Tunnelid: määratlus, tüübid, kaevamisviisid ja ehitus

Tunnelid: määratlus, tüübid, kaevamisviisid ja ehitus — ülevaade tunnelite liikidest, kaevamismeetoditest (kaevandamine, lõikamine ja katmine), projekteerimisest ja ehituspraktikast.

Tunnel on maa-alune või muul viisil pinnast ületav läbipääs. Mõned tunnelid on mõeldud autodele, teised aga rongidele. Mõnikord kasutatakse tunnelit laevade liikumiseks (näiteks sukeldatud toru‑ või kanalitunnelid). Mõned tunnelid on ehitatud sidekaablite jaoks ja mõned elektrikaablite jaoks. Teised tunnelid on ehitatud loomade jaoks (nt väiksemad alaläbivad tunnelid, mis aitavad loomadel teid ohutult ületada).

Tunnelite tüübid

Tunnelid jagunevad otstarbe ja asukoha järgi:

• Maanteetunnelid: autoliiklust ja maanteesüsteeme ühendavad tunnelid.
• Raudteetunnelid: kiire- või tavarongiliikluseks, sealhulgas metroo- ja lähirongitunnelid.
• Veesõidutunnelid ja sukeldatud torud: veetakistuste ületamiseks ehitatavad konstruktsioonid, mis võivad olla osaliselt eelvalmistatud ja vee alla paigutatud.
• Teenindus- ja kommunaaltunnelid: side-, elektri-, vee- ja kanalisatsioonitorude ning kaablite paigutamiseks.
• Põhjamudeli ja varjenditunnelid: sõjalised või tsiviilkaitse eesmärgid.
• Väiksemad loomade või jalakäijate tunnelid: näiteks ökoloogilised koridorid.

Kaevamisviisid

Tunnelid kaevatakse erinevatesse pinnastesse, alates pehmest liivast kuni kõva kaljuni. Kaevamisviisi valik sõltub pinnase tüübist, tunneli sügavusest, lähedalasuvast infrastruktuurist ja majanduslikest ning keskkonnaalastest kaalutlustest. Levinumad meetodid on:

• Puurimis- ja lõhkamismeetod (drill and blast): sobib kõva kalju puhul – puurides tehakse augud, mis täidetakse lõhkeainega ja seejärel eemaldatakse lahtine materjal.
• Tunnelipuurmasin (TBM – tunnel boring machine): väga levinud meetod pehmemates või järjekindlates pinnastes; TBM lõikab ette tunneli profiili ja paigaldab sageli ka segmenttugesid.
• "Cut and cover" ehk lõikamine ja katmine: süsteemis kaevatakse tunnel maapinna lähedale, ehitatakse tunnel ning seejärel kaetakse tagasi pinnasega. See sobib lühikeste või madalate tunnelite ja teede puhul. Originaaltekses mainiti seda kui sobivat maapinnalähedaste tunnelite ja infrastruktuuri jaoks.
• Sukeldatud toru meetod: eelvalmistatud torusegmente ujutatakse ja paigaldatakse kaevatud kraavi põhja, seejärel liidetakse ja ülekatetakse.
• Torupressimine ja mikrotunnel: väiksemate läbimõõtudega tunnelite rajamiseks, kus pinnast ei soovita suures ulatuses häirida (nt kanalisatsiooni paigaldus).
• NATM (Uus Austria tunneli meetod): meetod, mis kasutab olemasoleva kivimi kandevõime enda toetamiseks ja rakendab paindlikke ajutisi ning püsitoetusi (spraybetoon, rock bolts jms).

Ehitus ja tehnilised lahendused

Tunnelite ehitamine on suur tsiviilehitusprojekt, mis võib maksta väga suuri summasid. Pika tunneli kavandamine ja ehitamine võib võtta mitu aastat või isegi aastakümneid; enne ehitust tehakse põhjalikud geoloogilised uuringud, keskkonnamõjude hindamine ning projekteerimine (struktuurne, ventilatsiooni-, evakuatsiooni- ja veejuhtimissüsteemid).

Olulised ehitus- ja kasutuselemendid:

• Tugistruktuurid ja vooderdus: betoonist segmentvoodrid, pihustatud betoon (shotcrete), ankrud ja tursevardad.
• Veetakistus ja drenaaž: vett juhtivad kihid, kanalisatsioon, kuivendus- ja pumpimissüsteemid, et vältida vee kogunemist ja kahjustusi.
• Ventilatsioon: tunnelites on vajalik õhuvahetus, suitsu juhtimine ja temperatuurikontroll – kasutatakse pikkuse ja otstarbe järgi kas pikisuunalist või ristventilatsiooni.
• Turvalisus ja evakuatsioon: väljumisteed, häire- ja sidesüsteemid, tulekaitse, varuvalgustus ja ristühendused (näiteks kahe rööbastunneli vahelised ühendused).
• Tehnilised süsteemid: valgustus, signalisatsioon, raudtee puhul elekter ja signaallitseadmed ning hooldusrajatised.

Ohutus ja hooldus

Tunnelites on ohutuse tagamine eriti oluline: tulekahju korral peab olema selge evakuatsioonitee ja suitsu lahendused. Suured tunneliprojektid sisaldavad eraldi pääsetunnelit või teenindustunnelit ning regulaarsed hooldused hoiab ära degradatsiooni (nt voodri pragunemine, drenaaži ummistumine).

Kuulsad tunneli näited

Prantsusmaa ja Inglismaa vaheline La Manche'i väina tunnel (Channel Tunnel) on üks maailma tuntumaid tunneliühendusi mandrite vahel; see pikk tunnel on ligikaudu 50,45 kilomeetrit pikk ning koosneb kolmest paralleelsest rööpast (kaks peamist rongiboori ja teenindustunnel).

Šveitsis kaevati ja avati maailma pikim rööbastunnel, Gotthardi põhitunnel, mis valmis 2016. aastal ning on umbes 57,1 km pikk. See tunneli projekt vähendas märgatavalt reisiaega ja suurendas läbilaskevõimet Alpine transiidil.

Kokkuvõte

Tunnelid on keerukad inseneri‑ ja keskkonnaprojektid, mis võimaldavad ületada looduskeskkonna eraldusi – olgu selleks mäed, veekogud või tihedalt asustatud alad. Õige kaevamisviisi, tugisüsteemide ja ohutuslahenduse valimine sõltub geoloogiast, otstarbest ning majanduslikest ja sotsiaalsetest tingimustest.

Küsimused ja vastused

K: Milleks kasutatakse tunneleid?

K: Mis on tunneli kaevamise meetod "lõigata ja katta"?

K: Kui pikk on La Manche'i väina tunnel Prantsusmaa ja Inglismaa vahel?

K: Kui pikk on maailma pikim tunnel?

Otsing