Budowa tunelu
Tunele są wykopywane w różnego rodzaju materiałach, od miękkiej gliny po twardą skałę. Sposób budowy tunelu zależy od takich czynników jak warunki gruntowe, warunki wodno-gruntowe, długość i średnica przejazdu tunelu, głębokość tunelu, logistyka podparcia drążenia tunelu, ostateczne przeznaczenie i kształt tunelu i odpowiednie zarządzanie ryzykiem. Budowa tuneli jest podzbiorem konstrukcji podziemnych .
Powszechnie stosowane są trzy podstawowe typy konstrukcji tuneli:
- Tunel typu cut-and-cover, zbudowany w płytkim wykopie, a następnie zasypany.
- Tunel drążony, zbudowany na miejscu, bez usuwania gruntu powyżej. Zwykle mają przekrój kołowy lub podkowiasty. niektóre koncepcje górnictwa podziemnego . Nowoczesne techniki obejmują beton natryskowy stosowany w metodzie drążenia tuneli w Nowej Austrii , użycie maszyny do drążenia tuneli (TBM) lub tarczy do drążenia tuneli . Ale nadal buduje się tunele, które są zabezpieczane podporami i szalunkami , a następnie są okuwane lub ustawiane są podpory czasowe. Pomocne są techniki znane ze sklepień kolebkowych .
- Zanurzony tunel rurowy, zatopiony w zbiorniku wodnym i położony na lub zakopany tuż pod dnem.
Koszt
TBM metra miejskiego kosztują około 500 mln EUR za kilometr. W Szwajcarii kilometr tunelu autostrady oszacowano z grubsza na 300 milionów franków szwajcarskich, w tamtym czasie 200 milionów euro. tunel między Danią a Niemcami ma kosztować 425 milionów za km w 2015 roku.
Wytnij i przykryj
Odkrywka to prosta metoda budowy płytkich tuneli, w której wykopuje się rów i zakrywa go za pomocą napowietrznego systemu nośnego wystarczająco mocnego, aby unieść ciężar tego, co ma być zbudowane nad tunelem. Dostępne są dwie podstawowe formy tunelowania odkrywkowego:
- Metoda oddolna : wykopuje się rów, w razie potrzeby z podparciem gruntu, i buduje się w nim tunel. Tunel może być wykonany z betonu in situ, prefabrykowanego betonu, prefabrykowanych łuków lub łuków ze stali falistej; w pierwszych dniach użyto cegły. Wykop jest następnie starannie zasypywany, a powierzchnia jest przywracana.
- Metoda od góry do dołu : Boczne ściany nośne i belki szczytowe są budowane z poziomu gruntu za pomocą takich metod, jak ściany szczelinowe lub ciągłe palowanie wiercone. Wówczas płytki wykop pozwala na wykonanie stropu tunelu z belek prefabrykowanych lub betonu in situ. Nawierzchnia jest następnie przywracana z wyjątkiem otworów dostępowych. Pozwala to na wczesne przywrócenie jezdni, usług i innych elementów powierzchni. Następnie wykonuje się wykop pod stałym dachem tunelu i wykonuje się płytę fundamentową.
Płytkie tunele są często typu odkrywkowego (jeśli pod wodą, typu rur zanurzonych), podczas gdy głębokie tunele są wykopywane, często przy użyciu osłony tunelowej . Na poziomach średniozaawansowanych możliwe są obie metody.
metra , takich jak stacja metra Canary Wharf w Londynie , często stosuje się duże pudełka typu cut-and-cover . Ta forma zabudowy ma na ogół dwie kondygnacje, co pozwala na ekonomiczną aranżację hali biletowej, peronów dworcowych, wejść dla pasażerów i wyjść awaryjnych, wentylacji i oddymiania, pomieszczeń socjalnych i sprzętowych. Wnętrze stacji Canary Wharf zostało porównane do podziemnej katedry ze względu na rozmiary wykopu. Kontrastuje to z wieloma tradycyjnymi stacjami londyńskiego metra , gdzie drążone tunele były wykorzystywane do stacji i dostępu dla pasażerów. Niemniej jednak oryginalne części sieci londyńskiego metra, Metropolitan and District Railways, zostały zbudowane metodą „odkrywkową”. Linie te były starsze niż trakcja elektryczna, a bliskość powierzchni była przydatna do wentylacji nieuniknionego dymu i pary.
Główną wadą metody „odkryć i wykopać” są rozległe zakłócenia generowane na poziomie powierzchni podczas budowy. To oraz dostępność trakcji elektrycznej spowodowały przejście londyńskiego metra na drążone tunele na głębszym poziomie pod koniec XIX wieku.
Nudne maszyny
Maszyny do drążenia tuneli i związane z nimi systemy rezerwowe służą do wysoce zautomatyzowanego całego procesu drążenia tuneli, zmniejszając koszty drążenia tuneli. W niektórych zastosowaniach, głównie miejskich, drążenie tuneli jest postrzegane jako szybka i opłacalna alternatywa dla układania nawierzchni szynowych i dróg. kosztowny obowiązkowy zakup budynków i gruntów, z potencjalnie długimi zapytaniami planistycznymi. Wady TBM wynikają z ich zwykle dużych rozmiarów - trudności z transportem dużego TBM na miejsce budowy tunelu lub (alternatywnie) wysokich kosztów montażu TBM na miejscu, często w obrębie budowanego tunelu.
Istnieje wiele projektów TBM, które mogą działać w różnych warunkach, od twardej skały po miękki grunt wodonośny. Niektóre typy TBM, maszyny do gnojowicy bentonitowej i maszyny do wyważania parcia gruntu, mają przedziały ciśnieniowe z przodu, co pozwala na ich użycie w trudnych warunkach poniżej lustra wody . Spowoduje to zwiększenie ciśnienia w podłożu przed głowicą tnącą TBM w celu zrównoważenia ciśnienia wody. Operatorzy pracują przy normalnym ciśnieniu powietrza za przedziałem ciśnieniowym, ale od czasu do czasu mogą być zmuszeni do wejścia do tego przedziału w celu wymiany lub naprawy noży. Wymaga to specjalnych środków ostrożności, takich jak lokalne uzdatnianie gruntu lub zatrzymanie TBM w miejscu wolnym od wody. Pomimo tych trudności TBM są obecnie preferowane w stosunku do starszej metody tunelowania sprężonym powietrzem ze śluzą powietrzną / komora dekompresyjna w pewnej odległości od TBM, co wymagało od operatorów pracy pod wysokim ciśnieniem i przechodzenia przez procedury dekompresyjne pod koniec zmiany, podobnie jak nurkowie głębinowi .
W lutym 2010 roku firma Aker Wirth dostarczyła TBM do Szwajcarii w celu rozbudowy elektrowni Linth-Limmern zlokalizowanych na południe od Linthal w kantonie Glarus . Odwiert ma średnicę 8,03 m (26,3 stopy). Cztery TBM użyte do wykopania 57-kilometrowego (35 mil) Gotthard Base Tunnel w Szwajcarii miały średnicę około 9 metrów (30 stóp). Większy TBM został zbudowany w celu wydrążenia tunelu Green Heart (holenderski: Tunnel Groene Hart) jako część HSL-Zuid w Holandii o średnicy 14,87 m (48,8 stopy). To z kolei zostało zastąpione przez obwodnicę Madrytu M30 w Hiszpanii oraz tunele Chong Ming w Szanghaju w Chinach . Wszystkie te maszyny zostały przynajmniej częściowo zbudowane przez Herrenknechta . Od stycznia 2023 r. Największym TBM pod względem średnicy główki, jaki kiedykolwiek zbudowano, był Tuen Mun – Chek Lap Kok TBM , maszyna o średnicy 17,6 m (58 stóp) zbudowana przez Herrenknecht dla Tuen Mun-Chek Lap Kok Link w Hongkongu .
Kopanie gliny
Kopanie gliny to specjalistyczna metoda opracowana w Wielkiej Brytanii polegająca na kopaniu tuneli w mocnych strukturach gleby na bazie gliny. W przeciwieństwie do poprzednich ręcznych metod używania motyk , które opierały się na twardej strukturze gleby, kopanie gliny było stosunkowo ciche, a zatem nie uszkadzało miękkich struktur na bazie gliny. Kopacz gliny leży na desce pod kątem 45 stopni od powierzchni roboczej i wkłada nóżkami narzędzie z zaokrąglonym końcem przypominającym miseczkę. Obracając ręcznie narzędziem, kopaczka wydobywa fragment ziemi, który jest następnie umieszczany na odsysaczu odpadów.
Stosowana w wiktoriańskiej inżynierii lądowej metoda ta znalazła uznanie w odnawianiu starożytnych brytyjskich systemów kanalizacyjnych , ponieważ nie musiała usuwać całej własności ani infrastruktury w celu stworzenia małego systemu tuneli. Podczas pierwszej wojny światowej system był używany przez firmy Royal Engineer do drążenia tuneli do umieszczania min pod liniami Cesarstwa Niemieckiego . Metoda była praktycznie bezgłośna, a więc nie podatna na metody wykrywania nasłuchu.
Wały
Tymczasowy szyb dostępowy jest czasami konieczny podczas wykopywania tunelu. Zwykle są okrągłe i schodzą prosto w dół, aż do poziomu, na którym ma powstać tunel. Szyb zwykle ma betonowe ściany i jest zwykle zbudowany jako trwały. Po ukończeniu szybów dostępowych TBM są opuszczane na dno i można rozpocząć wykopy. Szyby są głównym wejściem i wyjściem z tunelu do czasu zakończenia projektu. Jeśli tunel ma być długi, można wydrążyć wiele szybów w różnych miejscach, tak aby wejście do tunelu znajdowało się bliżej nierozkopanego obszaru.
Po zakończeniu budowy szyby dostępowe do budowy są często wykorzystywane jako szyby wentylacyjne , a także mogą być używane jako wyjścia awaryjne.
Techniki betonu natryskowego
Nowa austriacka metoda drążenia tuneli (NATM) została opracowana w latach 60. XX wieku i jest najbardziej znaną z wielu praktyk inżynierskich, które wykorzystują obliczenia i pomiary empiryczne w celu zapewnienia bezpiecznego podparcia wykładziny tunelu. Główną ideą tej metody jest wykorzystanie naprężeń geologicznych otaczającego górotworu do ustabilizowania tunelu poprzez umożliwienie zmierzonej relaksacji i przeniesienia naprężeń do otaczającej skały, aby zapobiec nałożeniu pełnych obciążeń na podpory . Na podstawie pomiarów geotechnicznych optymalny przekrój jest obliczany. Wykop jest zabezpieczony warstwą betonu natryskowego, zwanego potocznie torkretem . Inne środki wsparcia mogą obejmować stalowe łuki, kotwy skalne i siatki. Rozwój technologiczny w technologii betonu natryskowego spowodował, że do mieszanki betonowej dodano włókna stalowe i polipropylenowe w celu poprawy wytrzymałości okładziny. Tworzy to naturalny pierścień nośny, który minimalizuje deformację skały .
Dzięki specjalnemu monitorowaniu metoda NATM jest elastyczna, nawet przy zaskakujących zmianach geomechanicznej konsystencji skały podczas drążenia tunelu. Zmierzone właściwości skał prowadzą do odpowiednich narzędzi do wzmacniania tuneli . W ostatnich dziesięcioleciach powszechne stały się również wykopy w miękkim gruncie do 10 kilometrów (6,2 mil).
Przeciskanie rur
W przeciskaniu rur podnośniki hydrauliczne służą do przepychania specjalnie wykonanych rur przez ziemię za TBM lub osłoną. Ta metoda jest powszechnie stosowana do tworzenia tuneli pod istniejącymi konstrukcjami, takimi jak drogi czy linie kolejowe. Tunele zbudowane przez przeciskanie rur to zwykle otwory o małej średnicy i maksymalnym rozmiarze około 3,2 metra (10 stóp).
Podnoszenie skrzyni
Przeciskanie skrzynkowe jest podobne do przeciskania rur, ale zamiast przeciskania rur stosuje się tunel w kształcie skrzynki. Skrzynki z przeciskami mogą mieć znacznie większą rozpiętość niż podnośniki do rur, przy czym rozpiętość niektórych podnośników przekracza 20 metrów (66 stóp). Głowica tnąca jest zwykle używana z przodu skrzyni, która jest podnoszona, a usuwanie urobku odbywa się zwykle za pomocą koparki z wnętrza skrzyni. Niedawne ulepszenia Jacked Arch i Jacked deck umożliwiły montaż dłuższych i większych konstrukcji z bardzo dużą dokładnością. Przejście podziemne o długości 126 m i rozpiętości 20 m pod liniami kolei dużych prędkości w Cliffsend w hrabstwie Kent w Wielkiej Brytanii.
Podwodne tunele
Istnieje również kilka podejść do tuneli podwodnych, z których dwa najczęstsze to tunele drążone lub zanurzone rury , na przykład Bjørvika Tunnel i Marmaray . Rozważane jest nowatorskie podejście do pływających tuneli podwodnych ; jednak do tej pory nie zbudowano takich tuneli.
Tunele lądowe
Nowy rodzaj tuneli służy do zmniejszenia wpływu autostrad lub linii kolejowych na środowisko: tunele lądowe. To nie są podziemne tunele, ale budowane na poziomie gruntu. Obszar miejski w pobliżu tunelu można wzbogacić gruntem lub budynkami (na przykład parkingami), aby poprawić integrację tunelu z bezpośrednim obszarem. Dobrym wczesnym przykładem takiego tunelu lądowego jest tunel autostrady A2 w Leidsche Rijn, w pobliżu holenderskiego miasta Utrecht.
Tymczasowy sposób
Podczas budowy tunelu często wygodnie jest zainstalować tymczasową linię kolejową, zwłaszcza w celu wywozu urobku , często wąskotorową, aby mogła być dwutorowa , aby umożliwić jednoczesną obsługę pustych i załadowanych pociągów. Tymczasowy sposób jest zastępowany przez stały sposób po zakończeniu, wyjaśniając w ten sposób termin „Perway”.
Rozszerzenie
Pojazdy lub ruch korzystający z tunelu mogą go przerosnąć, co wymaga wymiany lub powiększenia:
- Dwutorowy tunel o długości mili z 1832 r. Z Edge Hill do Lime Street w Liverpoolu został prawie całkowicie usunięty, z wyjątkiem 50-metrowego odcinka na Edge Hill i odcinka bliżej Lime Street, ponieważ wymagane były cztery tory. Tunel został wykopany w bardzo głębokim czterotorowym wykopie, z krótkimi tunelami w miejscach wzdłuż wykopu. Ruch pociągów nie został przerwany w miarę postępu prac. Istnieją inne przypadki zastąpienia tuneli otwartymi wykopami, na przykład Auburn Tunnel .
- Tunel Farnworth w Anglii został powiększony przy użyciu maszyny do wytaczania tuneli (TBM) w 2015 r. Tunel Rhyndaston został powiększony przy użyciu pożyczonego TBM, aby móc przewozić kontenery ISO .
Otwarty dół budowlany
Otwarty wykop budowlany składa się z poziomej i pionowej granicy, która utrzymuje wody gruntowe i glebę z dala od wykopu. Istnieje kilka potencjalnych alternatyw i kombinacji (poziomych i pionowych) granic wykopów budowlanych. Najważniejszą różnicą w porównaniu z metodą „odkrywkową” jest to, że otwarty wykop budowlany jest wyciszony po wybudowaniu tunelu; nie ma dachu. [ potrzebne źródło ]
Zobacz też
| Kontrola władz : krajowa |
|---|
