Tunneler ble opprinnelig konstruert som en del av vannleverings- og kloakksystemer, som dateres tilbake til Romerrikets dager. Deres første bruk for transport var som en del av kanalsystemer på 1600 -tallet. Med utviklingen av jernbaner på 1800 -tallet og biler på 1900 -tallet ble tunneler lengre og mer komplekse. De vanligste metodene for å bygge tunneler er cut-and-cover-metoden, nedsenket rørmetode eller bruk av en tunnelboremaskin.
Trinn
Del 1 av 4: Faktorer du bør vurdere når du bygger en tunnel
Trinn 1. Vurder hvor tunnelen skal bygges
Den foreslåtte tunnelens plassering vil avgjøre hvilke verktøy og teknikker som er nødvendige for å konstruere den og forberede den til den tiltenkte bruken. Tunnel kan deles inn i tre typer:
- Tunneler med mykt underlag. Disse tunnelene krever støtte ved åpningene for å hindre at tunnelen kollapser. Disse tunnelene er vanligvis grunne og brukes til t -banen, vannlevering og fjerning av avløpsvann.
- Bergtunneler. Fordi de er gravd ut av solid stein, krever disse tunnelene lite ekstra støtte eller ingen i det hele tatt. Tog- og båttunneler er vanligvis av denne sorten.
- Undervannstunneler. Som navnet indikerer, går disse tunnelene under elver, innsjøer, kanaler, og i tilfelle av "Chunnel", sund som Den engelske kanal. Dette er de vanskeligste tunnelene å bygge, ettersom vann må holdes borte fra tunnelen under og etter bygging.
- Å bygge en tunnel under en by gir problemer som ligner på en undersjøisk tunnel, ved at bakken rundt tunnelen har en tendens til å falle under vekten av bygningene over den. En kunnskap om områdets geologi hjelper til med å forutsi hvor mye bakken vil falle og foreslår hvilke metoder som kan minimere sagging.
Trinn 2. Tenk på tunnelens bane
En tunnel med en lang, enkel, rett bane er relativt lett å bore med en tunnelboremaskin. Tunneler som skiller seg fra dette designet gir problemer som gjør konstruksjonen mer kompleks.
- Korte tunneler kjeder seg ikke med tunnelboremaskiner fordi det ikke er kostnadseffektivt å gjøre det.
- Tunneler som krever forskjellige borediametre på forskjellige deler av rutene, gjør også bruken av en tunnelboremaskin upraktisk på grunn av forsinkelser i justeringen av borediameteren.
- Tunneler som svinger skarpe hjørner eller har kryssende aksler, bruker også en kjedelig maskin upraktisk.
Trinn 3. Tenk på tunnelens formål
Hva tunnelen skal brukes til bestemmer hvilke tilleggsarbeider som er i tillegg til å lage selve tunnelen som er nødvendige før den tas i bruk.
- Tunneler som frakter passasjerer krever en eller annen form for ventilasjon. For kjørebanetunneler betyr dette vanligvis ventilasjonssjakter for å forhindre oppbygging av karbonmonoksid. For jernbanetunneler kan dette bety tvungen luftventilasjon for å fjerne eksos fra dieselmotorer. Begge har tilleggsmetoder for å håndtere røyken som oppstår hvis det skulle oppstå brann i tunnelen.
- Tungt brukte tunneler, som Big Dig i Boston, kan inneholde kontinuerlig bemannede operasjonssentre med videoutstyr for å overvåke trafikk i tunnelen og håndtere nødssituasjoner.
- Lange kjørebanetunneler, for eksempel Eisenhower -tunnelen i Colorado, kan være opplyst med taklys for bekvemmelighet for sjåfører og passasjerer. Andre kjørebanetunneler, for eksempel de i Zion National Park i Utah, kan inneholde naturskjønne utsnitt for å la naturlig lys komme inn i tunnelen på steder og gi passasjerer et glimt av omgivelsene.
- Noen tunneler, for eksempel Queensway -tunnelen mellom Liverpool og Birkenhead, England og Lion Rock Tunnel mellom Sha Tin og New Kowloon i Hong Kong, kombinerer et øvre passasjertrafikkdekk med et lavere servicedekk for vann, rør eller kabler. Andre tunneler, for eksempel Malaysias SMART -tunnel, kan brukes til enten trafikk- eller flomkontroll.
Del 2 av 4: Bruke Cut-and-Cover Method
Trinn 1. Grav en grøft
Området der tunnelen skal graves helt ut, med tunneltaket som skal opprettes og dekkes over når tunnelen er ferdig. Denne tunneltypen er konstruert på en av to måter:
- Bottom-up: Jordstøtte opprettes først, deretter bygges tunnelen opp rundt den.
- Top-down: Tunnelens sider og tak er konstruert på bakkenivå, og tunnelgrøften er gravd ut under den.
- Begge metodene brukes først og fremst for grunnere tunneler, selv om ovenfra og ned-metoden lar deg grave dypere tunneler enn bottom-up metoden. Dypere tunneler blir ofte gravd ut ved hjelp av et tunnelingskjold, en bokslignende struktur med små skodder åpnet for å grave gjennom. Når smusset foran skjoldet er fjernet, flyttes skjoldet fremover for å fortsette å grave.
Trinn 2. Lag tunnelveggene og taket
Tunnelveggene og taket kan bygges når tunnelen blir gravd eller kan forhåndskonstrueres og settes på plass når tunnelen blir gravd. Materialer i dag inkluderer følgende:
- Buer av bølgepapp.
- Forhåndsbetongbuer.
- Ferdige betongvegger.
- Helles eller sprøytes betong. Ofte brukes dette i forbindelse med en av formbue-metodene.
Trinn 3. Fullfør tunnelen
Hvordan dette gjøres avhenger av om bunn-opp eller ned-ned-metoden ble brukt.
- Tunneler som er opprettet med bottom-up-metoden, må fylles tilbake for å dekke over tunneltaket, og eventuell overflate som skal eksistere over tunneltaket, bygges eller bygges om.
- Tunneler opprettet med ovenfra og ned-metoden graves ut nedenfor der tunnelveggene og taket ble reist, og deretter opprettes en grunnplate, som fungerer som tunnelgulv.
Del 3 av 4: Bruke nedsenkede rør
Trinn 1. Dredge en grøft når tunnelen skal gå
Denne metoden ligner cut-and-cover-metoden, men brukes til å grave undersjøiske tunneler. Grøften må løpe lengden tunnelen vil gå under vann.
Trinn 2. Legg en serie stålrør langs lengden på grøften
Hvert rør er forseglet i hver ende med et skott. Hvis røret er for en biltunnel, som i tilfellet med Ted Williams-tunnelen i Boston, inkluderer rørene ferdigbygde veistrekninger.
Trinn 3. Omslutt røret med nok påfyll til å tåle vanntrykket over det
For Ted Williams-tunnelen var dette et 5 fot tykt (1,5 m tykt) steinlag.
Trinn 4. Koble rørene ved å fjerne mellomliggende skott
Eventuelle vei- eller jernbanesegmenter som er innebygd i rørene, vil også være koblet til på dette tidspunktet.
Del 4 av 4: Bruke en tunnelboremaskin
Trinn 1. Velg riktig tunnelmaskin for jobben
Tunnelboremaskiner, kalt TBM for korte eller "mol", har sirkulære plater på forsiden som kalles skjold. Skiveformede kuttere på skjoldet rives gjennom stein og smuss, som passerer gjennom åpninger i skjoldet på et transportbånd inne i TBM som legger det bak maskinen.
- Typer TBM -skjold varierer avhengig av om føflekken skal grave seg ned i mykt, vått underlag eller hard stein. Skjermdiametre spenner fra Aker Wirths 8,3 m (26,3 fot) skjold på TBM-en som ble brukt til Sveits Linth-Limmern kraftstasjoner til Hitachi Zosens "Big Bertha", med en diameter på 17,5 fot (17,5 m).
- Føflekker designet for å grave tunneler under vannspeilet har også kamre foran for å presse bakken som graves gjennom.
- For store jobber kan det kreves flere TBM -er. Kanaltunnelen kreves 11.
Trinn 2. Sett maskinen på plass
For en tunnel på overflatenivå er dette ikke noe problem. Hvis tunnelen skal bores dypt under jorden, bores en aksel, vanligvis sirkulær, og foretes med betong. TBM senkes ned i den, og tunnelen blir gravd ut fra det punktet.
- For lange tunneler bores flere akselaksler.
- Når tunnelen er ferdig kan tilgangsjaktene bli ventilasjonssjakter og/eller nødutganger. Hvis de ikke er så sysselsatte, blir de igjen på plass i tunnelens levetid.
Trinn 3. Rett opp tunnelstøtter mens maskinen går gjennom
Segmenter av ferdigstøpt betong reises bak TBM for å danne en ring med forhåndsbestemte intervaller.
Trinn 4. Sprøyt betong på de utgravde veggene mellom støtteringene
Den sprøytede betongen, eller sprøytebetong, belegger og stabiliserer tunnelveggene. Sprøytebetongen kan inneholde stål- eller polypropylenfibre for å styrke den, omtrent på samme måte som stålarmering brukes til å styrke støpt betong. Sprøytebetongen inneholder også en akselerator for å hjelpe den til å holde seg til tunnelveggene og tørke raskt.
Tips
- Tidlige tunneler ble boret gjennom stein ved å bore hull og bruke sprengstoff: først svart pulver og senere dynamitt. Midlertidige støtter av trerammer ville bli reist, erstattet av murstein og murverk. Senere brukte tunneler segmenterte støpejernsringer, boltet sammen, i stedet for treverket og murverket.
- Tunneler kan også bores gjennom myk jord ved hjelp av jekker for å skyve enten rør/rør eller kasseformede gravemaskiner med tippehoder. Rørjakkede tunneler har en tendens til å være smale, ikke mer enn 10,5 fot (3,2 m) i diameter, mens boksekappede tunneler kan være så brede som 65,6 fot (20 m).
