מנהרות תת-קרקעיות הן בין החלקים הקריטיים ביותר של תשתיות בערים מודרניות, תמיכה במערכות מעבר המונים, מסדרונות תועלת ורשתות כביש.כפי שאוכלוסיות עירוניות swell ומרחב תת-קרקעי הופך להיות צפופים יותר, מבנים אלה עומדים בפני חשיפה מוגברת לכוחות דינמיים: רכבות, פיצוץ בנייה, חפירות בקרבת מקום, ואפילו ארועים סמנטאליים חסרי שליטה יכולים לגרום לעייפות במנהרות, רציפים, מחסומים, מחתרתיים, מקיפים של התנחלויות, וכן למכוניות רגישות, כמו גם במקומות אחרים, כמו גם במלונות, וכן למתקנים רגישים, כמו מקיפים, כמו גם סודיות, כמו מרפאות, כמו סודיות, כגון מרפאות, כמו סודיות, כגון מרפאות סודיות, וכן , וכן סודיות, וכן , כגון .

שיטות הדבקה מסורתיות

במשך עשרות שנים, מהנדסים השתמשו בחבילה של טכניקות קונבנציונליות כדי להפחית את הרטטים במנהרות, בעוד שיטות אלה הוכיחו מספיק במצבים רבים, הם לעתים קרובות באים עם עצירות מסחר במונחים של שטח, משקל, תחזוקה, הסתגלות.

תגית: Dampers

מסטיקרים המונים, כגון מכוונן של לחות ההמונים (TMDs), מורכבים ממסה כבדה המחוברת למבנה באמצעות מעיינות ומחסנים.המסה מכוונת לתדירות מסוימת כך שהיא יוצאת משלב עם המנהרה, סופגת וניתוק אנרגיה רטטית משתנה לעתים רחוקות.

דובים ופאודים

גומי או ניאופרין נושאים ממוקמים בין מבנה המנהרה לבין הקרקע, או בין מסלולי רכבת לבין מנהרה מנהרה, לספק שכבה גמישה מבודדת רטטים.אלה משמשים לעתים קרובות במערכות "ריצוף" מסלול, שבו כל מיטת המסלול רכוב על כריות גומי. בעוד יעיל עבור רטטים גבוהים נפוצים בביצועים של פעולות רכבת, נקודות קצה לאורך זמן עקב חום, חום, ועייפות משמעותית למטה.

שכבת דמדומים וכובעים

שכבות לחות ויסקוסטיות מוחלות על פני השטח הפנימי של כריות מנהרה להמיר אנרגיה מכנית לתוך חום באמצעות חיכוך פנימי.חומרים אלה יעילים להתקין אך לאבד יעילות בטמפרטורות נמוכות או על תקופות ארוכות של טעינה מחזורית.הם גם להוסיף משקל ויכולים להפחית את החלקה החצוצרה של המנהרה. יתר על כן, תכונותיהם החמצות נקבעות בזמן ההתקנה ולא יכולות להסתגל לתנאים התפעוליים.

הגבלות של גישות מסורתיות

החסרונות העיקריים של שיטות מסורתיות כוללים:

  • (FLT:0) פסיבי ולא-אדפטי: הם נועדו לתדירות אחת או להקה צרה ואינם יכולים להסתגל לספקטרום הרטט.
  • (ב) במנהרות תת-קרקעיות, כל סנטימטר של חלל הוא יקר, והוספת המונים גדולים או שכבות עבות היא לעתים קרובות לא מעשית.
  • עלויות ההנעה:0 (FLT:1 גומי ורכיבים אלסטומריים חייבים לבדוק ולהחליפם באופן קבוע, תוך כדי נסיעה בהוצאות מחזור חיים.
  • (FLT:0) בלתי יעיל בתדרים נמוכים: FLT:1 רוב החטיפים הפסיביים מבצעים רע בתדרים מתחת ל 10 הרץ, אשר נפוצים בכבדות רכבות מטען ואירועים סיסמית'.

טכנולוגיות מתפתחות ב-Virbration Damping

צעדים אחרונים במדעי החומרים, טכנולוגיית החיישן ומערכות הבקרה פתחו את הדלת לדור חדש של פתרונות לחות שהם חכמים יותר, יעילים יותר, ומותאמים יותר לסביבה המורכבת של מנהרות תת-קרקעיות.

מערכות DADING

מערכות לחות גמישות או חצי-אקטיביות משלבות אלמנטים פסיביים עם חיישנים ובקרים שמשנים את התכונות לחות בזמן אמת. יישום משותף הוא המחל ההמוני המתאם (ATMD), אשר משתמש במפעיל כדי לשנות את תדירות ההטבה של המסה או את המקדם החמצן של מערכות אלקטרו-אפריקות, למשל, נוזל מגנטי (MR) יכול לשנות את הסטיות שלו בתוך כמות מבודדת של מנהרות, אך לא יכול להיות מסוגלות באופן טבעי, אם הן עלולות, אם הן עלולות, אם הן עלולות, אם הן עלולות להיות מסוגלות להיות מסוגלות, אם הן יכולות להיות מסוגלות להגיב, אם הן מתרחשות, אם הן מתרחשות, אם הן אינן יכולות להיות מסוגלות, אם הן יכולות להיות מסוגלות, אם הן יכולות להיות מסוגלות, אם הן יכולות להיות מסוגלות, אם הן יכולות להיות מסוגלות, אם הן יכולות להיות מסוגלות, אם הן יכולות להיות מסוגלות, אם הן יכולות להיות מסוגלות להגיב, באופן טבעי, באופן טבעי, אם הן יכולות להיות מסוגלות, אם הן יכולות להיות מסוגלות, אם הן יכולות להיות מסוגלות להגיב, אם הן מתרחשות, אם הן יכולות להיות מסוגלות, אם הן יכולות להיות מסוגלות להגיב, אם הן יכולות להיות מסוגלות להגיב, אם הן יכולות

חוקרים ביפן בחנו בהצלחה את ATMDs במנהרות רכבת, והשגת עד 30% יותר ירידה בתנודות גבוהה יותר בהשוואה לחצבים קבועים.מערכות אלה בעלות ערך מיוחד במנהרות מעורבות-טרפגניות, שבהן פועלות שתי רכבות קלות וכבדות, ויצרו מגוון רחב של תדרי ציטוט.

חומרים חכמים לרישום עצמי

מספר שיעורים של חומרים חכמים מציעים את הפוטנציאל ללחיצת פסיבית שמתאימה באופן אוטומטי לתנאי סביבה ללא כוח חיצוני או שליטה בהגיון.

פולימרים שוויצריים עם מגוון רחב של Stiffness

פולימרים מסוימים, כגון תרכובות גומי גבוהות מלא פחמן שחור או סיליקה, להציג טמפרטורה הפסקת זכוכית שניתן לכוונון במהלך הייצור. כאשר טמפרטורת המנהרה משתנה - למשל, בשל שינויי מים עונתיים או חום שנוצר על ידי רכבת ברינג - שיא הפולימרט של פולימר מתפתל בהתאם.

Shape Memory Alloys (SMAs)

SM כמו ניקל-טיניום (Nitinol) עובר טרנספורמציה שלב ניתוק בין אוסטנטי לבין מרטינטט כאשר נתון ללחץ או שינויים טמפרטורה. בשלב הנשגב שלהם, הם מציגים יכולת לחות גבוהה באמצעות חיכוך פנימי ותנועת הגבול התאום. על ידי הטמעת חוטי SMA קשיחים או סטרנדים לתוך בטון בציפוי או גרטו, מהנדסים יכולים ליצור מבנה כי disatesssssssssssststststssss-עצמים באופן משמעותי יותר מאשר תכונות מתוחות יותר מאשר "מחץ" (S) מאשר "מחץ" (S) מאשר" (SMA) של פחות חזק יותר חזק יותר מאשר "מתאים חזקים יותר) עם מגבלות" (S) או "מפרקטים" (SMA) או "מפרקטים" (SMA) או סטרואנטים) עם מגבלות) של כוח" (SMA) עם מגבלות) באופן טבעי) או סטראטים) עם מגבלות) באופן טבעי, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו נוקשות

חומרים Piezoelectric

Piezoelectric קרמיקה ופולימרים לייצר מטען חשמלי כאשר מתוחים.ב יישום לחות, עניבה אדזואלקטרית מחובר לציפוי המנהרה מחובר למעגל רפוי-ממריץ-ממריץ.אנרגיה הרטט מומרת לאנרגיה חשמלית ולאחר מכן מתמוססת כמו חום דרך הליטוט, מתנהג ביעילות כמו לחיק אלקטרומי.

בקרת Vbration

מערכות ActiveRat Control (AVC) מעסיקות לולאה משוב של חיישנים, בקרים דיגיטליים, ופועלים כדי ליצור ביטול כוחות או תנועות שמנגדות לרטטים הנכנסים.במנהרות, מערכות אלה לרוב פרוסות בשני תצורה: להאכיל שליטה מתקדמת (שם מקור ההפרעה ידוע, כגון השפעות גלגל הרכבת) ובקרת משוב (שם רטט נמדד בנקודה קריטית ותיקון).

דוגמה מעשית היא השימוש של מחוקקים הידראוליים או אלקטרומגנטיים הרכובים במפרקי מנהרה.כאשר רכבת עוברת, חיישנים מודדים את האצה של קיר המנהרה.הבקר מחשב את הכוח המנוגד הדרוש כדי לשמור על הקיר ללא תנועה, ומציטט את המתרגל ליישם אותו בזמן אמת.

מתקנים בלתי אפשריים של AVC במנהרות כוללים את הקישור של מנהרת התעלה (מהירות גבוהה 1) בבריטניה, שבו נעשה שימוש בעקב פעיל כדי להפחית רעש מולד הקרקע באזורי מגורים, וכמה קווי מטרו בגרמניה שבהם צמחים פעילים תחת מנהרה במזחלות לא היו מוצלחים.

קריסטלים פוניניים ומטריאליזם

גבול מתפתח בלחיצת רטט הוא השימוש גבישים פוניים ומטריאליזם אקוסטי.אלה הם מבנים תקופתיים מונדסים שיוצרים פערים של הלהקה - טווחים שעליהם גלים אלסטיים אינם יכולים להפיץ. על ידי הצבת מערך של מרואיינים מעוצבים בקפידה (למשל, המונים קטנים על מעיינות) בתוך או על פני השטח של מנהרה, מהנדסים יכולים למנוע רטטים בתוך תדר ממוקדים ממבנה של אנרגיה קומפקטית, בניגוד למלכודת פוטנציאלית, או למלכודות אנרגיה קומפקטיות, או למלכודות, קומפקטיות, קומפקטיות, או למלכודות מהירות גבוהה מאוד, או על פני השטח של אנרגיה קומפקטיות, או על פני השטח של אנרגיה קומפקטיות, או על פני השטח של אנרגיה קומפקטיות, או על פני השטח של אנרגיה קומפקטיות, או על פני השטח של ציפוי חומרים מטבוליות, או על פני השטח של אנרגיה קומפקטיות, קומפקטיות, קומפקטיות, או על פני השטח של אנרגיה קומפקטיות, או על פני השטח של מנהרה, קומפקטיות, קומפקטיות, קומפקטיות, קומפקטיות, או על פני השטח של מנהרה, קומפקטיות, קומפקטיות, קומפקטיות, קומפקטיות, קומפקטיות,

ניסויים מעבדה הראו כי שכבת מטא-חומרי 10 ס"מ יכולה לחסום את הרטטים ביעילות כמו קיר בטון חד-מטר-תיק 1-מטר-תיק בתדרים סביב 100 הרץ. Prototypes נבדקים כעת במודלים של מנהרות בקנה מידה גדול באוניברסיטאות כגון אוניברסיטת פדריקו השני ואוניברסיטת קליפורניה, ברקלי אתגרים נשארים בסקאלה של תהליך הייצור ולהבטיח כי פער הלהקה רחב מספיק כדי לכסות את התדרים המשתנים במנהרות האמיתיות.

טיפול ב-Damping Coatings and Surface Treatments

בנוסף לחומרים גדולים ומערכות פעילות היברידיות, טיפולים על פני השטח יכולים לספק לחות משמעותית מבלי לשנות את הפרופיל המבני של המנהרה. שכבת Consמוגבל לחות (CLD), למשל, מורכב ליבה מולסטית בין שני גלידות מתכת או מורכבות. כאשר מוחל כמו ריצוף לקירות מנהרה, העיוות העצום של סוללות קלושט בפאנלים CLDates עכשיו זמינים בשכבות תת-קרקעיות כדי לשלב ציפויים קלים לסביבות התפתחותיות.

היתרונות של גישות חדשניות

אימוץ טכנולוגיות לחות מתקדמות אלה מביא מגוון של יתרונות מעבר להפחתה פשוטה של הרטט:

  • (FLT:0) יעילות סופריאור על פני ספקטרום תדר רחב: ibph:1 למערכות הסתגלות ופעילות ניתן לכוון לתדרים מרובים בו זמנית, בעוד מטא-חומרים יכולים להיות נועדו לחסום להקות תדר שלמות.
  • (FLT:0) אספקת עלויות מחזור חיים: FLT:1 חומרים חכמים לא דורשים כוח חיצוני או חלקים נעים, צמצום תחזוקה. מערכות Active, אם כי מורכב יותר, ניתן לשלב עם אלגוריתמים של תחזוקה חיזוי כי רכיב הדגל ללבוש לפני כישלון.
  • (FLT:0)Space and Weightיעילות: 1FLT:1 ציפויים דקים, סרטים ⁇ אלקטריים, ושכבות מטריאליסטיות לקחת הרבה פחות מקום מאשר לחיחות המוניות המסורתיות או כריות גומי עבות.
  • (FLT:0) שיפור הבטיחות והשלמות המבנית: קיד 1 (FLT:1) על ידי מניעת קידוד ועייפות, לחות מתקדמת מרחיבה את חיי השירות של כריות מנהרה, צמצום הסיכון של כשל קטסטרופלי.מערכות Active יכולות גם להיות מתוכננות לנוקשות המבנה במהלך אירועים סיסמיים, מתן הפחתה כפולה-הזרדית.
  • (FLT:0) אפשרות לשנות תנאים תפעוליים: מנהרות LT:1 עשויות לשרת סוגים שונים של תנועה לאורך חייהם - למשל, מנהרה משא שהומרת למסילות נוסעים מהירות גבוהה.

יישום שיקולים ואתגרים

בעוד היתרונות משכנעים, פריסת טכניקות לחות חדשניות במנהרות בעולם האמיתי דורש תכנון זהיר.

שילוב עם עיצוב מנהרה קיים

מנהרות רבות נבנו לפני עשרות שנים ולא נועדו להכיל חיישנים, ממריצים או חומרים חכמים.התריגה לעתים קרובות כרוך בנספח אלמנטים לחיבית אל פני השטח הפנימי, אשר יכול להפחית את החלקה הצלב או להפריע או להפריע או ventilation, תאורה, וסימון ציוד. עבור מנהרות חדשות, שיתוף פעולה בשלבים מוקדמים בין מהנדסים מבניים ומומחים לחיבוק חיוני כדי להקצות את תנאי החלל והכוח.

עמידות סביבתית וגמישות סביבתית

סביבות תת-קרקעיות הן קשות: לחות גבוהה, טמפרטורות משתנות, מי קרקע קורוזית וחשיפה לחומר דיזל exhaust ו-Particulate. רכיבים אלקטרוניים חייב להיות מחוספס, וחומרים חכמים חייבים לשמור על ביצועים לאורך עשרות שנים ללא השפלה. לדוגמה, צורה ⁇ זיכרון יכול corrode בסביבות chloride-rich, כך ציפויים מוגנים או סגסוגת נדרשים לטווח ארוך בדיקות ההזדקנות הם הכרחי לפני הסמכה רחבה.

עלויות ויציבות כלכלית

מערכות בקרה אקטיבית ומטא-חומרים נושאים כיום עלות גבוהה יותר מאשר נושאים קונבנציונליים של גומי.עם זאת, ניתוח עלות מחזור חיים המהווה תחזוקה מופחתת, חיי מנהרה ארוכים יותר, ופחות הפרעות שירות לעתים קרובות מעדיף את הפתרון החדשני.עבור מנהרות ערך גבוה כגון אלה באזורי רעידת אדמה או אלה המשרתים מתקנים רגישים, הפרימיום מוצדק.

סיקור ותיקון הארדס

התקנות של בנייה וסטנדרטי מנהרה ברוב המדינות עדיין מבוססות על שיטות לחות פסיביות.טכנולוגיות חדשניות חייבות לעבור בדיקות קפדניות ותהליכי הסמכה כדי לקבל אישור ארגונים כגון FLT:0 The International Tunnelling and Space AssociationFlementFLT:1 ו-FLT:2 the American Railway Engineering and Maintenance-of-Way AssociationFbilalLT 3 הם הנחיות מתפתחות לאימוץ מערכות חכמות, אך אלה עדיין לא אוניברסליות.

מגמות מחקר ודרכים לעתיד

התחום מתפתח במהירות, עם מספר דרכים מבטיחות תחת חקירה פעילה:

למידה ממוחשבת לאבחון

ניתן להשתמש באינטליגנציה מלאכותית כדי לנתח נתונים של רטט היסטורי ולחזות את הפרמטרים המלחימים האופטימליים לדפוסי תנועה הבאים.לדוגמה, רשת עצבית המוכשרת על נתוני חיישן ממנהרה מטרו יכולה לצפות את הגדלים והדרים של הרכבת הבאה וקודם לדגימה את תכונותיו של לחלב אדפטי.

מערכות היברידיות משלבות מספר טכנולוגיות

אף שיטת לחות בודדת אינה אופטימלית עבור כל התדרים והתנאים.מנהרות עתידיות נוטות להשתמש בתצורה היברידית - לדוגמה, שכבת מטא-חומרית לבידוד גבוה, בשילוב עם מערכת בקרה פעילה עבור התחדשות בתדר נמוך, וציפוי חמקמקים כמערכת שאינה בטוחה.

דמפרס אוטונומי

איסוף אנרגיה מתדרומי מנהרה (למשל, באמצעות משככי עיניים או מקצירים אלקטרומגנטיים) יכול חיישנים כוח וקטגוריים קטנים, יצירת מודולים לחות מלאים עצמיים.זה אטרקטיבי במיוחד עבור חלקים מרוחקים של מנהרות שבו כבלי חשמל פועל הוא יקר.טיפוס מוקדם נבדקו במנהרות רכבת מהירות קוריאנית, קציר עד 10 מ"מ למטר - מספיק עבור רשתות חיישן אלחוטיות אלחוטיות.

עקבו אחרי Situ and Digital Twins

שילוב של מערכות לחות עם ניטור בריאות מבני (SHM) מאפשר הערכה מתמשכת של רמות רטט ומצב של החשקים עצמם. תאומים דיגיטליים - העתק וירטואלי של המנהרה המעדכנת בזמן אמת - יכול לדמות את ההשפעה של אסטרטגיות לחות שונות ואופטימיזציה של לוחות הזמנים של תחזוקה.

מסקנה

מנהרות תת-קרקעיות מהוות את עמוד השדרה של ניידות עירונית מודרנית, אך הכוחות הדינמיים הבלתי פוסקים שהם סובלים מביקוש לפתרונות דינמיים באותה מידה.שיטות רטט מסורתיות שירתו היטב אך הן אינן מספיקות יותר למהירויות גבוהות יותר, עומסים כבדים יותר, ומגבלות סביבתיות הדוקות יותר של מהנדסים עכשוויים.הגישות החדשניות המתוארות במאמר זה - עמידה בלחמים, חומרים חכמים, בקרה פעילה, מטבוליות מתקדמות, וציפויות מתקדמות יותר, אך הן יכולות להיות גמישות רבה יותר, אך הן יציבות, והן יציבות, והן יכולות להיות יותר ויותר, והן יציבות, והן יציבות, והן יציבות, והן יציבות מתמדת, והן יציבות, והן לשילובן של תשתיות יציבות, והן לשילוב, והן לשילוב, והן להשקעות בטוחות יותר ויותר, והן יציבות, והן יציבות, והן יציבות, והן יציבות, והן יציבות, והן יכולות להיות יציבותן של תשתיות יציבות גבוהה יותר ויותר, והן יציבות, והן יכולות להיות יציבות, והן יציבות, והן יציבות גבוהה יותר ויותר, והן יכולות להיות יציבות, והן יכולות להיות יותר ויותר, והן יכולות להיות יציבות גבוהה יותר ויותר, בעוד שעדיין צפויות, יציבות, יציבות, יציבות, כיום, יציבות מתמדת יותר ויותר, יציבות גבוהה יותר ויותר, יציבות, יציבות, יציבותן של בעלי מניות יציבות גבוהה