النفــق Tunnel ممر تحت سطح الأرض. تحفر الأنفاق خلال التلال أوالجبال 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 أوالشرب، كما ينقل بعضها الآخر الفضلات في نظم الصرف الصحي.

تاريخ

منذ حوالي 15,000 سنة، استخدم إنسان ماقبل التاريخ في أوروبا المعاول المصنوعة من قرون الغزال وعظام الخيل في حفر الأنفاق لتعدين الصوان، الذي استخدموه في خلق الأدوات والأسلحة. وفي حوالي سنة 3500ق.م، تفهم الناس كيفية تكسير الصخر عند وجه النفق، وذلك ببناء مواقد النيران في مقدمته. بنى قدماء المصريين الأنفاق بغرض التعدين وتخزين المياه، وكممرات إلى القبور. كانت هناك تطورات قليلة في أساليب بناء الأنفاق حتى القرن السابع عشر الميلادي، عندما بدأ استخدام البارود في التفجير خلال الصخر القاسي. كان ظهور السكك الحديدية خلال القرن التاسع عشر الميلادي مصحوبًا بزيادة كبيرة في بناء الأنفاق، وباختراع الوسائل المتعددة أيضًا التي ساعدت على بنائها.

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 و1882م، أول نفق رئيسي يتم بناؤه باستخدام الديناميت وسنطقة 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 نحو2,400م، قبل حتى 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 جميع منهما 595,7م، ونفقين آخرين في جبل السبع بنات طول جميع منهما 177,9م. كما أنشئ نفقان في جبل قلعة أجياد جميع منهما بطول 359,3م، ونفقين في جبل هندي طول جميع منهما 484م.

وفي 27 نوفمبر 2000م، تم افتتاح أكبر نفق للطرقات في العالم بالنرويج، ويقع هذا النفق في الطريق بين مدينتي أوسلووبيرجين ويبلغ طوله 24,5كم. وكان العمل في هذا النفق قد بدأ عام 1995م.

كيف تبنى الأنفاق

تُشَقُّ بعض الأنفاق خلال الصخور الصلبة للتلال أوالجبال، أوتحفر خلال الأرض اللينة. يدفن بعضها في الأرض تحت جسم مائي. يفحص المهندسون المواد التي يريدون حتى يمر النفق خلالها، من أجل تحديد أنواع الطرق والمعدات التي ستستخدم في بنائه.

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 تعهد بالجمبووالمثبتة على السنطقة بالتثقيب عدة مرات لإحداث ثقوب في داخل الصخر بعمق يتراوح بين 2 و3,5م تقريبًا، تملأ تلك الثقوب، التي لايتعدى قطرها بضع سنتيمترات فقط، بالمواد المتفجرة. وبعد حتى تنفجر الحشوات وتتلاشى الأدخنة، تقوم العربات بنقل بتر الصخر التي تُعْرف بالأنقاض.وإذا 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، أوخلال الصخر الذي يحتوي على جيوب من الصخر المكسر. يمنع العمال هذا الصخر الضعيف من السقوط بنصب حلقات من العوارض الفولاذية، أوالنادىمات الخشبية، أونادىمات 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 أوالطّفل 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 تضم الأنفاق التي تحفر خلال الصلصال، أوالطمي أوالرمل أوالحصى، أوفي مجرى نهر طيني. حفر الأنفاق خلال هذا النوع من الأرض اللينة خطر بوجه خاص، بسبب تهديد الانهيارات. وفي معظم الحالات، يُدعم السقف والجدران بالنسبة لمبتر النفق المحفور خلال هذه المواد بأسطوانة فولاذية، تدعى الترس (الدرع) الواقي، يهجر الدرع في مكانه، بينما يقوم العمال بإزالة التراب الموجود في داخله، ثم يضعون بطانة دائمة من حديد الزهر المسبوك أوالخرسانة 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، حيثقد 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 أوالهواء المضغوط. يبدأ بناء النفق المغمور بعمل خندق عبر قاع نهر أوخليج أوأي جسم مائي آخر من خلال حمل الوحل من القاع. بعد ذلك يجري تعويم أجزاء النفق الفولاذية أوالخرسانية المقفلة الأطراف فوق الخندق، ثم تغور في أماكنها. يقوم الغواصون بعد ذلك مباشرة بوصل تلك الأجزاء، وإزالة أطرافها المقفلة، ثم يضخ الماء إذا عثر في النفق إلى الخارج. بعد ذلك تغطى الأنفاق، في معظم الحالات، بالتراب. ويعد نفق تقاطع مرفأ هونج كونج نفقًا مغمورًا.

انظر أيضاً

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. ضمت 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. وحدثا ارتفعت درجة تحدُّر السطح الذي يجب على القاطرة حتى تصعده، قل الوزن الذي تستطيع حتى تسحبه تلك القاطرة. تحدد درجة الانحدار الشديد على امتداد خط السكة الحديدية كمية الحمولة التي يستطيع القطار حتى ينقلها. تقلل الأنفاق خلال الجبال من درجات الانحدار الشديد، وبالتالي تسمح للقطارات بنقل كميات أكبر من البضائع وأعداد أكثر من الناس بأقل كلفة، عملى سبيل المثال، أدى نفق موفات قرب دنفر، بولاية كولورادوفي الولايات المتحدة الأمريكية، الذي أنجز عام 1927م، إلى تناقص الارتفاع الذي كان على القاطرات حتى 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 جميع 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، أولمعامل القدرة الكهرومائية، أوللمزارع من أجل الري. تحمل الأنفاق الأخرى مياه التصريف الناتجة عن عواصف المطر الغزير، أومياه البالوعات والصرف الصحي. يبلغ قطر معظم الأنفاق المائية نحومتر ونصف أوأكثر، وهي تحتوي على بطانات ناعمة تساعد على جريان المياه. يجب حتى 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 أوبآلات حفر الأنفاق. مداخل المنجم ليست مبطنة، ولكن قد تسند بنادىمات. ومعظم الأنفاق في المناجم مفتوحة من طرف واحد فقط.

حوادث

• Balvano train disaster
• Gotthard Road Tunnel
• 1996 Channel Tunnel fire

أنظر أيضاً

Cutting (transportation) Domed cities Lava tube قائمة الأنفاق Rock mass classification Roof and tunnel hacking Subway (underpass) نفق تهريب

مشاع الفهم فيه ميديا متعلقة بموضوع Tunnel.

Underground city Undersea tunnel Urban exploration Vinh Moc tunnels نفق هوائي أطول أنفاق في العالم أنفاق قناة السويس هرن‌كنشت

المصادر

الموسوعة المعهدية الكاملة

فهرس

• Railway Tunnels in Queensland by Brian Webber, 1997, ISBN 0909937338

وصلات خارجية

• Trans Global Highway and proposed tunnels.
• Royal Engineers Museum British Army First World War Tunnelling.
• Directory of the world's longest tunnels by category
• ITA-AITES International Tunnelling Association
• Tunnels & Tunnelling International magazine
• Analysis of tunnels by the Finite Element Method