سفر به دنیای سازه‌های زیرآبی؛ پل‌ها و تونل‌ها چگونه ساخته می‌شوند؟

به نقل از theconversation؛ در سفرهای بین‌المللی، عبور از سازه‌های زیرآبی تجربه‌ای دور از ذهن نیست. برای مثال، بسیاری از مسافران در استانبول از تونل مارمارای عبور می‌کنند؛ تونلی که بخش مهمی از حمل‌ونقل شهری را زیر تنگه بسفر ممکن کرده است. در اروپا نیز یوروتانل (Channel Tunnel) میان فرانسه و بریتانیا یکی از شناخته‌شده‌ترین مسیرهای زیرآبی است که حتی به یک جاذبه مهندسی و گردشگری تبدیل شده است. در ژاپن هم تونل سیکان (Seikan Tunnel) از زیر دریا عبور می‌کند و از طولانی‌ترین تونل‌های ریلی جهان به شمار می‌رود.

با وجود ظاهر شگفت‌انگیز این سازه‌ها، تصور رایج درباره «ساخت مستقیم در زیر آب» در بسیاری از موارد دقیق نیست. در واقع، بخش قابل توجهی از این پروژه‌ها در محیط‌های کنترل‌شده و خشک انجام می‌شود و سپس قطعات در محل نهایی در بستر دریا یا زیر رودخانه نصب می‌شوند.

یکی از برداشت‌های رایج این است که سازه‌هایی مانند تونل‌ها و پل‌های دریایی، مستقیما در زیر آب ساخته می‌شوند. اما در عمل، این تصور در بسیاری از پروژه‌ها دقیق نیست. در واقع، بسیاری از این سازه‌ها در محیط‌های کنترل‌شده ساخته می‌شوند و سپس به محل نهایی در بستر رودخانه، دریا یا اقیانوس منتقل می‌شوند.

به همین دلیل، در مهندسی عمران، عبارت «ساخت زیر آب» اغلب به مجموعه‌ای از روش‌ها اشاره دارد که نتیجه نهایی آن قرارگیری سازه در زیر آب است، نه الزاما اجرای عملیات ساخت در همان محیط.

در پروژه‌های مرتبط با محیط‌های آبی، معمولا چند روش اصلی مورد استفاده قرار می‌گیرد که بسته به شرایط پروژه انتخاب می‌شوند.

در برخی موارد، سازه یا بخش‌های مختلف آن در خشکی ساخته می‌شوند. سپس این قطعات آماده‌شده به محل پروژه منتقل شده و در بستر آب نصب می‌شوند. پس از قرارگیری در محل، قطعات به یکدیگر متصل شده و ساختار نهایی شکل می‌گیرد. در این روش، بخش عمده کنترل کیفیت، مونتاژ و آماده‌سازی در محیطی انجام می‌شود که دسترسی و نظارت آسان‌تر است.

در رویکرد دیگر، به جای انتقال کامل سازه، شرایط محیطی محل پروژه به‌صورت موقت تغییر داده می‌شود. در این حالت، هدف این است که فضای کاری خشک و قابل دسترس ایجاد شود تا عملیات ساخت‌وساز بدون حضور مستقیم آب انجام گیرد.

ساخت‌وساز در محیط‌های آبی با محدودیت‌های متعددی همراه است. مهم‌ترین چالش، حضور دائمی آب در محل پروژه است. برخلاف خاک و سنگ که می‌توان آن‌ها را جابه‌جا یا تثبیت کرد، آب همواره تمایل دارد فضای خالی را پر کند و به همین دلیل، کنترل آن نیازمند پمپاژ مداوم یا ایزوله‌سازی محیط است.

از سوی دیگر، بسیاری از عملیات‌های عمرانی در تماس مستقیم با آب با دشواری انجام می‌شوند. بتن‌ریزی در چنین شرایطی پیچیده‌تر است، برخی مصالح عملکرد متفاوتی دارند و دسترسی به نقاط مختلف پروژه محدود می‌شود. همچنین تجهیزات مکانیکی و موتورهای احتراقی نیز در محیط‌های فاقد اکسیژن مناسب یا در تماس مستقیم با آب با محدودیت عملکرد مواجه هستند.

به همین دلیل، بخش قابل توجهی از عملیات در محیط‌های خشک یا نیمه‌خشک انجام می‌شود و تنها مراحل خاصی از پروژه ممکن است در زیر آب صورت گیرد؛ مانند نصب، اتصال یا بازرسی.

در بسیاری از پروژه‌های بزرگ عمرانی، ترکیبی از روش‌ها به کار گرفته می‌شود.

در برخی نمونه‌ها، مانند تونل‌های زیرآبی، بخش‌های اصلی سازه در محیط خشک ساخته شده و سپس در محل مورد نظر در بستر آب قرار می‌گیرند. مسیر پروژه از قبل آماده‌سازی و لایروبی می‌شود و قطعات پیش‌ساخته در جای خود نصب می‌شوند. پس از اتصال کامل، ساختار نهایی یکپارچه شده و در ادامه با لایه‌هایی از خاک یا سنگ پوشانده می‌شود.

در برخی پروژه‌های کم‌عمق نیز امکان اجرای مستقیم از سطح وجود دارد. در این حالت، از تجهیزات ویژه برای اجرای دیواره‌ها یا سازه‌های نگهدارنده استفاده می‌شود، بدون آنکه نیاز به خشک‌سازی کامل محیط باشد.

یکی از راهکارهای مهم دیگر، ایجاد یک محیط خشک موقت در محل پروژه است. در این روش، هدف حذف موقت اثر آب از محدوده ساخت‌وساز است تا امکان اجرای عملیات عمرانی فراهم شود.

این کار معمولا با استفاده از سازه‌های آب‌بند انجام می‌شود که محدوده‌ای بسته و ایزوله ایجاد می‌کنند. پس از ایجاد این محفظه، آب داخل آن تخلیه شده و محیطی خشک برای اجرای پروژه فراهم می‌شود.

روش دیگری نیز وجود دارد که در آن از سازه‌های پیش‌ساخته آب‌بند استفاده می‌شود. این سازه‌ها به‌صورت کنترل‌شده در محل پروژه قرار می‌گیرند و با ایجاد فشار داخلی، از ورود آب جلوگیری می‌کنند. در این شرایط، فضای داخلی خشک باقی می‌ماند و امکان اجرای عملیات عمرانی فراهم می‌شود. در پایان پروژه نیز این سازه‌ها ممکن است بخشی از ساختار نهایی باقی بمانند.

در مجموع، ساخت‌وساز در محیط‌های آبی یکی از پیچیده‌ترین حوزه‌های مهندسی عمران است. با این حال، راه‌حل این پیچیدگی‌ها معمولا در «ساخت مستقیم در آب» خلاصه نمی‌شود، بلکه در مدیریت شرایط، کنترل آب، پیش‌ساخت قطعات و انتقال و نصب دقیق آن‌ها نهفته است.

در بسیاری از پروژه‌های مدرن، آنچه در ظاهر به‌عنوان ساخت زیر آب دیده می‌شود، در واقع نتیجه مجموعه‌ای از فرآیندهای مهندسی است که بخش عمده آن‌ها خارج از محیط آب انجام می‌شود.