تونل شناور مستغرق (SFT) که پل ارشمیدس یا تونل معلق نیز نامیده می شود، تونلی است که با نیروی شناوری (به ویژه با استفاده از رانش هیدرواستاتیک یا اصل ارشمیدس) در آب معلق می ماند.

اجزای ساختاری تونل شناور مستغرق

تونل شناور مستغرق (SFT) از اجزای ساختاری مختلفی تشکیل شده است که سختی و استحکام را در برابر نیروهای مختلف وارده در زیر سطح آب، ایجاد می‌کنند.

سه جزء اصلی ساختاری عبارتند از:

1. لوله

این جزء که باید تمام خطوط ترافیکی و تجهیزات را در خود جای دهد از بتن یا فولاد ساخته می شود. شکل خارجی لوله می تواند بیضوی، دایره ای یا چند ضلعی باشد. از آنجایی که لوله در آب غوطه ور است، مسئله اصلی محافظت در برابر خوردگی است. این لوله از عناصر طولی تشکیل شده است که طول آن ها از 100 متر تا نیم کیلومترمتغیر است .

2. مهارها

چهار نوع مهار وجود دارد:

آ. SFT با پانتون

این سیستم مستقل از عمق آب است و به باد، امواج، جریان ها و برخورد احتمالی کشتی ها حساس است. بنابراین، طراحی باید به گونه ای باشد که در صورت از دست رفتن یک پانتون، سازه پایدار بماند.

ب. SFT روی ستون

این تونل یک "پل زیر آب" است که پایه های آن در پایین قرار دارند. در اصل، ستون ها تحت فشار هستند اما به جای آن می توانند در کشش نیز باشند. عمق آب در این مورد نقش حیاتی خواهد داشت و عمق چند صد متری حد محسوب می شود. با این حال، پایه های بسیار عمیق تر در حال حاضر تحت بررسی هستند.

ج. SFT با بندکش در قسمت زیرین

فرض بر این است که بندکش ها در تمام شرایط آینده در تنش خواهند بود و هیچ گونه افتادگی در آن ها در موارد بارگذاری آتی مجاز نخواهد بود. عمق عملی فعلی برای این نوع گذرگاه می تواند چند صد متر باشد، خواه بندکش ها عمودی یا مایل باشند، یا در هر دو نوع عمودی و مایل موجود باشند.

د. SFT مهار نشده

تونل شناور مستغرق مهارنشده جز در محل رسیدن به خشکی مهاری ندارد و بنابراین مستقل از عمق است. محدودیت 100 یا 200 متری برای طول تونل مهارنشده مستغرق برای ترافیک سبک وجود دارد. با این حال، تحقیقاتی برای تعیین طول ایده‌آل تونل‌های شناور زیر آب در حال انجام است.

3. اتصال به ساحل 

اتصالات لوله SFT به ساحل به عناصر تقاطع مناسب نیاز دارد تا لوله آب منعطف را با تونل بسیار سخت تر حفر شده در زمین جفت کند. این اتصال باید حرکات لوله را بدون افزایش غیر قابل تحمل در تنش مهار کند. اتصالات باید ضد آب باشند تا از ورود آب جلوگیری شود. مراقبت های بیشتری در محل اتصالات ساحلی مورد نیاز است، به خصوص در مناطق لرزه خیز به دلیل خطر زمین لغزش زیردریایی.

شکل بهینه تونل شناور مستغرق

شکل تونل شناور مستغرق به این دلیل انتخاب می شود که در حین نصب، زمانی که انحنای عمودی در مرکز تونل شناور مستغرق متمرکز است، انقباض لوله بتنی آسان تر است. تغییرات نیروی شناوری در وسط تونل باعث ایجاد خمیدگی کمی در تونل می شود. به طور مشابه، وجود مقدار غیرمنتظره آب در وسط تونل سبب ایجاد نیروی محوری و خمش در آن می شود.

اصول طراحی تونل شناور مستغرق

لوله تونل شناور مستغرق نیروی شناوری لازم برای حمل بارهای مرده و زنده مختلف و تسهیل ترافیک را فراهم می کند. بار طراحی، عملکرد مقاومت در برابر جریان، نسبت شناوری به وزن، عملکرد بادوام و سایر ویژگی ها به طور جامع در فرآیند طراحی لوله در نظر گرفته می شوند. طراحی بهینه SFT باید از فضا به گونه ای استفاده کند که پاسخگوی ارتفاع وسایل نقلیه و تقاضا برای تهویه و طرح های فرار باشد. پارامترهای مختلف طراحی مانند هزینه، فناوری و حفاظت از محیط زیست نیز باید در مرحله طراحی در نظر گرفته شوند.  طراحی باید با الزامات کاربرد ایمنی، عقلانیت اقتصادی، فناوری پیشرفته و کیفیت قابل اعتماد مطابقت داشته باشد.

اصول طراحی لوله شناور مستغرق به شرح زیر است:

1. لوله باید تقاضای استحکام، سختی و پایداری را در مراحل ساخت و ساز و عملیات برآورده کند.
2. نسبت شناوری به وزن کمتر از 1.0 است. تحقیقات مرتبط نشان می دهد که این نسبت باید بین 0.5 تا 0.8 باشد.
3. تغییر انحنای سطح باید ملایم باشد تا در برابر هیدرودینامیک مقاومت کند و استانداردهای طبقه بندی حفاظت لرزه ای ساختمان ها را برآورده کند.

طراحی سازه تونل شناور مستغرق

1. لوله تونل شناور مستغرق در اثر نیروی شناوری تعادل خود را حفظ می کند و کشش کابل بار موج-جریان، بار وسایل نقلیه، بار دما و غیره را تحمل می کند.
2. اما در انتقال سیستم در حین پیش ساخت، شناور ساختن، نصب و بهره برداری، تنش در لوله پیچیده است، بنابراین لوله باید بر اساس تحلیل طولی و عرضی تحت شرایط کاری طراحی شود.
3. بارهای موجود در لوله SFT به سه دسته بارهای دائمی، متغیر و بارهای تصادفی تقسیم می شوند. بار دائمی شامل شناوری، وزن سازه، انقباض بتن، فشار هیدرواستاتیک و غیره است.
4. بار متغیر شامل بار ناشی از ارتفاع آب، بار وسیله نقلیه، بار موج-جریان، بار دما و غیره است. بار تصادفی شامل بار لرزه ای، بار کشتی غرق شده، نشتی، بار انفجار و غیره است.
5. لوله تونل شناور مستغرق مانند طراحی سازه هیدرولیکی سنتی تحت حالت حدی بهره برداری و حالت حدی نهایی طراحی می شود.
6. با این حال، جابجایی و تنش باید تحت حالت حدی خستگی پیشرونده و حالت حدی خرابی بر اساس تئوری قابلیت اطمینان سازه تجزیه و تحلیل و بررسی شوند.

طراحی اتصال لوله

طراحی اتصال لوله تونل شناور مستغرق باید با چهار اصل زیر مطابقت داشته باشد:

1. در مرحله ساخت و بهره برداری نشتی وجود ندارد. لوله باید ضد آب و بادوام باشد.
2. انتقال موثر بار ساخت و ساز در مرحله ساخت و ساز و ساخت آسان.
3. انتقال موثر تنش و تغییر شکل در مرحله ساخت و ساز و عملکرد خوب در برابر زلزله.
4. بر اساس تغییر شکل و سختی دو نوع اتصال لوله SFT وجود دارد: اتصال انعطاف پذیر و اتصال صلب.

طراحی تهویه تونل شناور مستغرق

طراحی تهویه لوله بخش مهمی از طراحی تونل شناور مستغرق است. کیفیت طرح تهویه و تأثیرات عملکرد مستقیماً به هزینه مهندسی، محیط عملیاتی، عملکرد کاهش بلایا و سود عملیات مربوط می شود. هدف تهویه لوله ای تضمین غلظت مجاز گاز مضر ایجاد شده با مونوکسید کربن است؛ تهویه دیدی مناسب برای افراد و وسایل نقلیه در تونل و محیطی سالم فراهم می کند و نفوذ دود و گرما را برای تخلیه و خاموش کردن آتش هنگام وقوع آتش سوزی کنترل می کند.

تهویه لوله باید شرایط زیر را برآورده کند:

1. سرعت باد طراحی یک تونل یک طرفه نباید بیش از 10 متر بر ثانیه باشد. سرعت باد طراحی یک تونل دو طرفه نباید بیش از 8 متر بر ثانیه باشد.
2. سر و صدای تولید شده توسط اگزوزها و فن های تهویه نباید از حد تعیین شده تجاوز کند.
3. هنگامی که شرایط حمل و نقل تغییر می کند یا آتش سوزی رخ می دهد، نوع تهویه باید پایدار باشد. جهت پایین دست عملیات تهویه باید پایدار باشد.

ساخت تونل شناور مستغرق

ساخت تونل های شناور مستغرق (SFT) شبیه سازه های دریایی، پل های شناور و تونل های غوطه ور است. یکی از راه‌ها این است که قسمت های لوله تونل را در یک حوض خشک بسازید، سپس این قسمت ها را به محل ساخت و ساز شناور کنید و آن ها را در حالی که آب بندی شده‌اند در جای خود به زیر آب فرو ببرید. متأسفانه هنگامی که بخش های تونل در جای خود محکم می شوند، آب بندی ها دچار گسیختگی می شوند.

روش دیگر، ساخت بخش های تونل بدون آب بندی و پمپ کردن آب به بیرون پس از جوش دادن آنها به یکدیگر است. بالاست مورد استفاده در اینجا به گونه ای محاسبه می شود که سازه تعادل هیدرواستاتیکی لازم را داشته باشد (چگالی تونل تقریباً با چگالی کلی آب یکسان است).

همچنین، بالاست کردن می تواند برای سنگین کردن لوله تونل و فرو بردن آن به زیر آب تا بستر دریا نیز استفاده شود. در نهایت، یک تونل شناور مستغرق باید به سطح آب یا به زمین مهار شود تا بسته به اینکه نقطه تعادل در کدام سمت تونل قرار دارد، محکم بماند.

افراد دارای مهارت در این زمینه

در صورتی که در این زمینه تخصص یا مهارتی دارید، پس از ثبت نام در سایت و تکمیل فرم مشخصات شخصی ، پروفایل خود را به لیست زیر اضافه نمایید .