En tunnel är ett konceptuellt enkelt begrepp: ett hål i marken, i allmänhet horisontellt eller med en svag lutning. Motorvägstunnlar som går genom berg, underjordiska tunnelbanelinjer eller avloppsrör i städer är typer av tunnlar som finns överallt.
Matematiskt sett är en tunnel en ”subtraktiv operation” där jord eller sten tas upp ur marken. På så sätt utgör det utrymme som tidigare fanns på marken en del av ett hål genom vilket vatten, människor, material etc. passerar. Men vad händer med allt det utvunna materialet när en tunnel grävs?
När en tunnel grävs vänds mycket material upp
Om du någon gång har tillbringat sommaren på stranden och grävt ett litet dike har du snabbt insett att du för varje skott måste flytta den våta sanden lite längre bort för varje skott. I början hopar den sig nära helheten, men berget når snart betydande dimensioner. Låt oss räkna lite enkelt: hur mycket sand, lera eller sten måste flyttas för att få en tunnel som min bil får plats i?
För att förenkla våra beräkningar antar vi att tunnlarna är helt cirkulära och att deras diameter är 5 meter. En riktig tunnel beror naturligtvis på antalet körfält och varje lands bestämmelser. Minns du formeln för volymen av en cylinder som du såg i skolan? V=π-r2-l, där r är radien och l är längden.
En tunnel med en radie på 2,5 meter (det är en mycket liten tunnel) och en längd på 100 meter (återigen liten) ger oss en volym på 1 963 kubikmeter material. För att ge oss en uppfattning om huruvida det är mycket eller lite kan vi tänka på att en cementbil har en kapacitet på 6-9 m3 och att en sopbil har cirka 7-20 m3.
En dumper, ett fordon som är specialiserat på att transportera täta material som sten eller jord, har vanligtvis högst 10 m3. Eftersom sten väger mycket (och därför tar mindre plats) använder vi den som exempel. För att göra en liten tunnel med endast ett körfält över en mycket kort sträcka behöver vi cirka 200 resor för att transportera de utvunna materialen till en annan plats. Tänk dig ett stort byggprojekt.
Recykling av byggmaterial
Med denna mycket grundläggande, småskaliga beräkning i åtanke kan vi ta en promenad genom London och några av de projekt som Ferrovial arbetar med, t.ex. Tideway-projektet för att utöka avloppsnätet, eller utbyggnaden av Elizabeth-linjen. I det första fallet tänker vi på ett hål med 32 meters diameter och 53 meters höjd som behövs för att sänka ner tunnelmaskiner.
Och om vi tillämpar formeln ovan får vi en volym på 42 625 kubikmeter. Även om allt detta var kompakt berg med en vikt på 2 000 kg/m3 (vilket det inte var – det fanns mycket sand, lera eller lera), talar vi om mer än 85 miljoner kilo bara för hjälphålet, utan att ta hänsyn till byggandet av själva tunneln. Vad kan vi göra med allt detta material?
En av de vanligaste användningsområdena för resterna av en utgrävning är att återvinna materialen. Ofta säljs de material som blir över efter öppnandet av en tunnel på materialmarknaden till företag som letar efter vissa byggelement. Till exempel sand för att bygga solceller eller grus för stadsparker.
Undertiden sker återvinning på plats, till exempel när utvunnet material används för att utforma andra förnödenheter. Det typiska exemplet är betong. I ett byggprojekt där tiotals ton sand och grus utvinns är det lämpligt att en del av materialet återkommer i form av betong. Att frakta bort sand och grus från byggarbetsplatsen bara för att ta in mer är inte vettigt, förutom att det inte är särskilt hållbart.
Rester från en bergstunnel för att jämna ut tillfartsvägen
Ett verkligt, mycket vanligt fall – särskilt högt uppe i bergen, i isolerade områden och på sekundära vägar med mycket lite underhåll – är att man använder en del av det utgrävda berget för att förbättra tillfartsvägen till tunneln. Topografer använder tätt material för att bredda vägbanan.
Om vi tar bilden ovan som exempel, hur kan vi bredda vägbanan? En möjlighet som ofta används på kullar med låga lutningar är att gräva ut på nivån med samma bredd som kullen, men när vi har lutningar som de som visas i fotot fungerar detta inte till säkerhetens fördel. Vi måste bredda den yttre sidan av sluttningen och lägga till material tills vi når vägens nivå.
För att lägga till en viss bredd på vägbanan krävs ibland en mild sluttning som tar upp mycket mer vertikal sträcka för att nå ner till botten. Något liknande inträffar med profilen för dammar, som lutar mot lasten och använder sig av packad jord för att säkra sluttningen.
Som kan observeras i profilen för en damm ger detta ett enormt behov av material. Att använda material från själva utgrävningen är ett sätt att minska utbyggnadens miljöpåverkan. Om båda byggprojekten utförs samtidigt eller back-to-back får vi en intressant synergi.
De fasta kofferdammarna i Themsen kommer att använda lokala material
I en annan artikel har vi nämnt hur kofferdammarna i Themsen byggs för Tideway-projektet. Dessa hjälpkonstruktioner kommer att vara permanenta och de kommer att använda en stor mängd lokala material. På bilden nedan kan vi se ett exempel på dem. Även om den är oregelbunden kan vi förenkla figuren till en rektangel på cirka 70 meter gånger 35 meter.
Det ger oss en yta på 2 450 m2 och en volym på 24 500 m3 material för en kofferdam som är upphöjd cirka 10 meter över Themsen. I vissa delar av floden kommer väggarna att höjas ännu högre. Men oavsett hur vi gör beräkningarna är det lätt att se att denna typ av byggnadsarbete kräver ytterligare material.
Dessa två exempel är inte de enda möjligheterna. För några år sedan återanvände man i Albertiatunneln (Guipúzcoa), som byggdes av Ferrovial Agroman, 700 000 m3 material som kom från utgrävningen för att undvika miljöpåverkan från själva byggnadsarbetet, förutom att man bevarade lokala arter när det gällde att täcka det använda utrymmet.
