Os túneis foram originalmente construídos como parte dos sistemas de distribuição de água e esgoto, que remontam aos dias do Império Romano. Seu primeiro uso para transporte foi como parte de sistemas de canais no século XVII. Com o desenvolvimento das ferrovias no século 19 e dos automóveis no século 20, os túneis tornaram-se mais longos e complexos. Os métodos mais comuns para construir túneis são o método de cortar e cobrir, o método de tubo imerso ou o uso de uma máquina de perfuração de túnel.
Passos
Parte 1 de 4: Fatores a serem considerados na construção de um túnel
Etapa 1. Considere onde o túnel será construído
A localização do túnel proposto determinará quais ferramentas e técnicas são necessárias para construí-lo e prepará-lo para o uso pretendido. Os túneis podem ser divididos em 3 tipos:
- Túneis de solo macio. Esses túneis requerem suporte nas aberturas para evitar que o túnel desmorone. Esses túneis são geralmente rasos e usados para metrôs, distribuição de água e sistemas de remoção de águas residuais.
- Túneis de rocha. Por serem escavados em rocha sólida, esses túneis requerem pouco ou nenhum suporte adicional. Os túneis de trens e carros são geralmente dessa variedade.
- Túneis subaquáticos. Como o nome indica, esses túneis passam por baixo de rios, lagos, canais e, no caso do “Chunnel”, estreitos como o Canal da Mancha. Esses são os túneis mais difíceis de construir, pois a água deve ser mantida longe do túnel durante e após a construção.
- Construir um túnel sob uma cidade oferece problemas semelhantes aos de um túnel subaquático, pois o solo ao redor do túnel tende a ceder com o peso dos edifícios acima dele. O conhecimento da geologia da área ajuda a prever o quanto o solo vai ceder e sugere quais métodos podem minimizar a flacidez.
Etapa 2. Considere o caminho do túnel
Um túnel com um caminho longo, único e reto é comparativamente fácil de perfurar com uma broqueadora de túnel. Túneis que diferem desse projeto oferecem problemas que tornam sua construção mais complexa.
- Túneis curtos não são entediados com máquinas de perfuração de túneis porque não é econômico fazer isso.
- Túneis que exigem diâmetros de furo diferentes em partes diferentes de suas rotas também tornam o uso de uma máquina de perfuração de túnel impraticável devido aos atrasos no ajuste do diâmetro do furo.
- Túneis que fazem curvas acentuadas ou possuem eixos que se cruzam também tornam o uso de uma máquina de perfuração impraticável.
Etapa 3. Considere o propósito do túnel
A finalidade do túnel determina que trabalho adicional, além de fazer o próprio túnel, será necessário antes de colocá-lo em serviço.
- Os túneis que transportam passageiros requerem algum tipo de ventilação. Para túneis rodoviários, isso geralmente significa poços de ventilação para evitar o acúmulo de monóxido de carbono. Para túneis ferroviários, isso pode significar ventilação de ar forçado para remover a exaustão do motor a diesel. Ambos apresentam métodos suplementares para lidar com a fumaça criada em caso de incêndio no túnel.
- Túneis muito usados, como o Big Dig em Boston, podem apresentar centros de operações continuamente tripulados com equipamento de vídeo para monitorar o tráfego dentro do túnel e lidar com emergências.
- Longos túneis rodoviários, como o túnel Eisenhower no Colorado, podem ser iluminados com luzes suspensas para a conveniência de motoristas e passageiros. Outros túneis rodoviários, como os do Parque Nacional de Zion em Utah, podem apresentar recortes cênicos para permitir que a luz natural entre no túnel e fornecer aos passageiros vislumbres da paisagem ao redor.
- Alguns túneis, como o Queensway Tunnel entre Liverpool e Birkenhead, Inglaterra e o Lion Rock Tunnel entre Sha Tin e New Kowloon em Hong Kong, combinam um convés superior de tráfego de passageiros com um convés de serviço inferior para água, canos ou cabos. Outros túneis, como o túnel SMART da Malásia, podem ser usados para controle de tráfego ou inundação.
Parte 2 de 4: Usando o método cortar e cobrir
Etapa 1. Cave uma trincheira
A área onde ficará o túnel é totalmente escavada, com o teto do túnel a ser criado e coberto quando o túnel for concluído. Este tipo de túnel é construído de duas maneiras:
- De baixo para cima: o suporte do solo é criado primeiro e, em seguida, o túnel é construído ao redor dele.
- De cima para baixo: as laterais e o telhado do túnel são construídos no nível do solo, e a vala do túnel é cavada sob ele.
- Ambos os métodos são usados principalmente para túneis mais rasos, embora o método de cima para baixo permita cavar túneis mais profundos do que o método de baixo para cima. Túneis mais profundos são freqüentemente escavados com a ajuda de uma blindagem de túnel, uma estrutura em forma de caixa com pequenas venezianas abertas para cavar. Uma vez que a sujeira na frente do escudo é removida, o escudo é movido para frente para continuar a cavar.
Etapa 2. Crie as paredes e o telhado do túnel
As paredes e o teto do túnel podem ser construídos à medida que o túnel está sendo cavado ou podem ser pré-construídos e colocados no local enquanto o túnel está sendo cavado. Os materiais de hoje incluem o seguinte:
- Arcos de aço ondulado.
- Arcos pré-fabricados de concreto.
- Paredes pré-fabricadas de concreto.
- Concreto derramado ou pulverizado. Freqüentemente, isso é usado em conjunto com um dos métodos de arco formado.
Etapa 3. Conclua o túnel
A forma como isso é feito depende se o método ascendente ou descendente foi usado.
- Túneis criados com o método de baixo para cima devem ser preenchidos de volta para cobrir o teto do túnel e qualquer superfície que exista acima do teto do túnel é então construída ou reconstruída.
- Os túneis criados com o método de cima para baixo são escavados abaixo de onde as paredes e o teto do túnel foram erguidos e, em seguida, uma laje de base, que serve como piso do túnel, é criada.
Parte 3 de 4: Usando tubos imersos
Etapa 1. Dragar uma trincheira quando o túnel for concluído
Este método é semelhante ao método de cortar e cobrir, mas é usado para cavar túneis subaquáticos. A trincheira precisa percorrer o comprimento que o túnel percorrerá debaixo d'água.
Etapa 2. Coloque uma série de tubos de aço ao longo do comprimento da vala
Cada tubo é selado em cada extremidade com uma antepara. Se o tubo for para um túnel de carro, como no caso do Ted Williams Tunnel em Boston, os tubos incluem seções de estradas pré-construídas.
Etapa 3. Cubra o tubo com aterro suficiente para suportar a pressão da água acima dele
Para o túnel Ted Williams, essa era uma camada de rocha de 1,5 m de espessura.
Etapa 4. Conecte os tubos removendo as anteparas intermediárias
Quaisquer segmentos rodoviários ou ferroviários embutidos nos tubos também seriam conectados neste momento.
Parte 4 de 4: usando uma máquina de perfuração de túnel
Etapa 1. Escolha a máquina de tunelamento certa para o trabalho
As perfuratrizes de túnel, chamadas de TBMs ou “moles”, apresentam placas circulares na frente chamadas de escudos. Cortadores em forma de disco na blindagem rasgam rochas e sujeira, que passam por aberturas na blindagem em uma correia transportadora dentro do TBM que a deposita atrás da máquina.
- Os tipos de blindagem TBM variam de acordo com se a toupeira é para cavar em solo macio e úmido ou rocha dura. Os diâmetros do escudo variam do escudo de 26,3 pés (8,03 m) de Aker Wirth em seu TBM usado para as usinas de energia Linth-Limmern da Suíça até o "Big Bertha" da Hitachi Zosen, com seu diâmetro de 57,5 pés (17,5 m).
- Toupeiras projetadas para cavar túneis abaixo do lençol freático também apresentam câmaras na frente para pressurizar o solo que está sendo cavado.
- Para trabalhos grandes, vários TBMs podem ser solicitados. O Túnel do Canal requer 11.
Etapa 2. Coloque a máquina na posição
Para um túnel de nível de superfície, isso não é problema. Se o túnel for perfurado no subsolo, um poço de acesso, geralmente circular, é perfurado e revestido de concreto. O TBM é baixado para dentro dele e o túnel é escavado a partir desse ponto.
- Para túneis longos, vários poços de acesso são perfurados.
- Quando o túnel for concluído, os poços de acesso podem se transformar em poços de ventilação e / ou saídas de emergência. Se não forem empregados dessa forma, eles serão deixados no local durante a vida útil do túnel.
Etapa 3. Erga os suportes do túnel à medida que a máquina perfura
Segmentos de concreto pré-moldado são erguidos atrás do TBM para formar um anel em intervalos pré-determinados.
Etapa 4. Pulverize concreto nas paredes escavadas entre os anéis de suporte
O concreto projetado, ou concreto projetado, reveste e estabiliza as paredes do túnel. O concreto projetado pode incluir fibras de aço ou polipropileno para fortalecê-lo, da mesma forma que o vergalhão de aço é usado para fortalecer o concreto fundido. O concreto projetado também contém um acelerador para ajudá-lo a aderir às paredes do túnel e secar rapidamente.
Pontas
- Os primeiros túneis foram perfurados na rocha por furos e uso de explosivos: primeiro pólvora negra e depois dinamite. Seriam erguidos suportes temporários de molduras de madeira, substituídos por tijolos e alvenaria. Os túneis posteriores usaram anéis de ferro fundido segmentados, aparafusados uns aos outros, no lugar da madeira e da alvenaria.
- Os túneis também podem ser perfurados em terra fofa usando macacos para empurrar tubos / canos ou escavadeiras em forma de caixa com cabeçotes de corte. Os túneis jacked tendem a ser estreitos, não mais do que 10,5 pés (3,2 m) de diâmetro, enquanto os túneis jacked podem ter até 65,6 pés (20 m).
