הנדסה - מנהרת תשתיות, עיר תחתית חיפה

יזם: חברת יפה נוף, חיפה.

אדריכלות: רפי כרמי.

ניהול ופיקוח: פוירשטיין גזית מהנדסים.

קבלן מבצע: י.ו.נ.י.ת ביצועים.

תכנון: מרקוביץ – שאנן, מהנדסים יועצים.

רחוב העצמאות בחיפה מהווה עורק תשתיות ותחבורה ראשי המנקז דרכו את מרבית
תשתיות העיר התחתית וחלקים נוספים של מבואות חיפה.
למעשה, תוואי הכביש הקיים "יושב" על רשת תשתיות ענפה ומסועפת שחלקה
הגדול הושם עוד בשנותיה הראשונות של העיר והיתר במרוצת השנים שאחריה. תחזוקתה ושמירת כשירותה של רשת תשתית זו , הן מהקשות והיקרות באזור וזאת עקב הקושי בחשיפת מקור הכשל – במקרה של תקלה ובשל סמיכותו לעורק התחבורה הראשי של העיר המקשה על ביצוע עבודות האחזקה.

כל תכנון או השמה של תשתית ו\או צנרת חדשה הופכת לקשה ביותר וזאת בשל ריבוי התשתיות הקיימות
שאינן מאפשרות הובלת תשתית חדשה, בתוואי חדש ויוצרת מכשול לכל תכנון עתידי.

המנהרה תבוצע בשיטת הcut & cover - כלומר תבוצע בשלושה שלבים עיקריים:
1. חפירה
2. הנחת אלמנטים
3. כיסוי חפירה

יתרונות מנהרת תשתיות
1. קלות תפעול ובקרה על התשתית הקיימת.
2. נגישות לצנרת ותשתיות אחרות.
3. איתור תקלות וכשלים המאפשר היערכות מתאימה בזמן אמת.
4. תוואי לתשתית עתידית וקלות השמתה.
5. מתן מענה לתקלות ללא צורך ב"פתיחת כביש" וחסימת עורק תחבורה ראשי במבואות העיר חיפה.
6. הטמנת המנהרה מאפשרת בנייה עתידית מעלייה (במקרה שלנו – רק"ל).
מנהרה טמונה לא תפריע לתנועה ולעורק התחבורה הראשי – שמעלייה (רח` העצמאות) .
7. צמצום דליפות בצנרת (כדוגמת הולכת מים) וחסכון לטווח הקצר והארוך.

תוואי המנהרה והמיסעה

רחוב העצמאות בקטע שבין רחוב הבנקים לרחוב קפטן סטיב באורך 700 מ`הינו כביש דו מסלולי – דו נתיבי עם הפרדה בין שני מסלולי הנסיעה.

קטע זה יעבור שינויים גיאומטריים לצורך סלילת מסלול תחבורה ציבורית (מת"צ) עבור רכבת קלה (רק"ל). רוחב מסלול הנת"צ הינו 7.0 מ`והוא כולל נתיב נסיעה לכל כיוון ברוחב של 3.5 מ`. מנהרת התשתיות ברחוב העצמאות מתוכננת להיטמן בחפירה שאורכה הכולל כ - 420 מ`. המנהרה תהיה בנויה מקופסאות בטון טרום במידות חתך 3.00/3.75 מ` ובאורך 3 מ`. עומק החפירה המתוכנן כ – 5.5-6.0 מ`מפני הכביש הקיים.

עומק תקרת המנהרה הינו 1.7 מ`עד 2.1 מ`מפני מסעת המת"צ המתוכננת.

על תקרת מנהרת התשתיות מתוכננים לאורך כל המנהרה מעל ל – 20 אלמנטים מוגבהים קשיחים לצורך התחברות מערכות מבחוץ. במקרה זה תקרת האלמנטים המוגבהים נמצאת בעומק שבין 0.7 עד 1.1 מ`מפני מסעת המת"צ. בהנחה שעובי מיסעת המת"צ הינו כ – 50 ס"מ, אזי מתקבל כי תקרת האלמנטים המוגבהים נמצאת בעומק של 20 עד 60 ס"ממתחתית מיסעת המת"צ.

מהלך הביצוע שנבחר יהיה בנוי ממקטעים בני 25 מטרים כל אחד ובסה"כ 22 קטעי עבודה לכל תוואי המנהרה. מכלול הצרכים והבעיות שנזכרו לעיל הכתיבו צורך לפתרון מעשי שיאפשר חסכון אמיתי במשאבים (כסף,זמן,שעות עבודה וכו`) לטווח הארוך על ידי השקעה בטווח המיידי ולכן הוחלט להעתיק את כל התשתיות והטמנתם במנהרה ייעודית – "מנהרת תשתיות".

רחוב העצמאות בקטע שבין רחוב הבנקים לרחוב קפטן סטיב באורך 700 מ` הינו כביש דו מסלולי – דו נתיבי עם הפרדה בין שני מסלולי הנסיעה.

קטע זה יעבור שינויים גיאומטריים לצורך סלילת מסלול תחבורה ציבורית (מת"צ) עבור רכבת קלה (רק"ל). רוחב מסלול הנת"צ הינו 7.0 מ` והוא כולל נתיב נסיעה לכל כיוון ברוחב של 3.5 מ`. מנהרת התשתיות ברחוב העצמאות מתוכננת להיטמן בחפירה שאורכה הכולל כ - 420 מ`. המנהרה תהיה בנויה מקופסאות בטון טרום במידות חתך 3.00/3.75 מ` ובאורך 3 מ`. עומק החפירה המתוכנן כ – 5.5-6.0 מ` מפני הכביש הקיים.

עומק תקרת המנהרה הינו 1.7 מ` עד 2.1 מ` מפני מסעת המת"צ המתוכננת. על תקרת מנהרת התשתיות מתוכננים לאורך כל המנהרה מעל ל – 20 אלמנטים מוגבהים קשיחים לצורך התחברות מערכות מבחוץ. במקרה זה תקרת האלמנטים המוגבהים נמצאת בעומק שבין 0.7 עד 1.1 מ` מפני מסעת המת"צ. עובי מיסעת המת"צ הינו כ – 50 ס"מ, אזי מתקבל כי תקרת האלמנטים המוגבהים נמצאת בעומק של 20 עד 60 ס"מ מתחתית מיסעת המת"צ.

מי תהום

מי תהום הם מי המשקעים המחלחלים לתוך האדמה ונאגרים במאגרים תת - קרקעיים הנקראים אקוויפרים. מי האקוויפרים ממשיכים לזרום מטה עד שהם נתקלים בשכבת סלע שאינה מאפשרת להם לחדור דרכה - שכבת אקוויקלוד (או השכבה האטימה למים). מאחר ולא ניתן לדעת בוודאות מהו משטר הזרימה בכל ימות השנה, הוגדר על ידי יועץ הקרקע שלצרכי תכנון השפלת מי התהום וחישוב ספיקת הניקוז - יילקח בחשבון כאילו מגיעים מי התהום עד לגובה פני הכביש הקיים.

אקוויפר ההר, אקוויפר החוף ואקוויפר פריאטי , הנחיות המשרד לאיכות הסביבה

מי התהום שבמפרץ חיפה מגיעים ברובם מחלחול מי הגשמים שיורדים באזור הר הכרמל ונספגים מתחת לשכבות גיר סדוקות. מי משקעים ומים ממקורות אחרים יכולים לחדור דרכן בקלות ולהיכלא באקוויפר. מאחר והאקוויפר באזור מפרץ חיפה אינו חסום מלמעלה ע"י סלע בלתי חדיר – נקרא האקוויפר "אקוויפר פריאטי" (בניגוד לאקוויפר כלוא , החסום מלמטה ומלמעלה על ידי סלע בלתי חדיר).

אקוויפר החוף התאפיין בעבר במליחות נמוכה וברמת זיהום נמוכה, אולם כתוצאה משאיבת יתר חלה הידרדרות באיכות המים ובאזורים מסוימים היה צורך לסגור בארות הפקה בגלל איכות המים הירודה. אקוויפר החוף סובל יותר מאקוויפר ההר מבעיות המלחה. באקויפר ההר איכות המים אינה אחידה.

גם באקוויפר זה ישנה עלייה הדרגתית בריכוז הכלורידים הממוצע. איכות מי אקוויפר ההר נחשבת טובה יותר מאיכות מי אקוויפר החוף.

המשרד לאיכות הסביבה העביר הנחיות לגבי השבת מי התהום כך שלא ניתן להשיב מי תהום ללא טיפול. בנוסף נקבעה מכסה להשבת מי תהום לפרויקט כך שלא יוזרמו מעל 500 מ"ק\שעה למערכת הניקוז העירונית.

כוון התקדמות העבודות

שני שיקולים עיקריים הביאו אותנו להחלטה לגבי כוון ההתקדמות של העבודות – במנהרה. המנהרה בנויה מרכיבים טרומיים ("קופסאות") המחוברים ביניהם בשיטת "שקע תקע" (זכר ונקבה) - עובדה המחייבת הידוק והתאמה מושלמת בין האלמנטים (מטעמי איטום) .
בנוסף לכך , תוואי המנהרה תוכנן כך שהוא נוטה בזווית של לאורך ציר המנהרה (מטעמי ניקוז) כשבסיסה הנמוך מתחיל בקטע של רחוב קפטן סטיב והגבוה – במעלה הרחוב
(שער פלמר). בכדי להקל על עבודת הנחת האלמנטים הוחלט על כוון התקדמות – מדרום מזרח – לצפון מערב .

תכנון מערכת להשפלת מי תהום - רקע
מקריאת דו"ח הקרקע נוכל ללמוד על המצאות מי תהום בכל תוואי המנהרה ולכן תנאי מקדים לביצוע העבודות יהיה שאיבת מי תהום והשפלת עומד פני המים – כך שתתאפשר חפירה בקרקע יבשה ויציבה. בפרויקט נבחנו שני פתרונות טכנולוגיים עיקריות להשפלת מי תהום - שניהם עונים על הדרישה התפקודית שהוגדרה - חפירת מנהרה בתווך ללא מי תהום . שתי השיטות שנבחנו :
1. שאיבת מי תהום באמצעות בארות עמוקים.
2. שאיבת מי תהום באמצעות בארות מקומיים \ רדודים WELLPOINTS

דו"ח קרקע

הקרקע: בוצעו קידוחי ניסיון בעומקים עד כ - 7.0 מ`. הקידוחים בוצעו עם תמיסת בנטונייט ודווח על מי תהום +0.85 אבסולוטי. יש לצפות לזרימת מים מכוון ההר ולמפלס מים אפילו גבוה יותר.

המלצות לתכנון ולבצוע: שמירה על כללי הבטיחות לרבות בשלבי הדיפון. יש לתעד את המצב הקיים והמבנים הסמוכים על מנת למנוע תביעות כנגד. ויברציה - יותקנו מדידים על מנת להזהיר מכל חריגה מהתקן הגרמני וכן למטרת תיעוד.

פרמטרי הקרקע: משקל מרחבי כולל 1.9-2.2 טון/מ"ק . קוהזיה – 0. זווית חיכוך פנימית – 30 מעלות. יש לשים לב כי מפלס המים עלול להגיע עד פני הכביש אלא אם תתוכנן מערכת שאיבה/ניקוז מתאימה.

ביסוס: ביסוס על גבי הקרקע הטבעית רק לאחר הידוק מכבש. קרקע חרסיתית – טינית תיוצב ע"י החדרת חצץ עד להתייצבות . ניתן ליצור שכבת בטון דקה – לפילוס.

מילוי חוזר והשפעת הכביש: המילוי החוזר מסוג החומר שנחפר, יוחזר ע"פ סדר השכבות שהופרו. נדרש הידוק כל הנפח המוחזר. יש לרסן את התזוזה היחסית של הקרקע והבטון ע"י יריעות גאוטכניות.

שאיבת מי תהום: נדרשת שאיבת מי תהום. מומלץ לצמצם את משך השאיבה למינימום על מנת למנוע נזק למבנים ותשתית קיימת (הגדלת תסבולת הקרקע בשל ניקוז המים – הגדלת השקיעות).

דיפון: יבוצק דיפון ע"י המסגד ובמידת הצורך בהמשך – ע"י כלונסאות בשיטת הבנטונייט.

ביסוס מבני כניסה: ביסוס בכלונסאות בקוטר 60 ס"מובאורך 12 מ`.

כאמור, עקב המצאות מי תהום באתר ועל מנת שנוכל לבצע את כל העבודות מתחת למפלס מי התהום, יש לבצע שאיבה כלומר - יש להסניק את מי התהום העודפים (בפרויקט הנוכחי - אל מערכת הניקוז העירונית). המטרה בחלק זה של הפרויקט היא להכיר את כל מרכיבי המערכת ואת השיטות לביצוע השפלת מי התהום ובכך למנוע כשלון בביצוע המשימה. משמעות שמירת מפלס המים מתחת לעבודות בחפירה – היא אקוטית, הצפת החפירה בפרויקט שלנו יכולה להסתיים בנזקים כבדים לציוד, לחומרי הבנייה, לטיב ולאיכות הביצוע וזאת במקרה של המצאות מים בחפירה .
סכנה נוספת שתתכן במקרה של הצפה - ציפת האלמנטים הטרומיים של המנהרה וזאת בשל כוח העילוי שנגרם מלחץ המים. בפועל תבוצע שאיבה רצופה ( כנדרש במפרט ) , השאיבה מבוצעת מהגיענו למפלס מי תהום, ועד גמר הפרויקט כלומר - יש לתכנן באופן אופטימאלי את מערך השאיבה, לדאוג לגיבויים למקרה של תקלות או פגיעה בציוד השאיבה, ולדעת מה זמן התגובה במקרה של תקלה ואו הפסקת שאיבה זמנית .

המשך המאמר - הפרק הבא ...

לירן לוין

לירן לוין. מייסד - שותף בקבוצת CivilEng יליד שנת 1975, נולד בנהריה ומתגורר ברעננה.

בוגר הפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון משנת 2006 לתואר .B.Sc בהנדסה אזרחית, עובד כמנהל פרוייקט (תדהר בנייה, עץ השקד, סיון ביצוע, א.ארנסון).

בנוסף לעבודה כשכיר, הרקע המשפחתי ובעיקר בשל האהבה הגדולה למקצוע, הקים עם אייל לוין בתחילת שנת 2009 את קבוצת CivilEng - שהפכה במהרה למקום המפגש ול'בית הקפה' של אנשי המקצוע בענף הבנייה.

liran@civileng.co.il