المتطورة ، فمع أكثر من 6 مليون كيلومتر من الطرق السريعة ، و240.000 كيلومتر من السكك الحديدية العابرة للولايات المتحدة ، يتشكل لدينا صورة واضحة عما أصبحت عليه الحياة من ازدحام متزايد بشكل كبير فوق سطح الأرض
تشكل الأنفاق أحد آخر الفضاءات والمساحات المتاحة لحركة المركبات والقطارات ، وتمديدات المجاري المائية والصحية وخطوط الاتصالات وخطوط الطاقة .
وقد أصبحت اليوم عمليات حفر الأنفاق في الجبال وتحت المحيطات من العمليات الآمنة الى حد كبير ، إلا أنها لم تكن دائما كذلك فيما مضى ، فقد كلفت هذه أفكار الإبداعية حقا آلاف السنين من جهود المهندسين المضنية للوصول الى هذه الهندسة الإنشائية الرائدة والآمنة ،والتي تجاري أعظم الإنشاءات الهندسية الموجودة حاليا .
تم إنشاء الأنفاق قديما من قبل المهندسين الرومان بغرض نقل المياه فقط ، حيث قام الرومان ببناء أعقد شبكة أنفاق في العالم القديم ، والتي تميزت بالإنشاءات المنحدرة ( المائلة ) التي تدعى القنوات ، وذلك بهدف نقل المياه من الينابيع الجبلية الى المدن والقرى القريبة .
قام المهندسون الرومان بنحت وحفر غرف تحت الأرض وإنشاء المنحنيات القوسية الفنية الرائعة ليس فقط لاستحضار المياه العذبة من الجبال الى المدن ، وإنما للتخلص من مياه التصريف الصحية أيضا .
وخلال القرن السابع عشر كانت الأنفاق تبنى فقط كقنوات ، بلا طرقات أو سكك حديدية ، حيث أصبحت القنوات المائية السريعة أفضل السبل لنقل الشحنات المختلفة والمواد الخام من المناطق المختلفة الى المدن , وعبر مسافات شاسعة .
مع ظهور السيارات والقطارات أخذت إنشاءات الأنفاق بالتوسع والتطور بشكل ملحوظ ، فخلال القرن التاسع عشر ، حدثت تطورات كبيرة في هندسةالانفاق وشق الطرقات الإسفلتية للسيارات والسكك الحديدية للقطارات ، حتى أصبحت الأنفاق أكثر ضخامة وأفضل تصميما وتمتد لمسافات أكبر تحت الأرض .
في عصرنا الحالي لم يقف المهندسون عند مسألة حفر الأنفاق داخل الجبال ،وفي المحيطات .
ومع آخر الإبداعات الإنشائية العصرية أصبح المهندسون قادرون على حفر وإنشاء أعقد الأنفاق الجبلية ، وتحت مجاري الأنهار ، وحتى تحت المدن النشيطة بالأعمال . حيث يقوم المهندسون قبل البدء بأي عملية حفر بإجراء الدراسات الضرورية والتحريات عن أوضاع الأرض والتربة من خلال عمليات تحليل التربة وعينات من الصخور الموجودة ، وأحيانا يقومون بإجراء عمليات حفر اختبارية مسبقة .
آلة حفر الأنفاق ( Tunnel Boring Machine TBM )
ثلاث خطوات أساسية لإتمام عملية إنشاء النفق
يعلم المهندسون اليوم أن هنالك ثلاث خطوات أساسية يجب اتباعها بجدية خلال عمليات إنشاء وبناء الأنفاق النظامية عموما .
-الخطوة الأولى : وهي عملية التنقيب حيث يقوم المهندسون بعملية تثقيب في الأرض باستخدام التقنيات المناسبة وذلك تبعا لنوع التربة والصخور .
-الخطوة الثانية : وهي عملية التدعيم حيث يجب على المهندسين خلال عملية الحفر البدء بإجراءات التدعيم للأسقف والجدران غير المستقرة والقابلة للانهيار .
-الخطوة النهائية : وهي عملية التبطين حيث يقوم المهندسون بإضافة اللمسات الأخيرة ، كرصف الطرقات والإنارة والعمليات التكميلية الأخرى .
الأنواع النموذجية للأنفاق
يمكن تقسيم الإنشاءات النفقية الى ثلاث أنواع رئيسية :
أنفاق الأرض الرخوة ( الطرية )
وهي أنفاق نموذجية قليلة العمق تستخدم عادة كأنفاق مشاة ، ذات أنظمة تصريف للمياه وبالوعات ، بسبب طبيعة الأرض الطرية تستخدم الإنشاءات التدعيمية التي تدعى واقية النفق Tunnel Shield التي يتم تثبيتها في مقدمة النفق لحمايته من التداعي والانهيار بسبب طبيعة أرضه أو تربته الرخوة .
القوى المؤثرة على هذا النوع من الأنفاق
التربة الثقيلة والرطبة تدفع من مختلف الجهات باتجاه النفق ، وتخضع الجدرات لقوى ضغط تجاذبية من قبل الأرض ومن مختلف الجهات .
الأنفاق الصخرية
يحتاج هذا النوع من الأنفاق الى تدعيمات بسيطة مقارنة بسابقتها خلال مراحل الإنشاء وتستخدم غالبا كأنفاق سكك حديدية أو طرق سريعة داخل الجبال ، فقبل عدةسنين ، استخدم المهندسون مادة الديناميت لتفتيت الصخور القاسية خلال عملهم في حفر الأنفاق ، أما اليوم فقد أصبح هنالك آلات حفر خاصة تدعى حفارات الأنفاق ( Tunnel Boring Machine TBM )قادرة على اختراق الصخور الضخمة والقاسية .
القوى المؤثرة على الأنفاق الصخرية
الجدران الصخرية تتميز بتماسكها وكثافتها لتشكل دعامة مسبقة للنفق ، وبعض المقاطع العرضية في الصخر أقل كثافة من الأجزاء الأخرى ،وبالتالي تقوم هذه المقاطع الغير ثابتة (غير مستقرة ) بالتأثير بقوة على جدران النفق كما في الشكل .
الأنفاق تحت المائية
تتطلب هذه الأنفاق دقة وبراعة كبيرتين في الإنشاء ، حيث يجب الإبقاء على الماء خارجا طوال عملية البناء .
كان على الهندسين قديما القيام بتثقيب وحفر حجرات معرضة لضغط عالي لضمان عدم تشربالمياه الى داخل القناة أثناء عملية الإنشاء ، أما اليوم فإن أنفاقا مسبقة الصنع يتم تجهيزها بحيث تعوم الى منطقة التثبيت ، ثم يتم إغراقها الى حيث يتم توصيلها بعضا ببعض في المكان المطلوب وبدقة عالية للتصنيع والتثبيت .
القوى المؤثرة على الأنفاق تحت المائية
يؤثر ضغط الماء بقوى عمودية على جدران النفق ، وتنضغط جدران النفق بتأثير القوى الضاغطة المائية .
The Submerged Floating Tunnel نفق عائم
نظرا لازدحامات السير الخانقه وتاثيرها السلبي على المحيط الذي نعيش فيه ارتات العديد من الدول المتقدمه تحويل طرق السير من فوق الارض الى تحت الماء
