چرا تونل می‌سازیم؟
بررسی اصلی‌ترین مزیت‌های ساخت تونل در راه‌های جادهای؛ تونل‌ها یکی از مهم‌ترین سازه‌ها در زیرساخت حمل و نقل هر کشوری محسوب می‌شوند. طراحی و اجرای ساخت تونل‌ها علاوه بر هزینه به دانش و مهارت زیادی نیاز دارند اما مزیت‌هایی دارند که این هزینه‌ها را توجیه می‌کنند. در این متن ابتدا به تعریف تونل و انواع آن پرداخته می‌شود سپس شماری از مزایا و نکات منفی ساخت تونل‌ها شرح می‌دهیم.
در ابتدایی‌ترین حالت، تونل‌ها لوله‌های توخالی هستند که در زیر زمین، دره‌ها و کوه‌ها و حتی رودها و دریاها نیز حفر و یا ساخته می‌شوند. تونل‌ها نقش مهمی در زیرساخت‌های حمل و نقلی کشورها دارند و یکی از پیچیده‌ترین سازه‌ها برای مهندسان عمران به حساب می‌آیند. تونل یک گذرگاه افقیست که در زیر زمین قرار دارد. می‌دانیم فرسایش و سایر نیروهای طبیعی نیز، می‌توانند تونل‌ها را تشکیل دهند، اما در این متن در مورد تونل‌های ساخته شده توسط انسان صحبت خواهیم کرد در واقع تونل هایی که توسط فرآیند حفاری ایجاد می‌شوند.
روش‌های مختلفی برای حفاری تونل‌ها وجود دارد مانند: استفاده از مواد منفجره، کمک گرفتن از نیروی کارگر و به صورت دستی، گرمایش و سرمایش سریع، ماشین آلات تونل زنی یا ترکیبی از این روش‌ها. مهندسان تونل، مانند مهندسان پل، باید به دانش تخصصی حوزه‌ای از فیزیک که به «استاتیک» معروف است تسلط کامل داشته باشند. استاتیک بخشی از علم فیزیک است که چگونگی تعامل نیروها برای ایجاد تعادل در سازه‌ها را بررسی می‌کند.
انواع مختلف تونل‌های جاده‌ها:
- تونل‌های معادن: تونل‌های معادن در هنگام استخراج سنگ معدن استفاده می‌شوند و کارگران یا تجهیزات را قادر می‌سازد تا به ذخایر معدنی و فلزی در اعماق زمین دسترسی پیدا کنند. این تونل‌ها با استفاده از تکنیک‌های مشابه سایر تونل‌ها ساخته می‌شوند، اما هزینه ساخت آن‌ها کمتر است و در نتیجه نسبت به تونل‌های دائمی ایمنی کمتری دارند.
- تونل‌های شهری: تونل‌های شهری تونل‌هایی هستند که آب، گاز و فاضلاب را از فواصل دور به داخل و خارج شهر می‌رسانند و اولین تونل‌ها برای همین منظور در رم باستان ساخته شدند. مهندسان رومی یک شبکه بزرگ از خطوط تونل برای رساندن آب به داخل شهرهای بزرگ و خارج کردن فاضلاب از این شهرها ساختند.
- کانال‌ها: قبل از اینکه ماشین‌ها و قطارها توسط بشر ساخته شوند، تونل‌ها یا آبراه‌های دیگری برای سفر کشتی‌ها وجود داشت که به این آبراه‌های مصنوعی کانال گفته می‌شود. درست مانند راه‌آهن‌ها و جاده‌های امروزی، کانال‌ها معمولاً از سطح زمین عبور می‌کردند، اما بسیاری از آن‌ها برای عبور از مانعی مانند کوه، به تونل نیاز داشتند. ساخت کانال الهام بخش برخی از اولین تونل‌های جهان بود.
- تونل‌های حمل و نقلی: در قرن بیستم با جایگزینی ماشین‌ها و قطارها به عنوان وسایل اصلی حمل و نقل و مسافرت، نیاز به وجود تونل‌های بزرگ‌تر و عمیق‌تر ایجاد شد. تونل هلند که در سال 1927 تکمیل شد، یکی از اولین تونل‌های جادهای بود و هنوز هم یکی از بزرگترین پروژه‌های مهندسی جهان به شمار می‌رود. این تونل که به نام مهندس ناظر ساخت و سازش نامگذاری شده است، روزانه نزدیک به صدهزار وسیله نقلیه را بین شهر نیویورک و نیوجرسی منتقل می‌کند.
هر تونل راه حلی برای یک چالش یا مشکل خاصیست. در بسیاری از موارد، آن چالش مانعی است که یک جاده یا راه آهن باید از آن عبور کند. موانع ممکن است بدنه‌ای از آب، کوه یا سایر مسیرهای حمل و نقل باشند. حتی شهرهای بزرگ با فضای باز کم برای ساخت و سازهای جدید، می‌توانند مانعی باشند که مهندسان را به استفاده از تونل‌ها در زیر زمین هدایت کند. تونل‌ها می‌توانند مزیت‌ها و زیان‌هایی داشته باشند که در ادامه به شرح آن‌ها می‌پردازیم.
مزایای اساسی ساخت تونل‌ها در راه‌های جادهای:
- تونل‌ها یک راه سریع و بدون مانع برای انتقال حجم ترافیک و ابزارها بین شهرهای شلوغ و پر ترافیک هستند.
- تونل ها هزینه نگهداری کمتری دارند چراکه سیستم‌های حمل و نقلی را از تاثیرات آب و هوا مانند برف و باران حفظ می‌کنند. در سال‌های اخیر هزینه نگهداری راه (maintenance) توجه زیادی از مهندسین و دولت‌ها را جلب کرده است چرا که در بیشتر کشورهای دنیا، ساخت دوباره زیرساخت‌ها به شدت هزینه‌بر است و از لحاظ اقتصادی مناسب‌تر است که زیرساخت‌های موجود را نگهداری کرد.
- هنگام ساخت و اجرای تونل‌ها، ترافیک موجود سطح زمین دچار اختلال نمی‌شود. برای مثال هنگام تعمیر یا ساخت روسازی‌های مختلف در سطح زمین، نیاز است به بستن جاده که بر ترافیک آن منطقه تاثیر می‌گذارد.
- در زمان‌های جنگ، نیاز به ساخت دوباره تونل‌ها نیست و امن هستند. بیش‌ترین سازه‌های حمل و نقلی که در زمان جنگ آسیب می‌بینند پل‌ها هستند و در اکثر موارد پس از جنگ، نیاز به ساخت دوباره پل‌ها است.
- در بعضی مناطق، ساخت تونل ارزان‌تر از ساخت پل بین کوه‌ها و رودهاست.
- در شهرها و مناطق پرتجمع، تونل‌های زیر زمینی و متروها می‌تواند یک گزینه مناسب برای خطوط راه آهن و حمل و نقل باشد. در شهرهای پرجمعیت مانند تهران، توانایی ساخت بزرگراه‌های جدید و خیابان‌ها محدود است در نتیجه مهندسان را مجبور به ایده پردازی و طراحی سیستم‌های حمل و نقل در زیر زمین می‌کند. متروها و قطارهای زیر زمینی در تمام شهرها کمک زیادی به حجم ترافیک شهر می‌کنند.
- ساخت تونل در تپه‌های نرم ارزان‌تر از ساخت پل ارزیابی شده است.
- با ساخت تونل‌ها در کوه‌ها، نیازی به مسیرهای طولانی و پر پیچ و خم نیست چرا که در جاده‌های پر پیچ و خم کوهستانی، احتمال تصادف به مراتب بیشتر است.
- سطح ایمنی تونل‌ها در سال‌های اخیر به کمک تکنولوژی و فناوری‌های جدید، مقدار قابل توجهی افزایش یافته است.
- در مناطق کوهستانی به کمک تونل‌ها می‌توان شیب مسیر مناسب‌تری را در جاده اجرا کرد و در نتیجه سرعت وسایل نقلیه می‌تواند بیشتر باشد و زمان سفر کمتر می‌شود. کم شدن زمان سفر یکی از مهم‌ترین مشخصه‌ها برای ساخت یک راه جدید است.
نکات منفی یا دردسرهای ساخت تونل‌ها:
- هزینه اولیه ساخت تونل‌ها بالاست.
- ساخت تونل به ابزارها و وسایل با تکنولوژی بالا، همچنین به مهندسین و کارگران با مهارت بیشتری نیاز دارد.
- زمان ساخت و اجرای تونل‌ها از زمان ساخت پل‌ها و دیگر سازه‌های راهداری طولانی‌تر است.
ساخت تونل‌ها گرچه هزینه‌های زیادی را به دولت‌ها تحمیل می‌کند، اما به دلیل مزیت‌های فراوانی که دارد، به خصوص کاهش ترافیک، امروزه بسیار مورد توجه کشورها و شرکت‌های عرانی قرار گرفته است.
