Tunnelit rakennettiin alun perin osana vedenjakelu- ja viemärijärjestelmiä Rooman valtakunnan ajoilta. Niiden ensimmäinen käyttökuljetus oli osa kanavajärjestelmiä 1600 -luvulla. Kun rautatiet kehittyivät 1800 -luvulla ja autot 20. vuosisadalla, tunneleista tuli pitempiä ja monimutkaisempia. Yleisimpiä tunneleiden rakentamismenetelmiä ovat katkaisu- ja peitemenetelmä, upotettu putkimenetelmä tai tunnelin porauskoneen käyttö.
Askeleet
Osa 1/4: Tunnelin rakentamisessa huomioon otettavat tekijät
Vaihe 1. Mieti, mihin tunneli rakennetaan
Ehdotettu tunnelin sijainti määrittää, mitkä työkalut ja tekniikat ovat tarpeen sen rakentamiseksi ja sen valmistelemiseksi aiottuun käyttöön. Tunnelit voidaan jakaa kolmeen tyyppiin:
- Pehmeän maan tunnelit. Nämä tunnelit tarvitsevat tukea aukoissa, jotta tunneli ei romahda. Nämä tunnelit ovat yleensä matalia ja niitä käytetään metroihin, vedenjakeluun ja jäteveden poistojärjestelmiin.
- Kalliotunnelit. Koska nämä tunnelit on kaivettu kiinteästä kalliosta, ne tarvitsevat vähän lisätukea tai eivät lainkaan. Juna- ja autotunnelit ovat yleensä tätä lajiketta.
- Vedenalaiset tunnelit. Kuten nimestä voi päätellä, nämä tunnelit kulkevat jokien, järvien, kanavien ja "Chunnelin" tapauksessa salmien, kuten Englannin kanaalin, alla. Nämä ovat vaikeimpia tunneleita rakentaa, koska vesi on pidettävä poissa tunnelista rakentamisen aikana ja sen jälkeen.
- Tunnelin rakentaminen kaupungin alle tarjoaa vedenalaisen tunnelin kaltaisia ongelmia, koska tunnelin ympärillä oleva maaperä taipuu taipumaan sen yläpuolella olevien rakennusten painon alla. Alueen geologian tuntemus auttaa ennustamaan, kuinka paljon maaperä putoaa, ja ehdottaa, mitkä menetelmät voivat minimoida roikkumisen.
Vaihe 2. Harkitse tunnelin reittiä
Tunneli, jossa on pitkä, yksi suora tie, on suhteellisen helppo porata tunnelin porauskoneella. Tästä rakenteesta poikkeavat tunnelit tarjoavat ongelmia, jotka tekevät niiden rakentamisesta monimutkaisempaa.
- Lyhyitä tunneleita ei kyllästytä tunnelin porauskoneilla, koska se ei ole kustannustehokasta.
- Tunnelit, jotka vaativat eri reiän halkaisijoita reittiensä eri osissa, tekevät myös tunnelin porauskoneen käytön epäkäytännölliseksi, koska reiän halkaisijan säätäminen viivästyy.
- Tunnelit, jotka kääntyvät teräviin kulmiin tai joissa on leikkaavia akseleita, käyttävät myös tylsää konetta epäkäytännölliseksi.
Vaihe 3. Harkitse tunnelin tarkoitusta
Mihin tunnelia käytetään, määrittää, mitä lisätyötä tunnelin valmistamisen lisäksi tarvitaan ennen sen käyttöönottoa.
- Matkustajia kuljettavat tunnelit vaativat jonkinlaista ilmanvaihtoa. Tieliikenteen tunneleissa tämä tarkoittaa yleensä tuuletusaukkoja hiilimonoksidin kertymisen estämiseksi. Rautatietunnelissa tämä voi tarkoittaa ilmanvaihtoa dieselmoottorin pakokaasujen poistamiseksi. Molemmissa on täydentäviä menetelmiä savun käsittelemiseksi tulipalon sattuessa tunnelissa.
- Voimakkaasti käytetyissä tunneleissa, kuten Big Digissa Bostonissa, voi olla jatkuvasti miehitettyjä operaatiokeskuksia, joissa on videolaitteita tunnelin sisäisen liikenteen seuraamiseksi ja hätätilanteiden hoitamiseksi.
- Pitkät ajoradatunnelit, kuten Eisenhower -tunneli Coloradossa, voidaan valaista ylävaloilla kuljettajien ja matkustajien mukavuuden vuoksi. Muissa ajorata -tunneleissa, kuten Utahin Zionin kansallispuiston tunneleissa, voi olla luonnonkauniita leikkauksia, joiden avulla luonnonvalo pääsee tunkeutumaan paikoissa ja antaa matkustajille vilauksen ympäröivistä maisemista.
- Jotkut tunnelit, kuten Queensway -tunneli Liverpoolin ja Birkenheadin välillä Englannissa ja Lion Rock -tunneli Sha Tinin ja New Kowloonin välillä Hongkongissa, yhdistävät ylemmän matkustajaliikenteen kannen alempaan huoltotasoon vettä, putkia tai kaapeleita varten. Muita tunneleita, kuten Malesian SMART -tunnelia, voidaan käyttää joko liikenteen tai tulvien hallintaan.
Osa 2/4: Leikkaa ja peitä -menetelmän käyttö
Vaihe 1. Kaivaa kaivanto
Alue, johon tunneli kaivetaan, kaivetaan kokonaan ulos, ja tunnelikatto luodaan ja peitetään tunnelin valmistuttua. Tämän tyyppinen tunneli on rakennettu kahdella tavalla:
- Alhaalta ylöspäin: Maatuki luodaan ensin ja sitten tunneli rakennetaan sen ympärille.
- Ylhäältä alas: Tunnelin sivut ja katto on rakennettu maanpinnan tasolle ja tunnelikaivanto kaivetaan sen alle.
- Molempia menetelmiä käytetään pääasiassa matalammissa tunneleissa, vaikka ylhäältä alas -menetelmä mahdollistaa kaivaa syvemmät tunnelit kuin alhaalta ylös -menetelmä. Syvemmät tunnelit kaivetaan usein tunnelikilven avulla, laatikkomainen rakenne, jossa on pienet ikkunaluukut, jotka on avattu kaivamaan. Kun lika suojan edestä on poistettu, kilpi siirretään eteenpäin kaivamisen jatkamiseksi.
Vaihe 2. Luo tunnelin seinät ja katto
Tunnelin seinät ja katto voidaan rakentaa tunnelia kaivettaessa tai rakentaa valmiiksi ja asettaa paikalleen tunnelin kaivamisen aikana. Nykyään materiaaleja ovat seuraavat:
- Aallotetut teräskaaret.
- Betonikaaret.
- Betoniseinät.
- Valettu tai ruiskutettu betoni. Usein tätä käytetään yhdessä jonkin muodostetun kaaren menetelmien kanssa.
Vaihe 3. Viimeistele tunneli
Tämä tehdään sen mukaan, onko käytetty alhaalta ylöspäin vai ylhäältä alas -menetelmää.
- Alhaalta ylöspäin -menetelmällä luodut tunnelit on täytettävä uudelleen niin, että ne peittävät tunnelikaton ja kaikki tunnelikaton yläpuolella olevat pinnat rakennetaan tai rakennetaan uudelleen.
- Ylhäältä alas -menetelmällä luodut tunnelit kaivetaan alta, missä tunneliseinät ja katto pystytettiin, ja sitten luodaan pohjalaatta, joka toimii tunnelipohjana.
Osa 3/4: Upotettujen putkien käyttö
Vaihe 1. Ruoppaa kaivanto, kun tunneli menee
Tämä menetelmä on samanlainen kuin leikkaa ja peitä -menetelmä, mutta sitä käytetään vedenalaisten tunneleiden kaivamiseen. Kaivanto on ajettava niin kauan kuin tunneli kulkee veden alla.
Vaihe 2. Aseta teräsputkia kaivanteen pituudelle
Jokainen putki on suljettu kummastakin päästä laipiolla. Jos putki on autotunnelia varten, kuten Bostonissa sijaitsevan Ted Williams-tunnelin tapauksessa, putket sisältävät valmiiksi rakennettuja tieosia.
Vaihe 3. Suojaa putki täytöllä, joka täyttää sen yläpuolella olevan vedenpaineen
Ted Williams -tunnelin osalta tämä oli 5 metriä paksu (1,5 metriä paksu) kivikerros.
Vaihe 4. Yhdistä putket poistamalla väliseinät
Kaikki putkiin rakennetut tie- tai raideosuudet yhdistettäisiin myös tällä hetkellä.
Osa 4/4: Tunnelin porauskoneen käyttö
Vaihe 1. Valitse työhön sopiva tunnelointikone
Tunnelinporauskoneissa, joita kutsutaan TBM: ksi lyhyiksi tai "myyriksi", on edessä pyöreät levyt, joita kutsutaan kilpeiksi. Kilven muotoiset leikkurit repivät kiven ja lian läpi, joka kulkee kilven aukkojen läpi TBM: n sisällä olevalle kuljetinhihnalle, joka sijoittaa sen koneen taakse.
- TBM -kilpien tyypit vaihtelevat sen mukaan, onko myyrä kaivettava pehmeään, märään maahan vai kovaan kiveen. Kilven halkaisijat vaihtelevat Aker Wirthin 8,03 metrin (26,3 jalkaa) kilvestä sen TBM: ssä, jota käytetään Sveitsin Linth-Limmern-voimalaitoksissa, ja Hitachi Zosenin "Big Berthaan", jonka halkaisija on 57,5 jalkaa (17,5 metriä).
- Moleissa, jotka on suunniteltu kaivamaan tunneleita vedenpinnan alapuolelle, on myös kammiot edessä paineistamaan kaivettavaa maata.
- Suuria töitä varten voidaan vaatia useita TBM -laitteita. Kanaalitunneli vaaditaan 11.
Vaihe 2. Aseta kone paikalleen
Pintatunnelin kohdalla tämä ei ole ongelma. Jos tunneli porataan syvälle maan alle, porataan ja vuorataan betonilla pääsyakseli, yleensä pyöreä. TBM lasketaan siihen ja tunneli louhitaan tästä kohdasta.
- Pitkiä tunneleita varten porataan useita kulkuakseleita.
- Kun tunneli on valmis, kulkuakseleista voi tulla tuuletusaukkoja ja/tai hätäuloskäyntejä. Jos he eivät ole niin palkattuja, ne jätetään paikalleen tunnelin eliniän ajaksi.
Vaihe 3. Aseta pystytunnelit koneen poratessa läpi
Betonisegmentit pystytetään TBM: n taakse renkaan muodostamiseksi ennalta määrätyin välein.
Vaihe 4. Ruiskuta betonia kaivetuille seinille tukirenkaiden väliin
Ruiskutettu betoni tai ruiskubetoni päällystää ja vakauttaa tunneliseinät. Ruiskubetoni voi sisältää teräs- tai polypropeenikuituja sen vahvistamiseksi, samalla tavalla kuin teräsraudoitusta käytetään betonivalun vahvistamiseen. Ruiskubetoni sisältää myös kiihdytintä, joka auttaa sitä tarttumaan tunnelin seiniin ja kuivumaan nopeasti.
Vinkkejä
- Varhaiset tunnelit porattiin kiven läpi poraamalla reikiä ja käyttämällä räjähteitä: ensin mustaa jauhetta ja myöhemmin dynamiittia. Pystytettäisiin puurunkojen väliaikaiset tuet, jotka korvataan tiilellä ja muurauksella. Myöhemmin tunneleissa käytettiin segmentoituja valurautarenkaita, ruuvattu yhteen, puun ja muurauksen tilalle.
- Tunnelit voidaan myös porata pehmeän maan läpi käyttämällä tunkkeja työntämään joko putkia/putkia tai laatikkomaisia kaivinkoneita, joissa on leikkuupäät. Putkiliittimillä varustetut tunnelit ovat yleensä kapeita, halkaisijaltaan enintään 3,2 m (10,5 jalkaa), kun taas laatikkotunkit voivat olla jopa 20 m (65,6 jalkaa) leveitä.
