Els túnels es van construir originalment com a part del subministrament d’aigua i dels sistemes de clavegueram, que es remunta als temps de l’Imperi Romà. El seu primer ús per al transport va ser com a part dels sistemes de canals del segle XVII. Amb el desenvolupament dels ferrocarrils al segle XIX i dels automòbils al XX, els túnels es van fer més llargs i complexos. Els mètodes més habituals per construir túnels són el mètode de tallar i cobrir, el mètode de tubs immersos o l’ús d’una perforadora de túnels.
Passos
Primera part de 4: Factors a tenir en compte per construir un túnel
Pas 1. Penseu on es construirà el túnel
La ubicació del túnel proposat determinarà quines eines i tècniques són necessàries per construir-lo i preparar-lo per al seu ús previst. Els túnels es poden dividir en 3 tipus:
- Túnels de terra tova. Aquests túnels requereixen suport a les obertures per evitar el col·lapse del túnel. Aquests túnels solen ser poc profunds i s’utilitzen per als sistemes de metro, subministrament d’aigua i sistemes d’eliminació d’aigües residuals.
- Túnels de roca. Com que estan excavats a partir de roca sòlida, aquests túnels requereixen poc suport afegit o cap. Els túnels de trens i cotxes solen ser d’aquesta varietat.
- Túnels submarins. Com el seu nom indica, aquests túnels van per sota de rius, llacs, canals i, en el cas del "Chunnel", estrets com el Canal de la Mànega. Aquests són els túnels més difícils de construir, ja que l’aigua s’ha de mantenir allunyada del túnel durant i després de la construcció.
- Construir un túnel sota una ciutat ofereix problemes similars a un túnel submarí, ja que el sòl al voltant del túnel tendeix a caure sota el pes dels edificis que hi ha a sobre. El coneixement de la geologia de la zona ajuda a predir quant s’enfonsarà el sòl i suggereix quins mètodes poden minimitzar l’esfondrament.
Pas 2. Tingueu en compte el camí del túnel
Un túnel amb un camí llarg i senzill és relativament fàcil de perforar amb una tuneladora. Els túnels que difereixen d’aquest disseny ofereixen problemes que fan que la seva construcció sigui més complexa.
- Els túnels curts no s’avorreixen amb les màquines de perforar túnels perquè no és rendible fer-ho.
- Els túnels que requereixen diferents diàmetres de forat en diferents parts de les seves rutes també fan que l’ús d’una perforadora de túnels sigui pràctic a causa dels retards en l’ajust del diàmetre del forat.
- Els túnels que giren cantonades pronunciades o que tenen eixos entrecreuats també fan que la màquina avorrida no sigui pràctica.
Pas 3. Tingueu en compte l'objectiu del túnel
Per a què s’utilitzarà el túnel es determina quin treball addicional a més de fer el mateix túnel serà necessari abans de posar-lo en servei.
- Els túnels que transporten passatgers requereixen alguna forma de ventilació. Per als túnels de carreteres, això sol significar eixos de ventilació per evitar l’acumulació de monòxid de carboni. Per als túnels ferroviaris, això pot significar ventilació per aire forçat per eliminar l’escapament del motor dièsel. Ambdues disposen de mètodes suplementaris per combatre el fum creat en cas que es produeixi un incendi al túnel.
- Els túnels molt utilitzats, com el Big Dig de Boston, poden incloure centres d’operacions amb equipament de vídeo contínuament equipat amb vídeo per controlar el trànsit dins del túnel i fer front a emergències.
- Els túnels llargs de la carretera, com el túnel Eisenhower de Colorado, poden il·luminar-se amb llums aèries per a la comoditat dels conductors i els passatgers. Altres túnels de carreteres, com els del parc nacional de Zion, a Utah, poden presentar retalls escènics per permetre que la llum natural entri al túnel en llocs i proporcionar als passatgers una visió del paisatge circumdant.
- Alguns túnels, com el túnel de Queensway entre Liverpool i Birkenhead, Anglaterra i el túnel Lion Rock entre Sha Tin i New Kowloon a Hong Kong, combinen una plataforma de trànsit superior de passatgers amb una plataforma de servei inferior per a aigua, canonades o cables. Altres túnels, com el túnel SMART de Malàisia, es poden utilitzar tant per al control del trànsit com per a les inundacions.
Part 2 de 4: Utilitzar el mètode de tallar i cobrir
Pas 1. Cavar una rasa
La zona on hi haurà el túnel està excavada completament, amb la creació del sostre del túnel i coberta quan es completi el túnel. Aquest tipus de túnel es construeix de dues maneres:
- De baix a dalt: primer es crea suport terrestre i després es construeix el túnel al seu voltant.
- De dalt a baix: els laterals i el sostre del túnel es construeixen a la planta baixa i la rasa del túnel està excavada a sota.
- Tots dos mètodes s'utilitzen principalment per a túnels més poc profunds, tot i que el mètode de dalt a baix permet excavar túnels més profunds que el mètode de baix a dalt. Sovint s’excaven túnels més profunds amb l’ajut d’un escut túnel, una estructura semblant a una caixa amb petites persianes obertes per excavar. Una vegada que s’elimina la brutícia que hi ha davant de l’escut, l’escut es mou cap endavant per continuar excavant.
Pas 2. Creeu les parets i el sostre del túnel
Les parets i el sostre del túnel es poden construir a mesura que s’està excavant el túnel o bé es poden pre-construir i posar al lloc a mesura que s’està excavant el túnel. Els materials actuals inclouen el següent:
- Arcs d'acer ondulat.
- Arcs prefabricats de formigó.
- Murs prefabricats de formigó.
- Formigó abocat o ruixat. Sovint, s'utilitza conjuntament amb un dels mètodes d'arcs formats.
Pas 3. Completeu el túnel
Com es faci això depèn de si es va utilitzar el mètode de baix a dalt o de baix a baix.
- Els túnels creats amb el mètode de baix a dalt s’han de tornar a omplir per cobrir el sostre del túnel i, a continuació, es construeix o reconstrueix qualsevol superfície que existeixi per sobre del sostre del túnel.
- Els túnels creats amb el mètode de dalt a baix es desenterren per sota d’on es van erigir les parets i el sostre del túnel i, a continuació, es crea una llosa base, que serveix de terra del túnel.
Part 3 de 4: Ús de tubs submergits
Pas 1. Draga una trinxera quan anirà el túnel
Aquest mètode és similar al mètode de tall i cobertura, però s’utilitza per excavar túnels submarins. La rasa ha de durar la longitud del túnel sota l'aigua.
Pas 2. Col·loqueu una sèrie de tubs d’acer al llarg de la rasa
Cada tub està segellat als dos extrems amb una mampara. Si el tub és per a un túnel de cotxe, com en el cas del túnel Ted Williams de Boston, els tubs inclouen trams de carretera prefabricats.
Pas 3. Tapeu el tub amb un rebliment suficient per suportar la pressió de l'aigua que hi ha a sobre
Per al túnel de Ted Williams, es tractava d’una capa de roca de 5 peus de gruix (1,5 m de gruix).
Pas 4. Connecteu els tubs traient els mampars que intervenen
Qualsevol segment de carretera o ferrocarril incorporat als tubs també es connectaria en aquest moment.
Part 4 de 4: Ús d'una tuneladora
Pas 1. Trieu la màquina de túnel adequada per al treball
Les màquines perforadores de túnels, anomenades TBM per a corts o “lunars”, presenten plaques circulars a la part frontal anomenades escuts. Els talladors en forma de disc de l’escut es trenquen per la roca i la brutícia, que travessen les obertures de l’escut cap a una cinta transportadora dins del TBM que el diposita darrere de la màquina.
- Els tipus d’escuts TBM varien segons si el talp ha d’excavar en terres toves i humides o roca dura. Els diàmetres de l’escut van des de l’escut de 8,03 m (26,3 peus) d’Aker Wirth al TBM utilitzat per a les centrals elèctriques de Linth-Limmern de Suïssa fins al “Big Bertha” de Hitachi Zosen, amb un diàmetre de 17,5 m (57,5 peus).
- Els mols dissenyats per excavar túnels sota el nivell freàtic també presenten càmeres a la part frontal per pressuritzar el terreny excavat.
- Per a feines grans, es poden demanar diversos TBM. El túnel del canal requeria 11.
Pas 2. Posar la màquina a la seva posició
Per a un túnel de nivell superficial, això no és cap problema. Si el túnel s’ha d’avorrir profundament sota terra, es perfora un eix d’accés, normalment circular, i es revesteix amb formigó. El TBM s’hi baixa i el túnel s’excava des d’aquest punt.
- Per als túnels llargs, es perforen diversos eixos d'accés.
- Quan s’acaba el túnel, els eixos d’accés es poden convertir en eixos de ventilació i / o sortides d’emergència. Si no estan tan ocupats, es deixen al seu lloc durant la vida del túnel.
Pas 3. Erigir els suports del túnel mentre la màquina avança
Els segments de formigó prefabricat s’erigeixen darrere del TBM per formar un anell a intervals predeterminats.
Pas 4. Polvoritzeu formigó a les parets excavades entre els anells de suport
El formigó ruixat, o el formigó en pols, revesteix i estabilitza les parets del túnel. El formigó forat pot incloure fibres d’acer o polipropilè per enfortir-lo, de la mateixa manera que s’utilitza la barra d’acer per reforçar el formigó fos. El formigó també conté un accelerant que l’ajuda a enganxar-se a les parets del túnel i a assecar-se ràpidament.
Consells
- Els primers túnels es foradaven a través de la roca perforant forats i utilitzant explosius: primer pols negra i posterior dinamita. S’aixecarien suports temporals de marcs de fusta, substituïts per maons i maçoneria. Els túnels posteriors van utilitzar anells de ferro colat segmentats, cargolats junts, en lloc de la fusta i la maçoneria.
- Els túnels també es poden perforar a través de terra tova utilitzant gats per empènyer tubs / canonades o excavadores en forma de caixa amb punta de tall. Els túnels encaixats de canonades solen ser estrets, no tenen més de 3,2 m de diàmetre, mentre que els túnels encaixats en caixes poden arribar a tenir una amplada de fins a 20 m.
