Tunnelkonstruktion
Tunnlar grävs i typer av material som varierar från mjuk lera till hård sten. Metoden för tunnelkonstruktion beror på sådana faktorer som markförhållandena, grundvattenförhållandena, tunneldrivningens längd och diameter, tunnelns djup, logistiken för att stödja tunnelutgrävningen, tunnelns slutliga användning och form och lämplig riskhantering. Tunnelkonstruktion är en delmängd av underjordsbyggande .
Det finns tre grundläggande typer av tunnelkonstruktioner som är vanliga:
- Cut-and-cover-tunnel, konstruerad i ett grunt dike och sedan täckt över.
- Borrad tunnel, byggd på plats, utan att ta bort marken ovanför. De har vanligtvis cirkulärt eller hästskotvärsnitt. Vissa begrepp om underjordisk gruvdrift gäller. Moderna tekniker inkluderar Shotcrete som används i den nya österrikiska tunnelmetoden , användning av en tunnelborrningsmaskin (TBM) eller tunnelsköld . Men fortfarande konstrueras tunnlar som säkras med gropstöd och stöttning och sedan stenas eller timerstöd ställs in. Tekniker kända från tunnvalv är till hjälp.
- Nedsänkt rörtunnel, nedsänkt i en vattenmassa och lagt på eller begravd precis under sin bädd.
Kosta
TBM- tunnlar i stadens tunnelbana kostade cirka 500 miljoner euro per kilometer. I Schweiz beräknades en kilometer motorvägstunnel grovt sett till 300 miljoner CHF, vid den tiden 200 miljoner euro. Undervattenstunneln mellan Danmark och Tyskland planeras för 425 miljoner per km 2015.
Klipp-och-täck
Cut-and-cover är en enkel konstruktionsmetod för grunda tunnlar där en dike grävs och täcks med ett överliggande stödsystem som är tillräckligt starkt för att bära lasten av det som ska byggas ovanför tunneln. Två grundläggande former av cut-and-cover tunnling är tillgängliga:
- Bottom-up-metod : Ett dike grävs ut, med markstöd vid behov, och tunneln byggs i den. Tunneln kan vara av in situ betong, prefabricerad betong, prefabricerade bågar eller korrugerade stålbågar; i början användes murverk. Graven återfylls sedan försiktigt och ytan återställs.
- Top-down-metod : Sidostödväggar och täckbalkar är konstruerade från marknivå med metoder som slamväggar eller sammanhängande borrade pålningar. Sedan kan en grund schaktning göra tunneltaket av prefabricerade balkar eller in situ betong. Ytan återställs då förutom åtkomstöppningar. Detta möjliggör ett tidigt återställande av vägar, tjänster och andra ytegenskaper. Grävning sker sedan under det permanenta tunneltaket och basplattan konstrueras.
Grunda tunnlar är ofta av typen cut-and-cover (om de är under vatten, av nedsänkta rör), medan djupa tunnlar grävs ut, ofta med hjälp av en tunnelsköld . För mellanliggande nivåer är båda metoderna möjliga.
Stora kartonger används ofta för underjordiska tunnelbanestationer , som tunnelbanestationen Canary Wharf i London. Denna konstruktionsform har i allmänhet två nivåer, vilket möjliggör ekonomiska arrangemang för biljetthall, stationsplattformar, passagerartillträde och nödutgång, ventilation och rökkontroll, personalrum och utrustningsrum. Det inre av Canary Wharf station har liknats vid en underjordisk katedral, på grund av utgrävningens stora storlek. Detta står i kontrast till många traditionella stationer på Londons tunnelbana , där borrade tunnlar användes för stationer och passagerartillträde. Ändå byggdes de ursprungliga delarna av Londons tunnelbanenätverk, Metropolitan and District Railways, med hjälp av cut-and-cover. Dessa linjer förutdaterade elektrisk dragkraft och närheten till ytan var användbar för att ventilera den oundvikliga röken och ångan.
En stor nackdel med cut-and-cover är den omfattande störningen som genereras på ytan under byggnationen. Detta, och tillgången på elektrisk dragkraft, ledde till att London Underground bytte till uttråkade tunnlar på en djupare nivå mot slutet av 1800-talet.
Tråkiga maskiner
Tunnelborrmaskiner och tillhörande reservsystem används för att i hög grad automatisera hela tunnlingsprocessen, vilket minskar kostnaderna för tunnling. I vissa övervägande urbana tillämpningar ses tunnelborrning som ett snabbt och kostnadseffektivt alternativ till att lägga yträls och vägar. Dyrt tvångsköp av byggnader och mark, med potentiellt långdragna planförfrågningar, elimineras. Nackdelarna med TBM uppstår på grund av deras vanligtvis stora storlek – svårigheten att transportera den stora TBM till platsen för tunnelbygge, eller (alternativt) den höga kostnaden för att montera TBM på plats, ofta inom gränserna för den tunnel som byggs.
Det finns en mängd olika TBM-konstruktioner som kan fungera under en mängd olika förhållanden, från hårt berg till mjukt vattenförande underlag. Vissa typer av TBM:er, bentonitslam- och jordtrycksbalanseringsmaskiner, har trycksatta fack i framkanten, vilket gör att de kan användas under svåra förhållanden under vattenytan . Detta trycksätter marken framför TBM-skärhuvudet för att balansera vattentrycket. Operatörerna arbetar i normalt lufttryck bakom det trycksatta facket, men kan ibland behöva gå in i det facket för att förnya eller reparera skärarna. Detta kräver särskilda försiktighetsåtgärder, såsom lokal markbehandling eller att stoppa TBM på en plats fri från vatten. Trots dessa svårigheter föredras nu TBM framför den äldre metoden att tunnla i tryckluft, med en luftsluss /dekompressionskammare en bit tillbaka från TBM, vilket krävde att operatörerna arbetade i högt tryck och genomgick dekompressionsprocedurer i slutet av deras skift, ungefär som djuphavsdykare .
I februari 2010 levererade Aker Wirth en TBM till Schweiz för utbyggnaden av kraftverken Linth–Limmern som ligger söder om Linthal i kantonen Glarus . Borrhålet har en diameter på 8,03 meter (26,3 fot). De fyra TBM som användes för att gräva ut den 57 kilometer långa Gotthard Base Tunnel, i Schweiz , hade en diameter på cirka 9 meter (30 fot). En större TBM byggdes för att bära Green Heart Tunnel (holländska: Tunnel Groene Hart) som en del av HSL -Zuid i Nederländerna, med en diameter på 14,87 meter (48,8 fot). Detta ersattes i sin tur av ringvägen Madrid M30 , Spanien , och Chong Ming -tunnlarna i Shanghai , Kina . Alla dessa maskiner byggdes åtminstone delvis av Herrenknecht . Från och med januari 2023 var den största TBM efter huvuddiameter som någonsin byggts Tuen Mun–Chek Lap Kok TBM, en 17,6 meter (58 fot) diameter maskin byggd av Herrenknecht , för Tuen Mun-Chek Lap Kok Link i Hong Kong .
Lersparkar
Clay-kicking är en specialiserad metod utvecklad i Storbritannien för att gräva tunnlar i starka lerbaserade jordstrukturer. Till skillnad från tidigare manuella metoder för att använda mattor som förlitade sig på att jordstrukturen var hård, var lersparkning relativt tyst och skadade därför inte mjuka lerbaserade strukturer. Lera-kickern ligger på en planka i en 45-graders vinkel bort från arbetsytan och för in ett verktyg med en skålliknande rundad ände med fötterna. Genom att vrida verktyget manuellt, extraherar kickern en del av jorden, som sedan placeras på avfallsextraktet.
Används i viktoriansk byggnadsteknik, metoden fann fördel i förnyelsen av Storbritanniens gamla avloppssystem , genom att inte behöva ta bort all egendom eller infrastruktur för att skapa ett litet tunnelsystem. Under första världskriget användes systemet av Royal Engineers tunnelföretag för att lägga minor under det tyska imperiets linjer. Metoden var praktiskt taget tyst och därför inte mottaglig för lyssningsmetoder för upptäckt.
Skaft
Ett tillfälligt tillträdesschakt är ibland nödvändigt vid utgrävning av en tunnel. De är vanligtvis cirkulära och går rakt ner tills de når den nivå där tunneln ska byggas. Ett schakt har normalt betongväggar och är vanligtvis byggt för att vara permanent. När tillträdesschakten är klara sänks TBM till botten och schaktningen kan börja. Schakt är huvudingång in och ut ur tunneln tills projektet är klart. Om en tunnel ska vara lång kan flera schakt på olika platser borras så att ingången till tunneln kommer närmare det outgrävda området.
När konstruktionen är klar används konstruktionsschakt ofta som ventilationsschakt och kan också användas som nödutgångar.
Spraybetongtekniker
Den nya österrikiska tunnelmetoden (NATM) utvecklades på 1960-talet och är den mest kända av ett antal tekniska metoder som använder beräknade och empiriska mätningar för att ge säkert stöd till tunnelbeklädnaden. Huvudtanken med denna metod är att använda den omgivande bergmassans geologiska spänning för att stabilisera tunneln, genom att tillåta en uppmätt relaxation och spänningsomläggning i det omgivande berget för att förhindra att stöden utsätts för full belastning . Baserat på geotekniska mätningar beräknas ett optimalt tvärsnitt . Utgrävningen skyddas av ett lager av sprutbetong, vanligen kallad sprutbetong . Andra stödåtgärder kan vara stålbågar, bergbultar och nät. Den tekniska utvecklingen inom sprutbetongtekniken har resulterat i att stål- och polypropenfibrer har lagts till betongblandningen för att förbättra foderhållfastheten. Detta skapar en naturlig bärande ring som minimerar bergets deformation .
Genom speciell övervakning är NATM-metoden flexibel, även vid överraskande förändringar av den geomekaniska bergkonsistensen under tunnelarbetet. De uppmätta bergegenskaperna leder till lämpliga verktyg för tunnelförstärkning . Under de senaste decennierna har även utgrävningar av mjuk mark upp till 10 kilometer (6,2 mi) blivit vanliga.
Rördomkraft
Vid rördomkraft används hydrauliska domkrafter för att trycka specialgjorda rör genom marken bakom en TBM eller sköld . Denna metod används ofta för att skapa tunnlar under befintliga strukturer, såsom vägar eller järnvägar. Tunnlar konstruerade med rördomkraft är normalt hål med liten diameter med en maximal storlek på cirka 3,2 meter (10 fot).
Låddomkraft
Boxdomkraft liknar rördomkraft, men istället för domkraftsrör används en lådformad tunnel. Domkrafter med domkraft kan ha mycket större spännvidd än en rördomkraft, med spännvidden för vissa domkrafter överstiger 20 meter (66 fot). Ett skärhuvud används normalt på framsidan av lådan som domkrafts, och borttagning av skräp sker normalt med grävmaskin inifrån lådan. Den senaste utvecklingen av Jacked Arch och Jacked-däcket har gjort det möjligt att installera längre och större strukturer för noggrannhet. Den 126 meter långa 20 meter långa tunnelbanan under höghastighetståg vid Cliffsend i Kent, Storbritannien.
Undervattenstunnlar
Det finns också flera tillvägagångssätt för undervattenstunnlar, de två vanligaste är borrade tunnlar eller nedsänkta rör , exempel är Bjørvika Tunnel och Marmaray . Nedsänkta flytande tunnlar är ett nytt tillvägagångssätt som övervägs; dock har inga sådana tunnlar byggts hittills.
Landtunnlar
En ny typ av tunnlar används för att minska miljöpåverkan från motorvägar eller järnvägar: landtunnlar. Dessa är inte underjordiska tunnlar, utan byggda på marknivå. Stadsområdet intill tunneln kan höjas med mark eller byggnader (till exempel parkeringsanläggningar) för att förbättra integrationen av tunneln i närområdet. Ett bra tidigt exempel på en sådan landtunnel är motorvägstunneln A2 vid Leidsche Rijn, nära den holländska staden Utrecht.
Tillfälligt sätt
Under byggandet av en tunnel är det ofta bekvämt att installera en temporär järnväg, särskilt för att ta bort utgrävd smuts , ofta smalspårig , så att den kan vara dubbelspårig för att tillåta drift av tomma och lastade tåg samtidigt. Det tillfälliga sättet ersätts av det permanenta sättet vid färdigställandet, vilket förklarar termen "Perway".
Utvidgning
Fordonen eller trafiken som använder en tunnel kan växa ur den, vilket kräver utbyte eller förstoring:
- Den 1832 dubbelspåriga milslånga tunneln från Edge Hill till Lime Street i Liverpool togs nästan bort helt, bortsett från en 50 meter lång sektion vid Edge Hill och en sektion närmare Lime Street, eftersom fyra spår krävdes. Tunneln grävdes ut i en mycket djup fyrspårig skärning, med korta tunnlar på sina ställen längs skärningen. Tågtrafiken avbröts inte allt eftersom arbetet fortskred. Det finns andra förekomster av tunnlar som ersätts av öppna skär, till exempel Auburn-tunneln .
- Farnworthtunneln i England förstorades med en tunnelborrmaskin (TBM) 2015. Rhyndastontunneln förstorades med en lånad TBM för att kunna ta ISO - containrar .
Öppen bygggrop
En öppen bygggrop består av en horisontell och en vertikal gräns som håller grundvatten och jord borta från gropen. Det finns flera potentiella alternativ och kombinationer för (horisontella och vertikala) bygggropsgränser. Den viktigaste skillnaden med cut-and-cover är att den öppna bygggropen dämpas efter tunnelbygget; inget tak är placerat. [ citat behövs ]
Se även
| Myndighetskontroll : Nationell |
|---|
