درع حفر الأنفاق
درع حفر الأنفاق (tunnelling shield)، هو هيكل حماية يستخدم أثناء حفر الأنفاق الكبيرة من صنع الإنسان. عند الحفر عبر أرض لينة أو سائلة أو غير مستقرة، هناك خطر أمني وصحي محتمل على العمال والمشروع نفسه من المواد المتساقطة أو الانهيار. يمكن استخدام درع حفر الأنفاق كهيكل دعم مؤقت. وعادة ما يكون في مكانه لفترة قصيرة من وقت حفر قسم النفق حتى يمكن تبطينه بهيكل دعم دائم. قد يتكون الهيكل الدائم من الطوب أو الخرسانة أو الحديد الزهر أو الفولاذ، اعتمادًا على الفترة. على الرغم من أن الدروع الحديثة أسطوانية بشكل عام، إلا أن "الدرع" الأول، الذي صممه مارك إيزمبارد برونل، كان في الواقع هيكلًا حديديًا كبيرًا مستطيل الشكل يشبه السقالة بثلاثة مستويات واثني عشر قسمًا لكل مستوى، مع سطح علوي يحمل الحمل الصلب. يحمى هذا البناء العمال من الانهيارات أثناء حفر النفق أو العمل داخله. يعملون داخله، ويحفرون النفق أمام الدرع.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
التاريخ
تم تطوير أول درع لحفر الأنفاق مستطيل ناجح بواسطة مارك إيزمبارد برونل وحصل على براءة اختراعه هو واللورد كوشرين في يناير 1818. استخدمه برونيل وابنه إيزمبارد لحفر نفق التيمز بدءًا من عام 1825 (على الرغم من أن النفق لم يُفتتح حتى 1843).[1] ويقال إن برونيل استوحى تصميمه من قوقعة دودة السفينة، وهي نوع من الرخويات لاحظ برونيل كفاءتها في الحفر عبر الأخشاب المغمورة أثناء عمله في أحد أحواض بناء السفن.[1] بُني الدرع بواسطة شركة مودسلاي، صنز أند فيلد ومقرها لامبث، لندن، والتي قامت أيضًا ببناء مضخات البخار لتجفيف النفق من المياه.
عام 1840، كان ألفرد إلاي بيتش، محرر مجلة ساينتفيك أمريكان، أول من اقترح تصميمًا دائريًا أفضل من تصميم برونيل المستطيلي. وفي 1868، بنى بيتش درعًا دائريًا - نُشرت صورة له في مقال إخباري في نيويورك حول فكرته عن نظام الأنفاق الهوائي. واستند التصميم إلى شبكة درع برونيل وتم رفعه إلى الأمام باستخدام رافعة لولبية مع تقدم الوجه يدويًا.
عام 1864 تقدم پيتر و. بارلو بطلب براءة اختراع لتصميم له مقطع عرضي دائري. نظرياً، جعل هذا الدرع أسهل في البناء وأكثر قدرة على دعم التربة المحيطة؛ من الناحية النظرية، لأنه لم يُبنى أي درع باستخدام هذا التصميم على الإطلاق. تم تحسين براءة اختراع بارلو لعام 1864 بشكل أكبر ومنحت براءة اختراع مؤقتة في 1868 ولكن لم يُصدق عليها أبدًا حيث توفي بارلو بعد فترة وجيزة.
تم تحسين التصميم الأصلي لبروينل بشكل كبير من قبل جيمس هنري گريتهد الذي حصل على ثلاث براءات اختراع لتصميمات مختلفة للدروع. بالإضافة إلى ذلك، اخترع مفهوم الجص الخرساني المرشوش لتثبيت الأعمال الترابية بالخرسانة المحقونة، وهي عبارة عن صينية رملية تحقن الجص المقوى هيدروليكيًا في التجاويف بين البطانة المبنية وجدار النفق الدائري.
كما استخدم گريتهد درعًا في بناء سكة حديد تاور صبواي أسفل نهر التمز في وسط لندن عام 1869. وكان قطر درع گريتهد يبلغ 2.21 مترًا. وعلى نحو مماثل، افتتح ألفريد إيلي بيتش نفقه للجمهور في 1 مارس 1870.
كما استخدم گريتهد درعًا في بناء سكك حديد جنوب لندن (التي تعد اليوم جزءًا من خط مترو أنفاق شمال لندن) عام 1884، حيث بلغ قطر الأنفاق 3.10 مترًا. كما استُخدم درعه في حفر الأنفاق التي يبلغ قطرها 3.702 مترًا لسكة حديد واترلو التي افتُتحت عام 1898. وكانت أنفاق المحطة في محطة سيتي (المعروفة الآن باسم بانك) أكبر دروع حفر أنفاق في العالم في ذلك الوقت، حيث بلغ قطرها 7 أمتار.
لا يزال درع گريتهد الأصلي المستخدم في حفر خطوط مترو أنفاق لندن العميقة موجودًا في مكانه في الأنفاق المهجورة أسفل محطة مورگيت.[2]
لا تزال معظم دروع حفر الأنفاق تعتمد بشكل فضفاض على تصميم گريتهد.[3]
درع حفر الأنفاق اليدوي
في حفر الأنفاق باستخدام الدرع في مراحله المبكرة، كان الدرع يعمل كوسيلة لحماية العمال الذين يقومون بالحفر ويحركون الدرع للأمام، ويستبدلونه تدريجيًا بأقسام مبنية مسبقًا من جدار النفق. بُنيت الأنفاق العميقة المبكرة لمترو أنفاق لندن بهذه الطريقة. قسم الدرع سطح العمل إلى أجزاء متداخلة يمكن لكل عامل حفرها.
آلات حفر الأنفاق الحديثة
تتكون آلة حفر الأنفاق (TBM) من درع (أسطوانة معدنية كبيرة) وآليات دعم متدلية.
توجد عجلة قطع دوارة في الطرف الأمامي للدرع. خلف عجلة القطع توجد غرفة حيث يتم خلط التربة المحفورة إما بالردغ (ما يسمى بآلة حفر الأنفاق الردغية) أو تركها كما هي (موازنة ضغط الأرض أو درع EPB)، اعتمادًا على نوع آلة حفر الأنفاق. يعتمد اختيار نوع آلة حفر الأنفاق على ظروف التربة. توجد أيضًا أنظمة لإزالة التربة (أو التربة المخلوطة بالردغ).
خلف الحجرة توجد مجموعة من الرافعات الهيدروليكية مدعومة بالجزء النهائي من النفق والتي تستخدم لدفع آلة حفر الأنفاق إلى الأمام. بمجرد حفر مسافة معينة (حوالي 1.5-2 متر)، تُبنى حلقة نفق جديدة باستخدام أداة التثبيت. أداة التثبيت عبارة عن نظام دوار يلتقط أجزاء الخرسانة مسبقة الصب ويضعها في الموضع المطلوب.
يمكن العثور على العديد من آليات الدعم خلف الدرع، داخل الجزء النهائي من النفق، والتي تعد جزءًا من آلة حفر الأنفاق: إزالة الأوساخ، وأنابيب الملاط إذا لزم الأمر، وغرف التحكم، والقضبان لنقل الأجزاء الجاهزة، وما إلى ذلك.
التبطين
بطانة النفق هي جدار النفق. وتتكون عادةً من أجزاء خرسانية مسبقة الصب تشكل حلقات. كانت بطانات الحديد الزهر تُستخدم تقليديًا في أنفاق مترو أنفاق لندن، بينما كانت بطانات الفولاذ تُستخدم أحيانًا في أماكن أخرى. إن مفهوم استخدام أقسام بطانة مسبقة الصب ليس جديدًا، وقد حصل على براءة اختراع لأول مرة عام 1874 بواسطة جيمس هنري گريتهد.[بحاجة لمصدر]
الدروع في اليابان
في اليابان، هناك العديد من الأساليب المبتكرة لدروع حفر الأنفاق، على سبيل المثال، الأنبوب المزدوج-O أو نفق DOT.
يكون هذا النفق على شكل دائرتان متداخلتان. وهناك أيضًا دروع بأذرع محوسبة يمكن استخدامها لحفر نفق بأي شكل تقريبًا.[4]
انظر أيضاً
- تعدين الجدار الطويل (Longwall mining)، طريقة استخراج الفحم باستخدام سلسلة من الدروع الهيدروليكية
مرئيات
| درع حفر الأنفاق جينگهوا، بقطر 16.7 متر. |
| كيف تقوم آلة حفر الأنفاق بالدرع بحفر الأنفاق. |
المصادر
- ^ أ ب Becket, Derrick (1980). Brunel's Britain. Newton Abbot: David & Charles. ISBN 0-7153-7973-9. Chapter 10: "Tunnels".
- ^ "The Tube: An Underground History, broadcast 16 May 2013". bbc.co.uk. 2013. Archived from the original on 28 July 2023. Retrieved 17 May 2013.
- ^ John C Gillham, The Waterloo & City Railway, The Oakwood Press, Usk, 2001, ISBN 0 85361 525 X
- ^ "Special Shield Tunnels". Nippon Civic Consulting Engineers Co., Ltd. Archived from the original on 2011-07-22. Retrieved 2011-07-24.