- تاریخچه تونل سازی و سازه‌های زیر زمینی
احتمالا اولین تونلها در عصر حجر برای توسعه خانه‌ها با انجام حفریات توسط ساکنان شروع شد .
این امرنشانگر این است که آنها در تلاشهایشان جهت ایجاد حفریات به دنبال راهی برای بهبود شرایط زندگی خود بوده اند. پیش ازتمدن روم باستان ، در مصر ، یونان ، هند و خاور دور و ایتالیای شمالی ، تماما تکنیکهای تونلسازی دستی مورد استفاده قرار می‌گرفت که در اغلب آنها نیز از فرایندهای مرتبط با آتش برای حفر تونل های نظامی ، انتقال آب و مقبره‌ها کمک گرفته شده است. در ایران نیز از چند هزار سال پیش، به منظور استفاده از آبهای زیر زمینی تونل هایی موسوم به قنات حفر شده است که طول بعضی از آنها به 70 کیلومتر و یا بیشتر نیز می‌رسد.
تعداد قنات های ایران بالغ بر50000 رشته برآورده شده است. جالب توجه است که این قنات های متعدد، طویل و عمیق با وسایل بسیار ابتدایی حفر شده اند.
رومی ها نیز در ساخت قنات‌ها و همچنین در حفاری تونل های راه پرکار بودند. آنها در ضمن اولین دوربینهای مهندسی اولیه را در جهت کنترل تراز وحفاری تونل ها به کار بردند.
اهمیت احداث تونل ها دردوران های قدیم ، تا بدین جاست که کارشناسان کارهای احداث تونل درآن تمدن‌ها را نشانگر رشد فرهنگ و به ویژه رشد تکنیکی و توان اقتصادی آن جامعه دانسته‌اند. تمدنهای اولیه به سرعت ، به اهمیت تونلها ، به عنوان راههای دسترسی به کانی ها و مواد طبیعی نظیر سنگ چخماق به واسطه اهمیتش برای زندگی، پی‌بردند.
همچنین کاربرد آنها دامنه گسترده‌ای از طاق زدن بر روی قبرها تا انتقال آب و یا گذرگاههایی جهت رفت و آمد را شامل می شد. کاربردهای نظامی تونلها ، به ویژه از جهت بالابردن توان گریز یا راههایی جهت یورش به قرارگاهها و قلعه های دشمن ، ازدیگر جنبه های مهم کاربرد تونلها در تمدن های اولیه بود.
تونل سازی همزمان با انقلاب صنعتی، به ویژه به منظور حمل و نقل ، تحرک قابل ملاحظه ای یافت. تونلسازی به گسترش و پیشرفت کانال سازی کمک کرد و این امر در توسعه صنعت به ویژه در قرون 18 و 19 میلادی در انگلستان سهم بسزایی داشت.
کانال‌ها یکی از پایه های انقلاب صنعتی بودند وتوانستند در مقیاس بسیار بزرگ هزینه‌های حمل و نقل را کاهش دهند. تونل مال پاس با طول 157 متر برروی کانال دومیدی در جنوب فرانسه اولین تونلی بود که در دوره‌های مدرن در سال 1681 ساخته شد. همچنین اولین تونل ساخته شده با کاربرد حفاری و انفجار باروت بود. در انگلستان، قرن 18 نیز جیمز بریندلی از خانواده ای مزرعه دار با نظارت بر طراحی و ساخت بیش از 580 کیلومتر کانال و تعدادی تونل به عنوان پدر کانال و تونل های کانالی ملقب شد. وی در سال 1759 با ساخت یک کانال به طول 16 کیلومتر مجموعه معدن زغال دوک بریدجواتر را به شهر منچستر متصل نمود. اثر اقتصادی تکمیل این کانال نصف شدن قیمت زغال در شهر و ایجاد یک انحصار واقعی برای معدن مذکور بود.
در اوایل قرن نوزدهم به منظور عبور از قسمتهای پایین دست رودخانه تایمز هیچ سازه ای موجود نبود و 3700 عابر مجبور بودند با طی یک راه انحرافی 3 کیلو متری با قایق مسیر روترهایت به ویپنیگ را طی کنند. اقدام به ساخت یک تونل نیز به دلیل ریزشی بودن ومناسب نبودن رسوبات کف رودخانه متوقف شد. تا اینکه در حدود سال 1820 فردی بنام مارک ایرامبارد برونل از فرانسه ایده استفاده از سپر را مطرح نمود و در سال 1825 کار احداث تونل بین روترهایت و ویپنیگ را آغاز و علی رغم جاری شدن چند نوبت سیل در سال 1843 آن را باز گشایی نمود. این تونل تامس نام گرفته و اولین تونل زیر آبی بود که بدون هر گونه رودخانه انحرافی حفر شد.
در دیگر موارد تونلهای زهکشی بزرگ ، نظیر تونلی با طول 7 کیلو متر در هیل کارن انگلستان ، اهمیت زیادی در توسعه صنعت معدنکاری داشته‌اند. البته بررسی تاریخچه پیشرفت در روش ها و تکنیک ها و به عبارتی در هنر تونل سازی نشانگر این مطلب است که مانند بسیاری دیگر از علوم و فنون بیشتر رشد این هنردر قرن گذشته صورت گرفته و تا حال نیز ادامه دارد.
ویژگی های فضاهای زیرزمینی و نمونه های بارز آنها
هم اکنون در زمینه های مختلف کاربرد تونلها ، مزایای متفاوت و گوناگونی را بر می شمرند. از آن جمله ویلت، استفاده فزاینده فعلی از فضاهای زیر زمینی را به دلایل زیر رو به افزایش دانسته است.
1- تفوق محیط ساختاری به معنای وجود یک حصار وساختار طبیعی فراگیر.
2-عایق سازی با سنگهای فراگیر که دارای ویژگیهای عالی عایق‌ها می باشند.
3- محدودیت کمتر دراحداث سازه های بزرگ به دلیل نیاز کمتر به استفاده از وسایل نگهداری عمده در مقایسه با احداث همان سازه بر روی سطح زمین.
4- کمتر بودن تأثیرات منفی زیست محیطی.
از دیگر مزایای تونل ها در راههای ارتباطی می توان به :
1- کوتاهتر شدن مسیرها و افزایش راند مان ترافیکی
2-بهبود مشخصات هندسی مسیر
3-جلوگیری از خطرات ریزش کوه و بهمن
4-ایمنی بیشتر در برابر زلزله،
اشاره کرد .
مثال های متعددی می توان از نقش وتأثیر عمده تونلسازی و پروژه های بزرگ این صنعت از گذشته تا حال ذکر کرد . تونل مشهور مونت بلان دو کشور فرانسه و ایتالیا را به هم متصل می سازد. عملیات ساختمانی آن در سال 1959 آغاز گردید و حفر این تونل فاصله بین میلان و پاریس را به طول 304 کیلو متر کوتاهتر نموده است. از دیگر نمونه ها کشور فنلاند است که سازه های زیر زمینی را به صورت غارهای عظیم بدون پوشش بتنی ، به منظور انبار مواد نفتی مورد استفاده قرار داده و در حال حاضر بیش از 75 انبار نفتی در سراسر کشور فنلاند با گنجا یشی بیش از 10 میلیون متر مکعب ساخته شده.
معرفي تونل و مطالعات قبل از حفر
منظور از تونل كليه راهروهاي زيرزميني است كه براي استخراج مواد معدني ، رفت و آمد وسايل نقليه و قطارها ، انتقال آب و ... احداث مي شود .
مراحل تونل سازي به ترتيب عبارتند از :
تهیه طرح تونل
حفر تونل
نگهداري موقت تونل
انجام خدمات فني از قبيل تهويه ، آبكشي ، روشنايي و ...
نگهداري دائم
درصورت مناسب بودن شرايط ، احداث تونل كار اساني است ، اما معمولاً تونلها با مشكلات فراواني روبرو هستند كه در بعضي از موارد احداث تونل موقف شده است .
طبقه بندي تونلها :
1- تونلهاي حمل و نقل : كه به قصد رفت و آمد و حمل مواد ، احداث شده اند كه شامل موارد ذيل مي باشند :
تونل راه آهن
تونل راه
تونل پياده رو
تونل ناوبري
تونل مترو
2- تونلهاي صنعتي : بمنظور انتقال مواد و تاسيسات احداث مي شوند كه عبارتند از :
تونل انتقال آب
تونل پناهگاه
تونل فاضلاب
تونل انبار نظامي
تونل دفن زباله هاي اتمي
3- تونلهاي معدني : بمنظور حداث شبكه معادن حفر مي شود كه عبارتند از :
تونلهاي گشايش معدن
تونل اكتشافي
تونل استخراجي
تونل زهكشي و خدماتي
و ...
تفاوت تونلهاي معدني با تونلهاي حمل و نقل :
تونلهاي معدني با عمر كاري معيني طراحي مي شوند و پس از استفاده بصورت متروكه رها مي شوند . البته اين عمر در معان مختلف در مقياس وسيعي در حال تغييرات مي باشد .
اما تونلهاي حمل و نقل بعنوان يك سازه دائمي و براي استفاده طولان مدت طراحي مي شوند
و بطور اصولي سيستم نگهداري آنها با تونلهاي معادن متفاوت مي باشد .
از جمله اختلافات ديگر تونلهاي معدني با تونلهاي حمل و نقل ابعاد آنهاست ، تونلهاي معدني ابعاد محدودي دارند و به ندرت ابعاد
دهانه تونل در آنها از 3 متر تجاوز مي كند ، حال آنكه تونلهاي حملو نقل به مراتب ابعاد بزرگتري دارند .
در تونلهاي حمل و نقل پس از خاتمه حفر و احداث تاسيسات بندرت افراد يا گروه كاري در آنها مستقر مي شوند (تونلهاي كوتاه راه) و بجز در مورد تونلهاي بزرگ (تونلهاي مترو) كه گروههايي براي تامين روشنايي و تهويه حضور دارند در تونلها معمولاٌ فرد يا افرادي مستقر نيستند ، حال آنكه در تمام تونلهاي معدني افراد ثابتي جهت نظارت و كنترل بر مسائل فني و ايمني تونل حضور دارند .
مطالعات حفر تونل :
براي حفر تونل مي بايست مطالعاتي پيرامون حفر آن صورت بگير
د . گرچه اين مطالعات زمان بر و پرهزينه مي باشد اما ممكن است بدون انجام آنها اشكالات اساسي در ضمن حفر تونل ايجاد گردد ، كه اين خود باعث افزايش هزينه ها و زمانبري بيشتري نسبت به هزينه ها و زمانبري مطالعات اوليه مي گردد و در گاهي اوقات باعث توقف كامل پروژه مي گردد . گاهي نيز عدم انجام مطالعات دقيق ممكن است باعث ايجاد صدمات جاني گردد .
بعنوان نمونه مي توان پروژه هاي زير را مطرح نمود :
تونل لستربگ در فرانسه كه حفاري آن در سال 1908 ميلادي آغاز و پس از حفر 120 متر از تونل به علت هجوم شديد آب زيرزميني متروك شد ، البته مدتها بعد مسير اين تونل را تغيير دادند و به اتمام رساندند .
تونل باكس هيل در انگلستان بطول 3.4 كيلومتر كه بدليل عدم انجام مطالعات دقيق باعث كشته شدن 100 نفر از پرسنل آن شد .
بطوركلي هرچند احداث تونل ، خيلي فوري و ضروري باشد ، اما اين تعجيل نبايد مانع انجام تحقيقات اكتشافي گردد ، زيرا نبود اطلاعات ناكافي قطعاٌ زمان حفر تونل را طولاني تر خواهد نمود .
بطوركلي مطالعات مسيريابي را مي توان به شرح ذيل رده بندي نمود :
جمع آوري اطلاعات منطقه
بررسي عكسهاي هوايي و نقشه هاي توپوگرافي منطقه
مطالعات ژئوفيزيكي
حفرگمانه هاي اكتشافي
مطالعات آبشناسي
حفر گالريهاي اكتشافي
آزمايشهاي برجا
بررسي آزمايشگاهي
البته انجام همه موارد در تمام پروژه ها ضروري نيست و تنها وقتي روشهاي ساده تر و كم خرج تر اطلاعات مورد نياز را به دست نداد بايد سراغ روشهاي ديگر رفت .
از ديدگاه مهندسي ، خاك يا سنگ مسير تونل نوعي مصالح ساختماني به شمار ميرود ، بنابراين ويژگيهاي مهندسي آنها را بخوبي شناسايي نمود .
بايد توجه داشت در بسياري از موارد انتخاب زمين مناسب براي حفر م
مكن نيست .
بعنوان نمونه در تونلهاي راه آهن چون امكان تغيير مسير براي دستيابي به زمين بهتر وجود ندارد ، مي بايست حفر تونل با توجه به مشخصات همان زمين صورت بگيرد .
درچنين مواردي هدف از مطالعات اكتشافي كسب اطلاعاتي جهت استفاده كمترين پوششهاي لازم سازه زيرزميني بريا پايداري در مقابل عوامل مخرب مي باشد .
چند تا لطیفه از غضنفر