Tunneler blev oprindeligt konstrueret som en del af vandforsynings- og kloaksystemer, der går tilbage til Romerrigets dage. Deres første brug til transport var som en del af kanalsystemer i det 17. århundrede. Med udviklingen af jernbaner i det 19. århundrede og biler i det 20. blev tunneler længere og mere komplekse. De mest almindelige metoder til at bygge tunneler er cut-and-cover metoden, metoden til nedsænket rør eller brugen af en tunnelboremaskine.
Trin
Del 1 af 4: Faktorer, der skal overvejes ved opbygning af en tunnel
Trin 1. Overvej, hvor tunnelen vil blive bygget
Den foreslåede tunnels placering vil afgøre, hvilke værktøjer og teknikker der er nødvendige for at konstruere den og forberede den til dens påtænkte anvendelse. Tunneler kan opdeles i 3 typer:
- Tunnel med blød jord. Disse tunneler kræver støtte ved åbningerne for at forhindre tunnelen i at falde sammen. Disse tunneler er normalt lavvandede og bruges til undergrundsbaner, vandforsyning og spildevandsrensningssystemer.
- Bergtunneler. Fordi de er gravet ud af fast sten, kræver disse tunneler lidt ekstra støtte eller slet ingen. Tog- og biltunneler er normalt af denne sort.
- Undersøiske tunneler. Som navnet angiver, går disse tunneler under floder, søer, kanaler og i tilfælde af "Chunnel", sund såsom Den Engelske Kanal. Det er de sværeste tunneler at bygge, da vand skal holdes væk fra tunnelen under og efter byggeriet.
- At bygge en tunnel under en by giver problemer, der ligner en undersøisk tunnel, idet jorden omkring tunnelen har en tendens til at hænge under vægten af bygningerne over den. En viden om områdets geologi hjælper med at forudsige, hvor meget jorden vil hænge, og foreslår, hvilke metoder der kan minimere saggen.
Trin 2. Overvej tunnelens vej
En tunnel med en lang, enkelt, lige sti er forholdsvis let at bore med en tunnelboremaskine. Tunneler, der adskiller sig fra dette design, giver problemer, der gør konstruktionen mere kompleks.
- Korte tunneler keder sig ikke med tunnelboremaskiner, fordi det ikke er omkostningseffektivt at gøre det.
- Tunneler, der kræver forskellige borediametre på forskellige dele af deres ruter, gør også brugen af en tunnelboremaskine upraktisk på grund af forsinkelser i justeringen af borediameteren.
- Tunneler, der drejer skarpe hjørner eller har skærende aksler, gør også brug af en kedelig maskine upraktisk.
Trin 3. Overvej tunnelens formål
Hvad tunnelen skal bruges til, afgør, hvilket ekstra arbejde udover at lave selve tunnelen, der vil være nødvendig, før den tages i brug.
- Tunneler, der transporterer passagerer, kræver en eller anden form for ventilation. For vejbanetunneler betyder dette normalt ventilationsaksler for at forhindre ophobning af kulilte. For jernbanetunneler kan dette betyde tvungen luftventilation for at fjerne dieselmotorens udstødning. Begge har supplerende metoder til at håndtere den røg, der opstår, hvis der skulle opstå brand i tunnelen.
- Kraftigt brugte tunneler, såsom Big Dig i Boston, kan indeholde kontinuerligt bemandede operationscentre med videoudstyr til at overvåge trafik i tunnelen og håndtere nødsituationer.
- Lange kørebanetunneler, såsom Eisenhower -tunnelen i Colorado, kan være oplyst med overlys for at gøre det lettere for bilister og passagerer. Andre vejbanetunneler, såsom dem i Zion National Park i Utah, kan have naturskønne udskæringer for at tillade naturligt lys at komme ind i tunnelen på steder og give passagererne et glimt af det omkringliggende landskab.
- Nogle tunneler, såsom Queensway Tunnel mellem Liverpool og Birkenhead, England og Lion Rock Tunnel mellem Sha Tin og New Kowloon i Hong Kong, kombinerer et øvre persontrafikdæk med et lavere servicedæk til vand, rør eller kabler. Andre tunneler, f.eks. Malaysias SMART -tunnel, kan bruges til enten trafik- eller oversvømmelseskontrol.
Del 2 af 4: Brug af Cut-and-Cover Method
Trin 1. Grav en skyttegrav
Området, hvor tunnelen vil være, graves helt ud, hvor tunneltaget skal oprettes og dækkes til, når tunnelen er færdig. Denne type tunnel er konstrueret på en af to måder:
- Bottom-up: Jordstøtte oprettes først, derefter bygges tunnelen op omkring den.
- Top-down: Tunnelens sider og tag er konstrueret i jordoverflade, og tunnelgraven er gravet ud under den.
- Begge metoder bruges primært til overfladiske tunneler, selvom top-down-metoden giver mulighed for at grave dybere tunneler end bottom-up metoden. Dybere tunneler udgraves ofte ved hjælp af et tunnelingskjold, en kasselignende struktur med små skodder åbnet for at grave igennem. Når snavs foran skjoldet er fjernet, flyttes skjoldet fremad for at fortsætte med at grave.
Trin 2. Opret tunnelvægge og tag
Tunnelvæggene og taget kan bygges, når tunnelen graves eller kan forudkonstrueres og sættes på plads, når tunnelen graves. Materialer i dag omfatter følgende:
- Buer af bølgepap.
- Forbehandlede betonbuer.
- Forbehandlede betonvægge.
- Hældt eller sprøjtet beton. Ofte bruges dette i forbindelse med en af de formbue metoder.
Trin 3. Færdiggør tunnelen
Hvordan dette gøres afhænger af, om metoden bottom-up eller top-down blev brugt.
- Tunneler, der er oprettet med bottom-up-metoden, skal fyldes tilbage for at dække over tunneltaget, og enhver overflade, der skal eksistere over tunneltaget, bygges eller genopbygges derefter.
- Tunneler, der er skabt med top-down-metoden, graves ud herunder, hvor tunnelvæggene og taget blev rejst, og derefter oprettes en bundplade, der fungerer som tunnelfladen.
Del 3 af 4: Brug af nedsænkede rør
Trin 1. Dredge en skyttegrav, når tunnelen vil gå
Denne metode ligner cut-and-cover metoden, men bruges til at grave undervands tunneler. Grøften skal løbe i den længde tunnelen vil løbe under vandet.
Trin 2. Læg en række stålrør i længden af skyttegraven
Hvert rør er forseglet i hver ende med et skot. Hvis røret er til en biltunnel, som i tilfældet med Ted Williams-tunnelen i Boston, omfatter rørene præbyggede vejstrækninger.
Trin 3. Omslut røret med tilstrækkelig fyldning til at modstå vandtrykket over det
For Ted Williams-tunnelen var dette et 5 fod tykt (1,5 m tykt) lag sten.
Trin 4. Tilslut rørene ved at fjerne de mellemliggende skotter
Eventuelle vej- eller skinnesegmenter indbygget i rørene ville også være forbundet på dette tidspunkt.
Del 4 af 4: Brug af en tunnelboremaskine
Trin 1. Vælg den rigtige tunnelmaskine til jobbet
Tunnelboremaskiner, kaldet TBM'er for korte eller "mol", har cirkulære plader på forsiden kaldet skjolde. Skiveformede fræsere på skjoldet rives gennem sten og snavs, som passerer gennem åbninger i skjoldet på et transportbånd inde i TBM, der lægger det bag maskinen.
- Typerne af TBM -skjolde varierer alt efter, om muldvarpen skal grave i blødt, vådt underlag eller hård sten. Skærmdiametre spænder fra Aker Wirths 8,03 m (26,3 fod) skjold på dets TBM, der blev brugt til Schweiz Linth-Limmern-kraftværker, til Hitachi Zosens "Big Bertha" med en diameter på 17,5 m (17,5 fod).
- Muldvarper designet til at grave tunneller under vandspejlet har også kamre på forsiden for at presse jorden, der graves igennem.
- Ved store job kan der kræves flere TBM'er. Kanaltunnelen krævede 11.
Trin 2. Sæt maskinen på plads
For en overfladetunnel er dette ikke noget problem. Hvis tunnelen skal bores dybt under jorden, bores en adgangsaksel, normalt cirkulær, og beklædes med beton. TBM sænkes ned i den, og tunnelen udgraves fra det punkt.
- Ved lange tunneler bores flere adgangsaksler.
- Når tunnelen er færdig, kan adgangsakslerne blive ventilationsaksler og/eller nødudgange. Hvis de ikke er så beskæftiget, bliver de efterladt på plads i tunnelens levetid.
Trin 3. Opfør tunnelstøtter, når maskinen borer igennem
Segmenter af præ-støbt beton rejses bag TBM for at danne en ring med forudbestemte intervaller.
Trin 4. Sprøjt beton på de udgravede vægge mellem støtteringene
Den sprøjtede beton, eller sprøjtebeton, dækker og stabiliserer tunnelvæggene. Sprøjtebetonen kan omfatte stål- eller polypropylenfibre for at styrke den, på samme måde som stålarmering bruges til at styrke støbt beton. Sprøjtebetonen indeholder også en accelerator, der hjælper den med at klæbe til tunnelvæggene og tørre hurtigt.
Tips
- Tidlige tunneler kededes gennem sten ved at bore huller og bruge sprængstof: først sort pulver og senere dynamit. Midlertidige understøtninger af trærammer ville blive rejst, erstattet af mursten og murværk. Senere brugte tunneler segmenterede støbejernsringe, boltet sammen, i stedet for træet og murværket.
- Tunneller kan også bores gennem blød jord ved hjælp af donkraft til at skubbe enten rør/rør eller kasseformede gravemaskiner med skærehoveder. Rørjakkede tunneler har en tendens til at være smalle, ikke mere end 10,5 fod (3,2 m) i diameter, mens box-jacked tunneler kan være så brede som 65,6 fod (20 m).
