النفق ( Tunnel )
☰ جدول المحتويات
النـَّفَــقممر تحت سطح الأرض. تحفر الأنفاق خلال التلال أو الجبال وتحت المدن والطرق المائية. وهي تزود الطرق والسكك الحديدية، بممرات مريحة متجاوزة بذلك العوائق الطبيعية والاصطناعية. تُسْتخدم الأنفاق في التعدين، للوصول إلى المعادن الثمينة في عمق الأرض. وتحمل أيضا كميات هائلة من المياه لمعامل الطاقة الكهرومائية. ينقل بعض الأنفاق المياه العذبة للري أو الشرب، كما ينقل بعضها الآخر الفضلات في نظم الصرف الصحي.
كيف تُبْنى الأنفاق
تُشَقُّ بعض الأنفاق خلال الصخور الصلبة للتلال أو الجبال، أو تحفر خلال الأرض اللينة. يدفن بعضها في الأرض تحت جسم مائي. يفحص المهندسون المواد التي يريدون أن يمر النفق خلالها، من أجل تحديد أنواع الطرق والمعدات التي ستستخدم في بنائه.
 |
كيـف يبنى النفـق تقوم آلة حفر النفق بحفر الصخر بالقواطع القرصية الملحقة بمقدمة الآلة. بعد ذلك يزال الصخر المكسر، ويعرف بالأنقاض بواسطة المفرغ وعربة سكة حديدية، ثم يتم إخراجها إلى السطح في رافعة. في هذه الأثناء، تتدلى أجزاء خرسانية لتبطين النفق بواسطة حامل عمودي. يدعم الدرع الواقي على آلة الحفر سقف النفق، إلى أن يتمكن العمال من بناء قسم جديد من بطانة النفق. |
الأنفاق الصخرية:
يبدي الصخر مقاومة كبرى لحفر الأنفاق. يتضمن بناء معظم الأنفاق نسف الصخور بالمتفجرات. ولكي يتم نسف الصخر، يحرك العمال أولاً سقّالة كبيرة بالقرب من وجه (مقدمة) النفق. تقوم آلة الثقب الضخمة التي تعرف بالجمبو والمثبتة على السقالة بالتثقيب عدة مرات لإحداث ثقوب في داخل الصخر بعمق يتراوح بين 2 و 3,5م تقريبًا، تملأ تلك الثقوب، التي لايتعدى قطرها بضع سنتيمترات فقط، بالمواد المتفجرة. وبعد أن تنفجر الحشوات وتتلاشى الأدخنة، تقوم العربات بنقل قطع الصخر التي تُعْرف بالأنقاض.و إذا كان النفق قويًا تمامًا وذا صخر قاس، فإنه قد لايتطلب دعمًا إضافيًا لسقفه وجدرانه. تبنى معظم الأنفاق الصخرية مع ذلك، خلال الصخر المكسور طبيعيًا بوساطة المفاصل، أو خلال الصخر الذي يحتوي على جيوب من الصخر المكسر. يمنع العمال هذا الصخر الضعيف من السقوط بنصب حلقات من العوارض الفولاذية، أو الدعامات الخشبية، أو دعامات أخرى، وذلك قبل تفجير القسم الذي يليه. في معظم الحالات تضاف بطانة خرسانية دائمة فيما بعد.تُبنى بعض الأنفاق في الصخر اللين، لكنه صخر متين، مثل الحجر الجيري أو الطّفل الصفحي. تحفر هذه الأنفاق بآلات حفر الأنفاق. توجد صفيحة دائرية مغطاة بقواطع قرصية ملحقة بمقدمة تلك الآلات. عندما تدور الصفيحة ببطء، تقوم قواطع القرص بتشريح الصخر. تحمل المجارف الموجودة على الآلة الأنقاض إلى آلة التفريغ، التي تزيلها إلى المؤخرة.
الأنفاق الأرضية:
وهي تشمل الأنفاق التي تحفر خلال الصلصال، أو الطمي أو الرمل أو الحصى، أو في مجرى نهر طيني. حفر الأنفاق خلال هذا النوع من الأرض اللينة خطر بوجه خاص، بسبب تهديد الانهيارات. وفي معظم الحالات، يُدعم السقف والجدران بالنسبة لمقطع النفق المحفور خلال هذه المواد بأسطوانة فولاذية، تدعى الترس (الدرع) الواقي، يترك الدرع في مكانه، بينما يقوم العمال بإزالة التراب الموجود في داخله، ثم يضعون بطانة دائمة من حديد الزهر المسبوك أو الخرسانة قبل الصب. بعد ذلك تقوم رافعة صغيرة بدفع الدرع الواقي في الأرض أمام النفق، وتتكرر العملية.يوجد في بعض آلات حفر الأنفاق دروع واقية. وهي قادرة على وضع أجزاء من بطانة النفق الخرسانية في المكان الذي تحفره. يؤدي حفر الأنفاق خلال الأرض تحت الأجسام المائية إلى خطر الفيضانات علاوة على خطر الانهيارات. يمنع المهندسون بوجه عام دخول المياه في النفق أثناء تشييده، بوساطة ضغط الهواء في نهاية النفق، حيث يكون العمل متواصلاً. عندما يزيد ضغط الهواء في داخل النفق عن ضغط الماء في خارجه، فإن الماء يظل بعيدًا. استخدمت هذه الطريقة في بناء أنفاق القطارات الكهربائية، تحت نهر التايمز في لندن، وتحت نهر إيست ريفر في مدينة نيويورك.
الأنفاق المغمورة:
تُبنى تحت الأجسام المائية، وهي بوجه عام أرخص بناءً من الأنفاق التي تُحفر بطريقة الدرع الواقي أو الهواء المضغوط. يبدأ بناء النفق المغمور بعمل خندق عبر قاع نهر أو خليج أو أي جسم مائي آخر من خلال رفع الوحل من القاع. بعد ذلك يجري تعويم أجزاء النفق الفولاذية أو الخرسانية المقفلة الأطراف فوق الخندق، ثم تغور في أماكنها. يقوم الغواصون بعد ذلك مباشرة بوصل تلك الأجزاء، وإزالة أطرافها المقفلة، ثم يضخ الماء إذا وجد في النفق إلى الخارج. بعد ذلك تغطى الأنفاق، في معظم الحالات، بالتراب. ويعد نفق تقاطع مرفأ هونج كونج نفقًا مغمورًا.أنواع الأنفاق
تُصنَّف الأنفاق في الغالب حسب استعمالاتها. وتوجد أربعة أنواع رئيسية: 1ـ أنفاق السكك الحديدية. 2ـ أنفاق الطرق. 3ـ الأنفاق المائية. 4ـ أنفاق التعدين.
أنفاق السكك الحديدية:
أُنجز كثير من الأعمال الهندسية الفذة في بناء السكك الحديدية في أوروبا وأمريكا الشمالية. شملت أكبر تلك الإنجازات حفر أنفاق طويلة خلال صخور جبال الألب في أوروبا، وكذلك صخور جبال الروكي في أمريكا الشمالية. تقلل مثل هذه الأنفاق من زمن الرحلة، وتزيد فعالية القطارات. وكلما ارتفعت درجة تحدُّر السطح الذي يجب على القاطرة أن تصعده، قل الوزن الذي تستطيع أن تسحبه تلك القاطرة. تحدد درجة الانحدار الشديد على امتداد خط السكة الحديدية كمية الحمولة التي يستطيع القطار أن ينقلها. تقلل الأنفاق خلال الجبال من درجات الانحدار الشديد، وبالتالي تسمح للقطارات بنقل كميات أكبر من البضائع وأعداد أكثر من الناس بأقل كلفة، فعلى سبيل المثال، أدى نفق موفات قرب دنفر، بولاية كولورادو في الولايات المتحدة الأمريكية، الذي أنجز عام 1927م، إلى تناقص الارتفاع الذي كان على القاطرات أن تصعده بمقدار 730م.| أطول أنفاق العالم لخطوط السكك الحديدية | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
أنفاق الطرق:
توفر مسالك للسيارات والشاحنات ومركبات الطرق الأخرى. تُبنى هذه الأنفاق، على وجه الخصوص، لكي تساعد في التخلص من الأدخنة المنبعثة من عوادم السيارات. فنفق هولاند مثلاً، الواقع تحت نهر هدسون، والذي يصل بين مدينة نيويورك ونيوجيرسي في الولايات المتحدة الأمريكية، يستعمل مراوح كهربائية للتهوية. وضعت المراوح العملاقة في أربعة من الأبراج ذات الطوابق العشرة الموجودة على الشاطئ. تقوم هذه المراوح بتغيير الهواء في النفق كل 90 ثانية. فهي تضخ الهواء النقي في النفق بوساطة مراوح تهوية موجودة في الطريق، كما تمتص أدخنة العادم، وتخرجها من النفق مراوح تهوية علوية. كثير من أنفاق الطرق مجهزة بوسائل الإضاءة، وبنظم مراقبة خاصة تساعد في منع ازدحام المرور.| أطول أنفاق العالم للطرقات | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
الأنفاق المائية:
توفر كثير من الأنفاق الماء لمحطات المياه بالمدينة، أو لمعامل القدرة الكهرومائية، أو للمزارع من أجل الري. تحمل الأنفاق الأخرى مياه التصريف الناتجة عن عواصف المطر الغزير، أو مياه البالوعات والصرف الصحي. يبلغ قطر معظم الأنفاق المائية نحو متر ونصف أو أكثر، وهي تحتوي على بطانات ناعمة تساعد على جريان المياه. يجب أن تكون الأنفاق التي تحمل الماء إلى معامل القدرة الكهرومائية قوية بدرجة كافية لمقاومة ضغوط الماء العالية إلى أقصى حد.أنفاق التعدين:
تبنى أنفاق التعدين بوساطة التفجير أو بآلات حفر الأنفاق. مداخل المنجم ليست مبطنة، ولكن قد تسند بدعامات. ومعظم الأنفاق في المناجم مفتوحة من طرف واحد فقط.نبذة تاريخية
 |
آلة حفر النفق استخدمت لحفر نفق القنال لربط إنجلترا وفرنسا. |
في عام 1825م، اخترع المهندس مارك إيسامبارد برونل، الفرنسي المولد، درع النفق الواقي، الذي استخدم في بناء نفق السكة الحديدية تحت نهر التايمز في لندن. كان هذا النفق الذي تم إنجازه سنة 1843م، أول نفق سكة حديدية يتم بناؤه تحت نهر ملاحي. يعد نفق سكة حديد سان جوتهارد البالغ طوله 15كم، والمحفور خلال جبال الألب السويسرية بين عامي 1872م و 1882م، أول نفق رئيسي يتم بناؤه باستخدام الديناميت وسقالة الجمبو. وفي أوائل القرن العشرين تزايد بناء الأنفاق بسرعة كبيرة نتيجة لاختراع آلات التثقيب الأسرع والأخف، وكذلك قواطع آلة التثقيب الأكثر صلابة، فضلاً عن حاملات الأنقاض الآلية أيضًا.
استخدمت آلة حفر النفق أولاً في عام 1882م ؛ عندما بدأ البريطانيون حفر نفق تحت القنال الإنجليزي. كانت هذه الآلة تحفر بمعدل 12م في خلال 24 ساعة، وقد شقت نحو 2,400م، قبل أن يوقف البريطانيون العمل. تحفر آلات الحفر في الوقت الحاضر بمعدل يزيد على 120م خلال 24 ساعة. يستطيع بعض أضخم الآلات حفر أنفاق مستديرة يبلغ قطرها 11م.
حفرت المملكة العربية السعودية بعض الأنفاق أشهرها تلك التي أقامتها في مكة المكرمة لتسهيل حركة مرور الحجاج من وإلى البيت الحرام. فقد أنشأت نفقين اخترقا جبل أبي قبيس طول كل منهما 595,7م، ونفقين آخرين في جبل السبع بنات طول كل منهما 177,9م. كما أنشئ نفقان في جبل قلعة أجياد كل منهما بطول 359,3م، ونفقين في جبل هندي طول كل منهما 484م.
وفي 27 نوفمبر 2000م، تم افتتاح أكبر نفق للطرقات في العالم بالنرويج، ويقع هذا النفق في الطريق بين مدينتي أوسلو وبيرجين ويبلغ طوله 24,5كم. وكان العمل في هذا النفق قد بدأ عام 1995م.