الانفاق

موضوع: الانفاق السبت يناير 28, 2012 6:30 pm

دأت
مع التطور الحضاري للمسيرة الإنسانية ، والنمو الإنساني المتزايد وزيادة
الحاجة المستمرة للبنى التحتية الأساسية لإشباع الأهداف الإقتصادية
المتعددة للمجتمعات المتطورة ، فمع أكثر من 6 مليون كيلومتر من الطرق السريعة ، و240.000
كيلومتر من السكك الحديدية العابرة للولايات المتحدة ، يتشكل لدينا صورة
واضحة عما أصبحت عليه الحياة من ازدحام متزايد بشكل كبير فوق سطح الأرض .
تشكل الأنفاق أحد آخر
الفضاءات والمساحات المتاحة لحركة المركبات والقطارات ، وتمديدات المجاري
المائية والصحية وخطوط الاتصالات وخطوط الطاقة .
وقد أصبحت اليوم عمليات حفر
الأنفاق في الجبال وتحت المحيطات من العمليات الآمنة الى حد كبير ، إلا
أنها لم تكن دائما كذلك فيما مضى ، فقد كلفت هذه أفكار الإبداعية حقا آلاف
السنين من جهود المهندسين المضنية للوصول الى هذه الهندسة الإنشائية
الرائدة والآمنة ،والتي تجاري أعظم الإنشاءات الهندسية الموجودة حاليا .

تم إنشاء الأنفاق قديما من
قبل المهندسين الرومان بغرض نقل المياه فقط ، حيث قام الرومان ببناء أعقد
شبكة أنفاق في العالم القديم ، والتي تميزت بالإنشاءات المنحدرة ( المائلة ) التي تدعى القنوات ، وذلك بهدف نقل المياه من الينابيع الجبلية الى المدن والقرى القريبة .
قام المهندسون الرومان بنحت
وحفر غرف تحت الأرض وإنشاء المنحنيات القوسية الفنية الرائعة ليس فقط
لاستحضار المياه العذبة من الجبال الى المدن ، وإنما للتخلص من مياه
التصريف الصحية أيضا .
وخلال القرن السابع عشر كانت
الأنفاق تبنى فقط كقنوات ، بلا طرقات أو سكك حديدية ، حيث أصبحت القنوات
المائية السريعة أفضل السبل لنقل الشحنات المختلفة والمواد الخام من
المناطق المختلفة الى المدن , وعبر مسافات شاسعة .

مع ظهور السيارات والقطارات
أخذت إنشاءات الأنفاق بالتوسع والتطور بشكل ملحوظ ، فخلال القرن التاسع عشر
، حدثت تطورات كبيرة في هندسةالانفاق وشق الطرقات الإسفلتية للسيارات
والسكك الحديدية للقطارات ، حتى أصبحت الأنفاق أكثر ضخامة وأفضل تصميما
وتمتد لمسافات أكبر تحت الأرض .

في عصرنا الحالي لم يقف المهندسون عند مسألة حفر الأنفاق داخل الجبال ،وفي المحيطات .
ومع آخر الإبداعات الإنشائية
العصرية أصبح المهندسون قادرون على حفر وإنشاء أعقد الأنفاق الجبلية ،
وتحت مجاري الأنهار ، وحتى تحت المدن النشيطة بالأعمال . حيث يقوم
المهندسون قبل البدء بأي عملية حفر بإجراء الدراسات الضرورية والتحريات عن
أوضاع الأرض والتربة من خلال عمليات تحليل التربة وعينات من الصخور
الموجودة ، وأحيانا يقومون بإجراء عمليات حفر اختبارية مسبقة .

آلة حفر الأنفاق (Tunnel BoringMachine TBM )

ثلاث خطوات أساسية لإتمام عملية إنشاء النفق

يعلم المهندسون اليوم أن هنالك ثلاث خطوات أساسية يجب اتباعها بجدية خلال عمليات إنشاء وبناء الأنفاق النظامية عموما .

-الخطوة الأولى : وهي عملية
التنقيب حيث يقوم المهندسون بعملية تثقيب في الأرض باستخدام التقنيات
المناسبة وذلك تبعا لنوع التربة والصخور .
-الخطوة الثانية : وهي عملية
التدعيم حيث يجب على المهندسين خلال عملية الحفر البدء بإجراءات التدعيم
للأسقف والجدران غير المستقرة والقابلة للانهيار .
-الخطوة النهائية : وهي
عملية التبطين حيث يقوم المهندسون بإضافة اللمسات الأخيرة ، كرصف الطرقات
والإنارة والعمليات التكميلية الأخرى .

الأنواع النموذجية للأنفاق
يمكن تقسيم الإنشاءات النفقية الى ثلاث أنواع رئيسية :
أنفاق الأرض الرخوة ( الطرية )
وهي أنفاق نموذجية قليلة
العمق تستخدم عادة كأنفاق مشاة ، ذات أنظمة تصريف للمياه وبالوعات ، بسبب
طبيعة الأرض الطرية تستخدم الإنشاءات التدعيمية التي تدعى واقية النفق
Tunnel Shield التي يتم تثبيتها في مقدمة النفق لحمايته من التداعي
والانهيار بسبب طبيعة أرضه أو تربته الرخوة .

القوى المؤثرة على هذا النوع من الأنفاق
التربة الثقيلة والرطبة تدفع من مختلف الجهات باتجاه النفق ، وتخضع الجدرات لقوى ضغط تجاذبية من قبل الأرض ومن مختلف الجهات .

الأنفاق الصخرية

يحتاج هذا النوع من الأنفاق
الى تدعيمات بسيطة مقارنة بسابقتها خلال مراحل الإنشاء وتستخدم غالبا
كأنفاق سكك حديدية أو طرق سريعة داخل الجبال ، فقبل عدةسنين ، استخدم
المهندسون مادة الديناميت لتفتيت الصخور القاسية خلال عملهم في حفر الأنفاق
، أما اليوم فقد أصبح هنالك آلات حفر خاصة تدعى حفارات الأنفاق (TunnelBoring MachineTBM )قادرة على اختراق الصخور الضخمة والقاسية .

القوى المؤثرة على الأنفاق الصخرية
الجدران الصخرية تتميز
بتماسكها وكثافتها لتشكل دعامة مسبقة للنفق ، وبعض المقاطع العرضية في
الصخر أقل كثافة من الأجزاء الأخرى ،وبالتالي تقوم هذه المقاطع الغير ثابتة
(غير مستقرة ) بالتأثير بقوة على جدران النفق كما في الشكل .

الأنفاق تحت المائية

تتطلب هذه الأنفاق دقة وبراعة كبيرتين في الإنشاء ، حيث يجب الإبقاء على الماء خارجا طوال عملية البناء .
كان على الهندسين قديما
القيام بتثقيب وحفر حجرات معرضة لضغط عالي لضمان عدم تشربالمياه الى داخل
القناة أثناء عملية الإنشاء ، أما اليوم فإن أنفاقا مسبقة الصنع يتم
تجهيزها بحيث تعوم الى منطقة التثبيت ، ثم يتم إغراقها الى حيث يتم توصيلها
بعضا ببعض في المكان المطلوب وبدقة عالية للتصنيع والتثبيت .

القوى المؤثرة على الأنفاق تحت المائية
يؤثر ضغط الماء بقوى عمودية على جدران النفق ، وتنضغط جدران النفق بتأثير القوى الضاغطة المائية .

.

» برنامج لتصميم الانفاق