تونل
تونِل (tunnel)
گذرگاهی در دل کوه، زیر آب، یا زیر سطح زمین. تونل‌زنی شاخۀ مهمی از مهندسی عمران[۱] است که در معدن‌کاری[۲] و حمل و نقل[۳] کاربرد دارد. مشکلات تونل‌زنی با افزایش قطر، طول، و عمق تونل افزایش می‌یابد، اما با وجود تجهیزات مکانیکی کنونی، احداث تونل عملاً با محدودیتی جدی روبه‌رو نیست. گرانیت[۴] یا سایر سنگ‌های سخت در برابر مته‌های حفاری جدید مشکلی جدی ایجاد نمی‌کنند. در سال‌های اخیر پیشرفت‌های چشم‌گیری در زمینۀ ساخت پوشش‌های داخلی[۵] تونل، ازجمله قطعات پیش‌ساختۀ بتونی و ورق‌های پوشش فولادی و همچنین، در زمینۀ کاربرد دستگاه‌های حفاری دوار[۶] و تیغه‌های برش[۷] و مواد منفجره[۸] حاصل شده است.
فرآیند تونل‌زنی. نقشه‌برداری یکی از عملیات مهم مقدماتی برای احداث تونل است. خط مرکزی تونل را روی سطح زمین نشانه‌گذاری و سپس تعدادی چاه، به فاصلۀ ۱۰۰ تا ۳۰۰ متر از یکدیگر، در امتداد این خط حفر می‌کنند. برای انتقال این خط به زیر سطح زمین دو نشانه در امتداد خط مرکزی و در ته هر چاه ایجاد می‌کنند و این کار را در هر دو جهت ادامه می‌دهند تا به دهانۀ تونل برسند. وقتی تونل بسیار طولانی باشد، لازم است عملیات حفاری از دو طرف آغاز شود و پیاده‌کردن نقشه دشوارتر می‌شود. در این هنگام، برای تعیین خط مرکزی از روش مثلث‌بندی[۹] استفاده می‌کنند و نقشه را بر اساس مبناهای نشانه‌گذاری‌شده پیاده می‌کنند. تونل‌هایی با مقطع کوچک معمولاً از یک سر و با ابعاد کامل حفر می‌شوند. تونل‌هایی با مقطع بزرگ معمولاً در دو مرحله حفر می‌شوند: ابتدا دالان پیشروی[۱۰] حفر می‌شود و سپس، آن را گشاد می‌کنند تا به ابعاد تونل اصلی برسند. برای حفر تونل در سنگ به این ترتیب عمل می‌کنند: در ابتدا، با مته‌هایی قوی در پیشانی سنگ چال‌هایی حفر می‌کنند و مواد منفجره را در آن‌ها کار می‌گذارند. این مواد را منفجر و سنگ‌های شکسته را با بیل[۱۱] معمولی یا لودر[۱۲] جمع می‌کنند. سپس مقطع تونل را با چند دور آتشباری دیگر یا با کلنگ بادی[۱۳] گشاد می‌کنند تا به ابعاد مورد نظر برسند. سپس، حفاظ‌های چوبی یا فولادی را نصب می‌کنند. گاهی تخته‌بندی سقف و دیوار تونل نیز ضرورت دارد. در زمین‌های سست، تخته‌بندی سقف را قبل از نصب پیش‌حایل‌ها و تخلیۀ نخاله صورت می‌دهند. در زمین‌های ماسه‌ای یا شنی، مشکل تونل‌زنی نگهداری سقف و دیوارهای تونل است. در این حالت، از پیش‌حایل‌ها استفاده می‌کنند و تیرهای حایل را در دیوارها و سقف تونل می‌کوبند تا «آوار» بر سر کارگران فرو نریزد.
تونل‌زنی در سنگ سخت. برای شکستن سنگ سخت، عملیات آتشباری[۱۴] صورت می‌گیرد. عمق چال‌های آتشباری معمولاً دو تا سه متر است، امّا گاهی چال‌هایی به عمق پنج متر هم حفر می‌شود. مادۀ منفجرۀ مصرفی غالباً ژلاتین[۱۵] ۶۰ درصد با نقطۀ انجماد پایین، و گاه ژلاتین ۸۰ درصد است. از هوا یا اکسیژن مایع نیز به‌منزلۀ مادۀ منفجره استفاده می‌کنند و مزیت آن‌ها این است که دود تولید نمی‌کنند. برای مقابله با خروج آب از شکاف سنگ‌ها، از فرآیند تزریق سیمان[۱۶] استفاده می‌کنند. در این فرآیند، دوغاب سیمان را با فشار از چال‌های پیشاهنگ[۱۷] در شکاف سنگ‌ها تزریق می‌کنند. این چال‌ها را به شکل شعاعی و به‌طرف بیرون حفر می‌کنند تا در اطراف تونل با شکاف سنگ‌ها تلاقی کنند. پس از سخت‌شدن سیمان و بندآمدن آب، عملیات حفاری صورت می‌گیرد و سطح داخلی تونل را پوشش‌کاری می‌کنند. سپس، در قطعۀ دیگری سیمان تزریق می‌کنند و عملیات تا عبور از ناحیۀ سنگ‌های آب‌دار ادامه می‌یابد.
آتشباری تأخیری. فن آتشبازي تأخيري[۱۸] به تازگی به‌کار می‌رود و نسبت به آتشباری الکتریکی[۱۹]، مزایای فراوان دارد. خرج‌های منفجرۀ متفاوتی که در سینۀ کار تعبیه و موجب یک دور کامل آتشباری می‌شوند، بسته به محل استقرار، فوراً یا با دو، سه، یا چهار ثانیه تأخیر منفجر می‌شوند. تهویۀ تونل[۲۰] با بادزن‌هایی صورت می‌گیرد که هوا را با لوله تا سینه‌کار تونل[۲۱] می‌رسانند. به‌سبب احتمال بروز بیماری‌های ریوی، ازجمله سیلیکوز[۲۲]، فرونشانی گرد و خاک بسیار مهم است. تقریباً در همۀ تونل‌های خشک از روش حفاری تر استفاده می‌کنند و در حین بارگیری نخاله نیز روی آن آب می‌پاشند. حلقه‌های چدنیِ[۲۳] نگه‌دارندۀ تونل رفته‌رفته جای خود را به حلقه‌هایی از جنس بتون مسلح[۲۴] و بتون پیش‌تنیده[۲۵] داده‌اند، اما مزیت قطعات چدنی سبکی آن‌ها بود.
تونل‌زنی در زمین نرم. در ۱۸۴۳، مارک برونل[۲۶] تونلی در زیر رود تمز[۲۷] حفر، و تونل‌زنیِ با حفاظ را مطرح کرد. این فرآیند بعدها پیشرفت‌های چشم‌گیری داشت. حفاظ‌ها از ریزش سقف تونل جلوگیری می‌کنند و اتلاف هوا را، هنگام استفاده از هوای فشرده برای جلوگیری از ورود آب به کارگاه‌های حفاری، کاهش می‌دهند. وقتی زمین مجاور حفاظ خاک رس ورزدادۀ نرم باشد، به آسانی می‌توان حفاظ را جلو راند. هنگام حفر تونل‌های فاضلاب‌رو در هامبورگ، واقع در آلمان غربی، و وارینگتون[۲۸]، واقع در چشر[۲۹] انگلستان، از دوغاب[۳۰] بنتونیت[۳۱] استفاده کردند. با استفاده از این شیوه، پایداری زمین اطراف کارگاه حفاری تأمین، و روان‌کاری لازم برای ماشین تونل‌زنی مول[۳۲] فراهم می‌شود. با استفاده از لیزر، ابعاد و موقعیت تونل را چنان کنترل می‌کنند که میزان انحراف[۳۳] آن در راستای عمود کمتر از ۳۰ میلی‌متر و در امتداد جانبی کمتر از ۳۰۰ میلی‌متر باشد. هنگام به کارگیری هوای فشرده برای تخلیۀ آب از کارگاه‌های حفاری، عارضۀ کاهش فشار[۳۴] یکی از مشکلات مهم است. این عارضه هنگامی بروز می‌کند که زمان کار در محوطۀ تحت فشار بسیار طولانی باشد یا کارگران سریع‌تر از حد مجاز از این محوطه خارج شوند. در قرن ۱۹، با استفاده از روش صندوقه[۳۵] برای احداث پل و تونل، مواردی از این عارضه مشاهده و بررسی شد.
لوله‌رانی. در روش لوله‌راني[۳۶]، لوله‌هایی فولادی و بتونی، با قطرهایی تا ۳.۶ متر، را با جک و فشار در زمین می‌رانند. لوله‌های کوتاه را از ایستگاه جک‌زنی[۳۷] به داخل خاک می‌رانند. برای راندن لوله‌هایی بلندتر با حدود ۹۶ متر طول، از ایستگاه‌های جک‌زنی میانی استفاده می‌کنند و عملیات حفر تونل را به روش آکوردئونی[۳۸] پیش می‌برند: قسمت جلوی لوله با جک‌های ایستگاه میانی به پیش رانده و سپس فشار این جک‌ها حذف می‌شود. قسمت عقب لوله را جک‌های متکی به بلوک‌های بتونی به جلو می‌رانند تا دو قسمت لولۀ تونل‌زنی به هم نزدیک شوند. از روش لوله‌رانی برای احداث تونل‌هایی با مقطع جعبه‌ای[۳۹]، برای عبور و مرور خودروها استفاده می‌کنند. بزرگ‌ترین تونل از این نوع در تقاطع برنت کراس[۴۰]، در شمال لندن، ساخته شد. در این پروژه، زیرگذری بتونی به عرض ۸.۵ متر، متشکل از سه قطعه به طول کل ۴۶ متر، را با جک‌های ۳۰۰۰ تنی ساختند. تونل‌های مهم جهان عبارت‌اند از اورانژ ـ فیش‌ریور[۴۱] در افریقای جنوبی (۱۹۷۵) که طولانی‌ترین تونل آبیاری به طول ۸۲ کیلومتر است؛ تونل چساپیک بِی بریج[۴۲] در ایالات متحد امریکا (۱۹۶۳) که سازه‌ای مرکب از پل آب‌گذر و تونل به طول ۲۸ کیلومتر است؛ سن گوتار[۴۳] در مرز سوئیس ـ ایتالیا (۱۹۸۰) که طولانی‌ترین تونل جاده‌ای به طول ۱۶.۳ کیلومتر است؛ سِیکان[۴۴] در ژاپن (از ۱۹۶۴ تا ۱۹۸۵) که طولانی‌ترین تونل راه‌آهن بین هونشو[۴۵] و هوکایدو[۴۶] و زیر مصب رود تسوگارو[۴۷] به طول ۵۱.۷ کیلومتر است؛ ۲۳.۳ کیلومتر از آن از زیر دریا می‌گذرد؛ سمپلون[۴۸] در مرز سوئیس ـ ایتالیا (۱۹۰۶) که طولانی‌ترین تونل راه‌آهن در خشکی به طول ۱۹.۸ کیلومتر است؛ راجرز پَس[۴۹] در کانادا (۱۹۸۹) طولانی‌ترین تونل در نیم‌کرۀ غربی به طول ۳۵ کیلومتر است و از کوهستان سلکرک[۵۰] در بریتیش کلمبیا[۵۱] می‌گذرد؛ و تونل مانش به طول ۵۰ کیلومتر که انگلستان را به فرانسه متصل می‌کند. ساخت تونل مانش را دولت‌های فرانسه و انگلستان در ۱۹۸۶ آغاز کردند و طرح در ۱۹۹۴ گشایش یافت.
- ↑ civil engineering
- ↑ mining
- ↑ transport
- ↑ granite
- ↑ linings
- ↑ rotary diggers
- ↑ cutters
- ↑ explosives
- ↑ triangulation
- ↑ pilot heading
- ↑ shovel
- ↑ loader
- ↑ pneumatic picks
- ↑ blasting
- ↑ gelatine
- ↑ cementation
- ↑ advance boreholes
- ↑ Delay-action firing
- ↑ electric firing
- ↑ ventilation
- ↑ tunnel face
- ↑ silicosis
- ↑ cast-iron rings
- ↑ reinforced concrete
- ↑ prestressed concrete
- ↑ Marc Brunel
- ↑ River Thames
- ↑ Warrington
- ↑ Cheshire
- ↑ slurry
- ↑ bentonite
- ↑ tunneling mole
- ↑ tolerance
- ↑ decompression sickness
- ↑ caisson method
- ↑ pipe jacking
- ↑ jacking station
- ↑ concertina fashion
- ↑ box section
- ↑ Brent Cross
- ↑ Orange-Fish River
- ↑ Chesapeake Bay Bridge
- ↑ St Gotthard
- ↑ Seikan
- ↑ Honshu
- ↑ Hokkaido
- ↑ Tsugaru
- ↑ Simplon
- ↑ Rogers Pass
- ↑ Selkirk Mountains
- ↑ British Columbia