وكثيرا ما يتطلب النفق الحضري للطرق الفرعية وممرات المرافق العامة والطرق البرية الحفر من خلال الصخور أو التربة الصلبة المختصة، وفي حين أن الأساليب الميكانيكية مثل أجهزة حفر حفر حفر حفر في الأنفاق، تظل المواد المتفجرة أساسية لكسر الصخور التي يكون الوصول فيها محدودا، فإن الجيولوجيا متغيرة، أو قيود التكلفة، وقد تطور استخدام المتفجرات في بيئات حضرية مزدحمة من الانفجارات في قوة العمل الشاقة إلى نظام مصمم بدقة.

التطوير التاريخي للاستخدام في التفجير في تونلين

إن مصفوفة التفجير الحضري الحديثة تعود إلى أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين، عندما كانت التطهيرات ذات الثمرة الدينامية، وقد أدى وجود تضخم في بيئة إنتاج الغازات الاصطناعية إلى تحطم الصخور أكثر كفاءة من المسحوق الأسود، مما أتاح للمشاريع مثل أنفاق المجاري المائية المبكرة في نيويورك، غير أن حساسية الديناميت العالية للصدمة ودرجة الحرارة تتطلب تخزيناً دقيقاً ومناولة.

أنواع المواد المتفجرة المستخدمة

ويعتمد اختيار المتفجرات المناسبة لمشروع نفق حضري على الجيولوجيا، ووجود المياه، والقيود على الانفجار، والحساسية البيئية، ويرد أدناه بيان أكثر الفئات شيوعا، مع الاهتمام بمواطن قوتها وقيودها.

Dynamite

ورغم أن الديناميت لا يزال يستخدم في التطبيقات المتخصصة مثل الانقطاع المسبق أو التفكك الثانوي، فإن ضغط التفجير المرتفع (النوع 5-7 من الأشعة العالمية) ينتج تحطما شديدا، ولكن نفس الممتلكات تجعله عرضة للكسر المفرط والاكتئاب الجوي، وتتطلب معالجة الدينامية تدريبا صارما على السلامة، وتتسبب في كسر شديد في الأنظمة الاتحادية والمحلية.

ANFO (Ammonium Nitrate Fuel Oil)

(د) إنَّ الـ (أنف أو) خليط من نترات الأمونيوم الخبيثة (94 في المائة) وزيت الوقود (6 في المائة) وهي غير مكلفة، وتنفجر بصورة موثوقة في الظروف الجافة، وتولد كميات متوسطة من الغاز تدفئة جيداً، غير أنَّ النيتروز لا يقاوم المياه، ويجب أن يُحزم في كثير من الأحيان في أكمام بلاستيكية أو نسيجات كربونية عالية عند استخدامها في حفرة مطاطس.

المتفجرات

والإصابة هي تشتتات في الماء داخل النفط من نترات الأمونيوم أو قطرات نترات الصوديوم في مرحلة الوقود، وتُحسَّن من خلال البالونات الصغرى أو الغازات الكيميائية، وهي توفر عدة مزايا: فهي غير حساسة بالنسبة للتفجير العرضي من الحريق أو التأثير، ويمكن تصميمها على نحو يخفض من سرعة الديدان والكثافة المختلفة.

تفجيرات غلاتين

فالغلاتين متفجرات مجهزة بالبلاستيك تحتوي على نتروغلسيرين أو المكونات الحساسة الأخرى، مما يوفر كثافة عالية ومقاومة للمياه، ويسمح لها اتساقها السميك بالتدفق إلى شقق صغيرة، ويكفل الانقلاب الجيد مع جدار الحفر، وتستخدم غلاتين أساساً في الإنفجار الدقيق في المناطق الحساسة التي يلزم فيها إحداث الحد الأدنى من الضرر في الصخور المحيطة، مثل المباني التاريخية أو خطوط السكك الحديدية، غير أن حساسيتها العالية تتطلب مخازن متخصصة.

اعتبارات السلامة والبيئة

ويتطلب إلقاء اللوم في البيئات الحضرية مستوى من التدقيق يتجاوز بكثير مستوى التعدين عن بعد، ويعني احتمال حدوث ضرر هيكلي، والإنذار العام، والتلوث البيئي أن كل انفجار يجب أن يصمم ويرصد ويبلَّغ بدقة.

مراقبة الاهتزاز الجوي

ويمكن أن يشق الاهتزاز الأرضي المفرط المؤسسات، ويعطل المعدات الحساسة، ويسبب الاستقرار في المباني القديمة، وترمي التفجيرات الحديثة إلى إبقاء سرعة الجسيمات عند ذروة أعلى من العتبات التي تحددها الرموز المحلية أو مكتب الولايات المتحدة للمعادن (تتراوح بين 0.5 و2 في الثانية في الكتف) وتسمح تقنيات التفجير المتحكم فيها مثل تأخير التسلسل، وحفر الآلات، وخط.

مراقبة الدوافع والأعشاب

إن التفجيرات تنتج الغيوم الغبارية والغازات السامة )الثاني أكسيد النيتروز( - في الأنفاق المحصورة، يجب الحفاظ على التهوية لتوجيه الأدخنة بعيدا عن العمال ومنع التراكم، وتشمل الممارسة الحديثة استخدام رذاذ الماء عند العنوان وحفر الرطب لقمع الغبار، أما بالنسبة للمواقع الحضرية الحساسة بوجه خاص، فيستخدم بعض المتعاقدين الآن تركيبات متفجرة " خضراء " تنتج منتجات ثانوية أقل سمية أو تدمج الغبار.

المياه الجوفية وتصريف التربة

أما المواد الكيميائية المتردية - الأمونيوم والنحية - التي يمكن أن تتدفق إلى المياه الجوفية - كثيرا ما تتطلب مشاريع النفق الحضري خطة لرصد المياه الجوفية قبل بدء الانفجار، وتكسر الاندفاعات وأجهزة التفجير الأنفي أسرع من المخلفات الديناميتية، ولكن تدابير الاحتواء مثل طلقات التفجير غير القابلة للتلف وجمع الاغراق هي تدابير معيارية، وبعد الانفجار، يتم إزالة أي متفجرات فائضة من النفايات الخطرة.

الاتصال والرصد المجتمعيين

ويجب أن يتلقى السكان المحليون والأعمال التجارية إشعارا مسبقا بمواعيد التفجيرات، وتسجل الصور المصورة في الهياكل المجاورة اليقظة والاكتئاب بالنسبة لكل حدث، ويقارن المهندسون القراءات الفعلية بالنماذج التنبؤية، ويعدلون تصميمات التفجيرات في المستقبل تبعا لذلك، وكثيرا ما توضع خطوط الشكوى العامة لمعالجة الشواغل، وتبني هذه الشفافية الثقة وتساعد على تجنب الإغلاقات المكلفة.

الإطار التنظيمي

وتنظم عمليات التفجير في المناطق الحضرية سلطات متداخلة متعددة، وعلى المستوى الاتحادي في الولايات المتحدة، تشرف الإدارة المعنية بسلامة الألغام والصحة على سلامة التفجيرات للأنهار والألغام، بينما تشمل إدارة السلامة والصحة المهنيتين التشييد العام، وتنظم وزارة النقل في الولايات المتحدة، ومكتب الكحول والتفريغ، والأسلحة النارية والمتفجرات، مبادئ توجيهية بشأن مراقبة التفجيرات في المدن.

تصميم تقنيات التحكم

إن الانفجار الحضري الناجح هو ما يحدث قبل الانفجار نفسه، ويبدأ التصميم برسم خرائط جغرافية مفصلة واختبارات قوة الصخور، ويختار مصممو البلازما نمطا من حفر الحفر، وثقوب الإغاثة، وثقوب محيطية أو ثلاثية، والهدف هو كسر الصخرة في حجم محدد مع ترك الصخرة المحيطة سليمة.

Drill Pattern and Delay Timing

وفي جولة نمطية من الأنفاق، تُطلق النار على فتحات المقطع المركزي أولاً لخلق فراغ للتوسع في الصخور، وتوفر فتحات الإغاثة (غير محمولة) وجوهاً حرة تقلل من العزل، وتُتسلسل فترات التأخير بين الثقوب (المقاسة في الثانية من الألفية) بحيث تخلق الثقوب السابقة وجوهاً حرة للثقوب اللاحقة، ويمكن أن تُحدَّد فترات التأخير في تصميم البرمجيات اليقظة على نحو متر واحد، مما يتيح ضبط دقيق.

القذف بالسن والتنفس

ولحماية محيط النفق، ولا سيما في الصخور اللينة أو بالقرب من الهياكل القائمة، تستخدم تقنيات الإنفجار المكثف، وهذا يشمل حفر حفر حفر محيطية مسافنة )تراوح بين ٥ و٨,٠ متراً( وتحميلها برسوم أصغر أو متفجرات ممزقة، مما يؤدي إلى وجود سطح نظيف ومحدود للتنقيب، ويزيد من تطهير النفق قبل الانفجار الرئيسي، مما يؤدي إلى حدوث كسور.

رصد التأشيرات وتعديلها

وأثناء انفجار الإنتاج، تسجل شبكة من البيانات المتعلقة بالأشعة السيزمية من كل حدث، وتستخدم المهندسين هذه القياسات لتنقية وزن الشحنات لكل تأخير (عادة الحد الأقصى للشحنة الفورية، ومركبات الكربون المتعددة الكلورة المتوسطة) ومقياس الجمود، وإذا تجاوز اليقظة العتبات المحددة مسبقا، فإن الانفجار القادم قد يقلل من كمية الكربون المميتة المتوسطة، أو يزيد فترات التأخير، أو يزيد من فتحات الإنتاج.

دال - التقدم والاتجاهات المستقبلية

ولا تزال صناعة المتفجرات تزدهر، مدفوعة بمطالب الدقة والسلامة والمسؤولية البيئية.

المفجرات الإلكترونية

وقد حلت المفجرات الإلكترونية إلى حد كبير محل مفجرات التأخير في استخدام تكنولوجيا البيروت في الأنفاق المتقدمة لأنها توفر ما يصل إلى 000 1 فترة توقيت قابلة للبرمجة، ويتيح هذا الدقة لصانعي التفجيرات إلغاء موجات الهوية عن طريق التحلل الضوئي وتشتت المصابين بالدقائق، كما أن المفجرات الإلكترونية تحسن السلامة عن طريق التمكين من تسليح وكشف الحرائق عن بعد عن طريق الدوائر الرقمية.

Site-Specific Explosive Formulations

وتسمح نظم الانشطار بالفولك الآن بخلط المتفجرات في الموقع مع مختلف الكثافة وأجهزة التفجير المحتوية على مبيدات متفجرة، مثلاً، يمكن استخدام اندثار منخفض الارتداد في الصخور اللينة للحد من الارتطام، بينما تُخصص تركيبة عالية الارتداد للجرانيت الصلب، ولا يقدم بعض الموردين المتفجرات " الإلكترونية " التي تُحسَّس إلا عندما يتم تفعيلها عن بعد، مما يزيد من المخاطر أثناء النقل والتحميل.

البدائل غير المنفجرة والنُهج الهجينة

وفي حين أن المتفجرات لا تزال مهيمنة، فإن أساليب كسر الصخور غير المتفجرة (مثلاً، المقسمات الهيدروليكية، والغطاءات الكيميائية التوسعية، وأجهزة الكسر) تستخدم أحياناً في المناطق الأكثر حساسية من حيث اليقظة أو في الأنفاق الصغيرة، وتجمع النُهج الهجينة بين شحنة متفجرة صغيرة وأجهزة للتمزيق الميكانيكي لتقليل آثار الانفجارات إلى أدنى حد.

البحوث البيئية

ويقوم الباحثون بتطوير متفجرات " خضراء " تنتج انبعاثات أقل وتتدهور بسرعة في البيئة، وعلى سبيل المثال، يجري اختبار أجهزة جديدة للتوعية المستمدة من الكتلة الأحيائية أو تدفقات النفايات لتحل محل الزيوت التقليدية للوقود، وتقوم باحثات أخرى بتصميم متفجرات مع تحسين التحلل البيولوجي بعد التفجير، مما يقلل من استمرار مخلفات النيتروجين في المياه الجوفية، ورغم أن هذه المنتجات لم تُستغل بعد على نطاق واسع، فقد أظهرت التجارب التجريبية في سكاندينافيا وأستراليا وعودا.

دراسات الحالة

The Boston Central Artery/Tunnel Project (Big Dig)

ومن أكثر مشاريع النفق الحضري تعقيدا في التاريخ، اشتمل الرقم الكبير في بوسطن على انفجارات عبر صخور حجرية أسفل الطرق الرئيسية والمباني القائمة، واستخدم المهندسون مزيجا من المتفجرات القذفية والمفجرات الإلكترونية لإبقاء الهزات تحت 0.5 في/التكديس للهياكل التاريخية القريبة، وتم حفر أكثر من 1.2 مليون ياردة مكعبة من الصخور دون حوادث رئيسية، ويرجع ذلك جزئيا إلى عمليات رصد حقيقية ودراسات استقصائية دقيقة.

قناة سكة حديد ستوكهولم

وفي ستوكهولم، تم توجيه نفق سكة حديدية طوله 6 كيلومترات عبر الغرانيت والغنيس مباشرة في مركز المدينة، وقد صممت جولات البلاست مع مبادئ توجيهية سلسة للإنفجار من المعهد السويدي للبحوث الهندسية للروك، واقتصرت أقصى تكلفة على 8 كيلوغرامات لحماية الأنفاق وال المجاري تحت الدرجة الدنيا.

كروسال (لندن)

وقد واجه مشروع لندن الشامل ظروفا أرضية صعبة - تداخلت الطين والرمل مع الطين، وفي الأقسام التي لم يكن فيها استخدام أجهزة الإقراض ذات الصلصة غير مجدية، استخدمت المتفجرات المفجرة ذات التأثير المنخفض، واقتصر الانفجار على ساعات ليلية للحد من تأثير الضوضاء، وقدمت شبكات الرصد المتقدمة بيانات في الوقت الحقيقي لتعديل أوزان الشحن على الذبابة (Cro).

خاتمة

وقد نضج استخدام المواد المتفجرة في الأنفاق الحضرية من طريقة قوة مكثفة إلى نظام هندسي دقيق ومنظم تنظيماً عالياً، كما أن النزعات النووية والنووية والجلطين تؤدي أدواراً محددة، ولكن الصناعة تميل بشكل متزايد إلى تكاثر المهارات المقترنة بمفجرات إلكترونية للسيطرة عليها وسلامتها، مما يسمح بوضع خطط صارمة للسلامة والبيئة تشمل اليقظة، والهيكل الجوي للعمال في مجال المياه الجوفية.

For further reading, see the OSHA blasting standards for construction], the ] International Society of Explosives Engineers’ practice guidelines, and the ]U.S. DOT technical manual on harmonying.