Σήραγγα

Μια πρώην σιδηροδρομική Σήραγγα, κοντά στο Χούγετ στο Βέλγιο, που έχει μετατραπεί για χρήση από πεζούς και ποδήλατα

Μία σήραγγα είναι ένα υπόγειο πέρασμα. Ο ορισμός του τι αποτελεί μία σήραγγα δεν είναι καθολικά αποδεκτός. Παρ' όλα αυτά, γενικά, οι σήραγγες έχουν τουλάχιστο δύο φορές μεγαλύτερο μήκος από το πλάτος τους. Επιπλέον, πρέπει να είναι πλήρως κλεισμένες από όλες τις πλευρές, εκτός από τα ανοίγματα σε κάθε πλευρά.

Μία σήραγγα μπορεί να αποτελεί δίοδο για πεζούς, ποδηλάτες, μηχανοκίνητα οχήματα, για μεταφορικά μέσα σταθερής τροχιάς ή για πλοία. Μερικές χρησιμοποιούνται ως υδραγωγεία, κατασκευασμένες αποκλειστικά για την μεταφορά νερού, για κατανάλωση, για υδροηλεκτροπαραγωγή ή σαν αποχετευτικός αγωγός, ενώ άλλες παρέχουν άλλες υπηρεσίες όμως την φιλοξενία τηλεπικοινωνιακών καλωδίων. Υπάρχουν ακόμα και σήραγγες για την διέλευση ορισμένων σημείων από ζώα υπό εξαφάνιση. Μερικές μυστικές σήραγγες έχουν κατασκευαστεί ως μέσο για την είσοδο ή διαφυγή από μια περιοχή.

Γεωτεχνική Μελέτη

Είναι απαραίτητο πριν την κατασκευή μίας σήραγγας να προηγήται απο μία εμπεριστατωμένη μελέτη της κατάστασης του εδάφους. Η ανάλυση αυτής της μελέτης θα οδηγήσει σε καλύτερη επιλογή των μηχανημάτων και των μεθόδων διάνηξης. Στα αρχικά στάδια, ο οριζόντιος και ο κάθετος προσανατολισμός της σύραγγας θα βελτιστοποιηθεί βάση της γεωτεχνικής μελέτης ώστε να αποφευχθεί το ασταθές ή πολύ σκληρό έδαφος όπως επίσης και θήλακες νερού.

Σε μερικές περιπτώσεις, συμβατικές μέθοδοι της γεωτεχνικής μελέτης δεν παράγουν επαρκείς πληροφορίες για την εκτίμηση, για παράδειγμα, της φύσης των όγκων πετρωμάτων ή της ακριβής περιοχής ελλατωματικών ζωνών. Αυτό μπορεί να είναι ιδιαίτερο πρόβλημα σε σήραγγες μεγάλης διαμέτρου. Για να αντιμετωπιστούν αυτά τα προβλήματα, προηγήται της κυρίως σήραγγας μία πιλότική σήραγγα, ή φρεάτιο. Αυτή η σήραγγας μικρότερης διαμέτρου μπορεί να υποστηριχθεί ευκολότερα όταν προκείψουν απρόβλεπτες συνθήκες και τελικά να ενσωματωθεί στην τελική σύραγγα. Εναλλακτικά, μπορούν να χρησιμοποιηθούν βαθειές οπές όπου παίρνονται δείγματα μπροστά απο το μέτωπο της σήραγγας.

Κατασκευή

Κατασκευή της σύραγγας Γκόταρντ στις Ελβετικές Άλπεις

Κατασκευή σήραγγας του μετρό του Παρισιού με την μέθοδο Σκαφής και Επικάληψης (Cut-and-cover)

Οι σύραγγες κατασκευάζονται σε διάφορους τύπους υλικών, απο μαλακό πηλό μέχρι σκληρά πετρώματα και η μέθοδος εκσκαφής εξαρτάται απο τις συνθήκες του εδάφους.

Εκσκαφή και Επικάλυψη (Cut-and-Cover)

Η Εκσκαφή και Επικάλυψη είναι μια απλή μέθοδος κατασκευής σηράγγων σε μικρή απόσταση απο την επιφάνεια, όπου πρώτα σκάβεται ένα όρυγμα και μετά τοποθετείται απο πάνω η οροφή. Η αντοχή της οροφής και του συστήματος στήριξης θα πρέπει να είναι αρκετά ισχυτό ώστε να μπορεί να αντεπεξέλθει στο βάρος των υλικών επικάληψης, των δρόμων και οτιδήποτε βρίσκεται στην επιφάνεια.

Είναι διαθέσιμες δύο βασικές μορφές της Εκσκαφής και Επικάληψης:

• Μέθοδος από την βάση (bottom-up): Ένα όρυγμα σκάβεται, με υποστήριξη του εδάφους όπου χρειάζεται, και η σήραγγα κατασκευάζεται μέσα σε αυτό. Η σήραγγα μπορεί να αποτελείται απο σκυρόδεμα που χυτεύεται επιτόπου, προκατασκευασμένα κομμάτια σκυροδέματος, προκατασκευασμένα τόξα, ατσάλινα τόξα. Παλαιότερα χρησιμοποιούνταν τούβλα για την κατασκευή. Το όρυγμα στην συνέχεια επικαλήπτεται, με προσοχή στην εξισορρόπηση της συμπίεσης των υλικών επικάλυψης, και η επιφάνεια αποκαθίσταται.
• Μέθοδος από την οροφή (top-down): Σε αυτή την μέθοδο, κατασκευάζονται διαφραγματικοί, πλευρικοί τοίχοι και πάνω σε αυτούς στηρίζονται δοκοί στήριξης στο επίπεδο του εδάφους. Στην συνέχεια γίνεται μια ρηχή εκσκφαφή ώστε να είναι δυνατή η κατασκευή της οροφής με προκατασκευασμένα τόξα ή με χύτευση σκυροδέματος επιτόπου. Η επιφάνεια αποκαθίσταται εκτός από ορισμένα ανοίγματα. Τα μηχανήματα που χρησιμοποιούνται για την διάνοιξη της σύραγγας κατεβαίνουν μέσω των ανοιγμάτων και ξεκινούν την εκσκαφή κάτω απο την μόνιμη οροφή, μέχρι την βάση της σύραγγας. Αυτό επιτρέπει την γρήγορη επαναχρησιμοποίηση των δρόμων ή άλλων υπηρεσιών που βρίσκονται στην επιφάνεια. Με αυτή την μέθοδο κατασκευάζονται η σταθμοί του Μετρό Θεσσαλονίκης.

Οι ρηχές σύραγγες είναι συχνά εκσκαφής και επικάληψης ενώ για μεγαλύτερα βάθυ χρησιμοποιήται μηχάνημα διάνοιξης με ασπίδα εκσκαφής.

Μηχανήματα Εκσκαφής

Ένα μηχάνημα εκσκαφής σηράγγων που χρησιμοποιήθηκε στην Νεβάδα των Η.Π.Α.

Τα Μηχανήματα Εκσκαφής Σηράγγων ή TBM όπως ονομάζονται απο το αγγλικό αρκτικόλεξο (Tunnel boring machines) σχετίζονται με πολλά συμπληρωματικά στοιχεία που μπορούν να αυτοματοποιήσουν ολόκληρη την διαδικασία εκσκαφής της σύραγγας. Υπάρχουν πολλών ειδών TBM που λειτουργούν σε ένα εύρος συνθηκών, από σκληρά πετρώματα μέχρι έδαφος με θύλακες νερού. Ορισμένοι τύποι TBM έχουν διαμερίσματα υπο πίεση στο μπροστινό μέρος, επιτρέποντας τα να χρησιμοποιούνται σε δύσκολες συνθήκες όπως κάτω απο υδάτινο πυθμένα. Αυτό συμπιέζει το έδαφος μπροστά απο την κεφαλή εκσκαφής του TBM για να αντισταθμίσει στην πίεση του νερού. Ο χειριστής εργάζεται υπο κανονική ατμοσφαιρική πίεση πίσω από το συμπιεσμένο διαμέρισμα, αλλά μπορεί να χρειαστεί να εισέλθει στο συμπιεσμένο διαμέρισμα για να αλλάξει ή να επιδιορθώσει τους κόφτες. Αυτό απαιτεί ειδικές προφυλάξεις, όπως τοπική προεργασία του εδάφους ή την ακινητοποιήση του TBM σε περιοχή χωρίς νερό. Παρόλες τις δυσκολίες, σήμερα προτιμούνται τα TBM απο την προηγούμενη μέθοδο της εκσκαφής σε ατμόσφαιρα υπο πίεση, με έναν θάλαμο απομόνωσης και αποσυμπίεσης σε κάποια απόσταση απο το TBM, η οποία απαιτεί να εργάζονται οι χειριστές σε υψηλή πίεση και να πρέπει να περνούν απο θάλαμο αποσυμπίεσης στο τέλος της βάρδιάς τους, όπως οι δύτες.

Μέχρι πρόσφατα, το μεγαλύτερο TBM που κατασκευάστηκε, χρησιμοποιήθηκε για την διάνυξη της σήραγγας Πράσινη Καρδιά (αγγλικά: Green Heart Tunnel, Ολλανδικά: Tunnel Groene Hart) στην Ολλανδία. Είχε διάμετρο 14,87 μέτρα.

Σήμερα υπάρχουν ακόμα μεγαλύτερα μηχανήματα, όπως για παράδειγμα τα μηχανήματα που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή του περιφερειακού δρόμου της Μαδρίτης στην Ισπανία και της σύραγγας Χονγκ Μινγκ στην Σανγκάι στην Κίνα.