מנהרת הזמן: סקירת פרויקט מנהרות עיר דוד

בואו נחזור בזמן, אל שלהי המאה ה-19. זוג חוקרים מאנגליה, פרדריק ג'ונס בליס ארכיאולוג, וארצ'יבלד קמפבל דיקי, אדריכל, נשלחו לירושלים על מנת לערוך חפירות בעיר. השניים מיפו וחפרו כך שעיר דוד, עירו ההיסטורית של דוד המלך, החלה להתגלות מחדש. העיר המשיכה להתגלות והיום החפירות במקום מתנהלות על ידי עמותת אלעד, חוקרים מאוניברסיטת תל אביב ורשות העתיקות.

נכון להיום, פרויקט מנהרות עיר דוד כולל מנהור של מאות מטרים, מבריכת השילוח (חלק מברכה מן התקופה הביזנטית מהמאה ה-4 לספירה) עד חניון גבעתי, ששימש בעבר חניון לבאי הכותל. בימים אלה אנו נמצאים בשלב חפירה מתחת לחומות העיר העתיקה, המגיעה עד מרכז דוידסון.

נדרשת גמישות מחשבתית

עקב אופי האתר וסוג החפירות בו, הוא מוגדר כאתר כחפירה ארכיאולוגית כשניהול החפירה מתבצע על ידי ארכיאולוגים, ללא מעורבות אדריכלית וללא תכנית אב כללית. ניהול החפירה מתבצע על פי הממצאים בשטח, דבר שמחייב גמישות מחשבתית ושיתוף פעולה מלא עם הקונסטרוקטור - הגורם המקצועי ההנדסי היחיד באתר. בנוסף לכך, החפירה/מנהרה מתבצעת מתחת לרחוב שוקק חיים, בתי מגורים ותשתיות, בעומקים הנעים בין 9-2 מטר. 

רוצים שנסקור גם את הפרויקט שלכם? צרו איתנו קשר בלחיצה כאן >>

החומר שבו מתבצעת החפירה הוא חומר מילוי ארכיאולוגי, דבר המוסיף עוד מורכבויות לאתר. כמו כן, העבודה מתבצעת ללא כלים הנדסיים כבדים, אלא עם פטישים ועם הידיים, זאת כדי לא לפגוע בממצאים הארכיאולוגים. כך ניתן לקחת את החומר הארכיאולוגי למיון. בשל כך, לא נעשה שימוש בשיטות המקובלות במנהור כגון: ברגי סלע, דיוס בלחץ, בטון מותז ועוד. לכן, נדרשנו לחשוב על פתרונות יצירתיים כדי לבצע את המנהרות תוך פגיעה מינימלית בארכיאולוגיה וכן כדי לעבור את הבקרה של רשות העתיקות.

תימוך החפירה

מבוצע בשיטה המכונה "מטריית צינורות" - קידוח צינורות פלדה בקוטר 6 צול' במרווחים של 30 ס"מ בקמרון המנהרה, זאת כדי להקטין את השקיעות הצפויות בחזית המנהרה ולמזער את הסיכון בנפילת חומר מגג המנהרה. בניגוד לעבודות מנהור קונבנציונאליות, עקב איסור של רשות העתיקות לפגיעה בחומר הארכיאולוגי, לא ניתן לדייס את צינורות הפלדה. לצורך עמידה בעומסים הצפויים על המערכת הוזמנו צינורות מיוחדים מאיטליה בעלי חוזק גבוה ומגולוון.
מטריית הצינורות נשענת על מערכת של מסגרות/קשתות מפלדה, אשר מבוצעות לאחריה, ומהוות תימוך מיידי שממזער את הסיכון שבעבודות החפירה. המסגרות מורכבות מפרופילי פלדה חרושתיים ומגלוונים בחתכים שונים ובפסיעות של 1.2 מטר, מבוססים בביסוס רדוד על הסלע/החומר הארכיאולוגי. על המרווח שבין המסגרות מגשרים באמצעות פרופילים חרושתיים דקי דופן (פטות), ואת המרווח בין הפטות לבין הקרקע סוגרים עם שקי חול ותערובת צמנטית (דייס) ללא הפעלת לחץ.
פרויקט מסוג זה מחייב תכנון גמיש ומתן מענה מיידי ויצירתי על ידי המהנדס, זאת מכיוון שבעבודות כרייה תת-קרקעיות לא ניתן לדעת את מאפייני הקרקע לפני חפירה. לדוגמא,  מערכת מים עתיקה המחייבת מפתחים של כ-4.5 מטר ופסיעות של 2 מטר - במקרה זה, מערכת הביסוס שונתה למינייפיילים ומערכת המסגרות חוזקה. כמו כן, שיטת הכרייה שונתה לכרייה בשלבים, (SEM - Sequential Excavation Method), שלפיה מחלקים את חזית הכרייה לחלקים קטנים, על מנת לשמור על יציבות החתך במהלך העבודה.

קושי נוסף בפרויקט מסוג זה הוא הערכת פרמטרי החוזק של הקרקע. זאת מכיוון שלא ניתן לבצע ניסויים בחומר הארכיאולוגי (עקב איסור של רשות העתיקות). זאת לצד חוסר הומוגניות של הקרקע, שמהווה פקטור משמעותי. למשל, ניתן למצוא אזורים עם בולדרים מקריסה של מבנה עתיק, לצד אזור עם שברי חרס קטנים, כאשר לכל אחד מסוגי החומר פרמטרים שונים לגמרי. כדי לקבוע את פרמטרי החוזק של הקרקע, אנו מבצעים חישוב לאחור (Back Analysis, שיטה המקובלת במנהרות) והערכת פרמטרים תוך כדי התקדמות, בליווי רציף של העבודה. בצורה זו מעריכים את הפרמטרים. בפרויקט זה -ובפרויקטי מנהור באופן כללי - הקונסטרוקטור משמש גם כסוג של יועץ קרקע.

החישובים

אפרט על החישובים ועל הגישה שלנו בחישוב המנהרה מתחת לחומות העיר העתיקה, המבוצעת בימים אלו (זוהי החציה הראשונה בעידן המודרני מתחת לחומות העיר העתיקה ולכן הרגישות והחשיבות רבה במקטע זה).
החישובים בוצעו בשיתוף חברת פיני סוויס (PINI Swiss), השותפה שלנו בתחום המנהור. תחילה קצת נתונים של המנהרה וחתכים קריטיים להבנה.

תנוחה כללית של המנהרה:

חתך לאורך המנהרה:

כל עבודת מנהור במשרד ושל PINI Swiss מתחילות בבחינת הנתונים ובמחקר תוואי המנהרה. לאחר מכן קובעים מהם הסיכונים ואת דרכי הפעולה לפתרון. אלה מפורטים כאן:

להלן חישובים אופייניים בתכנון מנהרות שאינם נפוצים בתכנון מבנים אך קריטיים לתכנון יציבות המנהרה:

להלן פירוט חישוב עבור סיכון מספר 4 – השפעת החומה המנהרה הכרוייה. לצורך ניתוח ההשפעה של החומה הוגדרו שני מצבי עמיסה:

מצב 1: החלק שלא מושפע מהעומסים של החומה:
מצב 2: החלק המושפע מעומס החומה, כאשר הוא מתפרס על שטח של כ-7 מ' (בחלוקה של 45 מעלות).

מצב 1- העומס הנוסף הפועל על המנהרה הוא σG,k=65 Kpa .
מצב 2-  העומס הנוסף הפועל על המנהרה הוא החלק הניתק של החומה σW,k=22.8 Kpa (החלק הנותר הוא יציב עקב פעולת הקשת).

בדיקת מערכת התימוך לכוחות הפנימיים, מתבצעת באמצעות עקום אינטראקציה בין מומנט לכוח צירי, כפי שמקובל בעבודות מנהור עבור חתך לחוץ הנתון למאמצי כפיפה:

להלן פירוט חישוב עבור סיכון מספר 1 – עמידות מטריית הצינורות בעומסים הצפויים :
נבצע זאת במודל קפיץ:

דוגמה נוספת: נבצע את סיכון 2, חישובים של גלישת חזית הכרייה לתוך המנהרה.

שיתוף הפעולה בין חברת גרושקו מהנדסי מבנים לבין חברת PINI Swiss, המתמחה בעבודות מנהור מסובכות בתנאים גיאוטכניים מורכבים, הולידה הצלחה בכמה פרויקטים חשובים באזור ירושלים בשנים האחרונות, מלבד פרויקט עיר דוד. בין הפרויקטים - חניון שז"ר, שבו עבודות המנהור הסתיימו בהצלחה, הרחבת כביש 60 שנמצא בביצוע, הפרדה מפלסית צומת אורה אשר נמצאת בשלבי תכנון מתקדמים. בימים אלו נמצא בהקמה סניף ישראלי של חברת PINI Swiss, אשר יספק מענה מקצועי ומהיר לפרויקטים מורכבים אלו. 

ערב עיון של תא המנהור >>