Tunel je koncepčně jednoduchý pojem: díra v zemi, zpravidla vodorovná nebo s mírným sklonem. Dálniční tunely, které procházejí horami, podzemní vedení metra nebo městské kanalizační potrubí jsou typy tunelů, které jsou všude.
Matematicky vzato je tunel „subtrakční operace“, při níž se ze země vytěží zemina nebo hornina. Tímto způsobem prostor, který dříve zabíral daný kus země, tvoří část otvoru, kterým prochází voda, lidé, materiál atd. Co se však při hloubení tunelu stane se vším vytěženým materiálem?“
Při hloubení tunelu se vyvrátí spousta materiálu
Pokud jste někdy strávili léto na pláži a kopali malý příkop, rychle jste si uvědomili, že s každým kopnutím musíte mokrý písek posunout o kus dál. Zpočátku se hromadí v blízkosti celku, ale hora brzy dosáhne značných rozměrů. Proveďme jednoduchou matematiku: Kolik písku, hlíny nebo kamení je třeba přemístit, aby se do tunelu vešlo moje auto?“
Pro zjednodušení našich výpočtů předpokládejme, že tunely jsou dokonale kruhové a jejich průměr je 5 metrů. Skutečný tunel bude samozřejmě záviset na počtu jízdních pruhů a předpisech jednotlivých zemí. Vzpomínáte si na vzorec pro objem válce, který jste viděli ve škole? V=π-r2-l, kde r je poloměr a l je délka.
Tunel o poloměru 2,5 metru (je to velmi malý tunel) a délce 100 metrů (opět malý) nám dává objem 1 963 metrů krychlových materiálu. Abychom si udělali představu o tom, zda je to hodně, nebo málo, zamysleme se nad tím, že nákladní auto na cement má kapacitu 6 až 9 m3 a popelářské auto přibližně 7 až 20 m3.
Sklápěč, vozidlo specializované na přepravu hustých materiálů, jako je kámen nebo zemina, má obvykle maximálně 10 m3. Protože skála váží hodně (a proto zabírá méně místa), použijme ji jako příklad. Abychom vytvořili malý tunel s jedním jízdním pruhem na velmi krátkou vzdálenost, potřebujeme asi 200 jízd, abychom vytěžený materiál odvezli někam jinam. Představte si velký stavební projekt.
Recyklace stavebních materiálů
S tímto velmi základním výpočtem v malém měřítku se projděme Londýnem a některými projekty, na kterých společnost Ferrovial pracuje, jako je projekt Tideway na rozšíření sítě kanalizačního systému nebo rozšíření trati Elizabeth. V prvním případě uvažujme o otvoru o průměru 32 metrů a výšce 53 metrů, který je potřeba pro spuštění tunelovacích strojů.
Při použití výše uvedeného vzorce opět získáme objem 42 625 metrů krychlových. I kdyby to všechno byla kompaktní hornina o hmotnosti 2 000 kg/m3 (nebyla – bylo tam hodně písku, hlíny nebo bahna), mluvíme o více než 85 milionech kilogramů jen pro pomocný otvor, aniž bychom brali v úvahu stavbu samotného tunelu. Co se vším tímto materiálem můžeme dělat?“
Jedním z nejčastějších způsobů využití zbytků výkopu je recyklace materiálu. Často se materiály zbylé po otevření tunelu prodávají na trhu s materiály firmám, které hledají určité stavební prvky. Například písek pro stavbu fotovoltaických článků nebo štěrk pro městské parky.
Občas se recyklace provádí na místě, například když se vytěžené materiály použijí na výrobu jiných potřeb. Typickým příkladem je beton. Při stavebním projektu, kdy se vytěží desítky tun písku a štěrku, je vhodné, aby se část materiálu vrátila v podobě betonu. Odvážet písek a štěrk ze stavby jen proto, aby se přivezl další, nedává smysl, navíc to není příliš udržitelné.
Zbytky z horského tunelu k vyrovnání příjezdové cesty
Skutečným, velmi častým případem – zejména vysoko v horách, v odlehlých oblastech a na vedlejších silnicích s velmi malou údržbou – je použití části vytěžené horniny k vylepšení příjezdové cesty k tunelu. Topografové využívají hutněný materiál k rozšíření vozovky.
Podle výše uvedeného obrázku, jak můžeme rozšířit vozovku? Jednou z možností, která se často používá u kopců s malým sklonem, je výkop na úrovni stejné šířky kopce, ale pokud máme svahy jako na fotografii, nefunguje to ve prospěch bezpečnosti. Musíme rozšířit vnější stranu svahu a přidávat materiál, dokud nedosáhneme úrovně vozovky.
Občas, abychom vozovce přidali určitou šířku, je zapotřebí mírný svah, který zabere mnohem více svislé vzdálenosti, aby se dostal na dno. Něco podobného se vyskytuje u profilu přehrad, který se svažuje proti zatížení a k zajištění svahu využívá zhutněnou zeminu.
Jak lze pozorovat na profilu přehrady, vyvolává to obrovskou potřebu materiálu. Použití materiálů ze samotného výkopu je způsob, jak snížit dopad rozšíření na životní prostředí. Pokud budou oba stavební projekty probíhat současně nebo zády k sobě, získáme zajímavou synergii.
Pevné kofferdamy Temže budou využívat místní materiály
V jiném článku jsme se zmínili o tom, jak se staví kofferdamy Temže pro projekt Tideway. Tyto pomocné konstrukce budou trvalé a bude na ně použito velké množství místních materiálů. Na obrázku níže můžeme vidět jejich příklad. I když je nepravidelný, můžeme obrázek zjednodušit na obdélník o rozměrech přibližně 70 × 35 m.
To nám dává plochu 2 450 m2 a objem 24 500 m3 materiálu pro kofferdam vyvýšený ve výšce přibližně 10 metrů nad Temží. V některých částech řeky budou stěny vyvýšeny ještě výše. Ale bez ohledu na to, jak provedeme výpočty, je snadno vidět, že tento typ stavebních prací vyžaduje další materiál.
Pokud navíc přijde čas na zhutnění terénu v oblasti, aby se zvýšila budoucí bezpečnost stavby, musíme mít na paměti způsob, jakým se svažuje dolů, a potřebu přidání dalších vrstev zeminy.
Tyto dva příklady nejsou jedinými možnostmi. Před několika lety bylo v tunelu Albertia (Guipúzcoa), který stavěla společnost Ferrovial Agroman, opětovně použito 700 000 m3 materiálu, který pocházel z výkopu, aby se zabránilo dopadu samotných stavebních prací na životní prostředí, a navíc byly zachovány místní druhy, pokud jde o zakrytí použitého prostoru.
