อุโมงค์ถูกสร้างขึ้นโดยเป็นส่วนหนึ่งของระบบส่งน้ำและระบบบำบัดน้ำเสีย ย้อนหลังไปถึงสมัยของจักรวรรดิโรมัน การใช้ระบบขนส่งครั้งแรกเป็นส่วนหนึ่งของระบบคลองในศตวรรษที่ 17 ด้วยการพัฒนาทางรถไฟในศตวรรษที่ 19 และรถยนต์ในศตวรรษที่ 20 อุโมงค์จึงยาวและซับซ้อนมากขึ้น วิธีการทั่วไปในการสร้างอุโมงค์คือวิธีตัดและปิด วิธีท่อแช่ หรือการใช้เครื่องคว้านอุโมงค์
ขั้นตอน
ส่วนที่ 1 จาก 4: ปัจจัยที่ต้องพิจารณาในการสร้างอุโมงค์
ขั้นตอนที่ 1 พิจารณาว่าจะสร้างอุโมงค์ที่ไหน
ตำแหน่งของอุโมงค์ที่เสนอจะเป็นตัวกำหนดเครื่องมือและเทคนิคที่จำเป็นในการสร้างและเตรียมให้พร้อมสำหรับการใช้งานตามวัตถุประสงค์ อุโมงค์แบ่งได้เป็น 3 ประเภท คือ
- อุโมงค์พื้นอ่อน อุโมงค์เหล่านี้ต้องการการสนับสนุนที่ช่องเปิดเพื่อป้องกันไม่ให้อุโมงค์ยุบ อุโมงค์เหล่านี้มักจะตื้นและใช้สำหรับรถไฟใต้ดิน ระบบส่งน้ำ และระบบกำจัดน้ำเสีย
- อุโมงค์หิน. เนื่องจากขุดจากหินแข็ง อุโมงค์เหล่านี้จึงต้องการการสนับสนุนเพิ่มเติมเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย อุโมงค์รถไฟและรถยนต์มักมีความหลากหลายนี้
- อุโมงค์ใต้น้ำ. ตามชื่อที่บ่งบอก อุโมงค์เหล่านี้อยู่ใต้แม่น้ำ ทะเลสาบ ลำคลอง และในกรณีของช่องแคบ "ช่องแคบ" เช่น ช่องแคบอังกฤษ อุโมงค์เหล่านี้เป็นอุโมงค์ที่ยากที่สุดในการสร้าง เนื่องจากต้องเก็บน้ำให้ห่างจากอุโมงค์ระหว่างและหลังการก่อสร้าง
- การสร้างอุโมงค์ใต้เมืองมีปัญหาคล้ายกับอุโมงค์ใต้น้ำ โดยที่พื้นดินรอบอุโมงค์มีแนวโน้มที่จะทรุดตัวลงภายใต้น้ำหนักของอาคารที่อยู่ด้านบน ความรู้เกี่ยวกับธรณีวิทยาของพื้นที่จะช่วยคาดการณ์ว่าพื้นดินจะยุบตัวได้มากเพียงใด และแนะนำวิธีใดที่สามารถลดความหย่อนคล้อยได้
ขั้นตอนที่ 2 พิจารณาเส้นทางของอุโมงค์
อุโมงค์ที่มีทางตรงยาวเป็นทางเดียวจะเจาะได้ง่ายเมื่อเทียบกับเครื่องเจาะอุโมงค์ อุโมงค์ที่แตกต่างจากการออกแบบนี้มีปัญหาที่ทำให้การก่อสร้างซับซ้อนขึ้น
- อุโมงค์สั้นไม่เบื่อกับเครื่องเจาะอุโมงค์เพราะไม่คุ้มทุน
- อุโมงค์ที่ต้องการเส้นผ่านศูนย์กลางรูเจาะต่างกันที่ส่วนต่างๆ ของเส้นทาง ยังทำให้การใช้เครื่องคว้านอุโมงค์ไม่สามารถทำได้ เนื่องจากความล่าช้าในการปรับเส้นผ่านศูนย์กลางของรูเจาะ
- อุโมงค์ที่เลี้ยวหักศอกหรือมีเพลาตัดกันยังทำให้การใช้เครื่องคว้านไม่สามารถทำได้
ขั้นตอนที่ 3 พิจารณาจุดประสงค์ของอุโมงค์
สิ่งที่อุโมงค์จะใช้สำหรับกำหนดงานเพิ่มเติมนอกเหนือจากการสร้างอุโมงค์เองจะมีความจำเป็นก่อนที่จะให้บริการ
- อุโมงค์ที่บรรทุกผู้โดยสารจำเป็นต้องมีการระบายอากาศบางรูปแบบ สำหรับอุโมงค์ริมถนน มักจะหมายถึงปล่องระบายอากาศเพื่อป้องกันการสะสมของคาร์บอนมอนอกไซด์ สำหรับอุโมงค์รถไฟ นี่อาจหมายถึงการระบายอากาศแบบบังคับเพื่อขจัดไอเสียของเครื่องยนต์ดีเซล ทั้งสองมีวิธีการเพิ่มเติมในการจัดการกับควันที่เกิดขึ้นหากเกิดเพลิงไหม้ในอุโมงค์
- อุโมงค์ที่มีการใช้งานอย่างหนัก เช่น Big Dig ในบอสตัน อาจมีศูนย์ปฏิบัติการที่มีการจัดการอย่างต่อเนื่องพร้อมอุปกรณ์วิดีโอเพื่อตรวจสอบการจราจรภายในอุโมงค์และจัดการกับเหตุฉุกเฉิน
- อุโมงค์ถนนยาว เช่น อุโมงค์ไอเซนฮาวร์ในโคโลราโด อาจติดไฟเหนือศีรษะเพื่อความสะดวกของผู้ขับขี่และผู้โดยสาร อุโมงค์ริมถนนอื่นๆ เช่น อุโมงค์ในอุทยานแห่งชาติไซอันในยูทาห์ อาจมีช่องเจาะที่มีทิวทัศน์สวยงามเพื่อให้แสงธรรมชาติส่องเข้าไปในอุโมงค์ในสถานที่ต่างๆ และช่วยให้ผู้โดยสารมองเห็นทัศนียภาพโดยรอบได้
- อุโมงค์บางแห่ง เช่น อุโมงค์ควีนส์เวย์ ระหว่างเมืองลิเวอร์พูลและเมืองเบอร์เกนเฮด ประเทศอังกฤษ และอุโมงค์สิงโตหินระหว่างชาทินและนิวเกาลูนในฮ่องกง จะรวมดาดฟ้าสำหรับผู้โดยสารชั้นบนกับดาดฟ้าบริการด้านล่างสำหรับน้ำ ท่อ หรือสายเคเบิล อุโมงค์อื่นๆ เช่น SMART Tunnel ของมาเลเซียสามารถใช้สำหรับการจราจรหรือการควบคุมน้ำท่วม
ส่วนที่ 2 จาก 4: การใช้วิธีการตัดและปิด
ขั้นตอนที่ 1. ขุดคูน้ำ
บริเวณที่จะขุดอุโมงค์ให้สมบูรณ์ โดยจะต้องสร้างหลังคาอุโมงค์และปิดทับเมื่ออุโมงค์สร้างเสร็จ อุโมงค์ประเภทนี้สร้างขึ้นด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งจากสองวิธี:
- จากล่างขึ้นบน: ฐานรองรับถูกสร้างขึ้นก่อน จากนั้นจึงสร้างอุโมงค์ขึ้นรอบๆ
- จากบนลงล่าง: ด้านข้างและหลังคาของอุโมงค์สร้างขึ้นที่ระดับพื้นดิน และขุดคูอุโมงค์ใต้อุโมงค์
- ทั้งสองวิธีใช้สำหรับอุโมงค์ตื้นเป็นหลัก แม้ว่าวิธีการจากบนลงล่างจะช่วยให้สามารถขุดอุโมงค์ที่ลึกกว่าวิธีจากล่างขึ้นบนได้ อุโมงค์ที่ลึกกว่ามักถูกขุดขึ้นมาโดยใช้เกราะป้องกันอุโมงค์ โครงสร้างคล้ายกล่องที่มีบานประตูหน้าต่างขนาดเล็กเปิดออกเพื่อเจาะทะลุ เมื่อขจัดสิ่งสกปรกที่ด้านหน้าโล่แล้ว โล่จะเคลื่อนไปข้างหน้าเพื่อขุดต่อไป
ขั้นตอนที่ 2 สร้างผนังอุโมงค์และหลังคา
กำแพงอุโมงค์และหลังคาสามารถสร้างได้ในขณะที่กำลังขุดอุโมงค์หรืออาจจะสร้างไว้ก่อนแล้ววางเข้าที่ขณะกำลังขุดอุโมงค์ วัสดุวันนี้รวมถึงต่อไปนี้:
- ซุ้มเหล็กลูกฟูก
- ซุ้มคอนกรีตสำเร็จรูป
- ผนังคอนกรีตสำเร็จรูป.
- เทหรือพ่นคอนกรีต มักใช้ร่วมกับวิธีการโค้งรูปแบบหนึ่ง
ขั้นตอนที่ 3 ทำอุโมงค์ให้เสร็จ
วิธีการทำขึ้นอยู่กับว่าใช้วิธีจากล่างขึ้นบนหรือบนลงล่าง
- อุโมงค์ที่สร้างด้วยวิธีจากล่างขึ้นบนจะต้องถูกเติมกลับเพื่อให้ครอบคลุมหลังคาอุโมงค์ และพื้นผิวใดๆ ที่มีอยู่เหนือหลังคาอุโมงค์จะถูกสร้างขึ้นหรือสร้างใหม่
- อุโมงค์ที่สร้างด้วยวิธีจากบนลงล่างจะถูกขุดออกมาด้านล่างซึ่งสร้างผนังอุโมงค์และหลังคา จากนั้นจึงสร้างแผ่นฐานซึ่งทำหน้าที่เป็นพื้นอุโมงค์
ส่วนที่ 3 จาก 4: การใช้หลอดแช่
ขั้นตอนที่ 1 ขุดร่องลึกเมื่ออุโมงค์จะไป
วิธีนี้คล้ายกับวิธีการตัดและปิด แต่ใช้สำหรับการขุดอุโมงค์ใต้น้ำ ร่องลึกต้องวิ่งตามความยาวที่อุโมงค์จะวิ่งใต้น้ำ
ขั้นตอนที่ 2 วางท่อเหล็กหลายชุดตามความยาวของร่องลึก
แต่ละหลอดถูกปิดผนึกที่ปลายทั้งสองข้างด้วยแผงกั้น หากเป็นท่อสำหรับอุโมงค์รถยนต์ เช่นในกรณีของอุโมงค์ Ted Williams ในบอสตัน ท่อดังกล่าวจะมีส่วนถนนที่สร้างไว้ล่วงหน้า
ขั้นตอนที่ 3 หุ้มท่อด้วยวัสดุทดแทนที่เพียงพอเพื่อรองรับแรงดันน้ำด้านบน
สำหรับอุโมงค์ Ted Williams นี่คือชั้นหินหนา 5 ฟุต (1.5 ม.)
ขั้นตอนที่ 4 เชื่อมต่อท่อโดยการถอดกั้นขวาง
ส่วนถนนหรือทางรถไฟที่สร้างขึ้นในท่อจะเชื่อมต่อในเวลานี้เช่นกัน
ตอนที่ 4 จาก 4: การใช้เครื่องคว้านอุโมงค์
ขั้นตอนที่ 1. เลือกเครื่องเจาะอุโมงค์ให้เหมาะสมกับงาน
เครื่องคว้านในอุโมงค์ เรียกว่า TBMs สำหรับ short หรือ "moles" มีแผ่นกลมที่ด้านหน้าเรียกว่า shields หัวกัดรูปจานบนโล่จะฉีกทะลุหินและสิ่งสกปรก ซึ่งทะลุผ่านช่องเปิดในเกราะไปยังสายพานลำเลียงภายใน TBM ที่วางไว้ด้านหลังเครื่อง
- ประเภทของเกราะป้องกัน TBM แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับว่าตัวตุ่นจะขุดลงไปในพื้นนุ่ม เปียก หรือฮาร์ดร็อค เส้นผ่านศูนย์กลางของโล่มีตั้งแต่โล่ 26.3 ฟุต (8.03 ม.) ของ Aker Wirth บน TBM ที่ใช้สำหรับโรงไฟฟ้า Linth-Limmern ของสวิตเซอร์แลนด์ไปจนถึง "Big Bertha" ของ Hitachi Zosen ที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 57.5 ฟุต (17.5 ม.)
- ไฝที่ออกแบบมาเพื่อขุดอุโมงค์ใต้โต๊ะน้ำยังมีช่องที่ด้านหน้าเพื่อเพิ่มแรงดันดินที่ขุดผ่าน
- สำหรับงานขนาดใหญ่ อาจมีการเรียก TBM หลายรายการ ช่องอุโมงค์ต้องการ 11
ขั้นตอนที่ 2. วางเครื่องเข้าที่
สำหรับอุโมงค์ระดับพื้นผิว ไม่มีปัญหา ถ้าจะเจาะอุโมงค์ลึกลงไปใต้ดิน จะต้องเจาะปล่องเข้าซึ่งมักจะเป็นวงกลมและปูด้วยคอนกรีต TBM ถูกลดระดับลงในนั้นและขุดอุโมงค์จากจุดนั้น
- สำหรับอุโมงค์ยาว จะต้องเจาะช่องเข้าหลายช่อง
- เมื่ออุโมงค์สร้างเสร็จ ปล่องทางเข้าอาจกลายเป็นปล่องระบายอากาศและ/หรือทางออกฉุกเฉิน หากพวกเขาไม่ได้รับการว่าจ้าง พวกเขาจะถูกทิ้งไว้ให้อยู่ในอุโมงค์ตลอดชีวิต
ขั้นตอนที่ 3 สร้างอุโมงค์รองรับขณะที่เครื่องเจาะทะลุ
ส่วนของคอนกรีตสำเร็จรูปถูกสร้างขึ้นหลัง TBM เพื่อสร้างวงแหวนตามช่วงเวลาที่กำหนดไว้ล่วงหน้า
ขั้นตอนที่ 4 พ่นคอนกรีตบนผนังที่ขุดขึ้นระหว่างวงแหวนรองรับ
คอนกรีตที่พ่นแล้ว หรือ shotcrete เคลือบและทำให้ผนังอุโมงค์มีเสถียรภาพ ช็อตครีตอาจรวมถึงเหล็กกล้าหรือเส้นใยพอลิโพรพิลีนเพื่อเสริมความแข็งแกร่ง ซึ่งเป็นวิธีที่ใช้เหล็กเส้นเสริมเพื่อเสริมความแข็งแรงให้กับคอนกรีตหล่อ ช็อตครีตยังมีสารเร่งที่ช่วยให้เกาะติดกับผนังอุโมงค์และแห้งเร็ว
เคล็ดลับ
- อุโมงค์ช่วงแรกๆ ถูกเจาะผ่านหินโดยการเจาะรูและใช้ระเบิด: ผงสีดำก้อนแรกและไดนาไมต์ในภายหลัง จะมีการสร้างโครงไม้รองรับชั่วคราว แทนที่ด้วยอิฐและอิฐ ต่อมาอุโมงค์ใช้วงแหวนเหล็กหล่อแบบแบ่งส่วน ยึดเข้าด้วยกันแทนไม้และอิฐ
- อุโมงค์ยังสามารถเจาะผ่านดินอ่อนได้โดยใช้แม่แรงเพื่อดันท่อ/ท่อหรือรถขุดรูปทรงกล่องที่ปลายด้วยหัวตัด อุโมงค์แม่แรงท่อมีแนวโน้มที่จะแคบ โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 10.5 ฟุต (3.2 ม.) ในขณะที่อุโมงค์แม่แรงแบบกล่องสามารถกว้างได้ถึง 65.6 ฟุต (20 ม.)
