički promet s donjom palubom za vodu, cijevi ili kabele. Drugi tuneli, poput malezijskog SMART tunela, mogu se koristiti za kontrolu prometa ili poplava.
Dio 2 od 4: Korištenje metode izrezivanja i prekrivanja
Korak 1. Iskopajte rov
Područje na kojem će biti tunel potpuno je iskopano, pri čemu će se krov tunela stvoriti i pokriti kada se tunel završi. Ova vrsta tunela izgrađena je na jedan od dva načina:
- Odozdo prema gore: Prvo se stvara zemljani oslonac, a zatim se oko njega gradi tunel.
- Odozgo prema dolje: stranice i krov tunela izgrađeni su u razini tla, a ispod njega je iskopan tunelski rov.
- Obje se metode prvenstveno koriste za pliće tunele, iako metoda odozgo prema dolje omogućuje kopanje dubljih tunela od metode odozdo prema gore. Dublji tuneli često se iskopavaju uz pomoć tunelskog štita, strukture nalik kutiji s malim kapcima otvorenim za probijanje. Nakon što se ukloni prljavština ispred štita, štit se pomiče prema naprijed kako bi se nastavilo kopati.
Korak 2. Stvorite zidove tunela i krov
Zidovi i krov tunela mogu se graditi dok se tunel kopa ili se mogu unaprijed izgraditi i postaviti na mjesto dok se tunel kopa. Današnji materijali uključuju sljedeće:
- Valovi od valovitog čelika.
- Montažni betonski lukovi.
- Montažni betonski zidovi.
- Izliveni ili prskani beton. Često se to koristi zajedno s jednom od metoda formiranih lukova.
Korak 3. Dovršite tunel
Način na koji se to radi ovisi o tome je li korištena metoda odozdo prema gore ili odozgo prema dolje.
- Tuneli stvoreni metodom odozdo prema gore moraju se ponovno napuniti kako bi pokrili krov tunela, a svaka površina koja postoji iznad krova tunela tada se gradi ili obnavlja.
- Tuneli stvoreni metodom odozgo prema dolje iskopavaju se ispod mjesta na kojima su podignuti zidovi tunela i krov, a zatim se stvara osnovna ploča koja služi kao pod tunela.
Dio 3 od 4: Korištenje uronjenih cijevi
Korak 1. Iskopajte rov kada će tunel ići
Ova je metoda slična metodi rezanja i prekrivanja, ali se koristi za kopanje podvodnih tunela. Rov mora prolaziti dužinom tunela pod vodom.
Korak 2. Položite niz čeličnih cijevi duž duljine rova
Svaka je cijev na svakom kraju zapečaćena pregradom. Ako je cijev za tunel za automobile, kao u slučaju tunela Ted Williams u Bostonu, cijevi uključuju unaprijed izgrađene dionice ceste.
Korak 3. Zatvorite cijev s dovoljno punjenja da izdrži pritisak vode iznad nje
Za tunel Ted Williams ovo je bio sloj stijene debljine 5 stopa (1,5 m debljine).
Korak 4. Spojite cijevi uklanjanjem međuprostornih pregrada
Bilo koji segment ceste ili željeznice ugrađen u cijevi također bi bio spojen u ovom trenutku.
4. dio od 4: Korištenje stroja za probijanje tunela
Korak 1. Odaberite odgovarajući stroj za tuneliranje za taj posao
Strojevi za bušenje tunela, nazvani TBM za kratke ili "madeže", s prednje strane imaju kružne ploče nazvane štitovi. Rezači u obliku diska na štitu prodiru kroz stijenu i prljavštinu, koja prolazi kroz otvore u štitu na transportnu traku unutar TBM-a koja ga taloži iza stroja.
- Vrste TBM štitova razlikuju se ovisno o tome hoće li krtica kopati u meko, mokro tlo ili tvrdu stijenu. Promjeri štita kreću se od štita Aker Wirth-a (8,03 m) na njegovom TBM-u koji se koristi za švicarske elektrane Linth-Limmern do „Velike Berte“Hitachi Zosen, s promjerom od 57,5 stopa (17,5 m).
- Krtice namijenjene kopanju tunela ispod podzemne vode također imaju komore na prednjoj strani koje vrše pritisak na zemlju koja se kopa.
- Za velike poslove može se zatražiti više TBM -ova. Za kanalski kanal potreban je 11.
Korak 2. Postavite stroj na mjesto
Za površinske tunele to nije problem. Ako se tunel želi probušiti duboko pod zemljom, pristupno okno, obično kružnog oblika, izbušeno je i obloženo betonom. U nju se spušta TBM, a tunel se od te točke iskopava.
- Za dugačke tunele buše se višestruka pristupna okna.
- Kad tunel završi, pristupna okna mogu postati ventilacijska okna i/ili izlazi u slučaju opasnosti. Ako nisu toliko zaposleni, ostaju na mjestu do kraja trajanja tunela.
Korak 3. Podignite tunelske nosače dok stroj prolazi
Segmenti unaprijed lijevanog betona podižu se iza TBM-a kako bi formirali prsten u unaprijed određenim intervalima.
Korak 4. Poprskajte beton po iskopanim zidovima između potpornih prstenova
Raspršeni beton ili mlazni beton premazuje i stabilizira zidove tunela. Mlati beton može uključivati čelična ili polipropilenska vlakna za njegovo učvršćivanje, slično kao što se čelična armatura koristi za ojačavanje lijevanog betona. Mlazni beton također sadrži ubrzivač koji mu pomaže prilijepiti se za stijenke tunela i brzo se osušiti.
Savjeti
- Rani tuneli probušeni su kroz stijene bušenjem rupa i upotrebom eksploziva: prvo crnog praha, a kasnije i dinamita. Podizat će se privremeni nosači drvenih okvira, zamijenjeni ciglom i zidanim zidovima. Kasnije su tuneli umjesto drva i zidova koristili segmentirane prstenove od lijevanog željeza, pričvršćene vijcima.
- Tuneli se također mogu bušiti kroz meku zemlju korištenjem dizalica za potiskivanje cijevi/cijevi ili bagera u obliku kutije s vrhovima za rezanje. Tuneli s uzemljenim cijevima obično su uski, promjera ne više od 10,5 stopa (3,2 m), dok tuneli s kutijama mogu biti široki čak 20 m.
