ویژگی های اصولی در ساخت قالب تونل لاینینگ
در سال‌های اخیر استفاده از این نوع بتن در پروژه‌های شهری به دلیل کاهش چشم‌گیر سروصدای تراکم، امکان اجرای آسان در مقاطع با تراکم آرماتور بالا و امکان ایجاد سطوح صاف و نمایان و پیاده‌کردن طرح‌های متفاوت معماری، رواج مناسبی یافته است. همچنین استفاده از بتن خودتراکم خصوصاً به دلیل عدم نیاز به لرزاننده جهت ایجاد تراکم، باعث صرفه‌جویی در نیروی کار ماهر شده است. به‌طورکلی بتن خودتراکم دارای مؤلفه‌های اساسی مشابه با بتن معمولی و بتن با کارایی بالا است. اگرچه به علت میزان بالای پرکننده‌ها نظیر پودر سنگ‌آهک و خاکستر بادی، ریزساختار آن متفاوت خواهند بود. عموماً بتن خودتراکم شامل میزان بالای مواد سیمانی و نسبت آب به سیمان پایین‌تر از بتن‌های معمولی است و می‌تواند مقاومت بالایی را ایجاد نماید.
از پیش‌پردازش قبل از حفاری مانند استحکام‌بخشی و مقاوم سازی اولیه با میکروپایل، تا شاتکریت تر و خشک به عنوان لاینینگ اصلی و ثانویه، قالب تونل لاینینگ ، بتن ریزی، تزریق ملات پرکننده ویژه پشت سیگمنت (قطعات بتنی سطح تونل) و ترمیم کننده سطوح کرمو و آسیب دیده.
تاریخچۀ بتن خودتراکم
به تحقیقات و کارهایی که سال‌های پیش توسط محققین، از جمله اوکامورا، اوزاوا و ماکاوا و همکارانشان به انجام رسیده است می‌توان به شرح زیر اشاره کرد. نظریۀ بتن خودتراکم، بتنی که خودش متراکم می‌شود و احتیاج به تراکم توسط ویبراتور ندارد به‌عنوان راه‌حلی برای رفع مشکل دوام سازه‌های بتنی توسط اوکامورا در سال ۱۹۸۶ پیشنهاد گردید و تحقیقات برای گسترش این نوع بتن توسط ازاوا و ماکاوا در دانشگاه توکیو به‌انجام رسید. اوکامورا، در خلال تحقیقات خود دریافت که دلیل اصلی کاهش دوام و میزان کارایی بتن در سازه‌ها، عدم یکپارچگی و عدم همگنی در هنگام بتن‌ریزی می‌باشد.
با تولید و توسعۀ این نوع بتن، اوکامورا ضعف دوام و کارایی بتن در ژاپن را تا اندازه‌ای برطرف نمود. اوزاوا در ادامۀ تحقیقات خود به این نتیجه رسید که با به کارگیری فوق‌روان‌کننده و موادی نظیر سرباره و خاکستر بادی به‌عنوان جایگزین بخشی از سیمان، می‌توان مقاومت در برابر جداشدگی بتن خودتراکم را کنترل نمود و به میزان جریان‌پذیری بتن افزود. وی میزان ۱۰ تا ۲۰ درصد خاکستر بادی و ۲۵ تا ۴۵ درصد سرباره به نسبت آب به سیمان را به‌عنوان بهینه‌ترین مقدار برای افزایش جریان‌پذیری و پیشرفت مقاومتی بتن پیشنهاد نمود.
هر تونل یک سازه منحصر به فرد است که نیازهای طراحی و ساخت محیط خاص محل قرارگیری خود را برآورده می‌کند، اما همه آن‌ها به نسبت از عناصر و مصالح مشترکی مانند: نیاز به پشتیبانی سازه در طول مراحل مختلف ساخت، قالب بندی، ترمیم، مقاوم‌سازی و… را دارند.
بتن الیافی، انواع گروت سیمانی و اپوکسی (به عنوان پر کننده پر مقاومت) واتراستاپ‌های پی وی سی، هیدروفیلی و واتر استاپ بنتونیتی (برای تحمل فشار‌های هیدرولیکی در محل درز‌های اجرایی و انبساطی) گونه‌های مختلف چسب‌های ساختمانی اپوکسی کاشت و ماستیک درزگیر پلی یورتان و متریال‌هایی از این دست در طول فرآیند استفاده می‌شوند:
نوع تونل، ویژگی‌های زمین و روش ساخت همگی نقشی در تعیین نیازهای پشتیبانی و لاینینگ دارند. لیکن به طور کلی، تمام این مراحل مختلف یک توالی پایه را دنبال می‌کنند که در ادامه به آن خواهیم پرداخت، برای دنبال کردن توالی مورد نظر به تصویر زیر مراجعه کنید.
1- تثبیت، پیش از حفاری تونل
تحلیل زمینی که بنا است پروژه در آن اجرا شود، اولین قدم برای تعیین اینکه آیا جریان آبی وجود دارد که بتواند باعث فرسایش بیش از حد و بی‌ثباتی زمین شود، انجام می‌شود. مجموعه‌ای از گمانه‌ها بمنظور تست و بازرسی در طول مسیر تونل حفر می‌شوند:
جریان‌های آب قابل توجه با تجهیزات پمپاژ ملات فشار بالا برای منحرف کردن جریان هیدرولیکی تزریق می‌شوند، یا به‌طور متناوب با تجهیزات پمپاژ فشار آبی موجود در بستر برای جلوگیری از آسیب به جریان کار کم می‌شوند.
میکروپایل یا ریزشمع برای تثبیت زمین
یکی از روشهای بهسازی خاک بوسیله مکانیزم‌های تزریق وتسلیح است. در این روش شمع‌هایی با قطر کم و تعداد بالا ایجاد می‌شوند. ریزشمع‌ها (Micropiles) لوله‌های فولادی کوچکی (با قطر کمتر از ۳۰ سانتیمتر) هستند که هنگام حفر گمانه در داخل زمین فرو رفته و سپس با ماشین‌های تزریق ملات پر می‌شوند.
این شمع‌های کوچک در یک توالی، در امتداد سطح مقطع نظری تونل قرار می‌گیرند تا زمین را قبل از پیشرفت عملیات ساخت ایمن کنند. آن‌ها به ویژه در ورودی تونل قبل از حفاری مفید هستند و همچنین به عنوان یک عنصر پایه عمیق که در طول تونل قبل از حفاری اجرا می‌شود استفاده می‌شود.
در زمین‌های با کیفیت پایین، اغلب برای نیل به تثبیت بیشتر یک مجموعه میکرو شمع استفاده می‌شود که ثبات بیشتری ایجاد می‌کند و از جدا شدگی بیشتر خاک جلوگیری می‌کند
2- پوشش‌های اولیه و ثانویه
نیلینگ و آنکراژ
نیلینگ یا میخ کوبی خاک، یکی از عناصر پشتیبانی کلیدی برای تقویت و تثبیت شیب، ترانشه و زمین‌های سست است. هنگامی که حفاری کامل می‌شود، سایت با یک پوشش اولیه که معمولا ترکیبی از شاتکریت، پیچ و مهره و مش فولادی است، امن می‌شود.
پیچ و مهره‌های نیلینگ و آنکراژ معمولا در امتداد طول تونل، از تاج تا دیواره استفاده شده، با تجهیزات تزریق ملات (گروت سیمانی منبسط شوند و ریز دانه) پر می‌شوند و در نهایت با شاتکریت به طور کلی تثبیت می‌گردند.
پوشش دال تونل
انجام عملیات مراحل قبل زیر اساس و پشتیبانی از لایه نهایی را به عهده دارند. اکنون اولین مرحله ریختن دال بتنی می‌باشد که معادل روسازی پس از اتمام تونل است. از آنجا که بخش عمده تونل‌های کلاسیک دایره‌ای است، دال بتنی به استحکام پایه قبل از پوشش بقیه بخش کمک می‌کند.
روش بتن ریزی برای پوشش دال بیشتر به ابعاد و اندازه تونل بستگی دارد: تونل‌هایی که به اندازه کافی بزرگ هستند که امکان عبور و مرور و مانور کامیون‌های میکسر را فراهم کنند، می‌توانند از پمپ‌های بتن نصب شده روی کامیون استفاده کنند. اما تونل‌های کوچکتر نیاز به تجهیزات اضافی مانند پمپ‌های قدرتند برای مسافت طولانی نیاز دارند.
برای دستیابی به دیدی کارشناسی و بهتر در ارتباط با الزامات و محاسبه فشار پمپ بتن، جهت پمپاژ در ارتفاع و مسافت های طولانی مطلب مفیدی است که خواندن آن برای آشنایی و ضروریات و محدودیت های تجهیزات هیدرولیکی انتقال بتن مفید است.
شاتکریت تونل
شاتکریت بخشی جدایی ناپذیر از روش جدید تونل زنی اتریشی (NATM) است که امکان تغییر شکل زمین را قبل از تثبیت فراهم می‌کند و میزان پشتیبانی اضافی مورد نیاز را کاهش می‌دهد. اغلب از پاشش اولیه شاتکریت برای ایمن‌سازی محل کار در طول اجرای پروسه ساخت و ساز استفاده می‌شود، در حالی که پوشش‌های ثانویه طول عمر مناسبی به تونل اعطا می‌کنند.
چندین پروژه زیرساختی شاخص مانند Crossrail و تونل Gotthard Base از پوشش بتن پاشیده شده (SCL) اولیه به عنوان پوشش نهایی در برخی از بخش‌های تونل‌ها، در زمین‌هایی با ویژگی ژئوتکنیکی متفاوت مانند خاک رس لندن یا صخره‌های سنگی آلپ استفاده کرده‌اند.
قالب بتن تونل
قالب‌بندی تونل اجازه می‌دهد تا سخت شدن و عمل آوری (کیورینگ) بتن ریخته‌شده در محل تونل انجام شود، این ویژگی کلیدی در تونل‌هایی که نیاز به سطح پایانی بسیار خاص مانند: شبکه‌های قطار پر سرعت ایرودینامیکی دارند، از اهمیت بسزایی برخوردار هستند.
برای هر بخش تونل دایره‌ای کلاسیک، قالب معمولاً شامل دو نیمه مکمل است که می‌توانند به طور متقارن و هماهنگ از طریق یک سیستم پیچیده از شیلنگ‌ها پر شوند.