Published in: الهندسة المدنية

الأنفاق الهندسية – أنواعها، طرق حفرها وأنواع التدعيم المستخدمة

Author م. لين رحمون

Published on: 9 أبريل، 2023

م. لين رحمون

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

الأنفاق الهندسية هي نوع من المنشآت المطمورة تحت الأرض، يكون على شكل حفرة أفقية تحت سطح الأرض، يُمكن أن يتم تصنيفها إلى أنفاق عميقة أو سطحية، بحسب بُعد مركز النفق عن سطح الأرض نسبةً إلى قطر النفق. عادةً ما يكون طول النفق أكثر من ضعف عرضه، ويمكن أن يُرافَق النفق بممراتٍ جانبيةٍ تحت الأرض، تُنفذ من أجل استخدامها في حال حاجته للصيانة. ^[1]

عادةً ما يتم تنفيذ الأنفاق لاحتياجاتٍ كثيرةٍ، حيث بدأ تنفيذها عند الحاجة لنقل المياه العذبة لتروية الشعوب، ومن ثم استخدامها في مياه الصرف الصحي، وصولاً إلى عصرنا هذا. كان لابدّ من تطوير استخدام الأنفاق في قِطاع النقل، لحل المشكلات الكبيرة التي تواجهنا على سطح الأرض، وتوفيراً للوقت في نقل الأشخاص والبضائع، والتقليل من الازدحام المروري الكبير، وصولاً إلى نقل كماليات الحياة من خطوط الكهرباء والمياه والغاز. تمّ تنفيذ الأنفاق من قبل حضاراتٍ مختلفةٍ، متنقلة ما بين المصريين والرومان واليونانيين القُدامى. 

ما هي أنواع الأنفاق الهندسية؟

1- أنفاق الأعمال العامة

استخدمت هذه الأنفاق لنقل المياه العذبة، وكذلك مياه الصرف الصحّي، ولكن بشكلٍ منفصلٍ عن المياه العذبة. 

2- أنفاق المياه العذبة

وهي أنفاق تُستخدم لنقل المياه من الينابيع العذبة إلى خزانات المياه، لتزويد المناطق المأهولة السكنية، وتعتمد هذه الأنفاق في نقل المياه على الجريان الحرّ.

3- أنفاق شبكات الصرف الصحي

هذه الأنفاق تقوم بنقل المياه من شبكات الصرف الصحي السوداء، الحاملة للمياه الملوثة بالبكتيريا والأحياء الدقيقة العادمة وتصريفها. تعتمد هذه الأنفاق أثناء نقلها للمياه على الجريان تحت تأثير ثقل هذه المواد. 

4- أنفاق الخدمات العامة

وهي أنفاق تُنفذ من أجل تمرير أساسيات البُنى  التحتية للمدن، من الشبكات الكهربائية، وأنابيب الغاز، والطاقة، والهاتف. 

5- أنفاق التعدين

هذه الأنفاق يتم تنفيذها على أعماقٍ كبيرةٍ تحت سطح الأرض، لتمكننا من الوصول إلى مكامن المعادن الخام، وتُمكن العمال من الوصول إليها واستخراجها، ولكنها تُعدّ من الأنفاق الخطرة وغير الآمنة. 

6- أنفاق النقل، ونصنفها إلى:

• أنفاق المارة: وهي أنفاق تُنفذ في المدن تحت الطرق السريعة، يكون طولها متوسط وعرضها أقل من عرض الأنفاق الأخرى، تُنفذ لاستخدامها من قبل المارة أو المُشاة .

• أنفاق الطرق: هي الأنفاق التي تُنفذ إما تحت البحار أو الأنهار أو ضمن المناطق الجبلية، وتحت المناطق المكتظة بالسكان، وذلك لتأمين الحركة المستمرة على الطرق السريعة، وتماشياً مع تطور الصناعات.

• أنفاق القطارات: تُنفذ لنفس هدف أنفاق الطرقات، ولكن لعبور القطارات وتعدّ من أكثر الأنفاق انتشاراً في العالم. ^{[1] [2]}

ما هي التحريات التي يجب القيام بها قبل بدء تنفيذ الأنفاق الهندسية؟

لابدّ أن يقوم مهندس الجيولوجيا بتحريات جيولوجية وفيزيائية، لتحديد مدى صلاحية موقع العمل لتنفيذ الأنفاق وتحديد مسارها. تُقدّم نتائج هذه التحريات ضمن مخططات وتقارير توضح الأمور التالية:

1- مستوى المياه الجوفية في التربة، وتوقيعها على المقطع الجيولوجي.

2- مقطع جيولوجي للتربة التي سيتوضع فيها النفق، ويجب أن يمر المقطع الجيولوجي بمحور النفق، مبيناً سماكة طبقات الصخور، وتركيبها وفي حال وجود فوالق أيضاً.

3- نتائج أعمال السبور وعددها بكافة الطرق المتبعة. 

4- الطرق الجيوفيزيائية ونتائجها الكاملة، من خلال هذه الطرق المتبعة:

الطريقة المغناطيسية، الطريقة الكهربائية، الطريقة الاهتزازية، الطريقة الجاذبية.

ما هي طرق حفر الأنفاق الهندسية؟

1- الحفر بواسطة التفجير

نقوم بتنفيذ هذه الطريقة من خلال تحضير ثقوب ضمن مقطع الحفر، وملء هذه الثقوب بمادة المتفجرات. تُعد هذه الطريقة من أكثر الطرق استخداماً حتى وقتنا الحالي وأكثرها اقتصاديةً. نستخدم مادة الديناميت في التفجير، وتحتاج هذه الطريقة للكثير من الدقة والاهتمام العالي، ويُنفذ التفجير من قبل مهندسين اختصاصيين، وتناسب هذه الطريقة جميع أشكال المقطع العرضي للنفق.

2- الحفر بواسطة النقار

تستخدم هذه التقنية لحفر جميع أشكال المقطع العرضي، سواءً أكان دائرياً أو بيضوياً أو على شكل نعل الفرس. وتناسب الأوساط الصخرية متوسطة المقاومة المتماسكة، وتعتبر ذات إنتاجية جيدة. ^[4]

3- الحفر باستخدام آلة الحفر ذات الرأس الهرش

تم تطوير هذه التقنية لتساعدنا في حفر الأوساط الصخرية، عندما نختار هذه الآلية لحفر وتفتيت جبهة الحفر، نعتمد على وزنها الذي يتعلق بعدة معايير منها:

1- حفر المقطع العرضي للنفق على عدة مراحل.

2- حسب وسط النفق وسلوكه الجيولوجي.

هذه الآلية تناسب أي شكل من أشكال المقطع العرضي.

4- آلة حفر الأنفاق TBM

تم التوصل لهذه الآلية لتناسب الأوساط المتوسطة وضعيفة القساوة، وتعمل في جميع الظروف، وتناسب بعملها وجود المياه الجوفية. عند اعتماد هذه الطريقة لابدّ من الاستناد على الدراسة الاقتصادية، فهي تقوم بعدة أعمال بآنٍ واحد، وهي الحفر ونقل نواتجه خارج وسط العمل، وكذلك تدعيم جوانب الحفرة، وتعمل على التدعيم النهائي لجوانب الحفرة من خلال القطع البيتونية المسبقة الصنع، من سلبياتها تُستخدم فقط للمقاطع الدائرية. ^[3]

5- طريقة NATM

قبل البدء بأعمال الحفر بهذه الطريقة يجب أن نُدعم. حيث تُستخدم هذه التقنية من أجل حفر الأنفاق القريبة من سطح الأرض، لكن سلبيتها تكمن بالانتقالات التي تحصل في الجوانب الحفرية، وتؤثر بشكل سلبي على المنشآت الهندسية المنفذة على سطح الأرض فوق النفق، والتي يُمكن أن تؤدي إلى انهيارها، عندها نحتاج للتدعيم قبل البدء بالحفر. مثال على ذلك: في حالة نفقٍ سيمر أسفل سكة حديدية عندها نقوم بالتدعيم .

6- طريقة SATM

تُستخدم لحفر الأنفاق السطحية والعميقة، ولكن هذه الطريقة نحتاج فيها لتدعيم جبهة النفق أي أعلاه، لأن الأوساط تكون عادةً ضعيفةً في هذه الطريقة.

ما هي أنواع التدعيم المستخدمة في أعمال النفق؟

1- البيتون المقذوف.

2- البيتون المصبوب في المكان.

3- البيتون المسبق الصنع.

4- الأساور المعدنية.

5- الشدادات.

6- الحقن بالإسمنت أو بمواد خاصة للتدعيم. ^[4]