Un lavoratore si ferma per un secondo all'interno del tunnel sotto la Manica nell'aprile 1992. Completato nel 1994, il tunnel si estende per più di 30 miglia. © Thierry Prat/Sygma/Corbis Contrariamente a ciò che i supercriminali o gli uomini talpa vorrebbero farti credere, ci vuole più di una macchina gigante per scavare tunnel attraverso milioni di tonnellate di terra e acqua, ma averne uno non fa male.
Ancora, per la maggior parte della nostra storia di scavo di gallerie, siamo riusciti a cavarcela con l'ingegno. Gli umani hanno scavato gallerie da quando i primi abitanti delle caverne decisero di scavare una camera da letto di riserva, e l'essenziale di scavare, il supporto e l'avanzata erano ben raffinati quando gli antichi greci usavano i tunnel per irrigare e drenare i loro terreni agricoli [fonti:Lane; Browne].
Tunnel sottomarini, pure, sono sorprendentemente vecchi. Tra il 2180 e il 2160 a.C., i Babilonesi costruirono uno dei primi esempi conosciuti deviando il fiume Eufrate. il 3, Tunnel di 900 metri rivestito di mattoni e sostenuto da archi, che misurava 12 piedi di altezza per 15 piedi di larghezza (4 metri per 5 metri), forniva un passaggio pedonale e dei carri tra il palazzo reale e il tempio [fonti:Lane; Browne].
Per secoli, le gallerie erano utilizzate principalmente da minatori e genieri medievali, che scavavano sotto le mura castellane per farle crollare (da cui il termine "minare"), ma l'avvento del trasporto su canale -- e, dopo, ferrovie - hanno dato ai lavoratori qualcosa di nuovo in cui affondare le loro pale. Il 18, Il XIX e il XX secolo hanno visto una successione di progetti di tunnel sempre più impegnativi, reso possibile da vasti miglioramenti nelle tecniche di rilevamento e ventilazione. Comunque, pericolo e spese hanno ritardato i tentativi di tunnel sottomarini fino alla metà del 1800 [fonte:Lane].
Il che solleva la domanda:se il tunnel sottomarino rischia di scavarsi la fossa, letteralmente o finanziariamente, Perché preoccuparsi? Molti urbanisti concordano, girando verso i tunnel solo quando i ponti congestionati raggiungono la capacità di soffocamento. Ancora, i ponti sono problematici, pure. Interferiscono con il traffico marittimo, occupare preziose proprietà sul lungofiume e bloccare viste panoramiche. Dal punto di vista della difesa, i ponti sono facili bersagli per gli attacchi aerei e possono costituire un pericolo se crollano [fonte:Hewett].
Tunnel, al contrario, resistere alle maree, correnti e tempeste meglio dei ponti, può raggiungere distanze maggiori, e hanno una capacità di carico praticamente illimitata. Inoltre, il costo per lunghezza di un tunnel diminuisce man mano che si allunga, mentre per i ponti è vero il contrario. Mentre i tunnel richiedono un investimento iniziale maggiore, i ponti fanno la differenza nei costi di manutenzione [fonti:Everglades Economics; Hewet].
Ma non otteniamo la visione a tunnel. Non c'è dubbio che i passaggi sotto terra e in mare debbano affrontare particolari vulnerabilità di sicurezza e problemi di sicurezza. Incendi e incidenti rappresentano gravi minacce nelle gallerie, ecco perché i tunnel ferroviari includono passaggi incrociati in cui i treni possono cambiare binario, insieme a tunnel di servizio che possono fungere da vie di fuga di emergenza [fonti:Chan; JR-Hokkaido; WGBH].
Suonano terrificanti, ma i tunnel sottomarini sono così comuni che raramente pensiamo ai grandi pericoli e alle tecniche di costruzione estreme che richiedono queste meraviglie moderne.
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Le parti europea e asiatica di Istanbul sono state finalmente unite dopo il completamento del Marmaray nel 2013. Un'abbondanza di reperti archeologici ha ripetutamente ritardato il massiccio progetto di costruzione. © Claudia Wiens/Corbis Quando si scava in qualsiasi progetto di costruzione straordinario, alcune domande spuntano immediatamente dalla sabbia:quale proposta si classifica come la più grande, il più profondo o il più pericoloso da costruire? Con tunnel sottomarini, queste domande sfidano risposte semplici. Città e paesi commissionano costantemente nuovi progetti. Per quanto riguarda le statistiche vitali, il diavolo è tra i dettagli e il profondo, mare blu.
Per esempio, il Tunnel Seikan che collega le isole giapponesi di Honshu e Hokkaido detiene attualmente il record per il tunnel ferroviario sottomarino più lungo e profondo. Il Giappone iniziò a pianificarlo dopo che un tifone del 1954 affondò cinque traghetti nel pericoloso stretto di Tsugaru, uccidere 1, 430 persone [fonti:WGBH].
Completato nel 1988, il Tunnel Seikan si estende per 33,5 miglia (54 chilometri) e raggiunge una profondità di 787 piedi (240 metri), ma la sua porzione sottomarina di 14,5 miglia (23,3 chilometri) è sminuita da quella del tunnel sotto la Manica, o Canale, tra Regno Unito e Francia. Terminato nel 1994, la parte sottomarina del Chunnel rappresenta 24 delle sue 31 miglia totali (38,6 di 50 chilometri) ma si tuffa a soli 246 piedi (75 metri) di profondità [fonti:ASCE; Chan; Saggio].
Per quanto riguarda i turchi, entrambi i tunnel sono tutti bagnati rispetto al loro tunnel Marmaray da 3,3 miliardi di dollari finalmente aperto al pubblico nel 2013. I suoi 8,25 miglia (13,2 chilometri) di passaggio ferroviario - tra cui un 4, 600 piedi (1, 400 metri) si estendono attraverso il fondo marino del Bosforo - collegano la metà asiatica ed europea di Istanbul, rendendolo il primo tunnel ferroviario a collegare due continenti [fonti:Sweeney; Saggio].
Cosa c'è di così bello in un tunnel sottomarino di sottomiglio rispetto al Seikan e al tunnel della Manica? È una differenza di approccio:mentre i suoi predecessori rispettivamente scavavano e perforavano passaggi attraverso la roccia solida, il tunnel di Marmaray è stato assemblato, pezzo dopo pezzo, in una trincea lungo il fondo del Bosforo, che lo rende il più lungo e profondo tunnel di immersione mai costruito. Gli ingegneri hanno scelto questa soluzione, che impiega profilati preassemblati collegati da spesse, flessibile, piastre in acciaio rinforzate con gomma, per affrontare meglio l'attività sismica regionale [fonti:JR-Hokkaido; dolcezza; Saggio].
Per un periodo, manufatti culturali e storici trovati in tutta la città vecchia di Istanbul hanno rallentato i progressi nello scavo del tunnel di Marmaray, quindi il tunnel di Øresund di 2,2 miglia (3,6 chilometri) che collega Svezia e Danimarca è rimasto il più grande tunnel a tubi immersi mai costruito. Gli appaltatori lo hanno costruito da 20 elementi che misurano 577 piedi (176 metri) ciascuno, ciascuno assemblato da otto più piccoli, Sezioni di 72 piedi (22 metri) [fonti:Landler; Progetto Marmaray; PERI GmbH; Dolcezza].
Tra tunnel immersi come Marmaray e Øresund, e tunnel trivellati come il Chunnel, abbiamo appena coperto il lungomare. Ma approfondiamo ciascuno di essi ed esaminiamo un altro metodo di tunneling utilizzato dall'inizio del XIX secolo.
Lo chiami tunnel?Un tunnel è tecnicamente un passaggio scavato interamente nel sottosuolo. Molti dei tubi sotterranei che consideriamo tunnel -- metropolitane, fognature e linee idriche - sono tecnicamente condotti perché comportano la rimozione temporanea dei materiali sovrastanti. I tunnel sono pericolosi, noioso e costoso da costruire, quindi quando si ha a che fare con sporco sciolto e progetti relativamente poco profondi, gli ingegneri spesso scelgono questo più economico ed efficace taglia e copri approccio [fonti:Lane; Hewitt].
Gli scudi possono essere straordinariamente utili per scavare sott'acqua. © 2006 ComeFunzionaStuff L'approccio più antico per scavare tunnel sott'acqua senza deviare le acque soprastanti è noto come a scudo di tunneling , e gli ingegneri lo usano ancora oggi.
Gli scudi risolvono un problema comune ma fastidioso, vale a dire, come scavare un lungo tunnel attraverso la terra soffice, soprattutto sott'acqua, senza che il suo bordo d'attacco crolli [fonti:Assignment Discovery; Enciclopedia Britannica; marrone; Hewitt].
Per avere un'idea di come funziona uno scudo, immagina una lattina di caffè senza coperchio con un fondo affilato che presenta diversi grandi fori. Ora, afferrando l'estremità aperta, spingere la latta, prima in basso, in un po 'di terra morbida e guarda come la terra si infila attraverso le aperture. Sulla scala di un vero scudo, diversi umani (soprannominati "muckers" e "sandhogs") stavano all'interno di scomparti all'interno del "can" e rimuovevano l'argilla o la sabbia mentre lo scudo avanzava. I martinetti idraulici sposterebbero gradualmente lo scudo in avanti, mentre le squadre dietro di esso installavano anelli di supporto in metallo, poi rivestiti con cemento o muratura [fonti:Assignment Discovery]; Enciclopedia Britannica; Browne].
Per trattenere le infiltrazioni d'acqua dalle pareti del tunnel, la parte anteriore del tunnel o scudo è talvolta pressurizzata con aria compressa. Lavoratori, che può sopportare solo brevi periodi in tali condizioni, deve passare attraverso una o più camere di equilibrio e prendere precauzioni contro le malattie legate alla pressione [fonti:Hewitt; Autorità Portuale].
Gli scudi sono ancora usati, soprattutto quando si installano condotti di utenza o tubi dell'acqua e delle fognature. Sebbene ad alta intensità di lavoro, costano solo una frazione tanto quanto i loro cugini mastodontici, il macchine per la perforazione di gallerie (TBM) [fonti:Scoperta dell'assegnazione; Enciclopedia Britannica; WGBH].
Una TBM è un motore di distruzione a più piani in grado di masticare la roccia solida. Alla sua parte anteriore gira a testa di taglio , una ruota gigante irta di dischi spaccaroccia e incorpora un sistema di pale per sollevare la roccia colpita e farla cadere su un nastro trasportatore in uscita. Dietro la testa di taglio oscilla e erettore , un gruppo rotante che costruisce il rivestimento del tunnel nella scia della TBM. In alcuni grandi progetti, come il Canale, TBM separate inizieranno alle estremità opposte e perforeranno verso un punto centrale, utilizzando sofisticati metodi di rilevamento per mantenerli in rotta [fonti:Assignment Discovery; Coleman et al.; WGBH].
La perforazione attraverso la roccia solida crea un tunnel in gran parte autoportante, e le TBM avanzano rapidamente e senza sosta (alcune macchine Chunnel possono raggiungere i 250 piedi, o 76 metri, al giorno). Sul lato negativo, Le TBM si rompono più spesso di una Jaguar usata e si comportano male con roccia tranciata o altamente articolata - quindi non sono così veloci come sono crepati per essere [fonti:WGBH; WGBH].
Per fortuna, TBM e scudi non sono l'unico gioco in città.
La svolta di BrunelLo scudo tunnel è stato inventato dall'ingegnere Marc Isambard Brunel, che è stato ispirato osservando un verme (un bivalve marino) guidare i suoi piatti di guscio attraverso il legno ed espellere la segatura nella sua scia. Usando il suo dispositivo, scavò con successo un tunnel sotto il Tamigi a Londra dal 1825 al 1843, sopportando due inondazioni rivoluzionarie e una chiusura di sette anni quando il flusso di cassa del progetto si è prosciugato. Brunel e suo figlio trascorrevano quasi ogni ora di veglia nel tunnel, spesso costretti a lavorare da una barca. Secondo quanto riferito, il ceppo ha portato alla sua morte alcuni anni dopo [fonti:Assignment Discovery; Enciclopedia Britannica; marrone; Hewitt].
Costruire un supporto in acciaio e muratura mentre contemporaneamente scavare attraverso terra morbida o roccia solida non è un picnic, ma cercare di trattenere un mare sott'acqua è qualcosa che nemmeno Mosè avrebbe tentato. Fortunatamente, grazie all'ingegnere americano W.J. Wilgus e alla sua invenzione, il affondato- o tubo-immerso tunnel ( ITT ), non dobbiamo [fonte:Lane].
Gli ITT non si annoiano attraverso la roccia o il suolo; sono assemblati in loco a partire dalle dimensioni di un campo da calcio, pezzi prefabbricati. Wilgus ha aperto la strada alla tecnica quando ha costruito il tunnel ferroviario del fiume Detroit (1906-10) che collega Detroit, Mich., a Windsor, Ont., e da allora sono state la tecnica di riferimento per i tunnel dei veicoli. Infatti, più di 100 di questi tunnel sono stati costruiti solo nel XX secolo [fonti:Lane; Ingegneria estrema; Progetto Marmara].
Per realizzare ogni segmento del tunnel, gli operai si riuniscono 30, 000 tonnellate di acciaio e cemento - abbastanza per un condominio di 10 piani - in uno stampo enorme, quindi lasciare maturare il calcestruzzo per quasi un mese. Gli stampi contengono il pavimento del tunnel, pareti e soffitto, e sono inizialmente ricoperti alle estremità per mantenerli stagni mentre vengono trasportati in mare. Pontoni ad immersione , grandi navi che assomigliano a un incrocio tra una gru a cavalletto e un pontone, fare il trasporto [fonti:Lane; Ingegneria estrema; Progetto Marmara].
Una volta sopra la fossa marina pre-scavata, ogni sezione del tunnel è abbastanza allagata da consentirne l'affondamento. Una gru abbassa lentamente la sezione in posizione mentre i sub la guidano con precisione alle sue coordinate GPS. Poiché ogni nuova sezione si collega al suo predecessore, un enorme pezzo di gomma alla sua estremità si stringe e si dilata per stabilire un sigillo. Gli equipaggi quindi rimuovono le guarnizioni delle paratie e pompano fuori l'acqua rimanente. Una volta costruito l'intero tunnel, è sepolto sotto il riempimento e forse ricoperto da un'armatura di roccia [fonti:Lane; Ingegneria estrema; Progetto Marmara].
La costruzione a tubo immerso può andare più in profondità rispetto ad altri approcci perché la tecnica non richiede aria compressa per tenere a bada l'acqua. Gli equipaggi possono quindi lavorare più a lungo e in condizioni più tollerabili. Inoltre, un ITT può assumere qualsiasi forma, a differenza di un tunnel annoiato, che segue la forma del suo scudo o TBM. Però, perché gli ITT costituiscono solo la porzione di fondo marino o di alveo di un sistema di tunnel, richiedono altri metodi di tunneling per perforare i loro ingressi e le loro uscite terrestri [fonti:Lane; Progetto Marmaray; WGBH]. Nel tunnel sottomarino, come nella vita, ci vogliono tutti i tipi.
Un tunnel transatlantico:Yippee o Yikes?Se dovessimo tentare il tunnel transatlantico tanto sognato, un tubo galleggiante ad immersione, tethered ad una profondità ideale di 150 piedi (45,7 metri) da cavi regolabili in tensione, sarebbe l'approccio probabile. Certo, tale impresa richiederebbe circa 54, 000 sezioni delle dimensioni di un campo da calcio, utilizzando l'equivalente della produzione mondiale di acciaio di un anno e 225 fabbriche di calcestruzzo funzionanti a capacità 24 ore al giorno per 20 anni. Questo prima di arrivare ai trilioni di dollari, migliaia di lavoratori, e numerosi robot e sottomarini necessari per costruire in condizioni pericolose di mare aperto, per non parlare dei problemi di sicurezza posti dal traffico marittimo e dagli eventi sismici [fonti:Extreme Engineering; Ingegneria estrema; Harrison].
Nello scrivere questo articolo, Potevo solo toccare le basi della costruzione di tunnel sottomarini, che è un'ingiustizia paragonabile all'equiparazione di disinnescare una bomba con la programmazione di un DVR. In realtà, i pericoli coinvolti e la precisione richiesta nella costruzione di un tunnel sottomarino sono semplicemente sbalorditivi. Scavare e costruire queste meraviglie moderne richiede a dir poco una vigilanza costante, acuta adattabilità e piccoli aggiustamenti alle condizioni mutevoli, per non parlare della cura che devono esercitare lavoratori e subacquei.
È qualcosa a cui vale la pena pensare la prossima volta che ti ritroverai a viaggiare attraverso un tunnel sottomarino. Forse ti distrarrà dai milioni di tonnellate di terra o acqua che schiacciano o, se ti trovi nel tunnel Seikan in Giappone, dal suono dell'acqua che tintinna attraverso le pareti per essere drenata dalle pompe a 20 tonnellate al minuto.
