Tunely boli pôvodne postavené ako súčasť vodovodných a kanalizačných systémov ešte z čias Rímskej ríše. Ich prvé použitie v doprave bolo súčasťou kanálových systémov v 17. storočí. S rozvojom železníc v 19. storočí a automobilov v 20. storočí boli tunely dlhšie a zložitejšie. Najbežnejšími metódami výstavby tunelov sú metóda cut-and-cover, metóda ponorených rúrok alebo použitie tunelového vyvrtávacieho stroja.
Kroky
Časť 1 zo 4: Faktory, ktoré je potrebné vziať do úvahy pri stavbe tunela
Krok 1. Zvážte, kde bude tunel postavený
Poloha navrhovaného tunela určí, aké nástroje a techniky sú potrebné na jeho výstavbu a prípravu na zamýšľané použitie. Tunely je možné rozdeliť do 3 typov:
- Mäkké zemné tunely. Tieto tunely vyžadujú podporu v otvoroch, aby sa tunel nezrútil. Tieto tunely sú zvyčajne plytké a používajú sa na metro, dodávky vody a systémy na odstraňovanie odpadových vôd.
- Skalné tunely. Pretože sú tieto tunely vyťažené z pevnej horniny, vyžadujú malú alebo žiadnu podporu. Vlakové a automobilové tunely sú zvyčajne tejto odrody.
- Podvodné tunely. Ako naznačuje názov, tieto tunely prechádzajú riekami, jazerami, kanálmi a v prípade „Chunnel“úžinami, ako je Lamanšský prieliv. Jedná sa o najťažšie tunely, pretože je potrebné, aby sa do nich počas výstavby a po nej nedostala voda.
- Budovanie tunela pod mestom ponúka problémy podobné podvodnému tunelu v tom, že zem okolo tunela má tendenciu klesať pod ťarchou budov nad ním. Znalosť geológie oblasti pomáha predpovedať, ako veľmi sa pôda bude prehlbovať, a navrhuje, akými metódami je možné previsnutie minimalizovať.
Krok 2. Zvážte cestu tunela
Tunel s dlhou, jedinou a rovnou cestou sa dá ľahko vyvŕtať pomocou tunelového vyvrtávacieho stroja. Tunely, ktoré sa líšia od tohto dizajnu, ponúkajú problémy, ktoré spôsobujú, že ich výstavba je zložitejšia.
- Krátke tunely sa nudnými strojmi nenudia, pretože nie je nákladovo efektívne to urobiť.
- Tunely, ktoré vyžadujú rôzne priemery vrtov na rôznych častiach svojich trás, tiež robia použitie tunelového vyvrtávača nepraktickým z dôvodu oneskorení pri nastavovaní priemeru otvoru.
- Tunely, ktoré zatáčajú do ostrých rohov alebo majú krížiace sa šachty, tiež používajú vyvrtávačku nepraktickú.
Krok 3. Zvážte účel tunela
Na čo bude tunel slúžiť, určuje, aké ďalšie práce okrem výroby samotného tunela budú potrebné pred jeho uvedením do prevádzky.
- Tunely, ktoré prepravujú cestujúcich, vyžadujú určitú formu vetrania. V cestných tuneloch to zvyčajne znamená vetracie šachty, ktoré zabraňujú tvorbe oxidu uhoľnatého. V železničných tuneloch to môže znamenať nútené vetranie na odstránenie výfukových plynov z naftových motorov. Oba majú doplnkové metódy na riešenie vzniknutého dymu v prípade požiaru v tuneli.
- Silne používané tunely, ako napríklad Big Dig v Bostone, môžu obsahovať operačné strediská s posádkou s videozariadením na monitorovanie premávky v tuneli a riešenie núdzových situácií.
- Dlhé cestné tunely, ako napríklad tunel Eisenhower v Colorade, môžu byť pre pohodlie vodičov a cestujúcich osvetlené hornými svetlami. Ostatné cestné tunely, ako napríklad v národnom parku Zion v Utahu, môžu mať malebné výrezy, ktoré miestam umožnia vniknúť prirodzenému svetlu a cestujúcim poskytnú pohľad na okolitú scenériu.
- Niektoré tunely, ako napríklad tunel Queensway medzi anglickým Liverpoolom a Birkenhead a tunel Lion Rock medzi Sha Tin a New Kowloon v Hongkongu, kombinujú hornú palubu pre osobnú dopravu a dolnú obslužnú palubu pre vodu, potrubia alebo káble. Ostatné tunely, ako napríklad SMART tunel v Malajzii, je možné použiť buď na ochranu pred premávkou, alebo na ochranu pred povodňami.
Časť 2 zo 4: Použitie metódy Cut-and-Cover
Krok 1. Vykopať priekopu
Oblasť, kde bude tunel, je úplne vykopaná a po dokončení tunela sa vytvorí a prekryje strecha tunela. Tento typ tunela je postavený jedným z dvoch spôsobov:
- Zdola nahor: Najprv sa vytvorí pozemná podpora a potom sa okolo nej vybuduje tunel.
- Zhora nadol: Boky a strecha tunela sú postavené na úrovni zeme a pod nimi je vyrazený priekopa tunela.
- Obe metódy sa používajú predovšetkým pre plytšie tunely, aj keď metóda zhora nadol umožňuje kopať hlbšie tunely ako metóda zdola nahor. Hlbšie tunely sú často razené za pomoci tunelového štítu, krabicovej konštrukcie s malými okenicami otvorenými na prehĺbenie. Akonáhle sú nečistoty pred štítom odstránené, štít sa posunie dopredu, aby pokračoval v kopaní.
Krok 2. Vytvorte steny a strechu tunela
Steny a strecha tunela môžu byť postavené pri razení tunela alebo môžu byť vopred postavené a umiestnené na mieste pri razení tunela. Medzi dnešné materiály patria:
- Oblúky z vlnitej ocele.
- Prefabrikované betónové oblúky.
- Montované betónové steny.
- Litý alebo striekaný betón. Často sa to používa v spojení s jednou z metód vytvorených oblúkov.
Krok 3. Dokončite tunel
Ako sa to robí, závisí od toho, či bola použitá metóda zdola nahor alebo zhora nadol.
- Tunely vytvorené metódou zdola nahor sa musia zasypať, aby sa prekryli strechy tunela, a akýkoľvek povrch, ktorý má existovať nad strechou tunela, sa potom vybuduje alebo prestaví.
- Tunely vytvorené metódou zhora nadol sa razia nižšie, kde boli postavené steny tunela a strecha, a potom sa vytvorí základová doska, ktorá slúži ako podlaha tunela.
Časť 3 zo 4: Použitie ponorných rúrok
Krok 1. Bagrujte priekopu, keď pôjde tunel
Táto metóda je podobná metóde cut-and-cover, ale používa sa na razenie podvodných tunelov. Priekopa by mala prebiehať po celej dĺžke tunela pod vodou.
Krok 2. Po dĺžke priekopy položte sériu oceľových rúrok
Každá trubica je na oboch koncoch utesnená priedelom. Ak je trubica pre automobilový tunel, ako v prípade tunela Teda Williamsa v Bostone, rúrky zahŕňajú vopred vybudované cestné úseky.
Krok 3. Skúmavku uzatvorte dostatočným množstvom zásypu, aby odolal tlaku vody nad ňou
V tuneli Teda Williamsa to bola vrstva kameňa hrubá 5 stôp (1,5 metra).
Krok 4. Pripojte skúmavky odstránením zasahujúcich priedelov
V tomto čase by boli spojené aj akékoľvek cestné alebo železničné segmenty zabudované do rúrok.
Časť 4 zo 4: Použitie tunelového vyvrtávacieho stroja
Krok 1. Vyberte si správny tunelovací stroj pre danú úlohu
Tunelové vyvrtávacie stroje, nazývané skrátene TBM alebo „krtky“, majú vpredu kruhové dosky nazývané štíty. Kotúčové frézy na štíte trhajú horninu a nečistoty, ktoré prechádzajú otvormi v štíte na dopravný pás vo vnútri TBM, ktorý ho ukladá za stroj.
- Typy štítov TBM sa líšia podľa toho, či sa krtko má kopať do mäkkej, mokrej zeme alebo tvrdej horniny. Priemery štítov sa pohybujú od štítu Aker Wirth s 26,3 stôp (8,03 m) na jeho TBM používanom pre švajčiarske elektrárne Linth-Limmern až po „Big Bertha“spoločnosti Hitachi Zosen s priemerom 17,5 m (57,5 stôp).
- Krtkovia určení na kopanie tunelov pod hladinou vody majú vpredu komory, ktoré tlačia na zeminu, ktorou sa prekopáva.
- Pri veľkých zákazkách môže byť potrebných viac TBM. Tunel pod Lamanšským prielivom vyžaduje 11.
Krok 2. Vráťte stroj na miesto
Pre tunel na úrovni povrchu to nie je žiadny problém. Ak sa má tunel raziť hlboko pod zemou, je vyvŕtaná prístupová šachta, zvyčajne kruhová, a vyložená betónom. TBM sa do nej spustí a tunel sa odtiaľ razí.
- Pri dlhých tuneloch sú vyvŕtané šachty s viacerými prístupmi.
- Keď je tunel dokončený, prístupové šachty sa môžu stať vetracími šachtami a/alebo núdzovými východmi. Ak nie sú tak zamestnaní, zostanú na mieste po celú dobu životnosti tunela.
Krok 3. Vzpriamený podperný tunel pri priechode stroja
Segmenty prefabrikovaného betónu sú postavené za TBM tak, aby tvorili prstenec vo vopred určených intervaloch.
Krok 4. Na vykopané steny medzi nosnými krúžkami nastriekajte betón
Striekaný betón alebo striekaný betón obaľuje a stabilizuje steny tunela. Striekaný betón môže obsahovať oceľové alebo polypropylénové vlákna na jeho spevnenie, podobne ako sa oceľová výstuž používa na spevnenie liateho betónu. Strieľaný betón tiež obsahuje urýchľovač, ktorý mu pomôže prilepiť sa k stenám tunela a rýchlo schnúť.
Tipy
- Prvé tunely sa vŕtali v skale vŕtaním dier a pomocou výbušnín: najskôr čierneho prachu a neskôr dynamitu. Vybudovali by sa dočasné podpery drevených rámov, ktoré by nahradili tehly a murivo. Neskôr v tuneloch boli namiesto dreva a muriva použité segmentované liatinové prstence, priskrutkované k sebe.
- Tunely je možné vyvŕtať aj do mäkkej zeminy pomocou zdvihákov na tlačenie rúrok/rúrok alebo škatuľových rýpadiel vyklenutých reznými hlavami. Rúrkové tunely majú tendenciu byť úzke, v priemere nie viac ako 3,2 m, zatiaľ čo tunelové tunely môžu mať šírku až 20,6 m.
