En arbetare pausar en sekund inne i kanaltunneln i april 1992. Slutfördes 1994, tunneln sträcker sig mer än 30 miles. © Thierry Prat/Sygma/Corbis I motsats till vad superskurkar eller mullvadsmän skulle få dig att tro, det krävs mer än en gigantisk maskin för att tunnla igenom miljontals ton smuts och vatten - men att ha en gör inte ont.
Fortfarande, för det mesta av vår tunnelgrävningshistoria, vi har lyckats klara av uppfinningsrikedom. Människor har tunnlar sedan de första grottborna bestämde sig för att gräva ut ett extra sovrum, och det väsentliga med att gräva, stöd och förskott förfinades när de gamla grekerna använde tunnlar för att bevattna och dränera sin jordbruksmark [källor:Lane; Browne].
Undervattentunnlar, för, är förvånansvärt gamla. Någon gång mellan 2180 och 2160 f.Kr. babylonierna byggde ett av de första kända exemplen genom att avleda floden Eufrat. De 3, 900 meter (900 meter) tegelfodrad och bågstödd tunnel, som mätte 12 fot hög och 15 fot bred (4 meter x 5 meter), gav en gång- och vagnpassage mellan det kungliga palatset och templet [källor:Lane; Browne].
I århundraden, tunnlar anställdes främst av gruvarbetare och medeltida sapprar, som grävde under slottets murar för att kollapsa dem (därav termen "undergräva"), men tillkomsten av kanaltransport - och, senare, järnvägar - gav arbetarna något nytt att sänka sina spadar i. Den 18:e, Under 1800- och 1900-talen uppstod en följd av allt mer utmanande tunnelprojekt, möjliggjort genom stora förbättringar av lantmäteri och ventilationsteknik. Ändå, fara och kostnad försenade försök till undervattenstunnel till mitten av 1800-talet [källa:Lane].
Vilket väcker frågan:Om tunnelbana under vattnet riskerar att gräva din egen grav, bokstavligen eller ekonomiskt, varför bry sig? Många stadsplanerare håller med, vänder sig bara till tunnlar när överbelastade broar når kvävningskapacitet. Än, broar är problematiska, för. De stör sjöfartstrafiken, ta värdefull flodfastighet och blockera natursköna vyer. Ur försvarssynpunkt, broar gör enkla luftangreppsmål och kan utgöra faror om de kollapsar [källa:Hewett].
Tunnlar, omvänt, tål tidvatten, strömmar och stormar bättre än broar, kan nå längre sträckor, och har praktiskt taget obegränsad viktförmåga. Dessutom, en tunnels kostnad per längd sjunker när den blir längre, medan för broar är det motsatta sant. Även om tunnlar kräver en större initial investering, broar utgör skillnaden i underhållskostnader [källor:Everglades Economics; Hewett].
Men låt oss inte få tunnelseende. Det är ingen tvekan om att passager under land och hav står inför särskilda säkerhetsproblem och säkerhetsfrågor. Bränder och olyckor utgör allvarliga hot i tunnlar, varför järnvägstunnlar inkluderar crossover -passager där tåg kan byta spår, tillsammans med servicetunnlar som kan fungera som nödflyktvägar [källor:Chan; JR-Hokkaido; WGBH].
De låter skrämmande, men undervattens tunnlar är så vanliga att vi sällan tänker på de stora farorna - och extrema konstruktionstekniker - som dessa moderna under kräver.
Innehåll
Den europeiska och asiatiska sidan av Istanbul förenades slutligen efter färdigställandet av Marmaray 2013. En bonanza av arkeologiska fynd försenade upprepade gånger det massiva byggprojektet. © Claudia Wiens/Corbis När du gräver dig in i något extraordinärt byggprojekt, några frågor sticker omedelbart huvudet ur sanden:Vilket förslag är det största, den djupaste eller den farligaste att bygga? Med undervattens tunnlar, dessa frågor trotsar enkla svar. Städer och länder beställer ständigt nya projekt. När det gäller vital statistik, djävulen är mellan detaljerna och djupet, blått hav.
Till exempel, Seikan -tunneln som förbinder de japanska öarna Honshu och Hokkaido har för närvarande rekordet för den längsta och djupaste tunnelbanan under vattnet. Japan började planera det efter att en tyfon från 1954 sjönk fem färjor i det farliga Tsugarusundet, döda 1, 430 personer [källor:WGBH].
Avslutad 1988, Seikan -tunneln sträcker sig 54 kilometer och når ett djup av 240 meter, men dess 23,5 kilometer långa undervattensdel är dvärgad av kanalen i tunneln, eller Chunnel, mellan Storbritannien och Frankrike. Färdig 1994, Kanalens undervattensdel står för 24 av sina 31 mil totalt (38,6 av 50 kilometer) men sjunker bara 75 meter djupt [källor:ASCE; Chan; Klok].
När det gäller turkarna, båda tunnlarna är alla våta jämfört med deras Marmaray-tunnel på 3,3 miljarder dollar som äntligen öppnades för allmänheten 2013. Dess 13,2 kilometer järnvägspassage-inklusive en 4, 600 fot (1, 400 meter) sträcka sig över Bosporus havsbotten-anslut Istanbuls asiatiska och europeiska halvor, vilket gör den till den första järnvägstunneln för att ansluta två kontinenter [källor:Sweeney; Klok].
Vad är det som är så bra med en undervattentunnel på under mil jämfört med tunnlarna Seikan och Kanal på flera mil? Det är en skillnad i tillvägagångssätt:Medan dess föregångare respektive sprängde och uttråkade passager genom fast berg, Marmaray -tunneln monterades, bit för bit, i en gräv längs Bosporus botten, vilket gör det längsta och djupaste nedsänkningstunnel någonsin byggt. Ingenjörer valde denna lösning, som använder förmonterade sektioner anslutna med tjocka, flexibel, gummi-förstärkta stålplåtar, att bättre strida mot regional seismisk aktivitet [källor:JR-Hokkaido; Sweeney; Klok].
Under en tid, kulturella och historiska artefakter som finns i hela Istanbuls gamla stad bromsade framstegen vid utgrävningen av Marmaray -tunneln, så den 3,6 kilometer långa Øresundstunneln som förbinder Sverige och Danmark förblev den största nedsänkta rörtunneln som någonsin byggts. Entreprenörer konstruerade den av 20 element som mäter 177 meter (177 meter) styck, var och en sammansatt från åtta mindre, 72 fot (22 meter) sektioner [källor:Landler; Marmaray Project; PERI GmbH; Sweeney].
Mellan nedsänkta tunnlar som Marmaray och Øresund, och uttråkade tunnlar som Chunnel, vi har precis täckt vattnet. Men låt oss fördjupa oss lite i varje och undersöka en annan tunnelmetod som använts sedan början av 1800 -talet.
Kallar du det för en tunnel?En tunnel är tekniskt sett en passage grävd helt under jorden. Många av de underjordiska rören som vi betraktar som tunnlar - tunnelbanor, avlopps- och vattenledningar - är tekniskt sett ledningar eftersom de innebär att man tillfälligt tar bort överliggande material. Tunnlar är farliga, tråkigt och dyrt att bygga, så när man hanterar lös smuts och relativt grunda projekt, ingenjörer väljer ofta detta billigare och mer effektivt klipp och täck tillvägagångssätt [källor:Lane; Hewitt].
Sköldar kan vara utomordentligt praktiska för att gräva under vattnet. © 2006 HowStuffWorks Det äldsta tillvägagångssättet för att tunnelera under vattnet utan att avleda vattnet ovan är känt som en tunnelsköld , och ingenjörer använder den fortfarande idag.
Sköldar löser ett vanligt men irriterande problem, nämligen, hur man gräver en lång tunnel genom mjuk jord, speciellt under vattnet, utan att dess framkant kollapsar [källor:Assignment Discovery; Encyclopaedia Britannica; Browne; Hewitt].
För att få en känsla av hur en sköld fungerar, tänk dig en locklös kaffeburk med en vässad botten som har flera stora hål. Nu, gripa den öppna änden, skjut tennet, botten först, in i lite mjuk jord och se hur smutsen kläms genom öppningarna. På skalan av en riktig sköld, flera människor (smeknamnet "muckers" och "sandhogs") skulle stå inuti fack i "burken" och ta bort leran eller sanden när skölden avancerade. Hydrauliska uttag skulle gradvis flytta skölden framåt, medan besättningar bakom det installerade metallstödringar, kantade dem sedan med betong eller murverk [källor:Uppdrag Upptäckt]; Encyclopaedia Britannica; Browne].
För att hålla tillbaka vattensläpp från tunnelväggar, framsidan av tunneln eller skölden trycks ibland med tryckluft. Arbetare, som bara tål korta perioder under sådana förhållanden, måste passera genom en eller flera luftslussar och vidta försiktighetsåtgärder mot tryckrelaterade sjukdomar [källor:Hewitt; Hamnmyndighet].
Sköldar används fortfarande, särskilt vid installation av ledningar eller vatten- och avloppsrör. Även om arbetskrävande, de kostar bara en bråkdel lika mycket som deras mammut kusiner, de tunnelborrmaskiner (TBM) [källor:Uppdrag Discovery; Encyclopaedia Britannica; WGBH].
En TBM är en förstörningsmotor med flera våningar som kan tugga genom fast sten. Vid dess främre snurrar a skärhuvud , ett gigantiskt hjul som borstar med stenbrytande skivor och innehåller ett system med skopor för att lyfta pummeled sten och släppa det på ett utgående transportband. Bakom skärhuvudet svänger ett erektor , en roterande enhet som bygger tunnelfodret i TBM:s kölvatten. I några stora projekt, som kanalen separata TBM kommer att börja i motsatta ändar och borra mot en central punkt, använda sofistikerade mätmetoder för att hålla dem på kurs [källor:Uppdrag Upptäckt; Coleman et al .; WGBH].
Borrning genom fast berg skapar en i stort sett självbärande tunnel, och TBM kör framåt snabbt och obevekligt (vissa Chunnel -maskiner kan bära 250 fot, eller 76 meter, per dag). På den negativa sidan, TBM går sönder oftare än en begagnad Jaguar och hanterar dåligt slitna, klippt eller mycket skarvad sten - så de är inte lika snabba som de är spruckna för att vara [källor:WGBH; WGBH].
Lyckligtvis, TBM och sköldar är inte det enda spelet i stan.
Brunels genombrottTunnelskölden uppfanns av ingenjören Marc Isambard Brunel, som inspirerades av att se en skeppsmask (en marin tvåskal) driva sina skalplattor genom trä och mata ut sågspån i dess spår. Med sin enhet, han grävde framgångsrikt en tunnel under Londons Thames River från 1825 till 1843, utstå två genombrottsflöden och en sjuårig avstängning när projektets kassaflöde torkade. Brunel och hans son tillbringade nästan varenda timme i tunneln, ofta tvingas arbeta från en båt. Stammen ledde enligt uppgift till hans död några år senare [källor:Assignment Discovery; Encyclopaedia Britannica; Browne; Hewitt].
Att bygga ett stål- och murverkstöd samtidigt som man gräver genom mjuk jord eller fast sten är ingen picknick, men att försöka hålla tillbaka ett hav under vattnet är något som inte ens Mose skulle ha försökt. Lyckligtvis, tack vare den amerikanska ingenjören W.J. Wilgus och hans uppfinning, de nedsänkt- eller nedsänkt rör tunnel ( ITT ), vi behöver inte [källa:Lane].
ITT uttråkas inte genom sten eller jord; de monteras på plats från fotbollsplanstorlek, prefabricerade bitar. Wilgus var föregångare inom tekniken när han byggde Detroit River-järnvägstunneln (1906-10) som förbinder Detroit, Mich., till Windsor, Ont., och de har varit teknik för fordonstunnlar sedan dess. Verkligen, mer än 100 sådana tunnlar byggdes bara på 1900 -talet [källor:Lane; Extrem teknik; Marmaray Project].
För att göra varje tunnelsegment, arbetare samlar 30, 000 ton stål och betong-tillräckligt för ett hyreshus med 10 våningar-i en massiv form, låt sedan betongen härda i nästan en månad. Formarna innehåller tunnelens golv, väggar och tak, och är ursprungligen täckta i ändarna för att hålla dem vattentäta när de transporteras ut till havet. Nedsänkningspontoner , stora fartyg som liknar en korsning mellan en portalkran och en pontongbåt, gör dragningen [källor:Lane; Extrem teknik; Marmaray Project].
Väl över den förgrävda havsgraven, varje tunneldel är översvämmad tillräckligt för att den ska sjunka. En kran sänker långsamt sektionen på plats medan dykare guidar den exakt till dess GPS -koordinater. När varje nytt avsnitt ansluter till sin föregångare, en massiv gummistycke på dess ände kläms och sträcker sig för att upprätta en tätning. Besättningarna tar sedan bort skottets tätningar och pumpar ut det återstående vattnet. När hela tunneln är byggd, den är begravd under återfyllning och möjligen täckt med stenpansar [källor:Lane; Extrem teknik; Marmaray Project].
Nedsänkt rörkonstruktion kan fördjupa sig djupare än andra tillvägagångssätt eftersom tekniken inte kräver tryckluft för att hålla vatten i avstånd. Besättningar kan därför arbeta längre i dem och under mer acceptabla förhållanden. Dessutom, en ITT kan ha vilken form som helst, till skillnad från en uttråkad tunnel, som följer formen på dess sköld eller TBM. Dock, eftersom ITT bara utgör havsbotten eller flodbotten i ett tunnelsystem, de kräver andra tunnelmetoder för att borra sina landbaserade ingångar och utgångar [källor:Lane; Marmaray Project; WGBH]. I tunnlar under vattnet, som i livet, det tar alla slags.
En transatlantisk tunnel:Yippee eller Yikes?Skulle vi försöka den långdrömda transatlantiska tunneln, ett flytande nedsänkningsrör, bunden på ett idealiskt djup av 45 fot (150 fot) med spänningsjusterbara kablar, skulle vara det troliga tillvägagångssättet. Självklart, ett sådant företag skulle uppskatta uppskattningsvis 54, 000 fotbollsplanstorlekar, med motsvarande ett års globala stålproduktion och 225 betongfabriker som fungerar med kapacitet 24 timmar om dygnet i 20 år. Det är innan du kommer till biljoner dollar, tusentals arbetare, och många robotar och ubåtar som det skulle ta att bygga under farliga öppna havsförhållanden, att inte säga någonting om säkerhetsfrågor som orsakas av marin trafik och seismiska händelser [källor:Extreme Engineering; Extrem teknik; Harrison].
Genom att skriva denna artikel, Jag kunde bara beröra grunderna för att bygga undervattentunnlar, vilket är en orättvisa som kan jämföras med att jämställa att desinficera en bomb med att programmera en DVR. I verkligheten, farorna och den precision som krävs för att bygga en undervattentunnel är helt enkelt häpnadsväckande. Att gräva upp och konstruera dessa moderna underverk kräver inget annat än ständig vaksamhet, stor anpassningsförmåga och minutjusteringar till förändrade förhållanden, för att inte säga något om den omsorg som arbetare och dykare måste utöva.
Det är något som är värt att tänka på nästa gång du befinner dig genom en undervattentunnel. Kanske kommer det att distrahera dig från de miljoner ton jord eller vatten som pressar ner eller, om du befinner dig i Japans Seikan -tunnel, från ljudet av vatten som ringlar in genom väggarna för att tömmas av pumparna med 20 ton per minut.
