Tunneli – määritelmä, tyypit ja rakentaminen

Tunneli: määritelmä, tyypit ja rakentaminen — kaivutavat (louhinta, cut-and-cover), käyttötarkoitukset, esimerkit kuten Kanaalitunneli ja Gotthard sekä rakentamisen haasteet ja kustannukset.

Tunneli on maanalainen käytävä tai rakenteellinen aukko maan sisällä. Joissakin tunneleissa kulkevat autot ja toisissa junat. Joskus tunnelia käytetään laivojen liikkumiseen tai veden ohjaamiseen. Jotkut tunnelit on rakennettu tietoliikennekaapeleita tai sähköjohtoja varten, ja toiset on suunniteltu erityisesti eläinten tai ihmisten liikkumiseen ja suojaksi. Tunnelit voivat olla hyvin lyhyitä tai useiden kymmenien kilometrien pituisia riippuen käyttötarkoituksesta ja maaston vaatimuksista.

Tyypit ja käyttötarkoitukset

• Tieliikennetunnelit – moottori- ja tieyhteydet kaupunkialueilla tai vuoristossa.
• Rautatietunnelit – kaukojunille tai metroliikenteelle suunnitellut tunnelit (junat).
• Vesiliikennetunnelit ja kanavat – harvinaisempia, mutta olemassa esimerkiksi alusten siirtämiseen tai vesivarantojen hallintaan (laivat).
• Tekniset tunnelit – putkille, kaapeleille ja muille infrarakenteille.
• Luontokäytävät – eläinten liikkumista varten rakennetut tunnelimaiset rakenteet.

Maaperä ja kaivutavat

Tunneleita kaivetaan erilaisiin pohjiin, pehmeästä hiekasta kovaan kallioon. Maaperän laatu vaikuttaa voimakkaasti valittavaan rakentamismenetelmään ja kustannuksiin. Yleisimmät kaivutavat ovat:

• Louhinta (drill and blast) – kallioon tehtävät poraus- ja räjäytystyöt. Tämä on perinteinen tapa syvissä kalliorakenteissa (louhinta).
• Tunnel Boring Machine (TBM) – suuri kaivinkone, joka poraa ja tukee tunnelia samaan aikaan; sopii pitkiin tunneleihin monenlaisissa maalajeissa.
• Cut-and-cover (leikkaa ja peitä) – tunneli kaivetaan avohaudassa maanpinnan läheisyyteen ja peitetään takaisin; yleinen maantietunneleissa ja kaupunkirakentamisessa.

Cut-and-cover-menetelmässä tunneli kaivetaan maahan ja sen jälkeen tunnelin päälle rakennetaan katto. Tämä järjestelmä soveltuu lähellä maanpintaa oleviin tunneleihin, kuten maantietunneleihin ja infrastruktuuriin. Louhinnassa tunnelireitti porataan tai louhitaan vaakasuorasti kiinteään kallioon, jolloin syntyy syvempiä tunneleita, jotka vaativat erityistä tukea ja vesieristystä.

Rakentamisen vaiheet ja tekniset ratkaisut

• Suunnittelu ja tutkimukset – geotekniset tutkimukset, reittivalinta, kallion ja veden esiintymisen kartoitus sekä riskien arviointi.
• Esivalmistelut – työmaa-alueen järjestely, kuivatustyöt ja työnaikaiset kulkuyhteydet.
• Kaivu ja tuenta – valitaan sopiva kaivutapa (louhinta, TBM tai cut-and-cover). Kaivu yhdistetään tukirakenteisiin kuten ruostumattomiin teräsankkurointeihin, seinävaluihin tai paalu- ja betonipintoihin.
• Vesieristys ja kuivatus – pohjavedenohjaus ja veden poistaminen ovat kriittisiä etenkin pehmeissä maissa.
• Pintarakenteet ja tekniikka – tiemerkinnät, kalliolaatu, ilmanvaihto, valaistus, pelastus- ja palonsammutusjärjestelmät sekä valvonta- ja sähköjärjestelmät.
• Testaus ja käyttöönotto – rakenteiden kuormitustestit, ilmanlaadun mittaukset ja turvallisuusharjoitukset ennen avointa liikennöintiä.

Turvallisuus ja ylläpito

Tunneleissa on monia turvallisuutta varmistavia järjestelmiä: ilmanvaihto, paloilmoittimet, hätäpoistumistiet, suojakaistat ja valvontakamerat. Säännöllinen tarkastus ja kunnossapito ovat tärkeitä rakenteen toiminnan ja pitkän käyttöiän takaamiseksi. Lisäksi monitorointi havaitsee kallion liikkeet, vedenpaineet ja muut muutokset, joihin on varauduttava nopeasti.

Kustannukset ja aikataulu

Tunneleiden rakentaminen on suuri maanrakennushanke, joka voi maksaa hyvin suuria summia. Pitkän tunnelin suunnittelu ja rakentaminen voi kestää useita vuosia tai jopa vuosikymmeniä riippuen projektin laajuudesta, maaperästä ja rahoituksesta. Hankkeessa huomioidaan myös ympäristövaikutukset ja alueen infrastruktuurin sopeuttaminen.

Esimerkkejä merkittävistä tunneleista

Ranskan ja Englannin välinen Kanaalitunneli on yksi maailman tunnetuimmista ja pisimmistä tunneleista; sen pituus on noin 50 kilometriä. Maailman pisin tunneli, Gotthardin pohjatunneli, kaivetaan Sveitsissä ja se on poikkeuksellisen pitkä ja syvä kalliorakenne.

Tunnelit ovat keskeinen osa nykyaikaista infrastruktuuria: ne yhdistävät alueita, lyhentävät matka-aikoja ja mahdollistavat energian ja tiedon kulun maanalaisesti. Hyvin suunniteltu ja ylläpidetty tunneli palvelee turvallisesti ja tehokkaasti vuosikymmeniä.

Cut-and-cover

Leikkaa ja peitä -menetelmä on yksinkertainen tapa tehdä onttoja tunneleita, jossa kaivanto on louhittu ja katettu yläpuolella olevalla tukijärjestelmällä, joka on riittävän vahva kantamaan tunnelin yläpuolelle rakennettavan kohteen kuorman. Leikkaa ja peitä -tunnelointia on kaksi perusmuotoa:

• Bottom-up-menetelmä: Kaivetaan kaivanto, joka tarvittaessa tuetaan maata, ja tunneli rakennetaan siihen. Varhaisimpina aikoina käytettiin tiiliä. Sen jälkeen kaivanto täytetään huolellisesti ja pinta palautetaan.
• Ylhäältä alas -menetelmä: Sivutukiseinät ja kattopalkit tehdään maanpinnasta käsin esimerkiksi lietteellä tai vierekkäisillä poratuilla paaluilla. Tunnelin katon rakentamiseen tarvitaan vain ontto kaivanto, jossa käytetään palkkeja tai paikan päällä seinien päällä istuvaa betonia. Tämän jälkeen pinta muokataan uudelleen kulkuaukkoja lukuun ottamatta. Tämä mahdollistaa ajoreittien, huoltopalvelujen ja muiden pintarakenteiden varhaisen uudelleenrakentamisen. Tämän jälkeen tehdään kaivuutyö pysyvän tunnelikaton alla ja pohjalaatta.

 
Pariisin metron leikkaava ja peittävä rakentaminen Ranskassa  

Kysymyksiä ja vastauksia

Q: Mihin tunneleita käytetään?

K: Mikä on "cut and cover" -tunnelinkaivumenetelmä?

K: Kuinka pitkä on Ranskan ja Englannin välinen Kanaalitunneli?

K: Kuinka pitkä on maailman pisin tunneli?

Hae kirjaimella