Tunely byly původně postaveny jako součást vodovodních a kanalizačních systémů, sahajících až do dob římské říše. Jejich první použití pro přepravu bylo jako součást systémů kanálů v 17. století. S rozvojem železnic v 19. století a automobilů ve 20. století se tunely staly delšími a složitějšími. Nejběžnějšími metodami pro stavbu tunelů jsou metoda cut-and-cover, metoda ponořených trubek nebo použití tunelovacího stroje.
Kroky
Část 1 ze 4: Faktory, které je třeba vzít v úvahu při stavbě tunelu
Krok 1. Zvažte, kde bude tunel postaven
Umístění navrhovaného tunelu určí, jaké nástroje a techniky jsou nezbytné pro jeho stavbu a přípravu na zamýšlené použití. Tunely lze rozdělit do 3 typů:
- Tunely na měkkém povrchu. Tyto tunely vyžadují podporu v otvorech, aby se tunel nezřítil. Tyto tunely jsou obvykle mělké a používají se pro metro, dodávky vody a systémy pro odstraňování odpadních vod.
- Skalní tunely. Protože jsou raženy z pevné skály, vyžadují tyto tunely malou nebo žádnou podporu. Vlakové a automobilové tunely jsou obvykle této rozmanitosti.
- Podvodní tunely. Jak naznačuje název, tyto tunely procházejí řekami, jezery, kanály a v případě „Chunnel“úžinami, jako je kanál La Manche. Jedná se o nejnáročnější tunely, protože během stavby i po ní musí být z tunelu zadržována voda.
- Stavba tunelu pod městem nabízí problémy podobné podvodnímu tunelu v tom, že půda kolem tunelu má tendenci klesat pod tíhou budov nad ním. Znalost geologie oblasti pomáhá předpovědět, jak moc se půda bude propadat, a navrhne, jaké metody mohou minimalizovat pokles.
Krok 2. Zvažte cestu tunelu
Tunel s dlouhou, jednoduchou a rovnou cestou je poměrně snadné vrtat pomocí tunelového vyvrtávacího stroje. Tunely, které se liší od tohoto designu, nabízejí problémy, které ztěžují jejich stavbu.
- Krátké tunely se nenudí stroji na ražbu tunelů, protože to není nákladově efektivní.
- Tunely, které vyžadují různé průměry vrtání v různých částech svých tras, také činí použití tunelového vrtacího stroje nepraktickým z důvodu zpoždění při nastavování průměru vrtání.
- Tunely, které zatáčejí do ostrých rohů nebo mají protínající se hřídele, také využívají vrtačku nepraktickou.
Krok 3. Zvažte účel tunelu
K čemu bude tunel sloužit, určuje, jaké další práce kromě výroby samotného tunelu budou nutné před jeho uvedením do provozu.
- Tunely, které přepravují cestující, vyžadují určitou formu větrání. U silničních tunelů to obvykle znamená větrací šachty, které zabraňují hromadění oxidu uhelnatého. U železničních tunelů to může znamenat nucené větrání k odstranění výfukových plynů vznětových motorů. Oba mají doplňkové metody, jak se vypořádat s vytvořeným kouřem, pokud by v tunelu došlo k požáru.
- Silně využívané tunely, jako například Big Dig v Bostonu, mohou obsahovat nepřetržitě obsazená operační střediska s videozařízením pro sledování provozu v tunelu a řešení mimořádných událostí.
- Dlouhé silniční tunely, jako je tunel Eisenhower v Coloradu, mohou být pro pohodlí řidičů a cestujících osvětleny stropními světly. Jiné silniční tunely, jako jsou tunely v národním parku Zion v Utahu, mohou obsahovat scénické výřezy, které místům umožní vniknout přirozené světlo a poskytne cestujícím pohled na okolní scenérii.
- Některé tunely, jako je tunel Queensway mezi Liverpoolem a Birkenheadem v Anglii a Lion Rock Tunnel mezi Sha Tin a New Kowloon v Hongkongu, kombinují horní palubu pro osobní dopravu se spodní obslužnou palubou pro vodu, potrubí nebo kabely. Jiné tunely, jako například malajsijský tunel SMART, lze použít buď k ochraně provozu, nebo proti povodním.
Část 2 ze 4: Použití metody Cut-and-Cover
Krok 1. Vykopejte příkop
Oblast, kde bude tunel, je zcela vykopána, přičemž střecha tunelu bude vytvořena a zakryta, až bude tunel dokončen. Tento typ tunelu je konstruován jedním ze dvou způsobů:
- Zdola nahoru: Nejprve se vytvoří pozemní podpora, pak se kolem ní vybuduje tunel.
- Shora dolů: Boky a střecha tunelu jsou konstruovány na úrovni terénu a pod ním je vyhlouben příkop tunelu.
- Obě metody se používají především pro mělčí tunely, ačkoli metoda shora dolů umožňuje hloubení tunelů než metoda zdola nahoru. Hlubší tunely jsou často raženy za pomoci tunelového štítu, krabicové stavby s malými okenicemi otevřenými k prohloubení. Jakmile je špína před štítem odstraněna, štít se posune dopředu, aby pokračoval v kopání.
Krok 2. Vytvořte stěny a střechu tunelu
Stěny tunelu a střecha mohou být stavěny při hloubení tunelu, nebo mohou být předem zkonstruovány a umístěny na místo při hloubení tunelu. Materiály dnes zahrnují následující:
- Vlnité ocelové oblouky.
- Prefabrikované betonové oblouky.
- Prefabrikované stěny.
- Litý nebo stříkaný beton. Často se to používá ve spojení s jednou z metod vytvořených oblouků.
Krok 3. Dokončete tunel
Jak se to provádí, závisí na tom, zda byla použita metoda zdola nahoru nebo shora dolů.
- Tunely vytvořené metodou zdola nahoru musí být vyplněny zpět, aby překryly střechu tunelu, a jakýkoli povrch, který má existovat nad střechou tunelu, se pak staví nebo přestavuje.
- Tunely vytvořené metodou shora dolů jsou vykopány níže, kde byly vztyčeny stěny tunelu a střecha, a poté je vytvořena základní deska, která slouží jako podlaha tunelu.
Část 3 ze 4: Použití ponorných trubek
Krok 1. Když tunel povede, vybagrujte příkop
Tato metoda je podobná metodě cut-and-cover, ale používá se k hloubení podvodních tunelů. Příkop musí běžet po celé délce, kterou tunel povede pod vodou.
Krok 2. Položte řadu ocelových trubek podél délky příkopu
Každá trubka je na obou koncích utěsněna přepážkou. Pokud je trubka pro automobilový tunel, jako v případě tunelu Teda Williamse v Bostonu, trubky obsahují předem připravené silniční úseky.
Krok 3. Zkumavku uzavřete dostatečným množstvím zásypu, aby odolala tlaku vody nad ní
V tunelu Teda Williamse to byla vrstva skály o tloušťce 5 stop (1,5 m).
Krok 4. Připojte zkumavky odstraněním zasahujících přepážek
Jakékoli silniční nebo železniční segmenty zabudované do trubek by byly připojeny také v této době.
Část 4 ze 4: Použití stroje na vyvrtávání tunelů
Krok 1. Vyberte správný tunelovací stroj pro danou úlohu
Tunelové vrtací stroje, nazývané zkráceně TBM nebo „krtci“, mají na přední straně kruhové desky zvané štíty. Kotoučové frézy na štítu protrhávají skálu a nečistoty, které procházejí otvory ve štítu na dopravní pás uvnitř TBM, který jej ukládá za stroj.
- Typy štítů TBM se liší podle toho, zda má krtek kopat do měkké, mokré půdy nebo tvrdé skály. Průměry štítů se pohybují od štítu Aker Wirth 26,3 stop (8,03 m) na jeho TBM používaném pro švýcarské elektrárny Linth-Limmern až po „Big Bertha“od Hitachi Zosen s průměrem 17,5 m (57,5 stop).
- Krtci navržení k hloubení tunelů pod hladinou podzemní vody mají v přední části také komory, které natlakují vykopávanou půdu.
- U velkých zakázek může být požadováno více TBM. Tunel pod Lamanšským průlivem vyžadoval 11.
Krok 2. Umístěte stroj na místo
Pro tunel na úrovni povrchu to není žádný problém. Má -li se tunel hloubit hluboko pod zemí, je vyvrtána přístupová šachta, obvykle kruhová, a vyložena betonem. TBM se do ní spustí a tunel se odtud razí.
- U dlouhých tunelů jsou vyvrtány vícenásobné přístupové šachty.
- Po dokončení tunelu se z přístupových šachet mohou stát ventilační šachty a/nebo nouzové východy. Pokud nejsou tak zaměstnaní, zůstanou na místě po celou dobu životnosti tunelu.
Krok 3. Vztyčte podpěry tunelu, když se stroj provrtává
Segmenty prefabrikovaného betonu jsou vztyčeny za TBM a vytvářejí prstenec v předem stanovených intervalech.
Krok 4. Nastříkejte beton na vykopané stěny mezi opěrné kroužky
Stříkaný beton nebo stříkaný beton natírá a stabilizuje stěny tunelu. Stříkaný beton může obsahovat ocelová nebo polypropylenová vlákna, která jej zpevňují, podobně jako se ocelová výztuž používá k vyztužení litého betonu. Stříkaný beton také obsahuje urychlovač, který mu pomáhá přilnout ke stěnám tunelu a rychle schnout.
Tipy
- Rané tunely byly vrtány skálou vrtáním děr a používáním výbušnin: nejprve černý prach a později dynamit. Budovaly by se dočasné podpěry dřevěných rámů nahrazené cihlami a zdivem. Pozdější tunely používaly segmentované litinové prstence, přišroubované k sobě, místo dřeva a zdiva.
- Tunely lze také vyvrtat do měkké zeminy pomocí zvedáků k tlačení trubek/trubek nebo krabicových rýpadel sklopných řeznými hlavami. Trubkové tunely bývají úzké, v průměru ne více než 10,5 stop (3,2 m), zatímco tunelové tunely mohou být široké až 20 m.
