كيف تبني الانفاق تحت الماء؟

 

 لطالما شكلت المسطحات المائية تحديات للمهندسين. في الأيام الأولى ، كانت الأنهار طرقًا قوية للتجارة. عاجلاً أم آجلاً ، أراد الناس فقط الوصول إلى الجانب الآخر منهم.

كانت القوارب ، مثل العبّارات ، هي أولى الحلول وأكثرها وضوحًا. في النهاية ، بدأ المهندسون في بناء الجسور. لكن سرعان ما كان هناك أشخاص أرادوا حفر الأنفاق تحت المسطحات المائية. بخلاف التعاقد مع فريق من الشامات والقنادس ، كيف يمكن القيام بذلك؟

في وقت مبكر من عام 1818 ، اخترع مهندس فرنسي يُدعى مارك برونيل جهازًا يسمح للعمال بالحفر في الأنفاق تحت الأنهار دون القلق بشأن المياه والطين الذي يفسد عملهم. كان "درع النفق" لبرونيل عبارة عن جدار حديدي كبير مستطيل به الكثير من المصاريع الصغيرة.

كان العمال يفتحون المصاريع واحدة تلو الأخرى لاستخراج بضع بوصات من الأوساخ. بعد إحراز القليل من التقدم ، سيتم دفع الدرع بالكامل للأمام. مع تقدم الدرع بضع بوصات في كل مرة ، كان العمال يبنون خلفه جدارًا سميكًا من الطوب ليصبح هيكل النفق.

كان هذا العمل مستهلكًا للوقت ، بالطبع. على سبيل المثال ، استغرق الأمر تسع سنوات من العمال (من 1825 إلى 1843) لبناء نفق بطول 1200 قدم أسفل نهر التايمز في لندن. أصبح هذا أول نفق تحت الماء في العالم.

تقدمت التكنولوجيا كثيرًا منذ يوم برونيل. اليوم ، غالبًا ما يتم إنشاء الأنفاق تحت الماء باستخدام آلات حفر الأنفاق العملاقة (TBMs) - تسمى أحيانًا الشامات. تكلف هذه الآلات ملايين الدولارات ، لكن يمكنها إنشاء أنفاق كبيرة في وقت قصير جدًا.

تدور الصفيحة الدائرية المزودة بقواطع قرصية لتقطع الصخور بينما تتحرك الآلة للأمام ببطء. أثناء قيام الآلة بحفر النفق ، فإنها تساعد أيضًا في بناء الجدران التي ستدعم النفق في النهاية.

استخدمت فرنسا وإنجلترا 11 آلة ضخمة من آلات الحفر الآلية لإنشاء - في ثلاث سنوات قصيرة فقط - الأنابيب الثلاثة التي تشكل نفق القناة البالغ طوله 32 ميلًا. تُعرف هذه الأنفاق أيضًا باسم نفق اليورو أو شونيل ، وتربط الآن بين البلدين تحت القناة الإنجليزية.

طريقة أخرى جديدة لإنشاء الأنفاق تحت الماء هي طريقة القطع والتغطية. لاستخدام هذه الطريقة ، يقوم البناة بحفر خندق في قاع النهر أو قاع المحيط. ثم يقومون بإغراق الأنابيب الفولاذية أو الخرسانية مسبقة الصنع في الخندق. بعد تغطية الأنابيب بطبقة سميكة من الصخور ، يقوم العمال بتوصيل أقسام الأنابيب ويضخون أي مياه متبقية.

تم استخدام هذه الطريقة لإنشاء نفق تيد ويليامز ، الذي يربط الجزء الجنوبي من بوسطن بمطار لوجان. يبلغ طول الأنابيب الفولاذية العملاقة الاثني عشر التي غرقت في الخندق 325 قدمًا وتحتوي بالفعل على طرق مشيدة بالكامل!

دائمًا ما يأتي المهندسون بأفكار جديدة. استنادًا إلى الأساليب التجريبية لقطع الصخور ، يمكن بناء أنفاق تحت الماء في الغد بمساعدة نفاثات مائية عالية الضغط أو ليزر أو آلات صوتية تعمل بالموجات فوق الصوتية.

يمكن للتكنولوجيات الجديدة أن تمكن من بناء أنفاق كانت تبدو ذات يوم مستحيلة. على سبيل المثال ، يرغب بعض المهندسين في بناء نفق عبر الأطلسي لربط نيويورك بلندن. يمكن أن يستوعب النفق البالغ طوله 3100 ميل قطارًا يمكن أن يسافر 5000 ميل في الساعة. الرحلة التي تستغرق الآن 7 ساعات بالطائرة قد تستغرق يومًا ما أقل من ساعة!