מניעת חדירת מים בחפירת מנהרות
חדירת מים היא אחת הבעיות הרציניות ביותר בהנדסת מנהרות. היא פוגעת באמינות התפעולית, מקצרת את חיי השירות של המבנה ועלולה לסכן את בטיחות המשתמשים. ככל שתשתיות חודרות לעומקים גדולים ולתנאים גיאולוגיים מורכבים יותר, הצורך בפתרונות איטום מתקדמים נעשה קריטי.
מערכות האיטום הסטנדרטיות במנהרות נשענות בדרך כלל על ממברנות שאינן מודבקות ומונחות בין שכבות מבניות בלי להיצמד אליהן. שיטה זו נפוצה אך בעייתית. היא מאפשרת למי תהום לחדור בין השכבות, ונזילה מקומית קטנה עלולה להיהפך לדליפה נרחבת. לעומת זאת ממברנות ריסוס דו־שכבתיות (Double Bonded) יוצרות חיבור הדוק לשכבה הפנימית ולשכבה החיצונית של המנהרה, וכך מתקבלת מערכת אטימה מבנית עמידה לעומסים וללחצים. היצמדות מלאה לא מאפשרת ניקוז בין השכבות, ולכן השימוש במערכות אלה במנהרות ניקוז נותר מוגבל.
צוות חוקרים של אנשי מקצוע מכמה אוניברסיטאות ומרכזי מחקר בסין הציג גישה חדשה למערכת איטום וניקוז. המאמר, שמוקדש לדרכים ולשיטות ניקוז מים במנהרות, מתאר מערכת חדשנית שנועדה לשלב את יתרונות הממברנות המודבקות עם פתרון יעיל להורדת לחץ מי תהום. צוות החוקרים שילב ניסיון מחקרי ותעשייתי כדי להתמודד עם אחת הבעיות המורכבות בתחום.
קונספט חדש ותוצאות המחקר
הקונספט החדש מבוסס על עיקרון פשוט: לא לחסום את תנועת המים לחלוטין, אלא לנתב אותה באופן מבוקר באזורים מוגדרים. כך נשמרת האטימה המבנית תוך הקלת הלחץ ההידרוסטטי המקומי. למערכת ארבעה רכיבים עיקריים: שכבת איטום דו־שכבתית מרוססת בין דפנות המנהרה בשילוב דפנות בטון פנימיות, שכבת ניקוז עליונה היקפית לאיסוף מי תהום והעברתם לצינורות אורך, שכבת ניקוז תחתונה של צינורות ניקוז עיוורים ומוליכים אנכיים להעברת מים לתעלה מרכזית ורשת ניקוז אורכית המחברת בין כל הצינורות ותעלות הצד ומובילה את המים אל מחוץ למנהרה.
המודלים שעליהם מבוסס המחקר מלמדים על דפוסי לחץ אופייניים בצורת "פטרייה" סביב הדפנות - גבוהים בחלק העליון ונמוכים בתחתון. לדוגמה, בתנאי סלע טיפוסיים עם גובה עמוד מים של 160 מטר וחדירות סלע של 10⁻ ⁶ מטר לשנייה, נמדדה במערכת החדשה לחיצה מרבית של 0.6 מגה־פסקל בלבד - ירידה של כ־65% לעומת מערכת אטימה מלאה (1.7MPa) וכ־30% פחות ממערכת ניקוז רגילה (0.86MPa).
בתצורות סלע שונות נרשמה ירידה ממוצעת של לפחות 40% בלחץ הסטטי, ובאזורים עם חדירות נמוכה במיוחד נמדדה הפחתה של עד 85%. החוקרים מצאו כי במצע עם חדירות גבוהה, הצינורות התחתונים נושאים בעיקר את עומס הניקוז, ואילו בסלעים בעלי חדירות נמוכה דווקא השכבה העליונה פעילה יותר. המשמעות: המערכת מסוגלת להסתגל אוטומטית לשונות גיאולוגית בלי לשנות את תכנונה.
איטום מנהרות נחשב לאחד המרכיבים היקרים והרגישים ביותר בבנייה תת־קרקעית. לפי דו"חות של פרויקטים עירוניים ותחבורתיים באירופה ובאסיה, תיקוני נזילות עלולים לגזול עד 30% מתקציב התחזוקה הכולל. לכן פתרונות אמינים שמפחיתים חדירת מים ומאריכים את חיי המבנה זוכים לביקוש גבוה.
ממברנות ריסוס דו־שכבתיות כבר משמשות פרויקטים כגון קרוסרייל (Crossrail) בלונדון ובמנהרות בסינגפור בזכות יכולתן להיצמד למבנה ולגשר על סדקים. אולם השילוב עם מערכות ניקוז היה חסר עד כה, והמערכת החדשה ממלאת בדיוק את הפער הזה.
