Tunel jest koncepcyjnie prostym pojęciem: dziura w ziemi, zazwyczaj pozioma lub o niewielkim nachyleniu. Tunele autostradowe, które przechodzą przez góry, podziemne linie metra lub miejskie rury kanalizacyjne to rodzaje tuneli, które są wszędzie.
Matematycznie rzecz biorąc, tunel jest „operacją odejmowania”, która wydobywa glebę lub skałę z ziemi. W ten sposób przestrzeń, która wcześniej zajmowała ten kawałek ziemi, tworzy część otworu, przez który przepływa woda, ludzie, materiały itp. Ale kiedy tunel zostaje wykopany, co dzieje się z całym wydobytym materiałem?
Kiedy tunel zostaje wykopany, mnóstwo materiału zostaje wyrzucone
Jeśli kiedykolwiek spędziłeś lato na plaży i kopałeś mały rów, szybko zorientowałeś się, że z każdą łopatą musisz przesuwać mokry piasek trochę dalej. Na początku piętrzą się one w pobliżu całości, ale wkrótce góra osiąga znaczne rozmiary. Zróbmy trochę prostej matematyki: ile piasku, gliny lub skał trzeba przesunąć, żeby powstał tunel, przez który zmieści się mój samochód?
Aby uprościć nasze obliczenia, załóżmy, że tunele są idealnie okrągłe, a ich średnica wynosi 5 metrów. Rzeczywisty tunel będzie oczywiście zależał od liczby pasów ruchu i przepisów obowiązujących w danym kraju. Czy pamiętasz wzór na objętość cylindra, który znałeś w szkole? V=π-r2-l, gdzie r to promień, a l to długość.
Tunel o promieniu 2,5 metra (to bardzo mały tunel) i długości 100 metrów (znowu mały) daje nam objętość 1,963 metrów sześciennych materiału. Aby dać nam wyobrażenie o tym, czy to dużo czy mało, pomyślmy o tym, że cementowóz ma pojemność od 6 do 9 m3, a śmieciarka około 7 do 20 m3.
Wywrotka, pojazd wyspecjalizowany do przewożenia gęstych materiałów, takich jak skała lub ziemia, ma zwykle co najwyżej 10 m3. Ponieważ skała waży bardzo dużo (a więc zajmuje mniej miejsca), posłużmy się nią jako przykładem. Aby wykonać mały tunel z jednym pasem ruchu na bardzo krótkim odcinku, potrzebujemy około 200 kursów, aby przewieźć wydobyte materiały w inne miejsce. Wyobraźmy sobie duży projekt budowlany.
Recykling materiałów budowlanych
Mając na uwadze te bardzo podstawowe obliczenia na małą skalę, przejdźmy się po Londynie i niektórych projektach, nad którymi pracuje firma Ferrovial, takich jak projekt Tideway mający na celu rozbudowę sieci kanalizacyjnej lub rozbudowę linii Elizabeth. W pierwszym przypadku pomyślmy o otworze o średnicy 32 metrów i wysokości 53 metrów, który jest potrzebny do opuszczenia maszyn do drążenia tuneli.
Ponownie, stosując powyższy wzór, otrzymujemy objętość 42 625 metrów sześciennych. Nawet gdyby to wszystko była zwarta skała o gęstości 2000 kg/m3 (tak nie było – było tam dużo piasku, gliny i błota), mówimy o ponad 85 milionach kilogramów tylko dla otworu pomocniczego, nie biorąc pod uwagę budowy samego tunelu. Co możemy zrobić z całym tym materiałem?
Jednym z najczęstszych sposobów wykorzystania pozostałości po wykopach jest recykling materiałów. Często materiały pozostałe po otwarciu tunelu są sprzedawane na rynku materiałów firmom, które poszukują określonych elementów budowlanych. Na przykład, piasek do budowy ogniw fotowoltaicznych lub żwir do parków miejskich.
Okazjonalnie, recykling odbywa się in situ, jak wtedy, gdy wydobyte materiały są wykorzystywane do modyfikacji innych potrzeb. Typowym przykładem jest beton. W projekcie budowlanym, gdzie dziesiątki ton metrycznych piasku i żwiru są wydobywane, to jest dopasowanie, że niektóre z materiałów wraca w postaci betonu. Wysyłanie piasku i żwiru z placu budowy tylko po to, aby przywieźć więcej, nie ma żadnego sensu, a dodatkowo nie jest zbyt zrównoważone.
Pozostałości z górskiego tunelu do wyrównania drogi dojazdowej
Prawdziwym, bardzo częstym przypadkiem – szczególnie wysoko w górach, w odizolowanych obszarach i na drogach drugorzędnych o bardzo niewielkiej konserwacji – jest wykorzystanie części wydobytej skały do poprawy drogi dojazdowej do tunelu. Topografowie używają gęstych materiałów do poszerzenia jezdni.
Biorąc powyższy obraz jako przykład, jak możemy poszerzyć jezdnię? Jedną z możliwości, często stosowaną na wzgórzach o niewielkim nachyleniu, jest wykonanie wykopu na poziomie równym szerokości wzgórza, ale gdy mamy takie nachylenie jak na zdjęciu, nie działa to na korzyść bezpieczeństwa. Musimy poszerzać zewnętrzną stronę skarpy, dodając materiału aż do osiągnięcia poziomu drogi.
Od czasu do czasu, aby dodać pewną szerokość jezdni, potrzebne jest łagodne nachylenie, które zajmuje znacznie więcej odległości w pionie, aby dostać się do dołu. Coś podobnego występuje w profilu zapór, które nachylone są w kierunku przeciwnym do obciążenia i wykorzystują ubitą ziemię do zabezpieczenia zbocza.
Jak można zaobserwować w profilu zapory, powoduje to ogromne zapotrzebowanie na materiały. Wykorzystanie materiałów z samego wykopu jest sposobem na zmniejszenie wpływu rozbudowy na środowisko. Jeśli oba projekty budowlane będą realizowane jednocześnie lub back-to-back, uzyskamy interesującą synergię.
Stałe grodzie na Tamizie będą wykorzystywać lokalne materiały
W innym artykule wspomnieliśmy, jak budowane są grodzie na Tamizie na potrzeby projektu Tideway. Te pomocnicze konstrukcje będą stałe i będą wykorzystywać dużą ilość lokalnych materiałów. Na poniższym zdjęciu widzimy ich przykład. Choć jest on nieregularny, możemy go uprościć do prostokąta o wymiarach około 70 metrów na 35 metrów.
To daje nam powierzchnię 2 450 m2 i objętość 24 500 m3 materiałów do budowy grodzy wzniesionej około 10 metrów nad Tamizą. W niektórych rejonach rzeki ściany będą wzniesione jeszcze wyżej. Niezależnie jednak od tego, jak dokonamy obliczeń, łatwo zauważyć, że tego typu prace budowlane wymagają dodatkowych materiałów.
Dodatkowo, gdy przychodzi czas na zagęszczanie gruntu w okolicy, aby zwiększyć przyszłe bezpieczeństwo budowli, musimy pamiętać o sposobie, w jaki opada on w dół i konieczności dodawania kolejnych warstw ziemi.
Te dwa przykłady to nie jedyne możliwości. Kilka lat temu, w tunelu Albertia (Guipúzcoa), zbudowanym przez Ferrovial Agroman, ponownie wykorzystano 700 000 m3 materiałów pochodzących z wykopów, aby zapobiec negatywnemu wpływowi na środowisko, jaki miały same prace budowlane, a także aby zachować miejscowe gatunki w celu pokrycia wykorzystywanej przestrzeni.
.
