อุโมงค์

อุโมงค์ในเบลเยี่ยม เดิมเป็นทางรถไฟแต่ปัจจุบันเป็นทางเดินเท้าและจักรยาน

ทางเข้าอุโมงค์ถนนในกวานาวาโต, เม็กซิโก

อุโมงค์สาธารณูปโภคสำหรับท่อความร้อนระหว่าง Rigshospitalet และ Amagerværket ในโคเปนเฮเกน, เดนมาร์ก

อุโมงค์รถไฟใต้ดินไทเปในไต้หวัน

ทางเข้าด้านใต้ยาว 421 เมตร (1,381 ฟุต) อุโมงค์คลอง Chirk

อุโมงค์ (อังกฤษ: Tunnel) คือ ทางสัญจรใต้ดิน ใต้น้ำ ที่ขุดลงไปใต้ดินหรือในภูเขา โดยทั่วไปแล้วจะมีความยาวอย่างน้อยมากกว่าความกว้าง 2 เท่า และมีผนังโอบล้อมทุกด้าน โดยมีปลายเปิดในส่วนหัวและส่วนท้าย อุโมงค์อาจเป็นทางเดินเท้าหรือจักรยานลอดใต้ถนนหรือเชื่อมต่ออาคาร แต่โดยทั่วไปเป็นทางสัญจรสำหรับรถยนต์ รถไฟ หรือคลอง บางที่อาจเป็นทางระบายน้ำ ทางส่งน้ำโดยเฉพาะที่ใช้สำหรับไฟฟ้าพลังน้ำหรือท่อระบายน้ำ หรือในวัตถุประสงค์อื่น เช่นงานสาธารณูปโภคได้แก่ท่อประปา ไฟฟ้า เคเบิลสำหรับโทรคมนาคม หรือแม้กระทั่งอุโมงค์ที่ออกแบบสำหรับเป็นทางเดินสัตว์ป่าสำหรับสัตว์ในยุโรป ที่อาจเป็นอันตราย บางอุโมงค์ลับก็ใช้สำหรับเป็นทางออกสำหรับหนีภัย อุโมงค์บางแห่งไม่ได้เป็นทางสัญจรแต่เป็นป้อมปราการก็มี อย่างไรก็ตามท่อที่ใช้ในการขนส่ง (อังกฤษ: transport pipeline) ไม่เรียกว่าเป็นอุโมงค์เนื่องจากบางอุโมงค์สมัยใหม่ได้ใช้เทคนิคการก่อสร้างแบบ immersed tube (ทำท่อสำเร็จเป็นช่วง ๆ บนดินแล้วนำไปจมที่ไซท์งาน) แทนที่จะใช้วิธีขุดเจาะแบบเดิม

ประวัติความเป็นมา

อุโมงค์ถนน Joralemon ในปี 1913 เป็นส่วนหนึ่งของระบบรถไฟใต้ดินมหานครนิวยอร์ก

เทคโนโลยีจำนวนมากในช่วงต้นของการขุดอุโมงค์ได้วิวัฒนาการมาจากการทำเหมืองแร่และงานวิศวกรรมทางทหาร รากศัพท์ของคำ "เหมืองแร่" (สำหรับการสกัดแร่หรือการโจมตีโอบล้อม), "วิศวกรรมทางทหาร" และ "วิศวกรรมโยธา" เผยให้เห็นการเชื่อมต่อในส่วนลึกของประวัติศาสตร์เหล่านี้

เตะดิน

เตะดิน (อังกฤษ: clay-kicking) เป็นวิธีการเฉพาะที่มีการพัฒนาในสหราชอาณาจักรในการขุดอุโมงค์ขุดด้วยมือบนโครงสร้างของดินเหนียว (อังกฤษ: clay) (ชื่อของเนื้อดิน (soil texture) ซึ่งประกอบด้วยสัดส่วนโดยมวลของกลุ่มอนุภาคดินเหนียวตั้งแต่ร้อยละ 40 ขึ้นไป และกลุ่มอนุภาคทรายไม่เกินร้อยละ 45 และดินอนุภาคทรายแป้ง (silt) ไม่เกินร้อยละ 40) ที่แข็งแรง ซึ่งแตกต่างจากวิธีการขุดด้วยมือก่อนหน้านี้ที่ใช้อีเต้อ (อังกฤษ: mattocks) ซึ่งใช้กับโครงสร้างของดินทั่วไป (อังกฤษ: soil) (เทหวัตถุธรรมชาติซึ่งเกิดขึ้นบนพื้นผิวโลก เป็นวัตถุที่ค้ำจุนการเจริญเติบโตและการทรงตัวของต้นไม้ ประกอบด้วยแร่ธาตุและอินทรียวัตถุต่างๆ และมีลักษณะชั้นแตกต่างกัน ซึ่งแต่ละชั้นที่อยู่ต่อเนื่องกันจะมีความสัมพันธ์ซึ่งกันและกันตามขบวนการ กำเนิดดินที่เป็นผลสืบเนื่องมาจากการกระทำร่วมกันของภมิอากาศ พืชพรรณ วัตถุต้นกำเนิดดิน ตลอดทั้งระยะเวลาและความต่างระดับของพื้นที่ในบริเวณนั้น) ที่จะต้องใช้แรงมาก เตะดินค่อนข้างเงียบและด้วยเหตุนี้เองที่มันไม่ได้เป็นอันตรายต่อโครงสร้างพื้นฐานของดินอ่อน

การตรวจสอบและการออกแบบทางธรณีเทคนิค

บทความหลัก: การตรวจสอบทางธรณีเทคนิค

โครงการอุโมงค์จะต้องเริ่มต้นด้วยการตรวจสอบที่ครอบคลุมสภาพพื้นดินโดยการจัดเก็บตัวอย่างจากการเจาะรู (อังกฤษ: borehole) และโดยใช้เทคนิคทางธรณีฟิสิกส์อื่น ๆ จากนั้นจะทำการเลือกเครื่องจักรและวิธีการเปิดหน้าดินและการรองรับพื้นดินซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงกับสภาพพื้นดินที่ไม่คาดฝัน ในการวางแผนเส้นทางการจัดแถวแนวนอนและแนวตั้งจะใช้ประโยชน์จากสภาพพื้นดินและน้ำที่ดีที่สุด

การศึกษาบนโต๊ะและที่ไซต์งานแบบทั่วไปอาจให้ข้อมูลไม่เพียงพอที่จะประเมินปัจจัยต่าง ๆ เช่นลักษณะการบล็อกของหิน สถานที่ตั้งที่แน่นอนของโซนรอยเลื่อน หรือเวลาตั้งตัว (อังกฤษ: Stand-up time) ของพื้นดินที่อ่อนนุ่ม สิ่งเหล่านี้อาจสร้างความกังวลโดยเฉพาะอย่างยิ่งในงานสร้างอุโมงค์เส้นผ่าศูนย์กลางขนาดใหญ่ เพื่อให้ได้ข้อมูลเพิ่มเติม อุโมงค์นำร่องหรือ drift อาจใช้ดันไปข้างหน้าตัวขุดหลัก อุโมงค์นี้จะง่ายกว่าในการสนับสนุนข้อมูลถ้าสภาพที่ไม่คาดคิดถูกตรวจพบและจะสามารถควบรวมเข้ากับอุโมงค์จริง อีกทางเลือกหนึ่งคือการเจาะรูทดสอบในแนวนอนบางครั้งอาจจะเจาะนำไปข้างหน้าของเครื่องเจาะอุโมงค์

ปัจจัยธรณีเทคนิคอื่น ๆ ที่สำคัญ ได้แก่ :

• เวลาตั้งตัว เป็นระยะเวลาที่อุโมงค์จะสามารถรับน้ำหนักตัวเองได้โดยไม่ต้องมีโครงสร้างใด ๆ มารองรับเพิ่มเติม การรู้ว่าเวลานี้นานเท่าไรจะช่วยให้วิศวกรสามารถกำหนดได้ว่าจะต้องมีการขุดมากน้อยแค่ไหนก่อนที่การรองรับจะเป็นสิ่งจำเป็น เวลาตั้งตัวยิ่งนานการขุดก็ยิ่งไปได้เร็ว โดยทั่วไปลักษณะบางอย่างของหินและดินเหนียวจะมีเวลาตั้งตัวที่นานมาก ๆ และดินทั่วไปที่เป็นทรายและมีเนื้อละเอียดจะมีเวลาตั้งตัวที่ต่ำกว่ามาก
• การควบคุมน้ำบาดาลเป็นสิ่งสำคัญมากในการก่อสร้างอุโมงค์ หากมีน้ำรั่วซึมเข้าไปในอุโมงค์ เวลาตั้งตัวจะลดลงอย่างมาก หากมีน้ำรั่วซึมเข้ามาในเพลาเจาะ มันจะกลายเป็นความไม่แน่นอนและจะไม่มีความปลอดภัยในการทำงาน เพื่อหยุดการรั่วซึมนี้มีวิธีการทั่วไปไม่กี่อย่าง อย่างหนึ่งที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดคือการแช่แข็งพื้นดิน ในวิธีนี้ท่อจำนวนมากจะถูกดันลงไปในพื้นดินรอบ ๆ เพลาเจาะและมีการหล่อเย็นจนกว่าท่อเหล่านั้นจะเป็นน้ำแข็ง พื้นดินรอบ ๆ ท่อเหล่านั้นก็จะเป็นน้ำแข็งไปด้วย จนเพลาเจาะทั้งหมดถูกล้อมรอบไปด้วยดินแช่แข็ง เป็นการป้องกันไม่ให้น้ำซึมเข้าไปข้างใน วิธีการที่พบมากที่สุดคือการติดตั้งหลายท่อลงไปในดินและเพียงแค่สูบน้ำออก วิธีนี้จะได้ผลสำหรับอุโมงค์และเพลาเจาะ
• รูปร่างของอุโมงค์ก็เป็นสิ่งที่สำคัญมากในการกำหนดเวลาตั้งตัว แรงโน้มถ่วงจะกดลงไปตรง ๆ บนอุโมงค์ ดังนั้นหากอุโมงค์มีความกว้างมากกว่าความสูง มันก็จะลำบากยิ่งขึ้นที่จะต้องรับน้ำหนักตัวเอง นี่เป็นการลดเวลาตั้งตัว หากอุโมงค์มีความสูงมากกว่าความกว้าง เวลาตั้งตัวก็จะเพิ่ม ทำให้โครงการง่ายขึ้น รูปร่างที่ยากที่สุดในการรองรับน้ำหนักตัวเองตืออุโมงค์รูปสี่เหลี่ยมจตุรัสหรือรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า แรงก็ยากที่จะกระจายเปลี่ยนเส้นทางไปรอบอุโมงค์ทำให้มันยากมากที่จะรองรับน้ำหนักตัวเอง สิ่งเหล่านี้แน่นอนว่าขึ้นอยู่กับพื้นดินว่าเป็นวัสดุอะไร

ทางเลือกของอุโมงค์เมื่อเทียบกับสะพาน

อุโมงค์ฮาร์เบอร์ในบัลติมอร์ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของทางหลวงระหว่างรัฐ I-95 เป็นตัวอย่างหนึ่งของอุโมงค์ข้ามน้ำสร้างขึ้นแทนที่จะเป็นสะพาน

สำหรับการข้ามน้ำ อุโมงค์โดยทั่วไปจะแพงมากกว่าการสร้างสะพาน การพิจารณาเพื่อการเดินเรืออาจจำกัดการใช้สะพานสูงหรือช่วงความยาวสะพานที่ตัดกับสถานีขนส่งทางเรือจึงจำเป็นต้องทำเป็นอุโมงค์

สะพานมักจะต้องใช้พื้นที่บริเวณตีนสะพานบนแต่ละฝั่งที่มีขนาดใหญ่กว่าอุโมงค์ ในหลายพื้นที่ที่อสังหาริมทรัพย์มีราคาแพงเช่นแมนฮัตตันและในเมืองฮ่องกง สิ่งนี้เป็นปัจจัยที่แข็งแกร่งที่จะเลือกอุโมงค์มากกว่า โครงการบอสตันบิ๊กดิกได้แทนที่ถนนยกระดับด้วยระบบอุโมงค์เพื่อเพิ่มความจุการจราจร แอบการจราจร การเวณคืนที่ดิน การตบแต่งใหม่ และรวมตัวของเมืองกับสภาพริมน้ำ ในแฮมป์ตันโรดส์ รัฐเวอร์จิเนีย หลายอ​​ุโมงค์ได้รับการคัดเลือกแทนที่สะพานเมื่อพิจารณาในเชิงกลยุทธ์ ในกรณีที่มีความเสียหายสะพานจะกีดขวางไม่ให้เรือของกองทัพเรือสหรัฐออกจากสถานีทหารเรือนอร์โฟล์ค

ถนนอุโมงค์ Queensway 1934 ลอดใต้แม่น้ำเมอร์ซี่ที่ลิเวอร์พูลได้รับเลือกให้ชนะสะพานสูงหนาแน่นด้วยเหตุผลด้านการป้องกัน: มีความกลัวว่าเครื่องบินอาจทำลายสะพานในช่วงสงคราม ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาสะพานหนาแน่นเพื่อให้เรือใหญ่ที่สุดในโลกสามารถที่จะเดินทางลอดไปได้ได้รับการพิจารณาว่าสูงกว่าอุโมงค์เสียอีก ข้อสรุปที่คล้ายกันก็นำมาใช้กับอุโมงค์ Kingsway 1971 ลอดใต้แม่น้ำเมอร์ซี่

อุโมงค์ข้ามน้ำที่ถูกสร้างขึ้นแทนสะพานได้แก่อุโมงค์ฮอลแลนด์และอุโมงค์ลินคอล์นระหว่างรัฐนิวเจอร์ซีย์กับเมืองแมนฮัตตันในนิวยอร์กซิตี้ อุโมงค์ควีนมิดทาวน์ระหว่างแมนฮัตตันกับเมืองบอโรของเมืองควีนส์ที่ลองไอส์แลนด์ และอุโมงค์แม่น้ำแอลิซาเบธระหว่างนอร์โฟล์คกับพอร์ตสมัธเวอร์จิเนีย อุโมงค์ Queensway 1934 ลอดใต้ถนนแม่น้ำเมอร์ซี่ อุโมงค์เวสเทิร์น Scheldt ในเซลันด์เนเธอร์แลนด์และอุโมงค์ North Shore Connector ในพิตส์เบิร์กเพนซิลเวเนีย

เหตุผลอื่น ๆ สำหรับการเลือกอุโมงค์แทนที่จะเป็นสะพานจะรวมถึงการหลีกเลี่ยงปัญหากับคลื่นลม สภาพอากาศและการขนส่งในระหว่างการก่อสร้าง (อย่างเช่นอุโมงค์ลอดช่องแคบอังกฤษยาว 51.5 กิโลเมตรหรือ 32.0 ไมล์) เหตุผลด้านความงาม (รักษามุมมองเหนือพื้นดิน, ภูมิทัศน์และ ทิวทัศน์) และด้วยเหตุผลความจุน้ำหนัก (มันอาจจะเป็นไปได้มากกว่าที่จะสร้างอุโมงค์แทนสะพานที่แข็งแกร่งเพียงพอ)

การข้ามน้ำบางแห่งเป็นส่วนผสมของสะพานและอุโมงค์เช่นสะพานออร์ซันด์ที่เชื่อมระหว่างเดนมาร์กกับสวีเดนและสะพานอุโมงค์อ่าวเชสสพีคในรัฐเวอร์จิเนีย

มีตัวอย่างของอันตรายกับอุโมงค์โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากการเกิดเพลิงไหม้รถเมื่อก๊าซเผาไหม้สามารถผู้ใช้สำลักควัน อย่างเช่นที่เกิดขึ้นที่อุโมงค์ถนน Gotthard ในสวิตเซอร์แลนด์ในปี 2001 หนึ่งในภัยพิบัติทางรถไฟที่เลวร้ายที่สุดเท่าที่เคยมีคืออุบัติเหตุรถไฟ Balvano เกิดจากรถไฟติดค้างอยู่ในอุโมงค์ Armi ในอิตาลีในปี 1944 มีผู้โดยสารผู้เสียชีวิต 426 ราย