تونل ها سازه های زیرزمینی هستند که برای حمل و نقل استفاده می شوند.  در این مقاله، ویژگی ها، مزایا، معایب و روش های تونل سازی در ساخت و ساز مورد بحث قرار می گیرد. مهندسی تونل یکی از جالب ترین رشته های مهندسی است. در کنار جالب بودن، کار حفاری تونل پیچیده و دشوار است. تونل ها به عنوان معابر زیرزمینی تعریف می شوند که برای اهداف حمل و نقل استفاده می شوند. این سازه ها امکان انتقال مسافر و بار را فراهم می کنند، یا ممکن است برای حمل و نقل آب، فاضلاب، گاز و غیره به کار روند. عملیات و ساخت و ساز در زیر زمین بدون ایجاد اختلال در سطح زمین انجام می شود. این عملیات را تونل زنی می نامند.

ساخت اولین تونل

مشخص شده است که اولین تونل توسط مصری ها و بابلی ها 4000 سال پیش ساخته شده است. این تونل به منظور اتصال دو ساختمان کاخ سلطنتی و معبد در بابل احداث شده بود . طول این تونل 910 متر بود و آجرکاری شده بود.

ساخت بزرگترین تونل باستانی

بزرگترین تونل در دوران باستان بین ناپل و پوتزوولی در سال 36 قبل از میلاد ساخته شد.این تونل 4800 فوت طول، 25 فوت عرض و 30 فوت ارتفاع داشت و یک تونل جاده ای بود . در نیمه دوم قرن بیستم، توسعه و پیشرفت مواد منفجره و تجهیزات پیشرفته رونق گرفت و فرآیند تونل زنی را امکان پذیرتر کرد. کارایی رویکرد های مختلف تونل زنی بسته به شرایط متفاوت است. از این رو این کار بستگی به تجربه و دانش مهندس دارد. عمدتاً کارهای تونل سازی توسط مهندسین عمران  انجام می شود.این رشته به ما اطلاع می دهد که دانش در مورد تکنولوژی سازه و بتن کافی نیست. مهارت و دانش یکسان و کامل در زمین شناسی، مهندسی مکانیک، ژئومکانیک و فن آوری های جدید ساخت و ساز نیز ضروری است.

انتخاب مسیر تونل زنی

دو عامل اصلی تعیین کننده مسیر تونل، محدودیت های هم ترازی و ملاحظات زیست محیطی است. همانطور که می دانیم زیرزمین طبیعت ناهمگونی دارد. یک بازرسی مناسب از ماهیت خاک، سنگ، سطح ایستابی و تمام محدودیت‌های همترازی باید قبل از تعیین مسیر انجام شود. محل انتخاب شده برای حفر تونل باید به گونه ای باشد که مزاحمت و مشکلات ایجاد شده برای آن منطقه به حداقل برسد. روش تونل زنی انتخاب شده به شرایط زمین، سطح آب زیرزمینی، طول و قطر تونل، عمق تونل، الزامات نهایی تاسیسات، شکل تونل و خطر ساخت بستگی دارد.

مزایای تونل زنی

روش تونل زنی در مقایسه با روش های دیگر مزایای خاصی دارد که در زیر به آنها اشاره می شود:

• روش حفر تونل در مقایسه با روش ترانشه برش باز زمانی که عمق فراتر از حد مجاز است، مقرون به صرفه تر است.
• زمانی که تونل زنی انجام می شود،زندگی سطحی یا فعالیت های زمینی مانند حمل و نقل مختل نمی شود.
• این روش ساخت و ساز با سرعت بالا با مصرف انرژی کم را تضمین می کند.
• آلودگی صوتی را کاهش می دهد.
• این روش ها از خطرات برف و کوه یخ در نواحی با ارتفاعات بالا به دور هستند.
• تداخل سطح و هوا برای تونل ها محدود شده است.
• تونل با شیب ملایم به کاهش هزینه حمل کمک می کند.
• برای حمل و نقل خدمات عمومی، روش تونل زنی مزیت قابل توجهی نسبت به پل دارد.
• برش خطرناک باز به سازه مجاور، در صورت نیاز، با روش تونل زنی حل می شود.
• تونل حفاظت بیشتری در شرایط جنگ هوایی و بمباران فراهم میکند.

معایب تونل سازی

روش تونل زنی دارای معایب خاصی است که به دلیل پیچیدگی و سختی آن است. برخی از این معایب عبارتند از: 

• هزینه سرمایه گذاری اولیه برای راه اندازی تونل در مقایسه با روش برش باز زیاد است.
• این عملیات نیاز به طراحان و تیم مهندس بسیار ماهر و با تجربه دارد.
• نظارت سطح بالا و مستمر از شروع تا پایان پروژه تونل سازی بدون هیچ گونه مصالحه ای ضروری است.
• تجهیزات بسیار پیچیده و تخصصی برای انجام عملیات تونل سازی ضروری است.

مقایسه بین برش های باز و تونل سازی

همیشه بحث‌هایی در مورد هزینه‌ های صرف شده در برش‌های باز و تکنیک‌های تونل‌سازی مطرح می‌شود تا نتیجه‌گیری کنیم که کدام مقرون به صرفه‌تر است. عوامل زیر را در نظر بگیرید: الف) برش باز عمیق در خاک با طبیعت و شیب ناهمگن بسیار پرهزینه است. این روش حجم زیادی از حفاری هزینه بر را به همراه خواهد داشت. در این شرایط، روش تونل زنی نسبت به برش های باز مقرون به صرفه تر است. ب) هنگامی که ماده حفاری سنگ است، برش باز با مقدار کمتری حفاری خوب عمل می کند و ارزان تر می شود. در حالی که اجرای روش تونل زنی دشوار می شود. ج) در صورت نیاز به مصالح خاکریز در نزدیکی محل عملیات، روش برش باز را می توان پیشنهاد کرد، اما تونل زنی نیز نسبتاً مقرون به صرفه است. برای عمق برش بیشتر از 60 فوت، همواره روش تونل زنی توصیه می شود.

رویکردهای روش تونل زنی

دو رویکرد بر اساس برش های باز در دو انتهای شیب وجود دارد: رویکرد کوتاه و رویکرد طولانی. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، زمانی که شیب تپه ماهیت بسیار تند دارد، رویکرد، کوتاه خوانده می شود. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، زمانی که شیب تپه بسیار مسطح است، رویکرد، بسیار طولانی خوانده می شود. هزینه این کار عمدتا به توپوگرافی منطقه در نظر گرفته شده بستگی دارد. در ارتفاعات بالا، این مسیرها با برف محدود می شوند یا ممکن است توسط رانش های شدید زمین مسدود شوند. اینها عواملی هستند که باعث تصمیم گیری در خصوص انتخاب برش باز یا روش تونل می شوند.

تراز در فرآیند تونل سازی

فاکتورهای خاصی که باید در مراحل تونل زنی در نظر گرفته شوند عبارتند از:

• بهترین و مقرون به صرفه ترین تراز انتخاب شده باید ماهیت مستقیم داشته باشد.
• تونل باید ترازی داشته باشد که از بیرون کمتر باشد. مشاهده می شود که در تونل های راه آهن به دلیل مرطوب بودن ریل، لغزش مداوم چرخ ها صورت می گیرد. این باعث کاهش ظرفیت باربری لکوموتیوها می شود.
• برای اطمینان از زهکشی مناسب باید شیب 0.2٪ فراهم شود.
• وقتی صحبت از تونل های طولانی می شود، باید دو تراز در هر دو انتها فراهم شود (که از هر انتها به سمت مرکز بالا روند (شکل 3)).
• اگر تراز تنها در یک طرف فراهم شود، می توان اثربخشی تهویه را افزایش داد.

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 .