تونل (Tunnel)، مسیر زیرزمینی یا دورپوشیده‌ای است که به منظور عبور انسان‌ها، ماشین‌آلات، تاسیسات و مصالح مورد استفاده قرار می‌گیرد. تونل‌ها به صورت طبیعی یا مصنوعی ساخته می‌شوند. مسیرهای حفر شده در زیرِ زمین، نزدیک به سطح زمین، درون کوه‌ها و زیر آب را می‌توان به عنوان مثال‌هایی از تونل در نظر گرفت. تونل‌ها دارای انواع مختلف با کاربری‌های متنوع در حوزه‌های مهندسی (عمران، معدن)، نظامی و محیط زیست هستند.
تاریخچه تونل سازی و سازه‌های زیر زمینی
احتمالا اولین تونل‌ها در عصر حجر برای توسعه خانه‌ها با انجام حفریات توسط ساکنان شروع شد . این امرنشانگر این است که آنها در تلاشهایشان جهت ایجاد حفریات به دنبال راهی برای بهبود شرایط زندگی خود بوده اند.
مزایای تونل چیست؟
از مهمترین مزایای ساخت تونل در مقایسه با دیگر روش‌های راهسازی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- در عمق‌های زیاد، تونلسازی هزینه کمتری نسبت به روش‌های خاکبرداری دارد.
- ساخت تونل در اعماق زیاد، مشکلی را برای انجام فعالیت‌های روی زمین ایجاد نمی‌کند.
- تونلسازی، از سرعت اجرای بالا و مصرف پایین انرژی بهره می‌برد.
- اجرای تونل، آلوگی صوتی کمتری دارد.
- بارش برف و خطرات ناشی از یخ‌زدگی در ارتفاعات بالا، هیچ تداخلی را در فرآیند ساخت تونل ایجاد نمی‌کنند.
- ساخت تونل با شیب مناسب، هزینه حمل و نقل را کاهش می‌دهد.
- حمل و نقل عمومی با استفاده از تونل، مزیت‌های بیشتری نسبت به پل دارد.
- تونل از خطرات ناشی از انفجارهای سطحی در امان است.
انواع تونل کدام هستند؟
معیارهای مختلفی نظیر جنس محیط، راستای مسیر، شکل سطح مقطع و کاربری برای تقسیم‌بندی انواع تونل مورد استفاده قرار می‌گیرند. تونل‌ها بر اساس جنس محیط دربرگیرنده به انواع خاکی، سنگی، با مصالح پرکننده، آبی و شنی تقسیم‌بندی می‌شود. اجرای این مسیرها معمولا با راستای مستقیم یا کفی، مارپیچی و شیب‌دار صورت می‌گیرد. به علاوه، تونل‌ها را می‌توان با سطح مقطع دایره‌ای، مستطیلی، بیضوی، نعلی، تخم مرغی و چندمرکزی ساخت. این سازه‌های مهندسی دارای کاربردهای متنوعی در زمینه راهسازی (جاده، راه‌آهن، مترو)، معدنکاری، انتقال آب، انحراف آب (سدسازی) و توزیع خدمات شهری هستند. در ادامه به توضیح بیشتر انواع تونل بر اساس کاربرد می‌پردازیم.
تونل معدنی چیست؟
استخراج ذخایر معدنی معمولا به دو روش سطحی و زیرزمینی انجام می‌گیرد. تونل، یکی از بخش‌های ثابت در اکثر معادن زیرزمینی است. تونل های معدنی به منظور جابجایی کارکنان (ورود و خروج)، اتصال طبقات مختلف به یکدیگر (رمپ)، دسترسی به کارگاه‌ها، حرکت ماشین‌آلات و انتقال مواد استخراجی توسط تجهیزات باربری (لوکوموتیو، واگن، نوار نقاله و غیره) مورد استفاده قرار می‌گیرند.
تونل راه یا تونل حمل و نقل چیست؟
استفاده از تونل برای عبور و مرور وسایل نقیله را می‌توان به عنوان شناخته‌شده‌ترین کاربرد این سازه مهندسی در نظر گرفت. ساخت تونل راه معمولا درون بلندی‌ها (کوه، تپه)، زیرِ زمین و حتی زیرِ آب انجام می‌گیرد. هدف اصلی از اجرای این نوع تونل، ایجاد مسیرهای مستقیم با عبور از داخل موانع (اتصال نقاط مختلف با کمترین فاصله ممکن) و افزایش سرعت جابجایی وسایل نقلیه است. به این ترتیب، هزینه اجرای جاده‌های پیچیده و حجم ترافیک ناشی از سرعت پایین وسایل نقلیه کاهش می‌یابد. تونل مترو و تونل راه آهن نیز از دیگر انواع تونل‌های حمل و نقل هستند که به منظور جابجایی افراد یا باربری مواد مورد استفاده قرار می‌گیرند.
تونل انتقال آب چیست؟
تونل انتقال آب، همان طور که از نامش پیداست، به منظور انتقال آب برای مصارف خانگی، صنعتی و کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته برخی از تونل‌های انتقال آب، برای مقاصد محیط زیستی نیز کاربرد دارند. به عنوان مثال، هدف از احداث تونل انتقال آب کانی سیب، احیای دریاچه ارومیه است.
تونل انحراف آب چیست؟
یکی دیگر از کاربردهای تونل، انحراف جریان آب رودخانه در هنگام ساخت سد است. به تونل‌های حفر شده برای این منظور، تونل انحراف (Diversion Tunnel) می‌گویند. تونل‌های انحراف برای کاربری‌های موقتی یا دائمی ساخته می‌شوند. برخی از این تونل‌ها به منظور هدایت آب جهت تامین آب مورد نیاز مصارف خانگی، صنعتی و کشاورزی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.
تونل تاسیسات شهری چیست؟
تونل تاسیسات شهری، یکی دیگر از انواع تونل‌ها است که در انتقال برق، گاز، آب (تاسیسات بهداشتی ساختمان)، فاضلاب و دیگر خدمات شهری کاربرد دارد. به کارگیری تونل تاسیسات شهری، علاوه بر جلوگیری از اشغال کردن اضافی فضای شهر توسط کابل‌ها و لوله‌ها، مانع از آسیب رسیدن به این تجهیزات در شرایط آب و هوایی یا توسط عوامل دیگر می‌شود. قنات یا کاریز را می‌توان به عنوان یکی از نمونه‌های سنتی تونل انتقال آب و تاسیسات شهری در نظر گرفت.
سیستم نگهداری تونل چیست؟
سیستم نگهداری تونل (Tunnel Support System)، مجموعه المان‌های موقتی یا دائمی است که به منظور تامین پایداری تونل و فراهم کردن شرایط مناسب برای استفاده از فضاهای حفر شده مورد استفاده قرار می‌گیرد. هدف اصلی سیستم نگهداری به کاربری مورد انتظار از تونل بستگی دارد. به طور کلی، سیستم های نگهداری تونل به دو گروه اصلی سیستم نگهداری موقت و دائم تقسیم می‌شوند:
- سیستم نگهداری موقت
- المان‌های تقویت‌کننده‌ای هستند که برای نگهداری سطح تونل از زمان حفاری تا نصب سیستم نگهداری دائم مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- سیستم نگهداری دائم
- المان‌های تقویت‌کننده‌ای که وظیفه نگهداری از سطح تونل در طولانی مدت (سرویس‌دهی) را برعهده دارند.
اصول مهندسی تونل نوین، هیچ مرز مشخصی را بین طراحی سیستم نگهداری موقت و دائم مشخص نمی‌کند. به همین دلیل، بر اساس دسته‌بندی جدید، سیستم‌های نگهداری تونل را می‌توان به دو گروه سیستم‌های اولیه (اصلی) و ثانویه (فرعی) تقسیم کرد:
- سیستم نگهداری اصلی یا سیستم نگهداری اولیه
- اولین سیستم‌های نصب شده بر روی سطح تونل هستند که تمام یا بخش عمده‌ای از بارهای اعمال را تحمل می‌کنند. این سیستم‌های نگهداری، تغییر شکل‌های داخل تونل را کنترل می‌کنند و احتمال رخ دادن مشکل برای سازه‌های روی زمین یا مجاور تونل را به حداقل می‌رسانند.
- سیستم نگهداری فرعی یا سیستم نگهداری ثانویه
- هر پوششی یا اصطلاحا لاینینگ نصب شده بر روی سیستم اولیه با عنوان سیستم ثانویه شناخته می‌شود. این سیستم‌ها معمولا به منظور فراهم کردن قابلیت‌های بیشتر نظیر آب‌بندی دیواره تونل یا مسائل محیط زیستی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
انواع سیستم های نگهداری تونل کدام هستند؟
سیستم های نگهداری تونل، معمولا با توجه به جنس محیط (سنگ یا خاک) انتخاب می‌شوند. از متداول‌ترین سیستم‌های نگهداری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- نگهداری موقت
- بتن‌پاشی یا شاتکریت
- مش بندی یا استفاده از تورهای سیمی
- تقویت سنگ
- چوب بست
- قاب‌گذاری
- پایدارسازی چتری
- نگهداری دائم
- لاینینگ (سگمنت‌های ساخته شده از جنس بتن، فولاد، چدن)
- برخی از راک بولت‌ها
سیستم نگهداری تونل سنگی و خاکی
استفاده از راک بولت، قاب فولادی و شاتکریت از متدوال‌ترین روش‌های نگهداری تونل‌های سنگی با استفاده از سیستم‌های اولیه هستند. استفاده از سیستم‌های نگهداری ثانویه در تونل‌های سنگی به کاربری و استحکام (خودنگهداری) تونل بستگی دارد. در طرف مقابل، تونل‌های خاکی از استحکام پایین برخوردارند. این تونل‌ها نیازمند نظارت مداوم در حین حفاری و به کارگیری سیستم‌های نگهداری اولیه و ثانویه هستند. جدول زیر، لزوم اجرای نگهداری اصلی در تونل‌های سنگی با مشخصات ژئومکانیکی مختلف را نمایش می‌دهد
سیستم تهویه تونل چیست؟
سیستم تهویه تونل، مجموعه‌ای از تجهیزات و سازه‌های مورد استفاده نظیر جت فن، شفت یا لوله برای تامین هوای سالم و دمای مناسب برای محیط داخلی تونل است. تونل‌ها گذشته از کاربریشان (عمرانی یا معدنی)، همیشه با مشکل وجود گازهای سمی و هوای راکد مواجه هستند. این مشکل با طراحی و اجرای سیستم تهویه مناسب حل می‌شود. در اغلب تونل‌ها، جت فن به عنوان اصلی‌ترین دستگاه برای به جریان انداختن هوای داخل تونل و کاهش میزان گازهای سمی مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته پارامترهایی مانند توان جت فن، تعداد و محل قرارگیری آن با توجه به ابعاد تونل، ترافیک مورد انتظار (تونل‌های ترابری)، حجم انفجار (تونل‌های معدنی) و غیره طراحی می‌شوند.
سیستم تهویه برای متعادل کردن دما تونل و خروج گازهای ناشی از آتش‌سوزی کاربرد دارد. معمولا علاوه بر طراحی سیستم تهویه اصلی، سیستم تهویه اضطراری نیز برای شرایط پیش بینی نشده (آتش‌سوزی، ترافیک سنگین و غیره) در نظر گرفته می‌شود. به طور کلی، این سیستم فقط برای زمان بهره‌برداری از تونل نیست و فضای حفر شده در حین عملیات‌های اجرایی نیز باید از هوای تازه و دمای مناسب برخوردار باشد. در غیر اینصورت، احتمال عملکرد نامناسب کارکنان و وارد شدن خسارت‌های جانبی و مالی شدید افزایش می‌یابد.
سیستم روشنایی تونل چیست؟
سیستم روشنایی، یکی دیگر از تاسیسات مورد استفاده برای عملکرد مناسب تونل است. در اغلب موارد، امکان بهره‌گیری از نور طبیعی در فضای داخلی تونل وجود ندارد. از این‌رو، مهندسان ملزم به طراحی سیستم روشنایی برای فعالیت بهتر کارکنان (حین ساخت) و عملکرد مناسب تونل (حین بهره برداری) خواهند بود
چنانچه در حوزه کاری خود به مشکلی برخورد کرده‌اید و در جستجوی فرد و یا شرکت‌های توانمند برای حل مشکلتان هستید می توانید با عضویت در سامانه گلوپ و ثبت مشکل خود با این افراد و شرکت ها ارتباط برقرار کنید.
برای مشاهده مطالب بیشتر به گلوپ پلاس مراجعه فرمایید.