Các đường hầm ban đầu được xây dựng như một phần của hệ thống dẫn nước và thoát nước, có từ thời Đế chế La Mã. Việc sử dụng đầu tiên của chúng để vận chuyển là một phần của hệ thống kênh đào vào thế kỷ 17. Với sự phát triển của đường sắt trong thế kỷ 19 và ô tô vào thế kỷ 20, các đường hầm trở nên dài hơn và phức tạp hơn. Các phương pháp phổ biến nhất để xây dựng đường hầm là phương pháp cắt và đắp, phương pháp ống ngâm hoặc sử dụng máy khoan hầm.
Các bước
Phần 1/4: Các yếu tố cần xem xét khi xây dựng đường hầm
Bước 1. Xem xét nơi sẽ xây dựng đường hầm
Vị trí của đường hầm được đề xuất sẽ xác định những công cụ và kỹ thuật nào cần thiết để xây dựng nó và chuẩn bị cho mục đích sử dụng. Địa đạo có thể được chia thành 3 loại:
- Đường hầm trên nền đất yếu. Những đường hầm này cần có sự hỗ trợ tại các lỗ hở để giữ cho đường hầm không bị sập. Những đường hầm này thường nông và được sử dụng cho tàu điện ngầm, hệ thống dẫn nước và loại bỏ nước thải.
- Đường hầm đá. Bởi vì chúng được đào từ đá rắn, những đường hầm này cần ít sự hỗ trợ bổ sung hoặc không có gì cả. Đường hầm xe lửa và ô tô thường là loại này.
- Các đường hầm dưới nước. Như cái tên đã chỉ ra, những đường hầm này đi dưới sông, hồ, kênh, và trong trường hợp của "Đường hầm", chẳng hạn như eo biển Anh. Đây là những đường hầm khó xây nhất, vì nước phải được giữ lại khỏi đường hầm trong và sau khi xây dựng.
- Việc xây dựng một đường hầm dưới thành phố gây ra những vấn đề tương tự như một đường hầm dưới nước, trong đó mặt đất xung quanh đường hầm có xu hướng bị chùng xuống dưới sức nặng của các tòa nhà bên trên nó. Kiến thức về địa chất của khu vực giúp dự đoán mức độ lún của mặt đất và đề xuất phương pháp nào có thể giảm thiểu độ võng.
Bước 2. Xem xét đường đi của đường hầm
Đường hầm có đường dẫn thẳng, dài, đơn lẻ tương đối dễ khoan với máy khoan đường hầm. Các đường hầm khác với thiết kế này đưa ra các vấn đề khiến việc xây dựng chúng trở nên phức tạp hơn.
- Các đường hầm ngắn không nhàm chán với máy khoan đường hầm vì làm như vậy không tiết kiệm chi phí.
- Các đường hầm yêu cầu đường kính lỗ khoan khác nhau tại các phần khác nhau của tuyến đường của chúng cũng làm cho việc sử dụng máy khoan đường hầm không thực tế vì sự chậm trễ trong việc điều chỉnh đường kính lỗ khoan.
- Những đường hầm có góc nhọn hoặc có trục giao nhau cũng khiến việc sử dụng máy khoan không thực tế.
Bước 3. Xem xét mục đích của đường hầm
Đường hầm sẽ được sử dụng để làm gì xác định những công việc bổ sung nào ngoài việc tự làm đường hầm sẽ cần thiết trước khi đưa nó vào sử dụng.
- Các đường hầm chuyên chở hành khách yêu cầu một số hình thức thông gió. Đối với các hầm đường bộ, điều này thường có nghĩa là các trục thông gió để ngăn sự tích tụ khí carbon monoxide. Đối với đường hầm đường sắt, điều này có nghĩa là thông gió cưỡng bức để loại bỏ khí thải của động cơ diesel. Cả hai đều có các phương pháp bổ sung để đối phó với khói tạo ra khi đám cháy bùng phát trong đường hầm.
- Các đường hầm được sử dụng nhiều, chẳng hạn như Big Dig ở Boston, có thể có các trung tâm hoạt động liên tục có người lái với thiết bị video để giám sát giao thông trong đường hầm và đối phó với các trường hợp khẩn cấp.
- Các hầm đường bộ dài, chẳng hạn như Đường hầm Eisenhower ở Colorado, có thể được thắp sáng bằng đèn trên cao để tạo sự thuận tiện cho người lái và hành khách. Các đường hầm khác trên đường bộ, chẳng hạn như trong Công viên Quốc gia Zion ở Utah, có thể có các đường cắt đẹp mắt để cho phép ánh sáng tự nhiên đi vào đường hầm ở các địa điểm và cung cấp cho hành khách cái nhìn thoáng qua về khung cảnh xung quanh.
- Một số đường hầm, chẳng hạn như Đường hầm Queensway giữa Liverpool và Birkenhead, Anh và Đường hầm Lion Rock giữa Sha Tin và New Kowloon ở Hồng Kông, kết hợp một boong giao thông hành khách phía trên với một boong dịch vụ phía dưới cho nước, đường ống hoặc cáp. Các đường hầm khác, chẳng hạn như Đường hầm SMART của Malaysia có thể được sử dụng cho giao thông hoặc kiểm soát lũ lụt.
Phần 2/4: Sử dụng Phương pháp Cắt và Che
Bước 1. Đào rãnh
Khu vực đào hầm hoàn toàn, mái hầm sẽ được tạo và che phủ khi hầm hoàn thành. Loại đường hầm này được xây dựng theo một trong hai cách:
- Bottom-up: Hỗ trợ mặt đất được tạo trước, sau đó đường hầm được xây dựng xung quanh nó.
- Từ trên xuống: Các mặt và mái của đường hầm được xây dựng ở mặt đất và rãnh đường hầm được đào bên dưới.
- Cả hai phương pháp đều được sử dụng chủ yếu cho các đường hầm nông hơn, mặc dù phương pháp từ trên xuống cho phép đào các đường hầm sâu hơn so với phương pháp từ dưới lên. Các đường hầm sâu hơn thường được đào với sự hỗ trợ của lá chắn đào hầm, một cấu trúc giống như hình hộp với các cửa chớp nhỏ được mở ra để đào xuyên qua. Khi bụi bẩn phía trước tấm chắn được loại bỏ, tấm chắn sẽ được di chuyển về phía trước để tiếp tục đào.
Bước 2. Tạo các bức tường và mái của đường hầm
Tường và mái của đường hầm có thể được xây dựng khi đường hầm đang được đào hoặc có thể được xây dựng trước và đưa vào vị trí khi đường hầm đang được đào. Vật liệu ngày nay bao gồm những thứ sau:
- Vòm thép tôn.
- Vòm bê tông đúc sẵn.
- Tường bê tông đúc sẵn.
- Bê tông đổ hoặc bê tông phun. Thông thường, điều này được sử dụng kết hợp với một trong các phương pháp hình vòm.
Bước 3. Hoàn thiện đường hầm
Điều này được thực hiện như thế nào phụ thuộc vào việc sử dụng phương pháp từ dưới lên hay từ trên xuống.
- Các đường hầm được tạo theo phương pháp từ dưới lên phải được lấp lại để che phủ trên mái đường hầm và bất kỳ bề mặt nào tồn tại phía trên mái đường hầm sau đó được xây dựng hoặc xây dựng lại.
- Các đường hầm được tạo theo phương pháp từ trên xuống được đào bên dưới nơi các bức tường và mái của đường hầm được dựng lên, sau đó tạo ra một tấm nền, đóng vai trò là sàn đường hầm.
Phần 3/4: Sử dụng ống nhúng
Bước 1. Nạo vét rãnh khi đường hầm sẽ đi
Phương pháp này tương tự như phương pháp cắt và đắp, nhưng được sử dụng để đào đường hầm dưới nước. Rãnh cần chạy theo chiều dài đường hầm sẽ chạy dưới nước.
Bước 2. Đặt một loạt ống thép dọc theo chiều dài của rãnh
Mỗi ống được bịt kín ở hai đầu bằng vách ngăn. Nếu ống này dành cho đường hầm dành cho ô tô, như trường hợp của Đường hầm Ted Williams ở Boston, thì các ống này bao gồm các đoạn đường được xây dựng trước.
Bước 3. Bọc ống với lượng lấp đầy đủ để chịu được áp lực nước bên trên nó
Đối với Đường hầm Ted Williams, đây là một lớp đá dày 1,5 m (dày 1,5 m).
Bước 4. Kết nối các ống bằng cách loại bỏ các vách ngăn can thiệp
Bất kỳ đoạn đường hoặc đoạn đường sắt nào được xây dựng trong các ống cũng sẽ được kết nối vào thời điểm này.
Phần 4/4: Sử dụng Máy khoan đường hầm
Bước 1. Chọn máy đào hầm phù hợp với công việc
Máy khoan đường hầm, được gọi tắt là TBM hoặc "nốt ruồi", có các tấm hình tròn ở mặt trước được gọi là tấm chắn. Máy cắt hình đĩa trên tấm chắn xé qua đất đá và bụi bẩn, đi qua các khe hở trên tấm chắn vào băng tải bên trong TBM và đặt nó phía sau máy.
- Các loại lá chắn TBM khác nhau tùy theo việc đào vào đất mềm, ẩm ướt hay đá cứng. Đường kính tấm chắn nằm trong khoảng từ tấm chắn 26,3 foot (8,03 m) của Aker Wirth trên TBM được sử dụng cho các nhà máy điện Linth-Limmern của Thụy Sĩ đến “Big Bertha” của Hitachi Zosen, với đường kính 57,5 foot (17,5 m).
- Các nốt ruồi được thiết kế để đào đường hầm bên dưới mực nước ngầm cũng có các khoang ở phía trước để tạo áp lực cho mặt đất được đào qua.
- Đối với các công việc lớn, nhiều TBM có thể được yêu cầu. Đường hầm kênh bắt buộc 11.
Bước 2. Đưa máy vào vị trí
Đối với đường hầm cấp bề mặt, điều này không có vấn đề gì. Nếu đường hầm được khoan sâu dưới lòng đất, một trục tiếp cận, thường là hình tròn, được khoan và lót bằng bê tông. TBM được hạ xuống và đường hầm được đào từ điểm đó.
- Đối với các đường hầm dài, người ta khoan nhiều trục tiếp cận.
- Khi đường hầm hoàn thành, các trục tiếp cận có thể trở thành trục thông gió và / hoặc các lối thoát hiểm. Nếu họ không được tuyển dụng như vậy, họ sẽ được giữ nguyên cho tuổi thọ của đường hầm.
Bước 3. Lắp dựng các giá đỡ đường hầm khi máy khoan xuyên qua
Các mảng bê tông đúc sẵn được dựng lên phía sau TBM để tạo thành một vòng tròn theo những khoảng thời gian xác định trước.
Bước 4. Phun bê tông lên các bức tường đã đào giữa các vòng đỡ
Bê tông phun, hoặc bê tông phun, phủ và ổn định thành hầm. Bê tông phun có thể bao gồm thép hoặc sợi polypropylene để tăng cường nó, giống như cách thép cây được sử dụng để tăng cường bê tông đúc. Bê tông phun còn chứa chất tăng tốc giúp bám vào thành hầm và nhanh khô.
Lời khuyên
- Các đường hầm ban đầu được khoan qua đá bằng cách khoan lỗ và sử dụng chất nổ: đầu tiên là bột đen và sau đó là thuốc nổ. Các giá đỡ tạm thời của khung gỗ sẽ được dựng lên, thay thế bằng gạch và gạch xây. Các đường hầm sau này sử dụng các vòng gang được phân đoạn, bắt vít với nhau, thay cho gỗ và gạch xây.
- Đường hầm cũng có thể được khoan qua đất yếu bằng cách sử dụng kích để đẩy ống / ống hoặc máy đào hình hộp có đầu cắt. Đường hầm có ống có xu hướng hẹp, đường kính không quá 10,5 feet (3,2 m), trong khi đường hầm bằng kích hộp có thể rộng tới 65,6 feet (20 m).
