Tunneli on käsitteellisesti yksinkertainen käsite: reikä maassa, yleensä vaakasuorassa tai kevyesti kalteva. Valtatietunnelit, jotka kulkevat vuorten läpi, maanalaiset metrolinjat tai kaupunkien viemäriputket ovat tunnelityyppejä, joita on kaikkialla.
Matemaattisesti katsottuna tunneli on ”subtraktiivinen operaatio”, jossa maa-ainesta tai kiveä irrotetaan maasta. Näin aiemmin kyseisellä maapalalla sijainnut tila muodostaa osan reiästä, jonka läpi vesi, ihmiset, materiaalit jne. kulkevat. Mutta kun tunneli kaivetaan, mitä tapahtuu kaikelle louhitulle materiaalille?
Kun tunneli kaivetaan, paljon materiaalia nousee esiin
Jos olet joskus viettänyt kesän rannalla ja kaivanut pientä kaivantoa, olet nopeasti huomannut, että jokaisella lapiolla joudut siirtämään märkää hiekkaa hiukan kauemmaksi. Aluksi se kasaantuu lähelle kokonaisuutta, mutta pian vuori saavuttaa huomattavat mittasuhteet. Tehdäänpä yksinkertaista matematiikkaa: kuinka paljon hiekkaa, savea tai kiveä on siirrettävä, jotta saadaan aikaan tunneli, jonka läpi autoni mahtuu?
Laskelmien yksinkertaistamiseksi oletetaan, että tunnelit ovat täydellisen ympyränmuotoisia ja että niiden halkaisija on 5 metriä. Todellinen tunneli riippuu tietysti kaistojen määrästä ja kunkin maan määräyksistä. Muistatko koulussa näkemäsi sylinterin tilavuuden kaavan? V=π-r2-l, jossa r on säde ja l on pituus.
Tunneli, jonka säde on 2,5 metriä (se on hyvin pieni tunneli) ja pituus 100 metriä (taas pieni), antaa meille 1 963 kuutiometrin tilavuuden. Jotta saisimme käsityksen siitä, onko se paljon vai vähän, ajatellaanpa, että sementtiautoon mahtuu 6-9 m3 ja jäteautoon noin 7-20 m3.
Dumpperin, tiheiden materiaalien, kuten kiven tai mullan, kuljettamiseen erikoistuneen ajoneuvon, kapasiteetti on yleensä enintään 10 m3. Koska kivi painaa paljon (ja vie siksi vähemmän tilaa), käytetään sitä esimerkkinä. Jos haluamme tehdä pienen tunnelin, jossa on vain yksi kaista ja joka kulkee hyvin lyhyen matkan, tarvitsemme noin 200 matkaa, jotta voimme kuljettaa louhitut materiaalit jonnekin muualle. Kuvittele suuri rakennushanke.
Rakennusmateriaalien kierrätys
Tämän hyvin perustavanlaatuisen, pienen mittakaavan laskutoimituksen jälkeen käydäänpä kävelyretkellä Lontoossa ja eräissä Ferrovialin työstämissä hankkeissa, kuten Tideway-hankkeessa, jossa laajennetaan viemäriverkostoa, tai Elisabet-linjan laajentamisessa. Ensimmäisessä tapauksessa ajatellaan halkaisijaltaan 32 metriä ja korkeudeltaan 53 metriä olevaa reikää, jota tarvitaan tunnelityökoneiden laskemista varten.
Soveltamalla edellä esitettyä kaavaa saadaan tilavuudeksi 42 625 kuutiometriä. Vaikka tämä kaikki olisi ollut tiivistä kalliota, jonka paino on 2 000 kg/m3 (ei ollut – siinä oli paljon hiekkaa, savea tai mutaa), puhumme yli 85 miljoonasta kilogrammasta pelkästään apureikää varten, ottamatta huomioon itse tunnelin rakentamista. Mitä kaikella tällä materiaalilla voi tehdä?
Yksi yleisimmistä kaivutöiden ylijäämien käyttökohteista on materiaalien kierrättäminen. Usein tunnelin avaamisesta jäljelle jääneet materiaalit myydään materiaalimarkkinoilla yrityksille, jotka etsivät tiettyjä rakennusosia. Esimerkiksi hiekkaa aurinkokennojen rakentamiseen tai soraa kaupungin puistoihin.
Joskus kierrätys tapahtuu paikan päällä, kuten silloin, kun louhituista materiaaleista muokataan muita tarvikkeita. Tyypillinen esimerkki on betoni. Rakennushankkeessa, jossa louhitaan kymmeniä tonneja hiekkaa ja soraa, on sopivaa, että osa materiaalista palaa takaisin betonin muodossa. Hiekan ja soran kuljettaminen pois rakennustyömaalta vain tuodakseen lisää, ei ole järkevää sen lisäksi, että se ei ole kovin kestävää.
Vuoristotunnelin jäänteet kulkutien tasaamiseen
Todella hyvin yleinen tapaus – erityisesti korkealla vuoristossa, syrjäisillä alueilla ja toissijaisilla teillä, joiden kunnossapito on hyvin vähäistä – on se, että osa louhitusta kiviaineksesta käytetään tunneliin johtavan kulkutien parantamiseen. Topografit käyttävät tiiviitä materiaaleja tielinjan leventämiseen.
Olennettua kuvaa esimerkkinä käyttäen, miten tietä voidaan leventää? Yksi mahdollisuus, jota käytetään usein kukkuloilla, joiden kaltevuus on vähäinen, on kaivaa tasanteelle kukkulan leveyden verran, mutta kun meillä on kuvan kaltaisia kaltevuuksia, tämä ei toimi turvallisuuden eduksi. Meidän on leveytettävä rinteen ulkosivua lisäämällä materiaalia, kunnes saavutamme tien tason.
Joskus tietyn leveyden lisäämiseksi ajoradalle tarvitaan loiva rinne, joka vie paljon enemmän pystysuoraa matkaa. Jotain samankaltaista tapahtuu patojen profiilissa, joka kallistuu kuormitusta vastaan ja käyttää tiivistettyä maa-ainesta rinteen turvaamiseksi.
Kuten padon profiilista voidaan havaita, tämä tuottaa valtavan materiaalitarpeen. Itse louhinnasta saatavien materiaalien käyttäminen on keino vähentää laajennuksen ympäristövaikutuksia. Jos molemmat rakennushankkeet tehdään samanaikaisesti tai peräkkäin, saadaan aikaan mielenkiintoisia synergiaetuja.
Tamesin kiinteissä kofferdameissa käytetään paikallisia materiaaleja
Jossain toisessa artikkelissa olemme maininneet, miten Thamesin kofferdameja rakennetaan Tideway-hanketta varten. Näistä apurakenteista tulee pysyviä, ja niissä käytetään paljon paikallisia materiaaleja. Alla olevassa kuvassa näemme esimerkin niistä. Vaikka se on epäsäännöllinen, voimme yksinkertaistaa kuvion noin 70 kertaa 35 metrin kokoiseksi suorakulmioksi.
Tällöin pinta-alaksi saadaan 2 450 m2 ja materiaalitilavuudeksi 24 500 kuutiometriä noin 10 metriä Thamesin yläpuolelle korotettua kofferdamia varten. Joillakin joen alueilla seinät nostetaan vielä korkeammalle. Mutta riippumatta siitä, miten laskelmat tehdään, on helppo nähdä, että tämäntyyppiset rakennustyöt vaativat lisämateriaalia.
Lisäksi, kun on aika tiivistää alueen maa-ainesta rakennuksen tulevan turvallisuuden lisäämiseksi, on otettava huomioon, että maa-aines kallistuu alaspäin ja että tarvitaan lisää maakerroksia.
Nämä kaksi esimerkkiä eivät ole ainoita mahdollisuuksia. Joitakin vuosia sitten Ferrovial Agromanin rakentamassa Albertia-tunnelissa (Guipúzcoa) käytettiin uudelleen 700 000 kuutiometriä louhinnasta peräisin olevia materiaaleja, jotta vältettäisiin itse rakennustyön ympäristövaikutuksia, minkä lisäksi käytetyn tilan peittämisessä säästettiin paikallisia lajeja.
