Tunnels construction

Prepared byHaytham Baraka

Zagazig university

Tunnels • Every day contractors construct tunnels as its providing us with

solution to many problems we faced such as traffic problems , passing water under ground surface and so.

• Tunnel Projects ask for well prepared and trained personnel in a great range of technologies:

1. Geotechnics and soil engineering2. Equipment and control methods3. Planning and scheduling4. Concrete technology5. Monitoring, instrumentation and site control6. Environment impact, logistics

Why more tunnels are being built• Costاالقل ا الحل هو نفق انشاء يكون حياناوجود بسبب طريق انشاء من تكلفةتعويضات دفع و الزالة تحتاج مباني

مشكالت من غيره و ذلك مقابلعام كل تقل تقريبا االنفاق انشاء تكلفة

السابق % 4 العام عن

• Safetyاالنفاق في الحوادث حدوث احتماليةو الطرق علي حدوثها من كثيرا اقلالثقيل النقل فصل المكانية ذلك يرجعسهولة ايضا و االخري المركبات عن

المارة المركبات علي الرقابة و التحكم

• Environment

العادة حقيقية فرصة هو نفق انشاءبشكل الطرق و الشوارع تشكيلو االزدحام عن بعيدا جذاب و جماليو المرور عن الناتج التلوث و الضوضاء

المشاه حركة صعوبةيمكن و ذلك لكل حال يوفر نفق فعملمن خروجه قبل الملوث الهواء معالجة النفق• Constructionتكنولوجيا في جدا سريع تقدم هناكو المتفجرات حيث من االنفاق تشييد

غيره و الحفر تدعيم و الحفر معداتبالشكل االنفاق عمل السهل من اصبحكافة توفير و المطلوب الهندسي

النفق داخل الخدمات

An example to see the different between Boston Downtown , USA ….before & after

• Before construct the tunnel

• Jjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjj

jjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjAfter

The downside of tunnels:

● higher building cost and difficulties of cost control during construction ● “cut and cover” tunnels can be disruptive during construction ● good standards of daily operations required ● ongoing operational costs ● underground junctions difficult and potentially expensive ● siting of portals and ventilation shafts needs to be carefully selected

• Before you dig:– identify and locate all utilities– plan protection for workers for any active

utilities that will be in the trench– determine if a hazardous atmosphere may

exist in a trench > 4’– plan evacuation routes out of trenches over 4’

within 25’ of workers

Trench ExcavationCauses of Collapse

Know about tunnel in brief outline

• Organizations working in the same place in tunnels :1. Transport2. Traffic management & Control3. Security and Fire incidents management4. Maintenance of the facilities

Communications are requested in the following fields:* Construction systems* Materials incorporated in underground projects* Construction monitoring technologies* Engineering issues and engineering liability.* Long term construction sites management* Environment impact

* Logistics and site factories* Relationship with all stakeholders.* Ventilation, fire detection and prevention systems* Traffic control and monitoring.* Facilities maintenance and operation.* Project performance monitoring and assessment* Hazards management and legal issues

؟ النفق تشييد طريقة اخيتار يتم كيف

نفق كل يعتبر ايضا و االنفاق لتنفيذ طرق عدة هناكتكرر unique case حالة ال فريدة

اختيارنا في تتحكم عوامل عدة هناك ان نجد لذلكطريقة من اكثر نختار قد و بل النفق تنفيذ لطريقة

هذه , و اجزاء الي تقسيمه يتم حيث النفق لتنفيذاالتي تتلخصفي ان يمكن : العوامل

للموقع - الهيدرولجية و الجيولوجية الظروفالعرض ) , , ....( - الطول للنفق الخصائصالهندسية

المعدات ) - المنفذة الشركة لدي المتوفرة االمكانياتغيره ( و السابقة الخبرات و لديها المتوفرة

هل ) - النفق فوق للمنطقة الخصائصالمروريةهل , و ال ام المرور حركة منع في الطريقة ستتسبب

و .... ( ال ام لذلك بدائل يوجد

؟؟ االنفاق لعمل االساسية الخطوات

الهدف لكن للتنفيذ طرق عدة وجود من بالرغماو , بها يمر دائما خطوة عدة هناك لذلك و واحد

هي , و نفق اي : ببعضها(1) Drilling

التربة لنوع المناسبة المعدة باستخدام يتم و الحفرالنفق لتنفيذ المستخدمة الطريقة تالئم التي ايضا و

(2) Groutingعالية و عالية تشغيلية ذات مادة هو الجروت

جدا صغير انكماشها و المقاومة

(3) Excavation الرئيسية الحفر عملية

(4) Supportingمناسب بنظام الحفر تدعيم

(5) Transportation of muck

(6) Lining or coating/sealing(7) Draining

(8) Ventilation

؟ االنفاق تنفيذ طرقكانت و الزمان قديم من االنفاق تشييد العالم عرفاالختالف , هذا و االن عن تختلف بطرق االنفاق تنفذ

المستمر التطور الي يرجع التطور اصح بمعني اوالبناء و التشييد في يحدث الذي

قديما االنفاق تنفيذ طرق

The English method

The Austrian (cross-bar) method

The German method

The Belgian system (underpinning or flying arch method)

NOTE : Now this methods are not being used because of its obstacles during construction process And the modern methods are :Cut and Cover System.Pipe Jacking System (Micro Tunneling).Shield Tunneling (TBM).New Austrian Tunneling Method (NATM). Immersed-Tube Tunneling System.

Forming tunnel is similar to form a bore pile, but in a horizontal manner and in most cases in a much larger diameter .Remember how to find a bore pile?Three basic consideration:• how to cut the soil/rock• how to remove the spoil• how to protect the bore hole fromcollapsing

Construction of tunnel using the New Austrian Tunnel Method (NATM) for soft

ground

Stage 1Stage 2`Stage 3FINALI

ZATION

عملية لسهولة ذلك و اجزاء الي النفق تقسيم نالحظهذه , التقسيم عملية تتم قد و ذلك بعد التدعيم و الحفر

لعملية , اخر اسلوب هذا و اخري باشكال او بطرقالنفق قطاع تقسيم

Machine use for thedrilling of the blast hole

known as Jumbo tunneling machine

متفجرات وضع طريق عن النفق بحفر تقوم االلة هذهااللة في التحكم يتم و بتفجيرها تقوم ثم معينة بطريقة

الكترونيا

Construction sequence for tunnelwaterproofing and permanent lining

After the tunnel formed by drill and blast process, the newlyformed tunnel surface is to be lined with an in-situ concrete lining to stabilize the exposed soil or rock faces. The photo shows the gantry-type formwork used to form the in-situ concrete lining.

Tunnel Constructionusing Tunnel Boring Machine (TBM)

الحفر : شكل يكون و بالحفر تقوم الة وجود الطريقة هذه فكرة دائري

و التعامل علي قادرة جدا حادة رؤس علي االلة مقدمة تحتويمزودة , المقدمة هذه و االحجار مثل القوية التربة مع الحفر

الخارج الي حفرها تم التي التربة بنقل تقوم بأداةللتربة الناقلة العربة يضا و االلة هذه عليه لتسير طريق عمل يتم

الحفر من الناتجةالقطاع ...(( تدعيم يتم و التربة لسند التبطين و التهوية انابيب مد

تجهيزه و حفره تم الذيمثل مساعدة اضافية الة الي نحتاج قد و

Jumbo machine

Aphoto of tunnel boring machine

من , كمثلها فهي االلة هذه من انواع عدة هناك ان نعلم ان يجب ومع لتتناسبب انواع عدة لها و باستمرار تطوير لها يحدث االالت

الختلفة المهام

الـ علي اكثر للتعرف وT.B.M=Tuneel boring machine

Note this figure very well to do

تضطرنا ) فقد فقط االلة مقدمة استخدام الممكن من ومقدمة طريق عن ذلك يتم و لذلك الموقع في الظروف

طائرة شدة الي باالضافة formwork gantry االلة

االسلوب هذا لفهم االتية الصور الحظ

الطائرة : ) ( المتحركة الشدة اوال

يمثل , مرتفع استيل هيكل وجود نالحظكما االلة مقدمة بحمل يقوم و الطائرة الشدة

سنريعلي اعتمادا باستمرار الشدة تتحرك

للمعدة الحفر معدل

تم قد و االلة مقدمة وجود الصورة هذه في نالحظنالحظ , و الطائرة الشدة بواسطة حملها و تعليقها

بغرض ذلك و بالعرض استيل عناصر وجود ايضاالخشبية االلواح ايضا و التدعيم

هذا و ما حد الي االلة بساطة الحظنا السابق الشكل فيقطر ) هنا لعملها و ( _ _ 8.7مناسب سابقا ذكرنا كما متر

اكبر العمال مستخدمة مقدمة توضح التالية الصورة لكن

في : الموجودة الماسورة او االنبوبة هذه ما سؤال؟؟؟ الشكل

Tunnel Constructionusing Cut-and-Cover Method

اللينة للتربة و عميقة الغير لالنفاق جدا جيدة الطريقة هذه تعدبواسطة الحفر جوانب تدعيم ثم الحفر طريق عن الطريقة هذه تتم

sheet piles walls بواسطة تدعم

steel struts OR soldiers pilesupportedusing ground anchors

يسمي ذلك من اي وcut-of system

Diaphragm wall supported with steel struts

c & c 34

Construction Stages for “cover and cut” method

c & c 35

Cut & cover Vs cover & cut

c & c 36

HintThe main difference betweets these methods is the excavation and thus soil supporting systemSo,There are two methods of excavation related to each c&c method The first is called Bottom-Up Construction

c & c 37

--------------------------------------------------------------And the second is called Top-Down construction

c & c 38

Conditions Favorable to Bottom-Up Construction:

No right-of way restrictions No requirement to limit sidewall deflections

No requirement for permanent restoration of surface

Conditions Favorable to Top-Down Construction

Limited width of right-of-way Sidewall deflections must be limited to protect adjacent features

Surface must be restored to permanent usable condition as soon as possible

c & c 39

How to choose asuitable C&C ……. Cover & cut Cut & cover Conditions

L < 150 m L < 300 m Tunnel length / cutting

H < 15 m H < 50 m Depth of grade line

Sensitive area Fairly sesitive area Environment

Loose sand (( any unstable soil ))

Gravel , soils, soft rock

Geology

c & c 40

c & c 41

Excavation support systems

لتدعيم ساند نظام وجود ضرورة الحظنا سبق مماو للعمل امنة مساحة لتوفير ذلك و التنهار حتي التربةالمنشات علي سلبي تاثير اي عمل لعدم ايضاالمياه منسوب انخفاض او التربة انهيار نتيجة المجاورة

فقد الجوفيهكبيرة اضرار الي ذلك يؤديالنظام من كجزء يعتبر الساند المنشأ يكون قد و

عليه يطلق بذلك و للنفق permenant االنشائيعليه يطلق فقط الحفر سند بغرض كان لو اما

temporary

To see more clearly sheet pileits peform asupport to soil and groung water proof

soldier pile wall supported by anchors

Cut-and-cover tunnel constructed in difficult environment

Tunnel excavation and construction - crossing under an existing highway bridge with limited headroom and

congested working environment

crossing under busy surface roadway

Tunnel Constructionusing Immersed Tubes

الماء تحت تكون ان االسم من يتضح

النفق : تقسيم يتم الطريقة فكرةهذه , تصنيع يتم ثم اجزاء الي

النفق مكان من بالقرب االجزاءمعد مكان في ذلك امكن كلما

طريقة , عن تصنيعها بعد االجزاء هذه نقل للتصنيعالي سحبها ثم الماء سطح علي تطفو جعلها

نصل حتي تغوص نجعلها ثم المستهدف المكانفيه وضعها سيتم الذي المكان الي

مكان في مسبقا معد منشا اي مثل مثلها لكن بسيطة طريقة هي واالهتمام و للتقسيمات الهندسية الخصائص مراعاة من البد للتصنيع

هذه , نقل تدابير و احتياطات عمل الي باالضافة جدا بذلكالمطلوب المكان الي التقسيمات

من حيث العالية الجودة ايضا و التنفيذ سرعة هي يميزها ما وجودته و التصنيع في التحكم السهولة

Cross section of atunnel shows all its component

Finishing tunnel processtunnel interior andservices installation

Installation of the tunnel wall panel

Laying of rail track in railway tunnel

COST جيدا مراعاتها يجب التي العناصر اهم من المشروع تكلفة تعد

المشروع بدء بعد و المشروع بدء قبلقرار الخذ المشروع سعر تقدير عند ذلك و المشروع بدء قبل

انا , الكميات مسعر علي يجب عدمه من المشروع الي بالتقدمو المختلفة التنفيذ مراحل اثناء تحدث قد التي المخاطر يراعي

و مربح مشروع يكون ان نضمن حتي ذلك و التكلفة من تزيدو المخاطر مع التعامل و تمويله علي القدرة ضمان ايضا

االنفاق بحجم كبير مشروع في تحدث قد التي المفاجاتالتنفيذ لعمليات الجيدة المراقبة من فالبد المشروع خالل اما

او له المحددة الميزانية عن المشروع خروج عدم لضمانالمحدد الزمن في و المطلوب من اقل بجودة

Actual example for Cost Distribution

Span and cost

safety

و لالفراد السالمه و االمن عنصر توفير من البد مشروع اي فيعامة بصفه للموقع

االهتمام من البد االنفاق مثل الكبري المشروعات في خاصة ونجاح , علي مباشرة تؤثر التي االشياء من النه جيدا بذلك

عدم , الحصر ليس و المثال سبيل علي عدمه من المشروعتأخر الي تؤدي قد الموقع في االمان و السالمه توفير

لحدوث تؤدي قد ايضا و له المحدد الوقت عن المشروععلي و تكلفته من تزيد اخطأء او المشروع في كوراث

البشري الجانب علي مخاطر االخر الجانبالمشروع مراحل من Safety طوال البد ذلك كل بسبب و

بـ االهتمامو التكلفة حدود في و مخاطر بأقل ناجح مشروع تحقيق لضمان

المطلوبة بالجودة و المستهدفين الوقت

؟ الموقع في السالمة تحقيق نضمن كيف

البد الموقع في السالمة و االمان عوامل توفر لضمانعن بتعيينشخصمسئول يقوم ان المشروع مدير علي

ذلك

بـ يسمي

SHO = Safety and Health Officer

يحتمل التنفيذ عملية اثناء نشاط باي القيام قبل البد وم باذن اال النشاط هذا بدء عدم به نه وجود مخاطر

كافة تحقيق عن االخير و االول المسؤل لكونه باالضافةالموقع في السالمة و االمان عوامل

بعد , هذه الحصر ليس و المثال سبيل علي واالنفاق تشييد تخص التي : التعليمات

معايير كل حقق اذا اال عمله بممارسة عامل الي السماح عدمبواسطة مسبقا وضعها تم التي sho السالمه

عدده عمل طاقم دائما 25لكل لهم يتوفر ان البد اكثر او فردمن مكون فريق االقل علي 5علي جيدا مدربين افراد

لالفراد تحدث قد اخري مخاطر اي او االختناق نتيجة االسعافاتمن اقل االفراد عدد ان حالة في لكن 25و و واحد بفريق يكتفي

عن ايضا افراد 5اليقل

علي قادر انه التاكد من البد طبية معدات ايشخصيحملاخطاء دون المعدات هذه استخدام

التنسبسببضغط في مشاكل بها التي النفق من االجزاء فيمن البد و لالفراد تنفسصناعية اجهزة بها يتوفر ان البد الهواء

استخدامها علي جيدا االفراد تدريب

او للسقوط االفراد احد يتعرضبها قد التي االماكن فيخطاطيف و احبال منهم فرد لكل يتوفر ان البد التزحلق

تعرضلذلك ما اذا يستخدمها ان, لكي التاكد من البد ولكي االمان عوامل الخطاطيفتحقق و االحبال هذه

تقصير اي دون بدورها تقوم• عن تقل ال العمل اماكن من اي في االضاءة 100شدة lux• حالة في باالضاءة للقيام كهرباء مولد توفر من البد

التيار مصدر تعطل

• للتربة الساند النظام منسالمة باستمرار التاكد من البد• رافعة توفير من البد كبير عليعمق النفق وجود حالةللعمال

• عن تقل ال مسافة وجود من التاكد من بين 50البد سمالنفق في ايشيء او معدة اي و الشاحنة

• من البد النفق في العاملين او المشاة سالمة لضمانتجاويفعليمسافات عمل يتم و رصيفمناسب عملمناسبة

في خاصة و للحريق مقاومة اجهزة توفر من البدالحريقفي لمقاومة مياه توفير و الخطرة االماكنبضغط و دائمة بصفة و اليها الوصول سهلة اماكن

مناسب

• في تكون ان البد غيره او زيت او غازات خزانات وجود حالة فيالتركيبات او االنفجارات عن بعيدة تكون حيث لها مناسبة اماكن

اخري مخاطر اي او الكهربية

• في الكيروسين او الينزين مثل بترولية مواد اي تخزين تماما يمنعمن بذلك تصريح اخذ و بموافقة اال تستخدم حتي او SHO النفق

• الخطية , السرعة دائمة بصفة ميكانيكا كله النفق تهوية من البدعن تقل ال النفق في الجيد الهواء ان/ , 3متر 5.7لتدفق البد و دقيقة

عن االكسجين نسبة تقل الهواء % 20ال حجم من• …………………………………………………………………………………….

لالختصار ذكرها يتم لم مراعاتها يجب التي االمور و االحتياطات من العديد هناك و

End You can send any question or comment To me at this E-mail haytham.baraka@eng.zu.edu.eg

Thank you 2011