اصول مهندسی تونل | آموزش رایگان مبانی حفر تونل و فضاهای زیرزمینی — به زبان ساده

مهندسی تونل یکی از حوزه‌های مهندسی عمران - ژئوتکنیک و از گرایش‌های کارشناشی ارشد مهندسی معدن است که به مطالعه روش‌های تحلیل، طراحی و اجرای فضاهای زیرزمینی می‌پردازد. مهندسی تونل ارتباط نزدیکی با مفاهیم مقاومت مصالح، مکانیک خاک، مکانیک سنگ و بهسازی زمین دارد. به دلیل اهیمت بالای این مبحث در پروژه‌های تونلسازی، قصد داریم اصول مهندسی تونل و حفر فضاهای زیرزمینی را در این مقاله آموزش دهیم. در طی این آموزش، برخی از تعاریف ابتدایی، انواع، مطالعات زمین شناسی، مبانی طراحی، روش‌های اجرا، سیستم‌های نگهداری و خدمات فنی را به همراه بهترین منابع و کتاب های اصول مهندسی تونل معرفی می‌کنیم.

تونل چیست؟

«تونل» (Tunnel)، مسیر زیرزمینی یا دورپوشیده‌ای است که به منظور عبور انسان‌ها، ماشین‌آلات، تاسیسات و مصالح مورد استفاده قرار می‌گیرد. تونل‌ها به صورت طبیعی یا مصنوعی ساخته می‌شوند.

فیلم آموزش حفر چاه و فضاهای زیرزمینی در فرادرس

کلیک کنید

مسیرهای حفر شده در زیرِ زمین، نزدیک به سطح زمین، درون کوه‌ها و زیر آب را می‌توان به عنوان مثال‌هایی از تونل در نظر گرفت. تونل‌ها دارای انواع مختلف با کاربری‌های متنوع در حوزه‌های مهندسی (عمران، معدن)، نظامی و محیط زیست هستند.

مهندسی تونل چیست و مهندس تونل کیست؟

مهندسی تونل، یکی از گرایش‌های تخصصی مهندسی ژئوتکنیک و معدن است که اصول مورد نیاز برای مطالعه رفتار حفریات زیرزمینی در شرایط بارگذاری مختلف را در اختیار مهندسان قرار می‌دهد.

فیلم آموزش مهندسی تونل – جامع و با مفاهیم کلیدی در فرادرس

کلیک کنید

مهندس تونل، کارشناسی است که با استفاده از اصول مهندسی تونل به تحقیق، تحلیل، طراحی و اجرای حفریات زیرزمینی می‌پردازد. برای آشنایی بهتر با اصول مهندسی تونل ابتدا باید با ویژگی‌ها، کاربردها و انواع تونل آشنا شد.

مزایای تونل چیست؟

از مهمترین مزایای ساخت تونل در مقایسه با دیگر روش‌های راه‌سازی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• در عمق‌های زیاد، تونلسازی هزینه کمتری نسبت به روش‌های خاکبرداری دارد.
• ساخت تونل در اعماق زیاد، مشکلی را برای انجام فعالیت‌های روی زمین ایجاد نمی‌کند.
• تونلسازی، از سرعت اجرای بالا و مصرف پایین انرژی بهره می‌برد.
• اجرای تونل، آلوگی صوتی کمتری دارد.
• بارش برف و خطرات ناشی از یخ‌زدگی در ارتفاعات بالا، هیچ تداخلی را در فرآیند ساخت تونل ایجاد نمی‌کنند.
• ساخت تونل با شیب مناسب، هزینه حمل و نقل را کاهش می‌دهد.
• حمل و نقل عمومی با استفاده از تونل، مزیت‌های بیشتری نسبت به پل دارد.
• تونل از خطرات ناشی از انفجارهای سطحی در امان است.

انواع تونل کدام هستند؟

معیارهای مختلفی نظیر جنس محیط، راستای مسیر، شکل سطح مقطع و کاربری برای تقسیم‌بندی انواع تونل مورد استفاده قرار می‌گیرند. تونل‌ها بر اساس جنس محیط دربرگیرنده به انواع خاکی، سنگی، با مصالح پرکننده، آبی و شنی تقسیم‌بندی می‌شود. اجرای این مسیرها معمولا با راستای مستقیم یا کفی، مارپیچی و شیب‌دار صورت می‌گیرد. به علاوه، تونل‌ها را می‌توان با سطح مقطع دایره‌ای، مستطیلی، بیضوی، نعلی، تخم مرغی و چندمرکزی ساخت. این سازه‌های مهندسی دارای کاربردهای متنوعی در زمینه راهسازی (جاده، راه‌آهن، مترو)، معدنکاری، انتقال آب، انحراف آب (سدسازی) و توزیع خدمات شهری هستند. در ادامه به توضیح بیشتر انواع تونل بر اساس کاربرد می‌پردازیم.

تونل معدنی چیست؟

استخراج ذخایر معدنی معمولا به دو روش سطحی و زیرزمینی انجام می‌گیرد. تونل، یکی از بخش‌های ثابت در اکثر معادن زیرزمینی است.

فیلم مجموعه آموزش مهندسی معدن و ژئوتکنیک – از دروس دانشگاهی تا کاربردی در فرادرس

کلیک کنید

تونل های معدنی به منظور جابجایی کارکنان (ورود و خروج)، اتصال طبقات مختلف به یکدیگر (رمپ)، دسترسی به کارگاه‌ها، حرکت ماشین‌آلات و انتقال مواد استخراجی توسط تجهیزات باربری (لوکوموتیو، واگن، نوار نقاله و غیره) مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تونل راه یا تونل حمل و نقل چیست؟

استفاده از تونل برای عبور و مرور وسایل نقیله را می‌توان به عنوان شناخته‌شده‌ترین کاربرد این سازه مهندسی در نظر گرفت. ساخت تونل راه معمولا درون بلندی‌ها (کوه، تپه)، زیرِ زمین و حتی زیرِ آب انجام می‌گیرد. هدف اصلی از اجرای این نوع تونل، ایجاد مسیرهای مستقیم با عبور از داخل موانع (اتصال نقاط مختلف با کمترین فاصله ممکن) و افزایش سرعت جابجایی وسایل نقلیه است.

فیلم مجموعه آموزش مهندسی حمل و نقل و ترافیک – از دروس دانشگاهی تا کاربردی در فرادرس

کلیک کنید

به این ترتیب، هزینه اجرای جاده‌های پیچیده و حجم ترافیک ناشی از سرعت پایین وسایل نقلیه کاهش می‌یابد. تونل مترو و تونل راه آهن نیز از دیگر انواع تونل‌های حمل و نقل هستند که به منظور جابجایی افراد یا باربری مواد مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تونل انتقال آب چیست؟

تونل انتقال آب، همان طور که از نامش پیداست، به منظور انتقال آب برای مصارف خانگی، صنعتی و کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته برخی از تونل‌های انتقال آب، برای مقاصد محیط زیستی نیز کاربرد دارند. به عنوان مثال، هدف از احداث تونل انتقال آب کانی سیب، احیای دریاچه ارومیه است.

تونل انحراف آب چیست؟

یکی دیگر از کاربردهای تونل، انحراف جریان آب رودخانه در هنگام ساخت سد است. به تونل‌های حفر شده برای این منظور، «تونل انحراف» (Diversion Tunnel) می‌گویند. تونل‌های انحراف برای کاربری‌های موقتی یا دائمی ساخته می‌شوند. برخی از این تونل‌ها به منظور هدایت آب جهت تامین آب مورد نیاز مصارف خانگی، صنعتی و کشاورزی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تونل تاسیسات شهری چیست؟

تونل تاسیسات شهری، یکی دیگر از انواع تونل‌ها است که در انتقال برق، گاز، آب (تاسیسات بهداشتی ساختمان)، فاضلاب و دیگر خدمات شهری کاربرد دارد. به کارگیری تونل تاسیسات شهری، علاوه بر جلوگیری از اشغال کردن اضافی فضای شهر توسط کابل‌ها و لوله‌ها، مانع از آسیب رسیدن به این تجهیزات در شرایط آب و هوایی یا توسط عوامل دیگر می‌شود. قنات یا کاریز را می‌توان به عنوان یکی از نمونه‌های سنتی تونل انتقال آب و تاسیسات شهری در نظر گرفت.

مراحل ساخت تونل چه هستند؟

اصول مهندسی تونل و اجرای حفریات زیرزمینی مشابه دیگر سازه‌های مهندسی است. تونل طی مطالعه ساختگاه، تحلیل، طراحی، تجهیز کارگاه، حفاری (سنتی یا مکانیزه)، نصب سیستم نگهداری و اجرای تاسیسات (خدمات فنی) ساخته می‌شود. در ادامه، به معرفی اجمالی برخی از مهم‌ترین مراحل ساخت تونل می‌پردازیم.

فیلم آموزش مهندسی تونل – جامع و با مفاهیم کلیدی در فرادرس

کلیک کنید