Як побудувати тунель: 14 кроків (з ілюстраціями)

Спочатку тунелі служили для доставки води і відведення стічних вод і нечістот- перші тунелі були побудовані в Римській імперії. Для пересування тунелі почали використовувати в XVII столітті, включаючи їх в системи каналів. З появою залізниць в XIX столітті і автомобілів в XX тунелі набули широкого поширення, ставши більш довгими і конструктивно складними. Найбільш поширені способи побудови тунелю полягають в прориття траншеї і установці настилу, створенні підводного тунелю з опускних секцій, а також використанні бурової тунелепрохідницький машини.

кроки

Частина 1 з 4:

Фактори, що враховуються при будівництві тунелю

1. Розгляньте місце, де буде прокладений тунель. Від місця будівництва тунелю залежать використовувані метод і обладнання. Тунелі можна розділити на три типи:

Тунелі, прориті в м`яких породах. Щоб такі тунелі не обсипалися, їх склепіння додатково зміцнюють. Як правило, ці тунелі неглубокі- їх прокладають для поїздів метро, доставки води і каналізаційних стоків.
Тунелі в кам`яних породах. Склепіння таких тунелів не вимагають ґрунтовного додаткового зміцнення, нерідко воно взагалі не потрібно. Подібні тунелі будують для автомобільних і залізних доріг.
підводні тунелі. Як випливає з назви, ці тунелі прокладають по дну річок, озер і каналів-наприклад, під протокою Ла-Манш проходить так званий Євротунель. Ці тунелі найскладніші в будівництві, оскільки з них необхідно відводити воду на стадії зведення і при подальшій експлуатації.
Прокладка тунелю під містом також пов`язана з чималими труднощами, так як грунт над тунелем може просісти під вагою стоять над ним будівель. Знання геології конкретної місцевості дозволяє передбачити, наскільки просяде грунт, і звести її просідання до мінімуму.

2. Вивчіть маршрут тунелю. Довгі прямі тунелі досить легко прокладаються за допомогою бурової тунелепрохідницький машини. Складніше йде справа з будівництвом викривлених тунелів.

Для прокладання коротких тунелів бурова машина не використовується, оскільки це нерентабельно.

Необхідність використання бурів різних діаметрів також ускладнює застосування тонеллепроходческой машини, оскільки заміна бура значно уповільнює роботу.

Застосування бурової машини нераціонально також, якщо тунель має повороти або відгалуження.

3. Подумайте про призначення тунелю. Від цього будуть залежати додаткові роботи, які необхідно провести після прокладення тунелю перед тим, як ввести його в експлуатацію.

Якщо через тунель буде проїжджати транспорт з пасажирами, необхідна система вентиляції. В автомобільних тунелях це мережа вентиляційних шахт, що служать для відводу чадного газу. У залізничних тунелях застосовується примусова вентиляція повітря для відведення вихлопних газів дизельних двигунів. В обох випадках тунелі забезпечені також системою відводу диму в разі виникнення пожежі.

Часто вживані тунелі, наприклад, Великий бостонський тунель, можуть бути забезпечені центрами управління з камерами відеоспостереження для контролю руху і запобігання надзвичайним ситуаціям.

Довгі дорожні тунелі, такі як Лефортовський тунель в Москві, нерідко оснащені підвісними ліхтарями для зручності водіїв і пасажирів. Буває і так, що в товщі породи, через яку прокладено тунель, проробляються отвори, що пропускають сонячне світло зовні (наприклад, тунель Ейзенхауера в Колорадо, США).

Деякі тунелі, такі як Квінсуей між Ліверпулем і Беркенгед в Великобританії і тунель через Левову скелю в Гонконзі поєднують верхню автомобільну трасу з прокладеними нижче водяними і каналізаційними трубами і кабелями. Інші, наприклад тунель SMART в Малайзії, крім транспортних цілей, можуть використовуватися також для запобігання повеней.

Частина 2 з 4:

Прориття траншеї і установка настилу

1. викопайте траншею. З місця, відведеного під тунель, повністю видаляється порода, після чого над виритим ділянкою робиться дах. Такий вид тунелів робиться двома способами:

Знизу вгору: створюється опора, всередині якої формується сам тунель.
Зверху вниз: стіни і дах тунелю створюються на рівні землі, і тунель викопується під ними.
Обидва методи застосовуються головним чином для створення неглибоких тунелів, хоча метод "зверху вниз" дозволяє вирити більш глибокі тунелі в порівнянні зі способом "від низу до верху". Більш глибокі тунелі створюються за допомогою прохідницького щита, що має вигляд коробки з невеликими отворами і різцями, вгризаються в породу. У міру віддалення породи перед собою прохідницький щит поступово просувається вперед.

2. Сформуйте стіни і дах тунелю. Стіни і дах можна зробити вже після того, як тунель виритий, або створити заздалегідь і помістити в тунель, коли він буде готовий. Можна використовувати такі матеріали:

Гофровані арки зі сталі.

Арки з бетону, відлиті заздалегідь.

Стіни, відлиті з бетону.

Розпорошується або порошковий бетон. Нерідко його використовують поряд з попередньо приготованими арками.

3. Завершіть тунель. Конкретний спосіб залежить від використаного вами методу ( "знизу вгору" або "зверху вниз").

Тунелі, створені методом "від низу до верху" треба забезпечити підпорами, щоб їх стіни і дах витримували вагу, який буде поміщений поверх тунелю.

Тунелі, побудовані методом "зверху вниз" вириваються під землею, яка є стінами, і в цьому випадку необхідно викласти підлогу міцними плитами.

Частина 3 з 4:

Тунель з опускних секцій

1. Вирийте траншею в місці пролягання тунелю. Цей метод схожий на попередній, однак він використовується для створення тунелів під водою. Викопайте траншею уздовж всього маршруту, по якому пройде тунель.

2. Покладіть в вириту траншею сталеві труби. Труби повинні бути запечатані з торців, щоб в них не проникла вода. Якщо тунель призначений для автомобільного транспорту, труби повинні містити побудоване заздалегідь дорожнє полотно.

3. Заповніть труби чим-небудь, щоб вони не деформувалися під тиском води на глибині. Наприклад, при будівництві тунелю Теда Вільямса в Бостоні труби заповнювали півтораметровими камінням.

4. Знявши з торців труб кришки, з`єднайте їх разом. Фрагменти автомобільної або залізниці, створені в трубах заздалегідь, також стикуються один з одним.

Частина 4 з 4:

Використання бурової прохідницької машини

1. Виберіть бурову машину, яка підходить для ваших цілей. Бурові тунелепрохідницькі машини, звані також прохідницькими щитами або "кротами", мають округлі різці попереду корпусу. Ці різці вгризаються в породу, фрагменти якої потрапляють через отвори в передній частині щита на стрічковий конвеєр, який виносить їх позаду машини.

Вид використовуваної машини залежить від того, в якої породи належить вирити тунель: м`якою, вологою, або кам`янистому ґрунті. Діаметр прохідницьких щитів варіюється в широких межах: так, поперечний переріз щита компанії Aker Wirth, використаного при спорудженні електростанції Линт-Ліммерн в Швейцарії, становив 8,03 м (26,3 фути), а діаметр щита "Велика Берта", що випускається фірмою Hitachi Zosen - 17,5 м (57,5 футів).
Машини, призначені для риття тунелів під водою, спереду оснащуються також камерами для нагнітання тиску в породі.
У разі великого обсягу робіт застосовуються кілька тунелепрохідних машин одночасно. Наприклад, у створенні тунелю під Ла-Маншем було задіяно 11 установок.

2. Підведіть машину до місця роботи. Під час риття тунелю врівень з землею це не складає труднощів. У разі більш глибоких тунелів, як правило, спочатку висвердлюється вхідна шахта (зазвичай кругла), укрепляемая бетоном. Тунелепрохідницький машину опускають в цю шахту, звідки і починають рити тунель.

Для створення довгих тунелів просвердлюють безліч вхідних шахт.

Після того, як тунель проритий, вхідні шахти можуть виконувати роль вентиляційних отворів або запасних виходів. Якщо ж вони не потрібні для даних цілей, їх просто залишають як є.

3. У міру створення тунелю машиною в ньому встановлюються підпори. Як підпір можна використовувати литі бетонні кільця, поміщаючи їх за прохідницької машиною через однакові проміжки.

4. Стіни між кільцями обприскуються бетонним розчином. Бетонний спрей, або торкрет-бетон дозволяє зміцнити стіни тунелю. Для міцності в торкрет-бетон нерідко додають сталеві або поліпропіленові волокна, що нагадує технологію створення залізобетону. Торкрет-бетон містить також каталізатор, що сприяє його кращому налипання на поверхню стін і швидшому затвердіння.

Поради

Спочатку тунелі в кам`янистих породах створювали шляхом просвердлювання отворів в камені, закладання в них вибухівки (спочатку пороху, пізніше динаміту) і вибуху. Для підтримки стін і стелі тунелю зводили тимчасові опори з дерева, які поступово замінювали цегляною або кам`яною кладкою. Потім з цією метою почали використовувати кільця з литого заліза, поєднуючи їх болтами.
У м`якій породі тунель можна виконати бурильних молотом, витягуючи породу через трубу, або за допомогою екскаватора, обладнаного коробчатим наконечником з різцями. У першому випадку тунелі виходять відносно вузькими, діаметром не більше 3,2 м (10,5 футів), в той час як екскаватором можна вирити тунель діаметром 20 метрів.