چگونه چیزهایی مانند تونل ها و پل ها را در زیر آب می سازند؟ این سوال هلنِ 10 ساله، از سامرویل، ماساچوست است.

زمانی که من بچه بودم، متوجه شدم که داستان مصور استریپ کالوین و هابز، یکی از سوالات اساسی ذهن من را مطرح می کند: اینکه آنها از کجا می دانند که محدودیت بار روی پل ها چقدر است؟ در این داستان پدر کالوین (به اشتباه) به او می‌گوید: «آنها کامیون‌های بزرگ‌تر و بزرگ‌تری را روی آن پل می‌رانند تا اینکه پل خراب شود. سپس آخرین کامیون را که باعث خرابی پل شده وزن می کنند و پل را بازسازی می کنند.»

حالا چندین دهه بعد، من یک مهندس ژئوتکنیک هستم و این بدان معناست که من روی هر پروژه ساختمانی که شامل خاک است کار می کنم. اکنون من پاسخ واقعی چیزهایی که مردم را در مورد زیرساخت ها شگفت زده می کند می دانم. مردم اغلب، مثل پدر کالوین، در مورد این چیزها تصورات نادرستی دارند. مهندسان معمولاً محدودیت بار روی پل را تعیین نمی کنند. در عوض، آنها پل را می سازند تا باری را که پیش بینی کرده اند، تحمل کند.

سوال دیگری هم که مثل همین سوال هر از گاهی می‌شنوم این است: مهندسان چگونه چیزهایی را زیر آب می‌سازند؟ آنها در واقع معمولاً این چیزها را در زیر آب نمی سازند ، بلکه چیزهایی می سازند که در نهایت به زیر آب می روند. هدفم از این مطلب پاسخ به اینگونه سوال هاست.

ساختمان های زیر زمین یا زیر آب

گاهی اوقات وقتی سازه ای را در زیر آب می سازید، در واقع آن را در زیر زمین می سازید. آبی که در سطح می بینید مهم نیست ، بلکه مهم چیزی است که واقعاً سازه ای را که در حال ساخت آن هستید، احاطه کرده است.

اگر در اطراف چیزی که می‌سازید، سنگ یا خاک وجود داشته باشد، حتی اگر لایه‌ای از آب در بالای آن باشد، معمولاً به عنوان یک سازۀ زیرزمینی در نظر گرفته می‌شود، و آب فقط چیزی است که شما از بالا می‌بینید.

در ساخت و ساز زیرزمینی معمولاً از ماشین های حفاریِ تونلِ قوی، برای حفاری مستقیم خاک استفاده می شود. این دستگاه اغلب به این دلیل موش کور نامیده می شود که مانند یک حیوان، با حفاری افقی در زمین، تونلی شبیه به یک لانۀ زیر زمینی ایجاد می کند و مواد حاصل از حفاری را از پشت آن خارج می کند. اگر این روش با دقت انجام شود، می تواند با موفقیت یک تونل را از طریق زمین در زیر یک پهنۀ آبی ایجاد کند که سپس این تونل می تواند پوشش دار و تقویت شود.

مهندسان از این روش برای ساختن کانال استفاده کرده اند، به عنوان مثال، یک تونل راه آهن در کانال انگلیسی که انگلستان و فرانسه را به هم متصل می کند.

در حالی که امروزه ماشین آلات مدرن کاملاً پیشرفته هستند، روش ساخت تونل حدود 200 سال پیش با سازه پشتیبانی موقتِ تونل آغاز شد. اوایل، این سازه های پشتیبانی موقت بودند که فضای امنی را فراهم می کردند تا کارگران بتوانند در آن حفاری کنند. هر چه تونل ها عمیق تر شدند، سازه های پشتیبان موقت جدیدتری ساخته شدند. همانطور که طرح ها با تجربه بهبود می یافتند، سازه های پشتیبان موقت هم به گونه ای ساخته شدند که متحرک باشند و در نهایت به دستگاه مدرن حفاری تونل تبدیل شدند.

ساخت و ساز در زمین خشک قبل از جابجایی به محل نصب

برخی از سازه‌ها در نهایت توسط آب احاطه می‌شوند و در بستر رودخانه یا کف اقیانوس قرار می‌گیرند. خوشبختانه، مهندسان برای ساختن پل‌ها و تونل‌هایی که قطعاتی در تماس مستقیم با آب دارند، راهکارهایی می دانند.

ساخت و ساز زیرزمینی خطرناک است و دسترسی به زیر زمین سخت است. مقابله با آب چالش های بیشتری را هم به همراه دارد. هرچند که می توان خاک و سنگ را کنار زد تا یک تونل پایدار ایجاد کرد، ولی آب همیشه برای پر کردن هر روزنه ای به داخل آن حرکت می کند و باید به طور مداوم پمپاژ شود.

انسان ها، مواد و ماشین آلات نیز واقعاً در زیر آب به خوبی کار نمی کنند. انسان ها همیشه به هوا نیاز دارند. قرار دادن بتن در زیر آب دشوار است و برخی از مصالح فقط روی زمین خشک کار می کنند و از آنجایی که موتورهای گازی برای کار به هوا متکی هستند، تجهیزات زیر آب بسیار محدود هستند.

برخی از کارهای کوچکتر مثل تراز کردن و اتصالِ بخش های از پیش ساخته شدۀ تونل یا بازرسی جهت حصول اطمینان از اینکه غوطه ور شدن در آب به چیزی آسیب نمی رساند، در زیر امواج آب انجام می شود، اما بعید است که بخش عمده ای از ساخت و ساز در زیر آب انجام شود. هنگامی که سازه در جای خود قرار گرفت، نظارت و ارزیابی مداوم در زیر آب انجام می شود.

از آنجایی که انسان ها معمولاً نمی توانند زیر آب ساخت و ساز کنند، دو گزینه وجود دارد: ساخت و ساز را در فضای باز انجام دهید و سازه را به زیر آب منتقل کنید، یا به طور موقت محل نصب سازه در زیر آب را به یک مکان خشک تبدیل کنید.

برای گزینه اول، کارگران معمولاً بخش هایی از سازه را در زمین خشک می سازند و سپس آنها را در جای خود نصب می کنند. به عنوان مثال، بخش هایی از تونل تد ویلیامزِ بوستون ، در یک کارخانه کشتی سازی ساخته شد. کارگران مسیر آینده تونل را در بندر بوستون لایروبی کردند و گل و لای و سایر ضایعات را از سر راه پاک کردند. سپس قطعات مهر و موم شده را در امتداد گودال آماده شده قرار دادند. پس از اتصال قطعات، انتهای قطعات را باز کردند تا یک تونل طولانی و پیوسته ایجاد کنند. در نهایت تونل با خاک و سنگ پوشانده شد. در واقع بخش بسیار کمی از فرآیند ساخت و ساز در زیر آب انجام شد.

در موارد دیگر، مثل آب های کم عمق، کارگران ساختمانی ممکن است بتوانند مستقیماً از سطح آب ساخت و ساز کنند. به عنوان مثال، کارگران می توانند دیوارهای حائل اسکله را که از ورقه فلزی ساخته شده اند، مستقیماً از یک کشتی وارد خاک کنند، بدون اینکه نیازی به منحرف کردن آب باشد.

به طور موقت آب را خالی کنید

گزینه دوم این است که به طور کامل از شر مشکل زیر آب بودن خلاص شوید.

در حالی که ایجاد یک مکان خشک در کف یک پهنۀ آبی دشوار است، اما این کارسابقه ای طولانی دارد. آلاریک پادشاه ویزیگوت پس از فتح رم در سال 410 میلادی، در راه خانه درگذشت. افراد آلاریک برای محافظت از تدفین باشکوه او به همراه غنایمش از دست دزدان قبر، به طور موقت یک رودخانه محلی را منحرف کردند و قبل از اینکه رودخانه به سمت آنها سرازیر شود، آلاریک و غنایمش را در بستر رودخانه دفن کردند.

امروزه، پروژه های این چنینی از یک سد مخزن دار استفاده می کند: یک محفظه موقت و ضد آب که می تواند آب را به داخل خود پمپاژ کند تا یک سایت خشک، باز و ایمن برای ساخت و ساز فراهم کند. هنگامی که منطقه محصور و آب آن پمپ شود، در حیطۀ ساخت و ساز معمولی قرار می گیرید.

استفاده از *کِیسون راه دیگری برای ایجاد یک منطقه خشک در محلی است که معمولاً زیر آب است. کیسون معمولاً یک سازه پیش ساخته و آب‌بند است که به یک شکل فنجان وارونه بوده و کارگران به همراه آن به داخل آب فرو می‌روند. کارگران آن را تحت فشار نگه می‌دارند تا اطمینان حاصل شود که آب با سرعت زیاد وارد کیسون نمی‌شود. هنگامی که کیسون روی کف یک پهنۀ آب قرار می‌گیرد، فشار هوا و پمپاژ آب محل را خشک نگه می‌دارد و به کارگران اجازه می‌دهد تا داخل آن ساخت و ساز کنند. کیسون بخشی از ساختار تمام شده می شود.

(*کِیسون  : یا صَندوقۀ هوا در مهندسی عمران گونه‌ای سازه نگهدارنده و ضدآب است که برای مثال در پی زیر پی پایه پل، برای ساخت سد بتنی یا تعمیر کشتی بکار می‌رود. صندوقه هوا به شیوه‌ای ساخته می‌شود که بتواند آب را به بیرون پمپ کند و محیط کاری را خشک نگه دارد.)

معماران پایه های پل بروکلین را با استفاده از کیسون ساختند. اگرچه کیسون ها از نظر ساختاری ایمن بودند، ولی تفاوت فشار هوا بر بسیاری از کارگران از جمله مهندس ارشد واشنگتن روبلینگ تأثیر گذاشت. او به بیماری کیسون مبتلا شد، که بیشتر به عنوان بیماری رفع فشار شناخته می شود و در نهایت مجبور به استعفا شد.

ساخت و ساز در زیر آب یک کار پیچیده و دشوار است، اما مهندسان راه های مختلفی را برای ساخت و ساز در زیر آب ایجاد کرده اند که اغلب این روش ها با عدم ساخت و ساز در زیر آب همراه است .

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 .