شفت تونل: انواع، ساخت و مزایا

شفت های تونل گذرگاه های عمودی هستند که سطح زمین را به سقف تونل متصل می کنند. شفت ها مزایای زیادی دارند و در ساخت تونل ها مورد استفاده قرار می گیرند. پس از این که موقعیت و مسیر تونل به درستی تراز شد، شفت ها در نقاط مشخصی از خط تونل قرار می گیرند تا به عملیات تونل سازی کمک کنند.

اشکال شفت تونل

شفت های تونل به طور کلی دایره ای یا مستطیلی شکل هستند. شکل مستطیلی ممکن است برای شفت های موقتی که پس از ساخت تونل پر می شوند استفاده شود. شفت های دائمی با صفحات آستر فولادی فشرده یا بتن به شکل دایره ای اندود می شوند.

انواع شفت

1.شفت شیبدار

این شفت ها زمانی استفاده می شوند که عمق شفت کمتر باشد. حفاری چنین شفت هایی رو به بالا انجام می شود. مواد حفاری شده به پایین سقوط کرده و از تونل خارج می شوند. حذف گل و لای توسط گرانش با استفاده از یک گرادیان مناسب 45 درجه یا کمتر حاصل می شود.

2. شفت عمودی

حفاری این نوع شفت در مقایسه با شفت شیبدار معمولاً راحت تر و مقرون به صرفه تر است. در برخی موارد، قبل از اینکه شفت به طور کامل در جهت پایین حفاری شود، یک شفت پایلوت به سمت بالا حفر می شود. از شفت پایلوت برای پاکسازی مسیر استفاده می‌شود، سپس با پیشروی به سمت پایین قطر شفت به اندازه لازم افزایش می یابد.

3. شفت دایره ای

این شفت ها معمولا دایره ای هستند و با صفحات آستر فولادی یا بتن پیش تنیده اندود می شوند.

انواع شفت تونل بر اساس ماهیت خاک

1. شفت در سنگ/خاک سخت
2. شفت در زمین نرم

رویه عمومی ساخت شفت تونل

ساخت شفت تونل شامل مراحل زیر است:

1. حفاری شفت

برش مرکزی یا الگوی برش هرمی برای حفاری در خاک متشکل از سنگ یا در خاک سخت اتخاذ می‌شود. برای شفت ها در خاک های کم عمق نرم، یک حفاری باز تا عمق مناسب در محل مورد نظر اتخاذ می شود. در مورد شفت‌های بزرگ، روش پله‌ای برای تسهیل حفاری و پاکسازی به طور همزمان استفاده می‌شود. 

2. پاکسازی

فرآیند پاکسازی با دست انجام می شود و خاک در سطل هایی بارگیری و حمل می شود. با این حال، می توان از دو سطل استفاده کرد تا یکی پایین و دیگری بالا بیاید.

بار مواد منفجره باید طوری کنترل شود که قطعات منفجر شده در تونل برای جابجایی آسان بین 9 تا 90 کیلوگرم وزن داشته باشند. در مواردی که سایز شفت بزرگ باشد از لودر نیز می توان برای پاکسازی استفاده کرد.

3. چوب کاری

اگرچه به طور کلی فشار افقی اعمال نمی شود، چوب کاری برای نصب گاید ها و پشتیبانی از لگینگ در شفت سنگی ضروری است. لگینگ برای جلوگیری از شکستن قطعات کوچک سنگ و افتادن آنها و آسیب رساندن به کارگران استفاده می شود. «مجموعه‌های» الوار، قاب‌هایی از دو صفحه جانبی و یک جفت صفحه انتهایی هستند. این به دو بخش تقسیم می شود، یک نردبان و یک بالابر. فاصله مرکز به مرکز مجموعه ها 5 فوت است و هر مجموعه با استفاده از "پیچ و مهره های آویزان" از مجموعه بالایی آویزان می شود. مجموعه ها با بلوک و گوه به طرفین شفت محکم می شوند.

4. پمپاژ

شفت ها معمولاً به دلیل سطح آب زیرزمینی مرطوب هستند. درزهای مرطوب با تزریق سیمان آب بندی می شوند. هنگامی که پمپاژ برای تخلیه آب اضافی وارد شده در شفت ضروری باشد از "پمپ غوطه ور" استفاده می شود. قبل از شروع انفجار باید پمپ را جدا کرد و بالا آورد.

5. پیشروی به بالا

اگر سنگ سخت و مستحکم باشد، به جای حفر شفت ها از بالا، آن ها را از سمت تونل به بالا حفر می کنند. مزیت این کار این است که مواد منفجر شده به داخل تونل می ریزد و پمپاژ ضروری نخواهد بود. قطر اولیه شفتی که به سمت بالا حفر می شود بیش از 5 فوت نیست.

فرو رفتن شفت در زمین نرم

شفت ها در خاک نرم به طور کلی به دو نوع تقسیم می شوند:

1. شفت کم عمق

• برای شفت ها در خاک های کم عمق نرم، یک حفاری باز تا عمق مناسب در محل مورد نظر اتخاذ می شود.
• دو مجموعه الوار در فاصله مناسب قرار می گیرند و با یک تکه چوب مورب مهار می شوند.
• ورق متشکل از تخته به ضخامت 1.5 اینچ تا 3 اینچ در اطراف مجموعه ها قرار می گیرد و با خاکریز کردن در موقعیت خود نگه داشته می شود.
• ورق ها به داخل زمین رانده می شوند و همزمان حفاری زیر آنها انجام می شود و اطمینان حاصل می شود که ورق ها در موقعیت عمودی نگه داشته شوند.
• قاب ها به درستی ستون بندی شده و بعد از اینکه اولین مجموعه ورق کاملا در جای خود قرار گرفت، گوه می شوند.
• پس از فراهم کردن یک حاشیه یا جانپناه خاکی مختصر مرحله دوم حفاری به طور مشابه آغاز و تکمیل می شود.
• مجموعه های الوار باید در اعماق از پیش طراحی شده قرار گرفته و ثابت شوند تا در هنگام راندن ورق ها در برابر فشارهای جانبی مقاومت کنند.

2. شفت عمیق

 در جایی که عمق شفت بیشتر باشد، یک سیستم اصلاح شده میخ کوبی عمودی اجرا می‌شود. ورق های کوتاه 5 تا 6 فوتی استفاده شده از مجموعه های چوبی بیرون می زند و توسط گوه های دوتایی در موقعیت خود نگه داشته می شوند.

اقدامات احتیاطی در حین حفر شفت

• با محکم نگه داشتن ورقه ها روی سطح خاک از حرکت کلی زمین در پشت ورقه جلوگیری کنید.
• از انحراف ورق ها باید جلوگیری کرد زیرا این امر باعث ایجاد حفره در پشت ورق ها می شود.
• مجموعه بالایی در نزدیکی سطح زمین باید دارای ستون های قوی باشد تا در برابر بارهای زنده قابل توجهی مانند جرثقیل ها، انبوه مواد و ماشین آلاتی که معمولاً در دهانه شفت قرار می گیرند، مقاومت کند.
• به عنوان حصار محافظ دیواری به ارتفاع 3 فوت در اطراف لبه دهانه شفت ساخته می شود. این کار همچنین از ورود آب سطحی به شفت جلوگیری می کند.

طراحی تکیه گاه شفت

این طراحی بر اساس فشار افقی در چندین عمق مختلف است. بنابراین، فرمول طراحی تکیه گاه شفت به صورت زیر است:

H = KWD

که در آن،

H فشار افقی بر حسب پوند بر فوت مربع،W وزن خاک بر حسب پوند بر فوت مکعب، D عمق بر حسب فوت زیر سطح  و K ثابتی است که به نوع خاک بستگی دارد.

مزایای شفت تونل

1. شفت ها روند کار حفر تونل را بسیار تسریع می کنند.
2. خروجی هایی برای مواد حفاری شده و راه هایی برای دسترسی به تونل برای انتقال مصالح ساختمانی هستند.
3. در صورت هجوم حجم زیاد آب از آنها می توان به عنوان شفت پمپاژاستفاده کرد.
4. آنها به اصلاح تراز و به امتداد صحیح خط مرکزی در داخل تونل کمک می کنند.
5. در تونل‌های طولانی، تهویه مناسبی فراهم می کنند و برای خروج دود و هوای ناپاک از تونل مفید هستند.
6. شفت همچنین به عنوان راه فرار در تصادفات عمل می کند.