Algselt ehitati tunnelid osana veevarustus- ja kanalisatsioonisüsteemidest, mis pärinevad Rooma impeeriumi päevilt. Nende esmane kasutamine transpordiks oli kanalisüsteemide osa 17. sajandil. Raudteede ja 20. sajandi autode arenedes muutusid tunnelid pikemaks ja keerukamaks. Kõige tavalisemad tunnelite ehitamise meetodid on katkestatud ja katte meetod, sukeldatud toru meetod või tunneli puurimismasina kasutamine.
Sammud
Osa 1: 4: tegurid, mida tuleb tunneli ehitamisel arvesse võtta
Samm 1. Mõelge, kuhu tunnel ehitatakse
Kavandatav tunneli asukoht määrab kindlaks, millised tööriistad ja tehnikad on vajalikud selle ehitamiseks ja ettenähtud otstarbeks ettevalmistamiseks. Tunnelid võib jagada kolme tüüpi:
- Pehme pinnasega tunnelid. Need tunnelid vajavad avade juures tuge, et tunnel ei variseks kokku. Need tunnelid on tavaliselt madalad ja neid kasutatakse metroode, veevarustuse ja reovee eemaldamise süsteemide jaoks.
- Kivitunnelid. Kuna need tunnelid on välja kaevatud tahketest kivimitest, vajavad need tunnelid vähe lisatuge või üldse mitte. Rongi- ja autotunnelid on tavaliselt seda sorti.
- Veealused tunnelid. Nagu nimigi ütleb, lähevad need tunnelid jõgede, järvede, kanalite alla ja "Chunneli" puhul väinad nagu La Manche. Need on kõige raskemini rajatavad tunnelid, kuna ehituse ajal ja pärast seda tuleb vesi tunnelist eemal hoida.
- Tunneli ehitamine linna alla pakub veealuse tunneli sarnaseid probleeme, kuna maapind tunneli ümber kipub selle kohal olevate hoonete raskuse all vajuma. Piirkonna geoloogia tundmine aitab ennustada, kui palju maapind langeb, ja soovitab, milliste meetoditega on võimalik langemist minimeerida.
Samm 2. Mõelge tunneli teele
Pika, ühe ja sirge rajaga tunnelit on suhteliselt lihtne puurida tunneli puurmasinaga. Sellest konstruktsioonist erinevad tunnelid pakuvad probleeme, mis muudavad nende ehitamise keerukamaks.
- Lühikesed tunnelid pole igav tunnelite puurimismasinatega, sest see pole kulutõhus.
- Tunnelid, mille teekonna eri osades on vaja erinevaid ava läbimõõduid, muudavad tunneli puurmasina kasutamise ebaotstarbekaks, kuna ava läbimõõdu reguleerimine viibib.
- Tunnelites, mis pööravad teravaid nurki või millel on ristuvad võllid, on ka igav masin ebapraktiline.
Samm 3. Mõelge tunneli eesmärgile
Milleks tunnelit kasutatakse, määrab kindlaks, milliseid lisatöid peale tunneli enda valmistamise on enne selle kasutuselevõtmist vaja teha.
- Tunnelid, mis veavad reisijaid, vajavad mingisugust ventilatsiooni. Sõiduteede tunnelite puhul tähendab see tavaliselt ventilatsioonivõlli, et vältida süsinikmonooksiidi kogunemist. Raudteetunnelite puhul võib see tähendada sundõhuga ventilatsiooni diiselmootori heitgaaside eemaldamiseks. Mõlemal on täiendavad meetodid suitsuga toimetulemiseks, kui tunnelis peaks tulekahju tekkima.
- Tugevalt kasutatavates tunnelites, nagu näiteks Big Dig Bostonis, võivad olla pidevalt mehitatud operatsioonikeskused koos videoseadmetega, et jälgida tunneli liiklust ja lahendada hädaolukordi.
- Juhtide ja reisijate mugavuse huvides võivad pikad sõiduteetunnelid, näiteks Eisenhoweri tunnel Colorados, olla valgustatud õhuliinidega. Teistel sõiduteede tunnelitel, näiteks Utahis Zioni rahvuspargi tunnelitel, võivad olla maalilised väljalõiked, mis võimaldavad looduslikku valgust tunnelisse siseneda ja pakkuda reisijatele ümbritsevat maastikku.
- Mõned tunnelid, näiteks Queensway tunnel Liverpooli ja Birkenheadi, Inglismaa ning Lion Rocki tunnel Sha Tini ja New Kowlooni vahel Hongkongis, ühendavad ülemise reisijate liiklusteki madalama veetorustiku, torude või kaablitega. Teisi tunneleid, näiteks Malaisia SMART tunnelit, saab kasutada liikluse või üleujutuste ohjamiseks.
Osa 2/4: lõikamis- ja katmismeetodi kasutamine
Samm 1. Kaevake kaevik
Tunneli kaevamise ala kaevatakse täielikult välja, tunnelkatus luuakse ja kaetakse tunneli valmimisel. Seda tüüpi tunnel on ehitatud kahel viisil:
- Alt üles: kõigepealt luuakse maapinna tugi, seejärel ehitatakse tunnel ümber.
- Ülevalt alla: tunneli küljed ja katus on ehitatud maapinnale ning tunnelikaevik kaevatakse selle alla.
- Mõlemat meetodit kasutatakse peamiselt madalamate tunnelite jaoks, kuigi ülalt-alla meetod võimaldab kaevata sügavamaid tunneleid kui alt-üles meetod. Sügavamad tunnelid kaevatakse sageli välja tunnelkilbi abil-kastitaoline struktuur, mille läbikaevamiseks on avatud väikesed luugid. Kui kilbi ees olev mustus on eemaldatud, liigutatakse kilp edasi kaevamise jätkamiseks.
Samm 2. Looge tunneli seinad ja katus
Tunneli seinu ja katust saab ehitada tunneli kaevamise ajal või eelnevalt ehitada ja tunneli kaevamisel paika panna. Tänapäevased materjalid hõlmavad järgmist:
- Gofreeritud terasest kaared.
- Betoonist kaared.
- Betooniseinad.
- Valatud või pihustatud betoon. Sageli kasutatakse seda koos ühe moodustatud kaare meetodiga.
Samm 3. Lõpetage tunnel
Kuidas seda teha, sõltub sellest, kas kasutati alt üles või ülevalt alla meetodit.
- Alt-üles meetodiga loodud tunnelid tuleb uuesti täita, et need kattaks üle tunnelikatuse ning seejärel ehitatakse või ehitatakse ümber mis tahes pind, mis peaks olema tunnelikatuse kohal.
- Ülalt-alla meetodiga loodud tunnelid kaevatakse allpool, kus tunneliseinad ja katus püstitati, ning seejärel luuakse alusplaat, mis toimib tunneli põrandana.
Osa 3/4: Sukeldatud torude kasutamine
Samm 1. Süvendage kaevikut, kui tunnel läheb
See meetod sarnaneb lõike ja katte meetodiga, kuid seda kasutatakse veealuste tunnelite kaevamiseks. Kaevik peab läbima kogu pikkuse, mille tunnel vee all kulgeb.
Samm 2. Asetage terastorude seeria piki kaevikut
Iga toru on mõlemast otsast suletud vaheseinaga. Kui toru on mõeldud autotunneli jaoks, nagu näiteks Bostonis asuva Ted Williamsi tunneli puhul, sisaldavad torud eelnevalt ehitatud teelõike.
Samm 3. Pange toru piisavalt täis, et see suudaks taluda selle kohal olevat veesurvet
Ted Williamsi tunneli jaoks oli see 5 meetri paksune (1,5 m paksune) kivimikiht.
Samm 4. Ühendage torud, eemaldades vaheseinad
Kõik torudesse ehitatud maantee- või raudteesegmendid ühendatakse ka sel ajal.
Osa 4/4: Tunneli puurimismasina kasutamine
Samm 1. Valige tööks õige tunnelimasin
Tunneli puurmasinatel, mida nimetatakse TBM -ideks lühikesteks või "mutideks", on esiküljel ümmargused plaadid, mida nimetatakse kilpideks. Kilpikujulised lõikurid kilbil rebivad läbi kivi ja mustuse, mis läbib kilbi avasid TBM-i sees olevale konveierilindile, mis hoiab selle masina taga.
- TBM -kilpide tüübid varieeruvad sõltuvalt sellest, kas mool peab kaevuma pehmele, märjale pinnasele või kõvale kivimile. Kilbi läbimõõt ulatub Aker Wirthi 26,3-jalase (8,03 m) kilbist selle TBM-il, mida kasutatakse Šveitsi Linth-Limmerni elektrijaamades, kuni Hitachi Zoseni "Big Bertha", mille läbimõõt on 57,5 jalga (17,5 m).
- Mutidel, mis on ette nähtud tunnelite kaevamiseks veetaseme all, on ka ees kambrid, et suruda läbi kaevatud maapind.
- Suurte tööde jaoks võib vaja minna mitut TBM -i. La Manche'i tunnel nõuab 11.
Samm 2. Seadke masin oma kohale
Pinna tasemel tunneli puhul pole see probleem. Kui tunnelit kavatsetakse puurida sügavale maa alla, puuritakse ja betooniga vooderdatakse tavaliselt ringikujuline juurdepääsuvõll. TBM langetatakse sinna ja tunnel kaevatakse sellest kohast välja.
- Pikkade tunnelite jaoks puuritakse mitu juurdepääsuvõlli.
- Kui tunnel on valmis, võivad juurdepääsuvõllid muutuda ventilatsioonivõllideks ja/või avariiväljapääsudeks. Kui nad pole nii hõivatud, jäetakse nad tunneli eluks paika.
Samm 3. Paigaldage tunnelitoed, kui masin läbi puurib
Valatud betooni segmendid püstitatakse TBM-i taha, et moodustada rõngas etteantud ajavahemike järel.
Samm 4. Pihustage betoon kaevatud seintele tugirõngaste vahele
Pihustatud betoon või haavabetoon katab ja stabiliseerib tunneli seinu. Laskbetoon võib selle tugevdamiseks sisaldada teras- või polüpropüleenkiudu, sarnaselt sellele, kuidas terasbetooni kasutatakse valatud betooni tugevdamiseks. Laskbetoon sisaldab ka kiirendit, mis aitab sellel tunneli seintele kinni jääda ja kiiresti kuivada.
Näpunäiteid
- Varased tunnelid puuriti läbi kivi, puurides auke ja kasutades lõhkeaineid: kõigepealt musta pulbrit ja hiljem dünamiiti. Püstitataks ajutised puitkarkasside toed, mis asendataks tellise ja müüritisega. Hilisemates tunnelites kasutati puidu ja müüritise asemel segmenteeritud malmist rõngaid, poltidega kokku.
- Tunnleid saab puurida ka läbi pehme pinnase, kasutades tungrauad kas torude või torude lükkamiseks või lõikepeaga kallutatud kastikujulisi ekskavaatoreid. Toru-tungrauaga tunnelid kipuvad olema kitsad, läbimõõduga mitte üle 10,5 jala (3,2 m), samas kui karpidega tunnelid võivad olla laiad kuni 65,6 jalga (20 m).
