Tunnelin rakentaminen - Tunnel construction

Tunnelin rakentaminen

Tunnelit on kaivettu erilaisista materiaaleista, jotka vaihtelevat pehmeästä savesta kovakiviseen. Menetelmää tunnelin rakentaminen riippuu sellaisista tekijöistä kuin maasto-olosuhteet, pohjaveden olosuhteet, pituus ja halkaisija tunnelin aseman, syvyys tunnelin, logistiikka tukea tunnelin louhinnan, lopullinen käyttö ja muoto tunnelin ja asianmukainen riskienhallinta. Tunnelirakentaminen on osa maanalaista rakentamista .

Yleisesti käytössä on kolme perusrakennetta:

Kustannus

Vuonna 2017 saadut kokemukset osoittavat, että kaupungin metro -TBM -tunnelit maksavat noin 500 miljoonaa euroa kilometriltä. Sveitsissä kilometri moottoritietunnelia laskettiin karkeasti 300 miljoonaksi frangiksi, tuolloin 200 miljoonaan euroon. Merenalainen tunneli Tanskan ja Saksan välillä on suunnitteilla 425 miljoonaa kilometriä kohden, vuonna 2015.

Leikkaa ja peitä

Leikkaa ja peitä Pariisin metron rakentaminen Ranskassa

Leikkaus ja peittäminen on yksinkertainen rakennusmenetelmä matalille tunneleille, joissa kaivanto on kaivettu ja katettu, ja sen yläpuolinen tukijärjestelmä on riittävän vahva kantamaan tunnelin yläpuolelle rakennettavan kuorman. Saatavana on kaksi leikatun ja peitettävän tunneloinnin perusmuotoa:

  • Alhaalta ylös -menetelmä : Kaivanto louhitaan, tarvittaessa maan tuella, ja tunneli rakennetaan siihen. Tunneli voi olla in situ -betonia, betonielementtejä, esivalmistettuja kaaria tai aaltopahvilaattoja; alkuaikoina käytettiin tiilimuurausta. Oja täytetään sitten varovasti takaisin ja pinta palautetaan.
  • Ylhäältä alas -menetelmä : Sivutukiseinät ja päällystyspalkit on rakennettu maanpinnasta lietteen seinämällä tai vierekkäisellä porauspaalutuksella. Matala louhinta mahdollistaa tunnelin katon valmistamisen esivalmistetuista palkeista tai in situ -betonista. Pinta asetetaan sitten takaisin aukkoja lukuun ottamatta. Tämä mahdollistaa ajoradan, palveluiden ja muiden pintaominaisuuksien ennenaikaisen palauttamisen. Kaivaminen tapahtuu sitten pysyvän tunnelikaton alla ja pohjalaatta rakennetaan.

Matalat tunnelit ovat usein leikattuja ja peitetyyppisiä (jos ne ovat veden alla, upotettuja putkia), kun taas syviä tunneleita louhitaan usein käyttämällä tunnelointikilpiä . Keskitasoilla molemmat menetelmät ovat mahdollisia.

Suuria leikkaus- ja peitelaatikoita käytetään usein maanalaisille metroasemille , kuten Canary Wharfin metroasemalle Lontoossa. Tässä rakennemuodossa on yleensä kaksi tasoa, mikä mahdollistaa taloudelliset järjestelyt lippusalille, asematasoille, matkustajien pääsylle ja hätäpoistumiselle, ilmanvaihdolle ja savunhallinnalle, henkilökunta- ja laitehuoneille. Canary Wharf -aseman sisätilaa on verrattu maanalaiseen katedraaliin louhinnan suuren koon vuoksi. Tämä on ristiriidassa monien perinteisten asemien kanssa Lontoon metrossa , jossa asemia ja matkustajaliikennettä varten käytettiin porattuja tunneleita. Siitä huolimatta Lontoon maanalaisen verkon alkuperäiset osat, Metropolitan ja District Railways, rakennettiin leikkaamalla ja peittämällä. Nämä johdot olivat aikaisemmin päivätty sähkökäyttöinen vetovoima ja pinnan läheisyys olivat hyödyllisiä väistämättömän savun ja höyryn tuuletukseen.

Leikkaamisen ja peittämisen suuri haitta on laajamittainen häiriö, joka syntyy pintatasolla rakentamisen aikana. Tämä ja sähköisen vetovoiman saatavuus johtivat London Undergroundin siirtymiseen syvemmälle porattuihin tunneleihin 1800 -luvun loppua kohti.

Tylsät koneet

Työläinen kääpiöi tunnelin porauskoneella, jolla kaivettiin maailman pisin Gotthardin pohjatunneli ( Sveitsi ).

Tunnelinporauslaitteita ja niihin liittyviä varajärjestelmiä käytetään koko tunnelointiprosessin automatisoimiseen, mikä vähentää tunnelointikustannuksia. Joissakin pääasiassa kaupunkisovelluksissa tunneliporausta pidetään nopeana ja kustannustehokkaana vaihtoehtona pintateiden ja teiden asettamiselle. Rakennusten ja tontin kallis pakollinen hankinta ja mahdollisesti pitkät suunnittelututkimukset eliminoidaan. TBM-laitteiden haitat johtuvat yleensä niiden suuresta koosta-vaikeiden kuljetusmahdollisuuksien kuljettamisesta tunnelin rakentamispaikalle tai (vaihtoehtoisesti) korkeista kustannuksista, jotka aiheutuvat TBM: n kokoamisesta paikan päällä, usein rakennetun tunnelin rajoissa.

On olemassa erilaisia ​​TBM-malleja, jotka voivat toimia erilaisissa olosuhteissa kovasta kivestä pehmeään vettä kantavaan maahan. Joidenkin TBM-tyyppien, bentoniittilietteen ja maanpaineen tasapainotuskoneiden etuosassa on paineosastoja, joten niitä voidaan käyttää vaikeissa olosuhteissa vedenpinnan alapuolella . Tämä paineistaa maaperää TBM -leikkuupään edessä vedenpaineen tasapainottamiseksi. Käyttäjät työskentelevät normaalilla ilmanpaineella paineistetun osaston takana, mutta joutuvat joskus joutumaan kyseiseen osastoon leikkureiden uusimiseksi tai korjaamiseksi. Tämä edellyttää erityisiä varotoimia, kuten paikallista maankäsittelyä tai TBM: n pysäyttämistä vedettömässä paikassa. Näistä vaikeuksista huolimatta TBMs nyt parempana kuin vanhaa tapaa tunnelointikonfigu- paineilman, jossa ilmalukko / dekompressiokammioon jotenkin takaisin TBM, joka vaaditaan operaattoreita toimimaan korkean paineen ja käydä läpi dekompressiomenetelmät lopussa niiden vuorot, aivan kuten syvänmeren sukeltajat .

Helmikuussa 2010 Aker Wirth toimitti TBM Sveitsiin, että laajeneminen Linth-Limmern voimalaitokset eteläpuolella sijaitsevan Linthal vuonna Glarus . Porausreiän halkaisija on 8,03 metriä (26,3 jalkaa). Neljä TBMs käytetään kaivu 57 kilometrin (35 mi) Gotthard tunneli , vuonna Sveitsi , halkaisija oli noin 9 metriä (30 jalkaa). Suurempi TBM rakennettiin kantamaan Green Heart Tunnel (hollantilainen: Tunnel Groene Hart) osana HSL-Zuidia Alankomaissa, halkaisijaltaan 14,87 metriä (48,8 jalkaa). Tämä puolestaan on korvattu Madridin M30 kehätien , Espanjassa , ja Chong Ming tunnelien Shanghaissa , Kiinassa . Kaikki nämä koneet rakensivat ainakin osittain Herrenknecht . Elokuusta 2013 maailman suurin TBM on " Big Bertha ", 57,5-jalka (17,5 m) halkaisija kone rakennettu Hitachi Zosen Corporation , joka kaivaa Alaskan Way Maasilta korvaavan tunneli on Seattle, Washington (USA).

Savi-potkiminen

Savipotku on Yhdistyneessä kuningaskunnassa kehitetty erikoismenetelmä tunneleiden kaivamiseen vahvoihin savipohjaisiin maaperärakenteisiin. Toisin kuin aiemmat manuaaliset menetelmät mattojen käyttämiseksi, jotka perustuivat maaperän rakenteeseen kovuuteen , savipotku oli suhteellisen hiljainen eikä siten vahingoittanut pehmeitä savipohjaisia ​​rakenteita. Savi-potkuri makaa lankulla 45 asteen kulmassa työpinnasta ja asettaa työkalun, jolla on kuppimainen pyöristetty pää jalkoineen. Kääntämällä työkalua käsin, potkuri poimii osan maaperästä, joka asetetaan jäteuutteen päälle.

Tätä menetelmää käytettiin viktoriaanisessa maa- ja vesirakentamisessa, ja se sai suosion Britannian muinaisten viemärijärjestelmien uudistamisessa, koska sen ei tarvinnut poistaa kaikkea omaisuutta tai infrastruktuuria pienen tunnelijärjestelmän luomiseksi. Aikana ensimmäisen maailmansodan , järjestelmä käytti Royal insinööri tunneloinnin yritykset laittaa kaivosten alla Saksan keisarikunnan linjat. Menetelmä oli lähes hiljainen, joten se ei ollut altis kuuntelumenetelmille.

Akselit

Kuvassa 1886 Merseyn rautatietunnelin ilmanvaihto- ja viemärijärjestelmä

Väliaikainen kulkuakseli on joskus tarpeen tunnelin louhinnan aikana. Ne ovat yleensä pyöreitä ja menevät suoraan alas, kunnes ne saavuttavat tason, jolle tunneli rakennetaan. Akselilla on yleensä betoniseinät ja se on yleensä rakennettu pysyväksi. Kun kulkuakselit ovat valmiit, TBM: t lasketaan pohjaan ja louhinta voi alkaa. Akselit ovat tunnelin pääsisäänkäynti sisään ja ulos, kunnes projekti on valmis. Jos tunneli on pitkä, useita akseleita eri paikoissa voidaan porata niin, että tunnelin sisäänkäynti on lähempänä kaivamatonta aluetta.

Kun rakentaminen on valmis, rakentamisen kulkuakseleita käytetään usein ilmanvaihtoaksoina , ja niitä voidaan käyttää myös hätäuloskäyntinä.

Ruiskubetonitekniikat

Itävallan uuden Tunneling menetelmä (NATM) kehitettiin vuonna 1960 ja on tunnetuin useiden teknisiä käytäntöjä, jotka käyttävät lasketaan ja empiirisiä mittauksia tuottaa turvallisia tukea tunnelin vuori. Ideana tämä tapa on käyttää geologiset stressiä ympäröivän kallion massa vakauttaa tunnelin sallimalla mitatun rentoutumista ja stressin siirtämisellä ympäröivään kallioon estää täysiä kuormia tulossa määrätty tukien. Geoteknisten mittausten perusteella lasketaan optimaalinen poikkileikkaus . Louhinta on suojattu ruiskutetulla betonikerroksella, jota yleisesti kutsutaan räjäytysbetoniksi . Muita tukitoimenpiteitä voivat olla teräskaaret, kalliopultit ja verkko. Ruiskubetoniteknologian kehitys on johtanut siihen, että betoniseokseen on lisätty teräs- ja polypropeenikuituja vuorauksen lujuuden parantamiseksi. Tämä luo luonnollisen kantavan renkaan, joka minimoi kallion muodonmuutoksen .

Erityisellä seuraamalla NATM menetelmä on joustava, jopa yllättäviä muutoksia geomekaaninen kallion johdonmukaisuus aikana tunnelointityössä. Mitatut kallio -ominaisuudet johtavat sopiviin työkaluihin tunnelin vahvistamiseen . Viime vuosikymmeninä myös pehmeän maan kaivaukset jopa 10 kilometriin (6,2 mailiin) ovat yleistyneet.

Putken nostaminen

Vuonna putki jacking , hydraulitunkkeja käytetään työntämään erityisesti tehty putkien kautta maahan takana TBM tai kilpi. Tätä menetelmää käytetään yleisesti tunneleiden luomiseen olemassa olevien rakenteiden, kuten teiden tai rautateiden, alle. Putkien tunkilla rakennetut tunnelit ovat yleensä halkaisijaltaan pieniä reikiä, joiden enimmäiskoko on noin 3,2 metriä (10 jalkaa).

Laatikon kiinnitys

Laatikon nostaminen on samanlainen kuin putken nosto, mutta nostoputkien sijasta käytetään laatikon muotoista tunnelia. Nostolaatikot voivat olla paljon laajemmat kuin putkiliitin, ja joidenkin laatikkotukien pituus on yli 20 metriä (66 jalkaa). Leikkuupäätä käytetään normaalisti nostetun laatikon etuosassa, ja saaliot poistetaan tavallisesti kaivukoneella laatikon sisältä. Jacked Archin ja Jacked -kannen viimeaikainen kehitys on mahdollistanut pidempien ja suurempien rakenteiden asentamisen tarkasti. 126 metriä pitkä 20 metrin selkeä jänneväylän alikulku Cliffsendissä Kentissä Yhdistyneessä kuningaskunnassa sijaitsevan suurnopeusjunaverkon alapuolella.

Vedenalaiset tunnelit

Vedenalaisiin tunneleihin on myös useita lähestymistapoja, joista kaksi yleisintä ovat poratut tunnelit tai upotetut putket , esimerkkejä ovat Bjørvika -tunneli ja Marmaray . Vedenalaiset kelluvat tunnelit ovat uusi lähestymistapa, jota harkitaan. tällaisia ​​tunneleita ei kuitenkaan ole tähän mennessä rakennettu.

Maatunnelit

Moottoriteiden tai rautateiden ympäristövaikutusten vähentämiseksi käytetään uudenlaisia ​​tunneleita: maantunneleita. Nämä eivät ole maanalaisia ​​tunneleita, vaan ne on rakennettu maanpinnan tasolle. Tunnelin vieressä olevaa kaupunkialuetta voidaan nostaa maan tai rakennusten kanssa (esimerkiksi pysäköintitiloja) tunnelin integroinnin parantamiseksi välittömässä läheisyydessä. Hyvä varhainen esimerkki tällaisesta maatunnelista on A2 -moottoritien tunneli Leidsche Rijnissä, lähellä Hollannin Utrechtin kaupunkia.

Väliaikainen tapa

Tunnelin rakentamisen aikana on usein kätevää asentaa väliaikainen rautatie, erityisesti kaivetun saaliiden poistamiseksi , usein kapearaiteinen, jotta se voi olla kaksiraiteinen , jotta tyhjät ja kuormatut junat voidaan käyttää samanaikaisesti. Väliaikainen tapa korvataan pysyvällä tavalla valmistumisen yhteydessä, mikä selittää termin "Perway".

Laajentuminen

Hyötytunneli Prahassa

Tunnelia käyttävät ajoneuvot tai liikenne voivat ylittää sen, mikä edellyttää vaihtamista tai laajentamista:

  • Vuoden 1832 kaksiraiteinen kilometriä pitkä tunneli Edge Hillistä Lime Streetille Liverpoolissa poistettiin lähes kokonaan, lukuun ottamatta 50 metrin pituista osaa Edge Hillissä ja osuutta lähempänä Lime Streetiä, koska vaadittiin neljä rataa. Tunneli kaivettiin erittäin syväksi nelitehoiseksi leikkaukseksi, jossa oli lyhyitä tunneleita paikoissa leikkauksen varrella. Junaliikennettä ei keskeytetty työn edetessä. On muitakin tunneleita, jotka korvataan avoimilla leikkauksilla, esimerkiksi Auburn -tunneli .
  • Farnworth Tunnel Englannissa laajennettiin käyttäen Tunnelinporauskone (TBM) vuonna 2015. Rhyndaston Tunnel laajennettiin käyttämällä lainattu TBM niin, että se voi ottaa ISO-kontteja .

Avoin rakennuskuoppa

Avoin rakennuskuoppa koostuu vaaka- ja pystysuorasta rajasta, joka pitää pohjaveden ja maaperän poissa kuopasta. On olemassa useita mahdollisia vaihtoehtoja ja yhdistelmiä (vaaka- ja pystysuoraan) kaivojen rajaamiseen. Tärkein ero leikkaamisen ja peittämisen suhteen on, että avoin rakennuskuoppa mykistetään tunnelin rakentamisen jälkeen; kattoa ei ole asetettu.

Katso myös

Viitteet