يعتبر الجزء الفولاذي المركب ذو الحلقة المبطنة مكونًا هيكليًا شائع الاستخدام في بناء الأنفاق أو الأعمدة أو مشاريع البنية التحتية واسعة النطاق تحت الأرض مثل مترو الأنفاق والسكك الحديدية وأنفاق المياه. تشير حلقة البطانة إلى الأجزاء الدائرية أو الحلقية التي تشكل البطانة الداخلية أو الهيكل الداعم للنفق، ويشير الفولاذ المركب إلى استخدام مواد مختلفة مع الفولاذ لتعزيز أدائه.
على وجه الخصوص، تجمع المواد المركبة بين نقاط قوة الفولاذ والمواد الأخرى مثل الخرسانة أو البوليمر أو الطلاءات المتخصصة لتحقيق متانة أفضل ومقاومة للتآكل وقدرات تحمل الأحمال. تم تصميم الأجزاء بحيث تكون متشابكة أو مثبتة معًا لإنشاء بطانة مستمرة وثابتة تحمي النفق من الانهيار ودخول المياه والعوامل البيئية الأخرى.
قطاع القاعدة الفولاذية:
عادة ما يكون المكون الهيكلي الرئيسي لقطاع الفولاذ المركب مصنوعًا من الفولاذ (على سبيل المثال، الفولاذ الكربوني، أو الفولاذ المقاوم للصدأ، أو سبائك الصلب عالية القوة)، والذي يشكل الهيكل الحامل الأساسي. يتم اختيار الفولاذ لقوة الشد العالية، والقدرة على تحمل الأحمال الثقيلة، ومقاومته للإجهاد الميكانيكي.
يوفر الجزء الفولاذي الدعم الأساسي لحلقة البطانة، مما يضمن السلامة الهيكلية للنفق.
المواد المركبة (الخرسانة أو البوليمر أو المواد الأخرى):
غالبًا ما يتم دمج الجزء الفولاذي مع مادة أخرى لتشكيل هيكل مركب. تشمل المواد المركبة الشائعة ما يلي:
الخرسانة المسلحة: غالبا ما تستخدم الخرسانة كبطانة أو تراكب لأنها توفر قوة ضغط إضافية ومتانة ضد الضغط الأرضي والظروف البيئية.
الطلاءات البوليمرية: في بعض الحالات، قد يتم طلاء قطاعات الفولاذ بالبوليمرات أو غيرها من الطلاءات الواقية لتعزيز مقاومتها للتآكل ومنع التدهور بسبب الرطوبة أو المواد الكيميائية أو العوامل البيئية الأخرى.
الألياف الزجاجية أو ألياف الكربون: بالنسبة للتطبيقات خفيفة الوزن أو لتعزيز خصائص معينة مثل المرونة أو مقاومة التعب، قد تشتمل الأجزاء المركبة أيضًا على مواد مثل الألياف الزجاجية أو ألياف الكربون.
أجزاء حلقة البطانة:
عادةً ما يتم إنشاء حلقات البطانة من حلقات مقطعية متعددة متشابكة تشكل دائرة كاملة لتبطين الجزء الداخلي من النفق. يمكن تصنيع كل قطعة بالخرسانة مسبقة الصب أو الخرسانة المسلحة بالفولاذ حسب المتطلبات الهيكلية.
يتم ربط الأجزاء معًا لتشكل حلقة مستمرة توفر الاستقرار وتوزع القوى المطبقة على هيكل النفق.
نظام الربط:
غالبًا ما تشتمل شرائح الفولاذ المركبة على نظام توصيل (مثل الحشيات أو الأختام المطاطية أو الوصلات الملحومة) لضمان اتصال محكم وآمن بين الأجزاء المجاورة. تساعد هذه الوصلات على منع دخول الماء، وتقليل الاهتزاز، والحفاظ على السلامة الهيكلية تحت ضغوط التشغيل.
التشطيبات الداخلية والخارجية:
قد يكون السطح الداخلي لحلقة البطانة أملسًا لتقليل الاحتكاك وتسهيل مرور المعدات أو المواد، بينما يمكن معالجة السطح الخارجي بطبقات أو مواد واقية لضمان ترابط أفضل مع الصخور أو التربة المحيطة.
في بعض الحالات، يتم تصميم الأجزاء المركبة بميزات مدمجة لاستيعاب أنظمة التهوية، وأغشية العزل المائي، والأسلاك الكهربائية أو الاتصالات.
تعزيز المتانة:
إن الجمع بين الفولاذ والمواد الأخرى مثل الخرسانة أو البوليمرات يخلق بنية مركبة يمكنها تحسين متانة البطانة بشكل كبير. يوفر الفولاذ القوة، بينما تضيف المادة الأخرى المرونة ضد الرطوبة والمواد الكيميائية والتآكل.
فالخرسانة، على سبيل المثال، قوية في الضغط وتوفر حماية جيدة ضد الضغط الخارجي والظروف البيئية، في حين يوفر القلب الفولاذي قوة الشد.
مقاومة التآكل:
توفر شرائح الفولاذ المطلية ببوليمرات واقية أو المعالجة بطبقات مضادة للتآكل مقاومة معززة للتآكل، وهو أمر بالغ الأهمية في البيئات ذات الرطوبة العالية أو التعرض للمواد الكيميائية العدوانية (مثل أنفاق المياه أو أنظمة الصرف الصحي).
بناء فعال من حيث التكلفة وفعال:
يسمح استخدام المواد المركبة بحل أكثر فعالية من حيث التكلفة، حيث أنها تجمع بين نقاط قوة مواد متعددة. ويمكن إنتاج قطاعات الفولاذ خارج الموقع، مما يسرع عملية البناء ويقلل تكاليف المشروع الإجمالية.
إن هذه القطاعات مسبقة الصنع وسهلة التركيب، مما يقلل من الوقت الذي تقضيه في الموقع ويقلل من تكاليف العمالة.
تحسين السلامة الهيكلية:
توفر قطاعات الفولاذ المركبة توزيعًا محسنًا للحمل عبر جدران النفق. يوفر الإطار الفولاذي قوة عالية ضد ضغوط الشد، بينما تساهم المواد الأخرى في قوة الضغط وتساعد على توزيع الأحمال بالتساوي.
يضمن الهيكل الحلقي الذي تم إنشاؤه بواسطة الأجزاء المتشابكة بقاء النفق مستقرًا حتى في ظل الأحمال الثقيلة أو الضغط من التربة المحيطة.
العزل المائي:
توفر المواد المركبة، خاصة عند دمجها مع الأختام المطاطية أو الحشيات أو طبقات البوليمر، خصائص مقاومة ممتازة للماء. وهذا مهم بشكل خاص في منع دخول المياه، مما قد يضعف الهيكل أو يؤدي إلى مشاكل تشغيلية.
تعتبر البطانة المقاومة للماء ضرورية للأنفاق التي تنقل المياه أو تلك التي يتم بناؤها في مناطق ذات منسوب مياه مرتفع.
المرونة والقدرة على التكيف:
يمكن تصميم قطاعات الفولاذ المركبة لتناسب ظروف الأرض المختلفة وأقطار الأنفاق، مما يوفر المرونة في التصميم والتركيب. هذه القدرة على التكيف تجعل القطاعات المركبة حلاً جذابًا لكل من مشاريع حفر الأنفاق الكبيرة والصغيرة الحجم.
الاستدامة:
يساهم استخدام المواد القابلة لإعادة التدوير (مثل الفولاذ والخرسانة) في استدامة بطانة النفق. بالإضافة إلى ذلك، فإن متانة شرائح الفولاذ المركبة تقلل من الحاجة إلى الإصلاحات أو الاستبدالات المتكررة، مما يطيل عمر النفق.
