Tunnel Construction and applications

สเตนเลสในงานก่อสร้างอุโมงค์

โดย เดวิด เจ โคเชรน  (David J. Cochrane) ที่ปรึกษาสถาบันนิกเกิล  ; เบอร์นาด เฮริเตอร์  (Bernard Heriter), ISSF; และ อลีนคา คอสแมค (Alenka Kosmac), Euro Inox

อุโมงค์มีประสิทธิภาพดีมากในการอำนวยจราจลให้เกิดความลื่นไหลทางถนนและทางราง และยังลดเวลาการเดินทางลง อุโมงค์จะใช้ในการลำเลียงทั้งคนและสิ่งของและสามารถมีความยาวเพียงไม่กี่เมตรจนถึง 50 กิโลเมตรหรือมากกว่าทีเดียว

โดยนิยาม อุโมงค์ปกติจะอยู่ใต้ดินเสมอ อย่างไรก็ตาม สภาพของเส้นทางอาจจะกว้างมาก บางเส้นทางอาจBrisbaneอยู่ใต้ทะเล บางเส้นทางทะลุภูเขา ด้วยสภาพที่หลากหลายแบบนั้นหมายถึงแต่ละอุโมงค์จะมีองค์เฉพาะอย่างเมื่อมีการเลือกใช้วัสดุในงานก่อสร้าง

ทุกอุโมงค์จำเป็นต้องใช้งานโดยอาจไม่มีการดูแลซ่อมบำรุงตลอดเป็นเวลาร่วมทศวรรษ วัสดุที่เลือกใช้ในงานก่อสร้างต้องสอดรับกับข้อจำกัดดังกล่าว ซึ่งโดยสภาพอาจมีความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนและอันตราย

การใช้อุโมงค์อาจส่งผลกระทบต่อวัสดุที่ใช้ภายในอุโมง จากงานศึกษาที่แสดงในเอกสารนี้แสดงให้เห็นว่า สภาพบรรยากาศในอุโมงค์อาจมีความแตกต่างกันมากขึ้นกับการเลือกใช้ถนนสำหรับยวดยานต์หรือรถรางไฟฟ้า

เอกสารนี้ได้จัดเตรียมกรณีศึกษาสำหรับอุโมงค์ปัจจุบันจากรอบโลก สเตนเลสที่มีการใช้งานทั้งหมดและรวมถึงเกรดที่มีนิกเกิลผสมด้วย เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานเป็นเวลานานและมีจุดเด่นด้านได้เปรียบในแง่ธุรกิจ

ทำไมถึงใช้สเตนเลสในอุโมงค์ ?

สเตนเลสมีให้เลือกใช้หลากหลายส่วนผสมและหลายรูปทรงและสามารถตอบสนองสภาพที่เลวร้ายได้ โดยที่ไม่ต้องการเพิ่มการป้องกันผิวเพื่อช่วยต้านทานการกัดกร่อน และมันต้องมีความแข็งแรงสูงและมีคุณสมบัติทนต่อไฟซึ่งทำให้มีอายุใช้งานทนทานยาวนานเพียงการดูแลเล็กน้อยหรือไม่ต้องดูแลเลยยิ่งดี วิศวกรรมอุโมงค์ปรับใช้สเตนเลสทั้งส่วนที่มองเห็น เช่น ประตูกันไฟและผนังกันไฟ และในส่วนที่มองไม่เห็นเช่นโครงรับแรง

การตรวจตราเป็นเวลานานในสภาพบรรยากาศและสภาพการใช้งานในอุโมงค์ทำให้จำเป็นต้องกำหนดคุณลักษณะของสเตนเลสที่ใช้เป็นองค์ประกอบ เช่น การยึด  ความผิดพลาดของการยึดมีความสำคัญมากต่อความปลอดภัยรวมถึงระบบส่องสว่าง ระบบระบายอากาศ  ระบบอุปกรณ์ดับเพลิง การหลุดของตัวยึดอาจส่งผลกระทบที่ร้ายแรงและนำไปสู่การหยุดชะงักหรือปิดใช้อุโมงค์ สเตนเลสมีการระบุเกรดที่ชัดเจนสำหรับใช้เป็นตัวยึดในอุโมงค์ ซึ่งทนทานต่อสภาพบรรยากาศที่รุนแรงและการกัดกร่อนแบบซอกอับ โดยเฉพาะช่วงรอยต่อผนังหรือร่องหิน

สภาพภายในของอุโมงค์แต่ละแห่งมักจะมีการตรวจสอบเพื่อเลือกใช้วัสดุให้เหมาะสมในการก่อสร้างและใช้ประดับ ระดับของการดูแลซ่อมบำรุงอุโมงค์จะมีการจัดเตรียมระหว่างที่มีการวางแผนการเลือกใช้วัสดุ สามารถรับคำปรึกษาจากวิศวกรรการกัดกร่อนหรือผู้ผลิตสเตนเลสได้โดยตรง อาจดูจากเอกสารแนะนำตามถิ่นที่อยู่ รายการเอกสารอ้างอิงได้จัดเตรียมให้ในผนวก A หน้า 14

สเตนเลสสำหรับอุโมงค์ทางเรียบ (Road Tunnels)

อุโมงค์คมนาคมส่วนใหญ่มักเป็นอุโมงค์ทางเรียบ เส้นทางอาจจะผ่านชั้นหินที่แข็งและอ่อน ใต้แม่น้ำ ทะเลสาบ และท่าเรือ ในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุข้างในอุโมงค์ อาจจะเกิดการระเบิดและไฟไหม้ แม้ในการใช้งานปกติ อุโมงค์ทางเรียบก็ต้องเผชิญกับความแปรปรวนของอุณหภูมิและระดับความเข้มข้นของการกัดกร่อนจากสารเคมีที่ปล่อยมาจากรถ และเกลือซึ่งมาจากสภาพอากาศที่หนาวเย็นนำเข้าสู่อุโมงค์ผ่านทางยางรถยนต์

บรรยากาศในอุโมงค์ทางเรียบมีสารเคมีอย่างซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ไนโตรเจนไดร์ออกไซด์ (NO2) ไฮโดรเจน ซัลไฟด์ (H2S) ที่ปล่อยออกมาจากท่อไอเสีย (ดูตาราง 1) ส่วนอื่นที่ปล่อยออกมารวมถึงเศษยางจากล้อ ฝุ่นแร่หนัก ขี้เขม่า และน้ำปนเปื้อนคลอไรด์ การตรวจวัดในอุโมงค์ มอนท์บลานค์แสดงให้เห็นถึงบรรยากาศมีน้ำปนเปื้อนคลอไรด์ 3.5% คลอไรด์ในรูปของผงฝุ่นในอุโมงค์ตรวจวัดได้ระหว่าง 0.1 และ 0.7% เมื่อมีการทำความสะอาดตามระยะกำหนด และ 0.7 และ 3.5% เมื่อไม่ทำความสะอาด

ผลกระทบการกัดกร่อนของสารเคมีในบรรยากาศอาจเป็นเหตุสำคัญก่อให้เกิดความเสียหาย ด้วยแนวรอยต่อระหว่างผนังและตัวยึดจะมีฟิล์มของกรดคลอไรด์อยู่และทำหน้าที่เป็นสารนำไฟฟ้า การเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นในอุโมงค์เนื่องจากวงจรการหมุนเวียนระหว่างแห้งและชื้น  จุดดังกล่าวอาจยากต่อการเข้าถึง การทำความสะอาดเป็นเรื่องยุ่งยากหรือ อาจไม่สามารถทำได้เลย

ผลของการกัดกร่อนแบบซอกอับอาจนำไปสู่ความเสียหายของตัวยึดจนกว่าจะได้เลือกสเตนเลสชนิดที่เหมาะสมในการใช้งาน  การลดการดูแลบำรุงและเพิ่มอายุการใช้งาน ผู้ปฏิบัติงานอุโมงค์ของมอนท์บลานค์ระบุให้ใช้สเตนเลสที่มีส่วนผสมของโมลิบดีนัมอย่างน้อย 6%

ไฟไหม้อุโมงค์ทางเรียบ (Road Tunnel Fires)

มีหลายชีวิตต้องเสียไปกับไฟไหม้ในอุโมงค์ทางเรียบ  เป็นที่ทราบกันว่าเป็นอุบัติเหตุ ไฟไหม้อาจเป็นเหตุให้อุโมงค์ทางเรียบถิกปิด และเสียค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซม  ในปี 1999 ไฟไหม้ในอุโมงค์มอนท์บลานค์เป็นตัวอย่างที่ดี โดยไฟเริ่มไหม้รถขนส่งแป้งและเนยเทียม และ ไหม้ต่อเนื่องเป็นเวลา 53 ชั่วโมง อุณหภูมิขึ้นสูงกว่า 1000⁰ C ทำให้มีผู้เสียชีวิต 39 คน ผลของไฟไหม้นี้ทำให้อุโมงค์ถูกปิดเป็นเวลาสามปี และใช้เงินซ่อมแซมกว่า €450 ล้าน

แนวทางป้องกันหรือการลดผลกระทบให้น้อยที่สุด ในกรณีเกิดไฟไหม้ในอุโมงค์ทางเรียบย่อมหลีกเลี่ยงไม่ได้ต้องใช้สเตนเลส   เนื่องด้วยสเตนเลสมีผลการใช้งานที่ดีเยียมในอุณหภูมิวิกฤตจากไฟไหม้ส่วนไฮโดรคาร์บอน

ไฟในอุโมงค์อาจเป็นเหตุสร้างความเสียหายร้ายแรงต่อมนุษย์และอุโมงค์

 

กรณีศึกษา

กรณีศึกษาต่อไปนี้มีเนื้อหาการใช้สเตนเลสเพื่อแก้ปัญหาคุกคามต่อชีวิตในอุโมงค์ทางเรียบทั่วโลก ในบางกรณี การใช้สเตนเลสมีการระบุในงานก่อสร้างอุโมงค์ ตัวอย่างอื่นสเตนเลสมีการดัดแปลงให้แก้ปัญหาความปลอดภัยในอุโมงค์

การล่อนของคอนกรีตในอุโมงค์ทางเรียบมอเตอร์เวย์ในอิตาลิ

ด้วยสภาพอากาศที่ย่ำแย่เป็นเหตุให้คอนกรีตเกิดการชำรุดในอุโมงค์ของถนนมอเตอร์แวย์ในอิตาลิสาย A7 A10 และ A12 สภาพมลภาวะอากาศที่กัดกร่อนสูงอันเกิดจากปัจจัยร่วมระหว่าง ความเข้มข้นและส่วนประกอบกำมะถันที่ปล่อยออกมาจากท่อไอเสียของยานภาหนะ สภาพท้องถิ่นแบบชายทะเล การสั่นสะเทือน และความชื้นสูง

kehu

เฉพาะสาย A10 (เจนัวถึงชโวนา) 25 อุโมงค์จำเป็นต้องซ่อมแซมอย่างมาก เพื่อหยุดการล่อนของคอนกรีตตกลงบนถนน ตาข่าย สเตนเลส (EN 1.4401/AISI 316) กว่า 12,000 ตารางเมตรถูกใช้เพื่อครองเพดานอุโมงค์ไว้ และช่วยป้องกันไม่ให้คอนกรีตตกลงไปบนพื้นถนนในอุโมงค์

 

ติดตั้งระบบป้องกันอัครีภัย ในอุโมงค์เคฮู (Kehu) ฟินแลนด์

อุโมงค์เคฮูติดตั้งระบบดับเพลิงทั้งหมด 5 จุด ขนาดท่อสเตนเลสเส้นผ่านศูนย์กลาง 16 มม พร้อมหัวฉีด ในกรณีเกิดไฟไหม้ในอุโมงค์ จะเกิดความดันสูงระบบจะพ่นระอองน้ำเพื่อที่จะช่วยดับไฟในอุโมงค์ สเตนเลส (EN 1.4404/AISI 316L) ถูกเลือกใช้เนื่องเพราะมันมีความแข็งแรงและทนต่อการกัดกร่อน และทนต่อไฟไหม้ ระบบไม่เพียงเพิ่มความปลอดภัยแต่ยังลดการเสียหาย และลดการทำลายอุโมงค์จากไฟไหม้อีกด้วย

สเตนเลสในอุโมงค์ทางเรียบ – กรณีศึกษา
สเตนเลสดูเพล็กซ์ที่ใช้ในระบบการกำจัดควันและความร้อน ออสเตรเรีย

อุโมงค์ทางเรียบยาวสุดในออสเตรเรียคือสาย ทางลัดเชื่อมเหนือ-ใต้ (North-South Bypass) รู้จักกันในนาม อุโมงค์เคล็ม โจนส์ (Clem Jones Tunnel) หรือ เคล็ม 7 ในเมืองบริสแบน (Brisbane) ประกอบด้วย ทางอุโมงค์คู่ระยะ 4.8 กิโลเมตร เคล็ม 7 ได้สร้างใต้แม่น้ำบริสแบน สเตนเลสดูเพล็กซ์ (EN 1.4462/ASTM-UNS S32205/S31803) ถูกเลือกใช้ตลอดทางอุโมงค์เนื่องด้วยทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่มีภาวะกัดกร่อนสูง ทั้งนี้รวมถึงเสาค้ำยันอุโมงค์จำนวน 33,000 เส้นด้วย

ในกรณีเกิดเหตุไฟไหม้หรือระเบิด ระบบการระบายอากาศจะตรวจจับควันได้อย่างรวดเร็วตามท่อแนวยาวเหนือหัวพ่นใบพัด 100 หัว แผ่นคอนกรีตขนาดใหญ่ที่หนุนด้วยสเตนเลสเป็นช่องระบายอากาศ จะใช้สเตนเลสเกรด EN 1.4462 (ASTM-UNS) ซึ่งสามารถทนทานต่อความร้อนระดับมาตรฐานได้และสามารถใช้งานได้ยาวนาน โดยไม่ต้องซ่อมแซม จากการกัดกร่อนในบรรยากาศ

ใบพัดสเตนเลสในอุโมงค์มนท์บลังค์เพื่อลดงานซ่อมบำรุงและทนทานต่อการใช้งานนานขึ้น  กำหนดให้ใช้สเตนเลสที่มีโมลิบดีนัมอย่างน้อยร้อยละ 6

สเตนเลส (EN 1.4404/AISI 316L) ใบพัดระบายอากาศติดตั้งตามแผนการปรับปรุงในปี 2011 รางสายไฟทำจากสเตนเลสเกรดเดียวกัน

อุโมงค์ลอดใหม่ใช้ประโยชน์จากสเตนเลสส่วนดาด (deck) และค้ำยัน (upstands) ในอังกฤษ

อุโมงค์ลอดใต้ถนน (underpass) แถวคราดเดินร์เวลล์ (Cradlewell) เป็นจุดเชื่อมหลักชายฝั่งทะเลทางเหนือของประเทศอังกฤษ ขณะการก่อสร้าง สเตนเลส (EN 1.4401/AISI 316) 256 ตันถูกใช้ในอุโมงค์ส่วนดาดและค้ำยัน เกรด EN 1.4401/AISI 316 ถูกเลือกใช้สำหรับการต้านทานการกัดกร่อนจากไอเกลือ (de-icing salts) ช่วงฤดูหนาว น้ำจะไหลมาตามท่อที่อยู่บนดาด ถ้าหากมีการใช้เหล็กกล้าคาร์บอนแทนสเตนเลส การรั่วอาจเป็นเหตุให้เกิดภัยพิบัตและเสียค่าใช้จ่ายอย่างมากในการซ่อมแซม

โครงสร้างใหม่สเตนเลสสำหรับหุ้ม สกอทแลนด์ 

อุโมงค์กลาสโกว์ คลาด (Glasgow’s Clyde Tunnel) ได้จัดเตรียมช่องทางคมนาคมเชื่อมต่อระหว่างเหนือและใต้ ประกอบด้วยอุโมงค์คู่ขนานยาว 762 เมตร และมีรถกว่า 65,000 คันได้รับประโยชน์ในแต่ละวัน

ระหว่างการตกแต่งคลาด (clyde) ใหม่ (2005-2010) เหล็กหล่อดั้งเดิมตั้งแต่ปี 1950 ซึ่งเป็นโครงสร้างแรกถูกเก็บรักษาไว้ โครงงานใหม่ลำดับสองได้สร้างขึ้นจากสเตนเลสส่วนผสมนิกเกิล  (EN 1.4401/AISI 316) และ แนบกับโครงสร้างเดิม โครงสร้างลำดับสองหนุนด้วยการหุ้มสเตนเลส แม้เกิดไฟไหม้ การออกแบบก็ทนรับอุณหภูมิได้หากไม่เกิน 300⁰C.

สเตนเลสในอุโมงค์ทางเรียบ-กรณีศึกษา

Glasgow

ดาดเพดานสเตนเลสป้องกันการกัดกร่อน

สภาพที่ตั้งทางตะวันออกของลอนดอน แม่น้ำดาโรรด์ ครอสซิ่ง (Darord River Crossing) ตัดผ่านใต้แม่น้ำทาเมส (River Thames) และเป็นจุดเชื่อมสำคัญระหว่างเหนือและใต้ของเมือง เป็นส่วนหนึ่งของโครงข่ายทางด่วนสาย M25

การปรับปรุงกลายเป็นความจำเป็นภายหลังการใช้งานเพียง 20 ปี ด้วยดาดของอุโมงค์ทำจากคอนกรีตเสริมเหล็กกล้าคาร์บอนถูกกัดกร่อนอย่างหนัก สิ่งนี้เกิดขึ้นมากมายเนื่องจากคลอไรด์ปนมากับน้ำ (ไอเกลือช่วงฤดูหนาว) ซึมเข้าไปในแท่งคอนกรีตทำให้ผุกร่อน

เพื่อที่จะป้องกันไม่ให้ขอบของแท่งคอนกรีตแตกเป็นเหตุให้น้ำซึมเข้าไปมาก สเตนเลสออสเทนนิติก (EN 1.4401/AISI 316) จำนวน 396 ตันใช้ทำเป็นดาดเชื่อมกับแท่งคอนกรีตระยะห่าง 4.5 เมตร

เส้นทางหนีไฟและระบบระบายอากาศ  

ในอุโมงค์ลิโอรันในฝรั่งเศส สเตนเลส (EN 1.4404/AISI 316L) นำมาใช้ทำประตูหนีไฟ เกรดนี้มีสมบัติต้านทานการกัดกร่อนดีและสมบัติเชิงกลดีเมื่อต้องรับความร้อน

สเตนเลสนำมาใช้ทำประตูหนีไฟจากอุโมงค์สู่พื้นที่ปลอดภัย และพื้นที่ปลอดภัยไปสู่เส้นทางที่ปลอดภัย

ตัวครอบส่วนระบายอากาศในอุโมงค์ทางเรียบ เป็นส่วนที่มีผลต่อระดับการกัดกร่อนจากแก๊สในชั้นบรรยากาศ ตัวครอบของระบบระบายอากาศที่สัมผัสกับอากาศจากอุโมงค์มีผลกระทบอย่างมาก อย่างไรก็ตาม อากาศที่บริสุทธิ์ก็ไหลเข้าไป และก็อาจเป็นเหตุให้เกิดการกัดกร่อนจากบรรยากาศได้ อุโมงค์ลิโอรันใช้ประโยชน์จากตัวครอบที่ทำจากสเตนเลส (EN 1.4404/AISI 316L) เพื่อป้องกันการกัดกร่อนดังกล่าว

การลดผลกระทบของไฟในอุโมงค์ ELb เยอรมัน เพื่อลดขนาดผลกระทบจากไฟ อุโมงค์ทันนัลในฮัมเบิร์กได้หุ้มด้วยสเตนเลสแผ่น (EN 1.4571/AISI 316Ti) จำนวน 1500 ตัน แผ่นสเตนเลสติดในอุโมงค์ใช้ ตัวยึดและสกรู 60 ตันที่ทำจากเกรดเดียวกัน

สเตนเลสในอุโมงค์ทางราง (Rail tunnel)

 

เพื่อตอบสนองต่อความต้องการของผู้โดยสารและบรรเทาความแออัดของจราจร  นักผังเมืองได้เพิ่มจุดวนรถใต้ทางราง เครือข่ายรถไฟความเร็วสูงกลายเป็นสิ่งที่สำคัญในการเชื่อมต่อระหว่างประชากรในเมืองใหญ่กับเมืองชั้นนอก

ในหลายประเทศที่พัฒนาแล้ว การเติบโตอย่างเร่งรีบของระบบรางจะสร้างใต้ดิน ยกตัวอย่างในประเทศจีน 21 เมืองได้วางแผนพัฒนาระบบรางแบบง่าย งานก่อสร้างของเครือข่ายทั้งหลายได้เริ่มขึ้นแล้วอย่างน้อยเจ็ดแห่ง ระหว่างปี 2012 จีนอาจจะเริ่มใช้รถไฟความเร็วสูง 120 ลำในประเทศ ระยะรางราว 6000 กิโลเมตรที่ผ่านการเชื่อมต่อกันเรียบร้อยแล้ว ประเทศอินเดียเป็นอีกประเทศหนึ่งที่กำลังพัฒนาโครงสร้างผังเมืองระบบรางเครือข่ายใต้ดิน หรือภายใต้การพิจารณาอย่างน้อยก็ในเมืองโดเซน (dozen)

เนื้อหาส่วนนี้จะให้เห็นถึงความต่างของโครงร่างอุโมงค์รถรางใต้ดิน  รางรถไฟ รถรางใต้ทะเล และเหตุที่สเตนเลสใช้งานได้ยาวนานและมีความปลอดภัยต่อชีวิต

อุโมงค์รไฟฟ้าใต้ดิน  (Metro Tunnels)

เครือข่ายรางใต้ดินในเมืองปกติจะใช้ไฟฟ้า ดังนั้น ภาวะกัดกร่อนจากบรรยากาศจึงมีน้อยเมื่อเทียบกับอุโมงค์ทางเรียบ อย่างไรก็ตาม ปัจจัยสิ่งแวดล้อมในท้องถิ่นก็มีผลกระทบต่อวัสดุที่ใช้ในการสร้างอุโมงค์ ทั้งนี้รวมถึงสารเคมีในหินหรือแวดล้อมรอบอุโมงค์ และการไหลซึมของน้ำทางเรียบ แม่น้ำ หรือแม้กระทั่งน้ำเสียในเมืองและระบบเคลือข่ายจ่ายน้ำ

ระหว่างการใช้งาน  อุโมงค์รถไฟฟ้าใต้ดินอาจได้รับผลกระทบจากไฟและสิ่งนี้ต้องได้รับการพิจารณาระหว่างการกำหนดคุณลักษณะของวัสดุตั้งแต่เริ่มโครงการ

กรณีศึกษา : ทางใต้ดินในลอนดอน

ทางใต้ดินของลอนดอนลึกจากพื้นถนน 67 เมตร และต่ำกว่าระดับน้ำทะเล 21 เมตร น้ำปนเคลอไรด์จะไหลเข้าในเอุโมงค์ ซึ่งมีความกัดกร่อนสูงและทำความเสียหายได้สูง

ความเสียหายจากมหาภัยตามรายงานของ “Kings Cross Station fire”  ในปี 1987 ทางใต้ดินลอนดอนเริ่มกำหนดการใช้วัสดุที่ต้องไม่ทำให้เกิดควันหรือควันพิษในโครงสร้างและการปรับปรุงเคลือข่ายใต้ดิน สเตนเลสตอบสนองต่อความต้องการเหล่านี้ มันมีการใช้อย่างจริงจังในงานใหม่ดังที่แสดงในเอกสารนี้

การขยายเส้นทางสาย จูบิลี ไลน์ (Jubilee Line)

สเตนเลสมีการขยายการใช้ในอุโมงค์และสถานีจูบิลี เมื่อมีการขยายไปยังย่านพื้นที่ฟื้นฟูทางตะวันออกของเมือง

แต่ละสถานีสามารถแยกแยะได้ด้วยสายตาจากผิวสำเร็จของสเตนเลส ความแตกต่างของผิวสำเร็จในแต่ละสถานีทำให้เกิดสุนทรียภาพทางสถาปัตยกรรมเฉพาะ สเตนเลสยังมีสมบัติใช้งานได้ดี มีความประหยัดในระยะยาวด้วยการที่สเตนเลสเพียงต้องการการทำความสะอาดเพียงครั้งคราวเพื่อรักษาให้ดูสวยงามอยู่เสมอ

การรั่วซึมในเส้นทางสายวิทอเรีย

ระหว่างการปรับปรุงเส้นทางสายวิกทอเรีย  ใช้แผ่นสเตนเลสทำทางโค้งของอุโมงค์เพื่อเบี่ยงเบนให้น้ำไหลเข้าท่อระบาย สเตนเลสออสเทนนิติก (EN 1.4401/AISI 316) ความหนา 1.2 มิลลิเมตรจำนวน 560 ตัน ในกรณีเกิดไฟไหม้ สเตนเลสจะยังรักษาระดับความแข็งแรงเป็นเวลานานกว่าโลหะอื่นและไม่เกิดควันและครัวพิษ

เส้นทางสายเหนือ : ปรับปรุงเส้นทางเก่า

ที่สถานีเก่าของเส้นทางใต้ดินลอนดอนสายเหนือ สภาพดินที่เป็นกรดเป็นเหตุให้เกิดการกัดกร่อนอย่างรุนแรงกับเหล็กหล่อ เหล็กเหล่านั้นถูกทดแทนด้วยสเตนเลสดูเพล็กซ์ที่มีส่วนผสมของนิกเกิล 8% จำนวนราว 750 ตัน และยึดด้วยหมุดสเตนเลส (EN 1.4501 /ASTM-UNS S32760) จำนวนกว่า 20,000 อัน

สเตนเลสในทางรางและอุโมงค์ใต้ทะเล

Railway Tunnels

อุโมงค์ทางราง (Railway Tunnels)

อุโมงค์ทางรางหากไม่เป็นชนิดใช้กำลังไฟฟ้าก็จะใช้น้ำมันดีเซล และบางครั้งอาจเป็นทางสองแบบ ขณะที่รถรางไฟฟ้าจะสะอาดกว่า ส่วนเครื่องจักรดีเซลจะปล่อยควันซัลเฟอร์ออกไซด์ซึ่งอาจเป็นเหตุให้เกิดการผุกร่อนและสร้างความเสียหายต่ออุปกรณ์ในอุโมงค์ ปริมาณการปล่อยจะขึ้นกับปัจจัยเช่นความถี่ของรถรางวิ่งผ่าน ความเร็วในการวิ่ง ความยาวของอุโมงค์ และอุปกรณ์ที่ติดตั้งในอุโมงค์เพื่อควบคุมอุณหภูมิและความชื้น ข้อมูลมลภาวะและบรรยากาศควรรับทราบก่อนที่จะเลือกใช้วัสดุ

Railway Tunnels2

ข้อมูลความเหมาะสมและประสิทธิภาพการใช้งานของวัสดุและสภาวะในอุโมงค์ทางรางใต้ทะเลมีทางออกจำกัด เส้นทางเก่าที่สุด ระยะ 53.9 กิโลเมตร ซึ่งเชื่อมเกาะญี่ปุ่นระหว่างฮอนซู (Honshu) และฮอกไกโด (Hokkaido) กำลังรับการปรับปรุงเป็นเส้นทางรถไฟความเร็วสูงซินกันเซน (Shinkansen)

กรณีศึกษา : สเตนเลสทดลองใช้งานในอุโมงค์คันเนล

ขณะที่ข้อมูลประสิทธิภาพการใช้งานของวัสดุยังไม่มีสำหรับอุโมงค์เซคัน (Sikan Tunnel) จึงได้ประยุกต์ใช้ข้อมูลของอุโมงค์คันเนล (ยาว 49.2 กิโลเมตร ส่วนใต้ทะเล 37.5 กิโลเมตร) ซึ่งเชื่อมระหว่างอังกฤษกับฝรั่งเศษ การทดสอบสเตนเลสและวัสดุอื่นได้นำมาสู่ความแตกต่างหลายจุดตลอดอุโมงค์ เพื่อทดสอบประสิทธิภาพการใช้งานในสภาพแวดล้อมเหมือนกัน

การทดสอบครั้งแรกรวบรวมโดยสถาบันพัฒนานิกเกิล (ปัจจุบันเรียกสถาบันนิกเกิล)ในปี 1994 เพื่อตอบสนองประสิทธิภาพการใช้งาน ผู้ผลิตสเตนเลสในฝรั่งเศษและอังกฤษได้สร้างวิธีการทดสอบสเตนเลสเกรดต่างกัน เพื่อการเชื่อมผู้ประกอบการอุโมงค์ในยุโรป การทดสอบจึงทำในหลายที่ทั้งบริเวณแนวทางวิ่งและบริเวณแนวใช้งานในอุโมงค์

เกรดที่นิกเกิลต้องการ

ปี 1994 ความรู้ที่มีชี้ให้เห็นว่า เกรดสเตนเลสออสเทนนิติก EN 1.4401/AISI 316 อาจบางทีเหมาะสำหรับส่วนประกอบในอุโมงค์ มันตอบสนองความต้องการต้านทานการกัดกร่อนและทนไฟและความต้องการการซ่อมแซมน้อย จากหลายปัจจัยการใช้งานในอุโมงค์ ตัวอย่าง กล่องแบ่งไฟมีจำนวนถึง 17,000

 

สเตนเลสทางรางและอุโมงค์ใต้ทะเล

ตลอดเส้นทางอุโมงค์  ต้องมั่นใจถึงประสิทธิภาพการใช้งานที่อุณหภูมิ 1,000⁰C ใช้เกรด EN 1.4401/AISI 316 ในงานก่อสร้างเพื่อมั่นใจว่าจะผ่านการทดสอบไฟไหม้

เพิ่มการทดสอบวัสดุ

โปรแกรมการทดสอบเริ่มต้นเพื่อประเมินความแตกต่างของเกรดสเตนเลสได้เพิ่มเติมมากขึ้นโดยทางยุโรปได้รวมถึงวัสดุหลากหลายแบบ การทดสอบได้จัดตั้งในชั้นวางตามจุดต่างๆในอุโมงค์ที่มีสภาวะแตกต่างกันจากจุดอื่น

อุณหภูมิที่ใกล้เคียงกันอย่างต่อเนื่อง  ระหว่าง 20 และ 25⁰C รักษาไว้ด้วยท่อคู่ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 400 มิลลิเมตร ตลอดความยาวอุโมงค์ อย่างไรก็ตาม ความแปรปรวนของความชื้นสัมพัทธ์จาก 45 ถึง 76% ขึ้นกับตำแหน่งและปริมาณเกลือในบรรยากาศ

สภาพบรรยากาศ

รถรางขนส่งสินค้าและผู้โดยสารจะใช้พลังงานจากไฟฟ้า แต่รถซ่อมบำรุงจะใช้พลังงานจากน้ำมันดีเซล ในบรรยากาศจะมีปริมาณซัลเฟอร์ไดออกไซด์จากท่อไอเสีย การทดสอบพบว่าบรรยากาศจะมีฝุ่นระอองซีเม็นต์จากงานบุอุโมงค์และพบผงเหล็กจากการบดของล้อรถรางกับราง ไอออนคลอไรด์ก็พบตามสภาพบรรยากาศชายทะเล

เมื่อมีความชื้นสูงร่วมด้วย จึงเป็นบรรยากาศที่กัดกร่อนค่อนข้างสูงหากมาเกาะบนผิว โอกาสการกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้นจากลมพัดระหว่างรถวิ่งผ่านอุโมงค์ด้วยความเร็วถึง 140 กิโลเมตรต่อชั่วโมง จะก่อผลกระทบสองอย่าง:

  1. อนุภาคฝุ่นชื้นจะเกาะบนผิว เฉพาะอย่างยิ่งกับฝุ่นตามทิศทางการวิ่งของรถไฟ และทำมุม 90 องศากับทิศทางของลม
  2. เมื่อความเร็วลมร่วมด้วย ฝุ่นผงคอนกรีตและอนุภาคฝุ่นเหล็กจะกัดเซาะชั้นฟิล์มเคลือบอย่างต่อเนื่อง

มันเห็นได้ชัดเจนและรวดเร็วว่าอนุภาคสะสมเหล่านั้นไม่สามารถที่จะหลีกเลี่ยงได้ ดังนั้นการทำความสะอาดประจำวันจึงได้กำหนดขึ้นโดยทางยุโรป พื้นผิวที่เรียบรื่นของสเตนเลสสามารถช่วยป้องกันไม่ให้เกิดการกัดกร่อนจากฝุ่นผงบนผิวและยังทำความสะอาดได้ง่ายด้วย

ขณะที่ช่องอุโมงค์ดูตามเหตุผลแล้วมันควรแห้ง ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าสภาพในอุโมงค์มีความสำคัญอย่างมาก ผลการทดสอบรวมถึงเหล็กกล้าคาร์บอนด้วยเพื่อการเปรียบเทียบผล

 

ผลสรุปของคลอไรด์และระดับความชื้นในแต่ละตำแหน่งแสดงในตารางที่ 2 ในทุกตำแหน่งระดับซัลเฟอร์ไดร์ออกไซด์น้อยกว่า 10 mg/m2/day ซึ่งแต่ละระดับมีนัยสำคัญ

 

สรุป

สิ่งที่ต้องคำนึงถึงอย่างมากของอุโมงค์คือ ความยาว ที่ตั้ง และจุดประสงค์การใช้งาน การสร้างก็เพื่อลดเวลาการเดินทาง และลดความแออัด ดังนั้น ความจำเป็นในการใช้วัสดุในงานก่อสร้างเพื่อลดงานด้านการดูแลและซ่อมบำรุงให้น้อยที่สุด สิ่งสำคัญคือค่าใช้จ่ายของรัฐและคนงานและควรใช้งานได้เป็นทศวรรษอย่างไม่มีปัญหาเพื่อการคุ้มต่อการลดทุน

ความต้องการเหล่านี้ ทำให้สเตนเลสเป็นวัสดุที่เป็นทางเลือกสำหรับงานก่อสร้างอุโมงค์และอุปกรณ์ใช้งานภายใน สเตนเลส :

• ต้องไม่ปล่อยสารพิษที่อุณหภูมิสูง

• คงความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงที่ 900 C.

• ไม่จำเป็นต้องเพิ่มวัสดุปกป้องผิวเพื่อป้องกันการกัดกร่อน

• มีเกรดหลากหลายให้เลือกใช้ และ ใช้งานได้ทนทานยาวนานโดยไม่จำเป็นต้องหรือเพียงทำความสะอาดเพียงเล็กน้อย

 

สเตนเลสได้ใช้อย่างกว้างขวางในงานสร้างอุโมงค์ และอุปกรณ์ภายในตลอดทั่วโลก สำหรับงานออกแบบอุโมงค์และการก่อสร้าง สเตนเลสเป็นวัสดุหลักที่ให้ความปลอดภัย ต้นทุนการซ่อมบำรุงต่ำและใช้งานได้ยาวนาน ทั้งอุปกรณ์ที่สำคัญและตัวอุโมงค์เอง

 

อ่านและดาวโหลดบทความได้จาก

siamstainless-downloads-smartrue

 

 

บทความแปลโดย หรูเรียดเฉียง  吕烈强   www.siamstainless.com

หมายเหตุ   บทความแปลนี้เพื่อความประสงค์การศึกษาเรียนรู้ของคนไทยเท่านั้น