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Nella sua forma più elementare, un tunnel è un tubo scavato nel terreno o nella pietra. Costruire un tunnel, però, è una delle sfide più complesse nel campo dell'ingegneria civile. Molti tunnel sono considerati capolavori tecnologici e i governi hanno onorato gli ingegneri dei tunnel come eroi. Questo non vuol dire, Certo, che alcuni progetti di tunnel non hanno incontrato grosse battute d'arresto. Il progetto Central Artery/Tunnel (il "Big Dig") a Boston, Il Massachusetts è stato afflitto da enormi sforamenti dei costi, accuse di corruzione, e un crollo parziale del soffitto che ha provocato una fatalità. Ma queste sfide non hanno impedito agli ingegneri di sognare idee ancora più grandi e audaci, come la costruzione di un tunnel transatlantico per collegare New York con Londra.
In questo articolo, esploreremo cosa rende i tunnel una soluzione così attraente per le ferrovie, strade, servizi pubblici e telecomunicazioni. Esamineremo le caratteristiche che definiscono i tunnel ed esamineremo come vengono costruiti i tunnel. Esamineremo anche il "Big Dig" in dettaglio per comprendere le opportunità e le sfide inerenti alla costruzione di un tunnel. Finalmente, guarderemo al futuro dei tunnel.
Galleria di immagini del tunnel
Immagine per gentile concessione di Daniel Schwen/
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Galleria di base del San Gottardo, un tunnel ferroviario in costruzione in Svizzera. Guarda altre foto di tunnel.
Nozioni di base sul tunnel
Un tunnel è un passaggio orizzontale situato nel sottosuolo. Mentre l'erosione e altre forze della natura possono formare tunnel, in questo articolo parleremo di tunnel artificiali -- tunnel creati dal processo di scavo. Esistono molti modi diversi per scavare un tunnel, compreso il lavoro manuale, esplosivi, riscaldamento e raffreddamento rapidi, macchinari per lo scavo di gallerie o una combinazione di questi metodi.
Alcune strutture possono richiedere scavi simili allo scavo di gallerie, ma in realtà non sono tunnel. Aste , Per esempio, sono spesso scavate a mano o scavate con attrezzature noiose. Ma a differenza dei tunnel, gli alberi sono verticali e più corti. Spesso, i pozzi sono costruiti come parte di un progetto di galleria per analizzare la roccia o il suolo, o nella costruzione di tunnel per fornire intestazioni, o luoghi, da cui si può scavare un tunnel.
Il diagramma seguente mostra la relazione tra queste strutture sotterranee in un tipico tunnel di montagna. L'apertura del tunnel è a portale . Il "tetto" del tunnel, o la metà superiore del tubo, è il Corona . La metà inferiore è la invertire . La geometria di base del tunnel è a arco continuo . Poiché i tunnel devono resistere a una pressione tremenda da tutti i lati, l'arco è una forma ideale. Nel caso di un tunnel, l'arco va semplicemente tutto intorno.
Ingegneri delle gallerie, come ingegneri di ponti, deve occuparsi di un'area della fisica nota come statica . La statica descrive come le seguenti forze interagiscono per produrre equilibrio su strutture come gallerie e ponti:
Per rimanere statico, le gallerie devono essere in grado di sopportare i carichi posti su di esse. Carico morto si riferisce al peso della struttura stessa, mentre carico vivo si riferisce al peso dei veicoli e delle persone che si muovono attraverso il tunnel.
Vedremo in seguito i tipi base di tunnel.
Contenuti
Esistono tre grandi categorie di tunnel:minerario, lavori pubblici e trasporti. Diamo un'occhiata brevemente a ciascun tipo.
I miei tunnel vengono utilizzati durante l'estrazione del minerale, consentendo ai lavoratori o alle attrezzature di accedere ai depositi di minerali e metalli nelle profondità della terra. Questi tunnel sono realizzati utilizzando tecniche simili a quelle di altri tipi di tunnel, ma costano meno da costruire. I tunnel delle miniere non sono sicuri come i tunnel progettati per un'occupazione permanente, però.
Foto per gentile concessione della National Photo Company Collection/Library of Congress Prints and Photographs Division
Un minatore di carbone in piedi sul retro di un'auto in un tunnel di una miniera nei primi anni del 1900. Notare che i lati del tunnel sono puntellati con legname.
Gallerie di lavori pubblici portare acqua, fognature o linee del gas su grandi distanze. I primi tunnel erano usati per trasportare l'acqua a, e liquami lontano da, regioni densamente popolate. Gli ingegneri romani usavano una vasta rete di tunnel per aiutare a trasportare l'acqua dalle sorgenti di montagna alle città e ai villaggi. Queste gallerie facevano parte di sistemi di acquedotti, che comprendeva anche camere sotterranee e strutture a ponte inclinate sostenute da una serie di archi. Entro il 97 d.C., nove acquedotti trasportavano circa 85 milioni di litri d'acqua al giorno dalle sorgenti di montagna alla città di Roma.
Foto per gentile concessione di Eric e Edith Matson Photograph Collection/Library of Congress Prints and Photographs Division
Un acquedotto romano che va dalle Piscine di Salomone
a Gerusalemme
Prima che ci fossero treni e automobili, c'erano tunnel di trasporto come canali -- corsi d'acqua artificiali utilizzati per i viaggi, spedizione o irrigazione. Proprio come le ferrovie e le strade di oggi, i canali di solito scorrevano fuori terra, ma molti tunnel necessari per passare in modo efficiente attraverso un ostacolo, come una montagna. La costruzione del canale ha ispirato alcuni dei primi tunnel del mondo.
Il Canale Sotterraneo, situato nella contea di Lancashire e Manchester, Inghilterra, fu costruito tra la metà e la fine del 1700 e comprende chilometri di gallerie per ospitare i canali sotterranei. Uno dei primi tunnel americani è stato il Paw Paw Tunnel, costruito in West Virginia tra il 1836 e il 1850 come parte del canale Chesapeake e Ohio. Anche se il canale non attraversa più Paw Paw, alle 3, Lungo 118 piedi è ancora uno dei tunnel del canale più lunghi degli Stati Uniti.
Foto per gentile concessione di KMF164/ Creation Commons Attribution Share-alike License
In viaggio attraverso l'Holland Tunnel da Manhattan al New Jersey
Entro il 20 ° secolo, treni e automobili avevano sostituito i canali come principale forma di trasporto, portando alla costruzione di grandi, gallerie più lunghe. Il Tunnel dell'Olanda, completata nel 1927, è stato uno dei primi tunnel stradali ed è ancora uno dei più grandi progetti di ingegneria del mondo. Chiamato per l'ingegnere che ha supervisionato la costruzione, il tunnel ne inaugura quasi 100, 000 veicoli al giorno tra New York e il New Jersey.
La costruzione del tunnel richiede molta pianificazione. Esploreremo perché nella prossima sezione.
Quasi ogni tunnel è una soluzione a una sfida oa un problema specifici. In molti casi, quella sfida è un ostacolo che una strada o una ferrovia deve aggirare. Potrebbero essere specchi d'acqua, montagne o altre vie di trasporto. Anche le città, con poco spazio disponibile per nuove costruzioni, può essere un ostacolo che gli ingegneri devono scavalcare per evitare.
Foto per gentile concessione della Japan Railway Public Corporation
La costruzione del tunnel Seikan ha comportato una lotta di 24 anni per superare le sfide poste dalla roccia tenera sotto il mare.
Nel caso dell'Holland Tunnel, la sfida era un sistema di traghetti obsoleto che si sforzava di trasportare più di 20, 000 veicoli al giorno attraverso il fiume Hudson. Per i funzionari di New York City, la soluzione era chiara:costruire un tunnel automobilistico sotto il fiume e lasciare che i pendolari si guidassero dal New Jersey in città. Il tunnel ha avuto un impatto immediato. Solo il giorno dell'inaugurazione, 51, 694 veicoli hanno effettuato la traversata, con un tempo medio di percorrenza di appena 8 minuti.
Qualche volta, i tunnel offrono una soluzione più sicura rispetto ad altre strutture. Il tunnel Seikan in Giappone è stato costruito perché i traghetti che attraversavano lo stretto di Tsugaru incontravano spesso acque e condizioni meteorologiche pericolose. Dopo che un tifone affondò cinque traghetti nel 1954, il governo giapponese ha preso in considerazione una varietà di soluzioni. Decisero che qualsiasi ponte abbastanza sicuro da resistere alle condizioni difficili sarebbe stato troppo difficile da costruire. Finalmente, hanno proposto un tunnel ferroviario che corre quasi 800 piedi sotto la superficie del mare. Dieci anni dopo, iniziata la costruzione, e nel 1988, inaugurato ufficialmente il tunnel Seikan.
Il modo in cui viene costruito un tunnel dipende molto dal materiale attraverso il quale deve passare. Tunneling attraverso terreno soffice, ad esempio, richiede tecniche molto diverse rispetto al tunneling attraverso hard rock o soft rock, come lo scisto, gesso o arenaria. Tunneling sott'acqua, il più impegnativo di tutti gli ambienti, richiede un approccio unico che sarebbe impossibile o poco pratico da attuare in superficie.
Ecco perché la pianificazione è così importante per un progetto di galleria di successo. Gli ingegneri conducono un'analisi geologica approfondita per determinare il tipo di materiale attraverso il quale dovranno scavare e valutare i rischi relativi delle diverse località. Considerano molti fattori, ma alcuni dei più importanti includono:
Spesso, un singolo tunnel attraverserà più di un tipo di materiale o incontrerà più pericoli. Una buona pianificazione consente agli ingegneri di pianificare queste variazioni fin dall'inizio, riducendo la probabilità di un ritardo imprevisto nel mezzo del progetto.
Una volta che gli ingegneri hanno analizzato il materiale che attraverserà il tunnel e hanno sviluppato un piano di scavo complessivo, può iniziare la costruzione. Il termine degli ingegneri del tunnel per costruire un tunnel è guida , e avanzare nel passaggio può essere lungo, processo noioso che richiede la sabbiatura, noioso e scavare a mano.
Nella sezione successiva, vedremo come i lavoratori guidano i tunnel attraverso il terreno soffice e la roccia dura.
I lavoratori generalmente usano due tecniche di base per far avanzare un tunnel. Nel metodo integrale , scavano contemporaneamente l'intero diametro della galleria. Questo è più adatto per gallerie che attraversano un terreno solido o per la costruzione di gallerie più piccole. La seconda tecnica, mostrato nello schema sottostante, è il metodo top-heading-and-bench . In questa tecnica, i lavoratori scavano un tunnel più piccolo noto come a intestazione . Una volta che l'intestazione superiore è avanzata di una certa distanza nella roccia, i lavoratori iniziano a scavare immediatamente sotto il pavimento della testata superiore; questo è un panca . Un vantaggio del metodo top-heading-and-bench è che gli ingegneri possono utilizzare il tunnel di prua per valutare la stabilità della roccia prima di procedere con il progetto.
Notare che il diagramma mostra l'esecuzione di tunnel da entrambi i lati. I tunnel attraverso le montagne o sott'acqua sono solitamente lavorati dalle due estremità opposte, o facce , del passaggio. Nelle lunghe gallerie, pozzi verticali possono essere scavati ad intervalli per scavare da più di due punti.
Ora diamo un'occhiata più specificamente a come vengono scavati i tunnel in ciascuno dei quattro ambienti primari:terreno soffice, hard rock, roccia tenera e sott'acqua.
Terreno Morbido (Terra)
I lavoratori scavano tunnel di terra soffice attraverso l'argilla, limo, sabbia, ghiaia o fango. In questo tipo di tunnel, tempo in piedi - per quanto tempo il terreno starà in piedi da solo al punto di scavo - è di fondamentale importanza. Poiché il tempo di attesa è generalmente breve quando si scavano gallerie in un terreno soffice, i crolli sono una minaccia costante. Per evitare che ciò accada, gli ingegneri usano uno speciale pezzo di equipaggiamento chiamato a scudo . Uno scudo è un cilindro di ferro o acciaio letteralmente spinto nel terreno soffice. Scolpisce un foro perfettamente rotondo e sostiene la terra circostante mentre i lavoratori rimuovono i detriti e installano un rivestimento permanente in ghisa o calcestruzzo prefabbricato. Quando i lavoratori completano una sezione, jack spingono lo scudo in avanti e ripetono il processo.
Marc Isambard Brunel, un ingegnere francese, inventò il primo scudo tunnel nel 1825 per scavare il Thames Tunnel a Londra, Inghilterra. Lo scudo di Brunel comprendeva 12 telai collegati, protetto nella parte superiore e sui lati da pesanti lamiere chiamate righi . Ha diviso ogni frame in tre aree di lavoro, o cellule , dove gli escavatori potrebbero lavorare in sicurezza. Un muro di travi corte, o tavole per il seno , separava ogni cella dal fronte del tunnel. Uno scavatore toglierebbe un pettorale, ritagliare tre o quattro pollici di argilla e sostituire la tavola. Quando tutti gli scavatori in tutte le celle avevano completato questo processo su una sezione, potenti martinetti a vite spingevano in avanti lo scudo.
Nel 1874, Peter M. Barlow e James Henry Greathead migliorarono il progetto di Brunel costruendo uno scudo circolare rivestito con segmenti di ghisa. Per prima cosa hanno usato lo scudo di nuova concezione per scavare un secondo tunnel sotto il Tamigi per il traffico pedonale. Quindi, nel 1874, lo scudo è stato utilizzato per aiutare a scavare la metropolitana di Londra, la prima metropolitana del mondo. Greathead ha ulteriormente perfezionato il design dello scudo aggiungendo pressione di aria compressa all'interno del tunnel. Quando la pressione dell'aria all'interno del tunnel ha superato la pressione dell'acqua all'esterno, l'acqua è rimasta fuori. Prossimamente, ingegneri a New York, Boston, Budapest e Parigi avevano adottato lo scudo Greathead per costruire le proprie metropolitane.
Hard rock
Tunneling attraverso l'hard rock comporta quasi sempre la sabbiatura. I lavoratori usano un'impalcatura, chiamato a jumbo , per posizionare esplosivi in modo rapido e sicuro. Il jumbo si sposta sulla superficie del tunnel, e trapani montati sul jumbo fanno diversi buchi nella roccia. La profondità dei fori può variare a seconda del tipo di roccia, ma un foro tipico è profondo circa 10 piedi e ha un diametro di pochi pollici. Prossimo, gli operai confezionano esplosivi nei fori, evacuare il tunnel e far esplodere le cariche. Dopo aver aspirato i fumi nocivi creati durante l'esplosione, i lavoratori possono entrare e iniziare a trasportare i detriti, conosciuto come letame , utilizzando carrelli. Quindi ripetono il processo, che fa avanzare lentamente il tunnel attraverso la roccia.
Accensione del fuoco è un'alternativa alla sabbiatura. In questa tecnica, la parete del tunnel è riscaldata dal fuoco, e poi raffreddato con acqua. La rapida espansione e contrazione causata dall'improvviso cambiamento di temperatura provoca la rottura di grandi pezzi di roccia. La Cloaca Massima, uno dei cunicoli fognari più antichi di Roma, è stato costruito con questa tecnica.
Il tempo di stand-up per solido, roccia molto dura può misurare in secoli. In questo ambiente, potrebbe non essere necessario un supporto aggiuntivo per il tetto e le pareti del tunnel. Però, la maggior parte delle gallerie passa attraverso roccia che contiene rotture o sacche di roccia fratturata, quindi gli ingegneri devono aggiungere ulteriore supporto sotto forma di bulloni, calcestruzzo proiettato o anelli di travi in acciaio. Nella maggior parte dei casi, aggiungono un rivestimento di cemento permanente.
Vedremo la guida in galleria attraverso la roccia morbida e la guida sott'acqua in seguito.
Il tunneling attraverso la roccia tenera e il tunneling nel sottosuolo richiedono approcci diversi. Esplosione in morbido, roccia solida come scisto o calcare è difficile da controllare. Anziché, gli ingegneri usano macchine perforatrici (TBM) , o nei , per creare il tunnel. Le TBM sono enormi, apparecchiature multimilionarie con una piastra circolare su un'estremità. La piastra circolare è ricoperta di tagliadischi -- denti da taglio a forma di scalpello, dischi di acciaio o una combinazione dei due. Mentre la piastra circolare ruota lentamente, le tronchesi tagliano la roccia, che cade attraverso gli spazi nella testa di taglio su un sistema di trasporto. Il sistema di trasporto trasporta il letame sul retro della macchina. I cilindri idraulici attaccati alla spina dorsale della TBM la spingono in avanti di pochi piedi alla volta.
Le TBM non solo scavano i tunnel, ma forniscono anche supporto. Mentre la macchina scava, due trapani appena dietro le frese scavarono nella roccia. Quindi i lavoratori pompano la malta nei fori e fissano i bulloni per tenere tutto in posizione fino a quando non è possibile installare il rivestimento permanente. La TBM realizza questo con un enorme braccio erettore che solleva i segmenti del rivestimento del tunnel in posizione.
Foto per gentile concessione del Dipartimento di Energia
Una TBM utilizzata nella costruzione di Yucca Mountain Repository, un impianto di stoccaggio del terminale del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti
sott'acqua
Tunnel costruiti sul fondo dei fiumi, baie e altri specchi d'acqua utilizzano il metodo del taglio e della copertura , che consiste nell'immergere un tubo in una trincea e coprirlo con materiale per mantenere il tubo in posizione.
La costruzione inizia dragando una trincea nel letto del fiume o nel fondo dell'oceano. Lungo, sezioni di tubo prefabbricate, in acciaio o cemento e sigillato per tenere fuori l'acqua, vengono lanciati sul sito e affondati nella trincea preparata. Quindi i sub collegano le sezioni e rimuovono i sigilli. L'acqua in eccesso viene pompata fuori, e l'intero tunnel è ricoperto di materiale di riempimento.
Foto per gentile concessione di Stephen Dawson/Creative Commons Attribution Share-alike License
L'estremità britannica del tunnel sotto la Manica a Cheriton vicino a Folkestone nel Kent
Il tunnel che collega Inghilterra e Francia, noto come Tunnel della Manica, l'Euro Tunnel o Chunnel -- corre sotto il Canale della Manica attraverso 32 miglia di morbido, terra gessosa. Sebbene sia uno dei tunnel più lunghi del mondo, ci sono voluti solo tre anni per scavare, grazie a TBM di ultima generazione. Undici di queste enormi macchine masticavano il fondale marino che giaceva sotto la Manica. Perchè così tanti? Poiché il Chunnel in realtà consiste di tre tubi paralleli, due che trasportano treni e uno che funge da tunnel di servizio. Due TBM poste alle estremità opposte del tunnel hanno scavato ciascuno di questi tubi. In sostanza, le tre TBM britanniche hanno corso contro le tre TBM francesi per vedere chi sarebbe arrivato per primo al centro. Le restanti cinque TBM hanno lavorato nell'entroterra, creando la porzione di galleria che si trovava tra i portali e le rispettive coste.
Foto per gentile concessione di Eric e Edith Matson Collezione di fotografie/
Divisione stampe e fotografie della Biblioteca del Congresso
All'interno di una torre di ventilazione Holland Tunnel
A meno che il tunnel non sia breve, il controllo dell'ambiente è essenziale per fornire condizioni di lavoro sicure e per garantire la sicurezza dei passeggeri dopo l'esercizio della galleria. Una delle preoccupazioni più importanti è la ventilazione, un problema amplificato dai gas di scarico prodotti da treni e automobili. Clifford Holland ha affrontato il problema della ventilazione quando ha progettato il tunnel che porta il suo nome. La sua soluzione è stata quella di aggiungere due strati aggiuntivi sopra e sotto il tunnel principale del traffico. Lo strato superiore elimina i fumi di scarico, mentre lo strato inferiore pompa aria fresca. Quattro grandi torri di ventilazione, due su ogni lato del fiume Hudson, ospitano i ventilatori che muovono l'aria dentro e fuori. Ottantaquattro tifosi, ogni 80 piedi di diametro, può cambiare completamente l'aria ogni 90 secondi.
Vedremo il "Big Dig" dopo.
Ora che abbiamo esaminato alcuni dei principi generali della costruzione di tunnel, consideriamo un progetto di tunnel in corso che continua a fare notizia, sia per le sue potenzialità che per i suoi problemi. La Central Artery è un importante sistema autostradale che attraversa il cuore del centro di Boston, e il progetto che porta il suo nome è considerato da molti come una delle imprese ingegneristiche più complesse e costose della storia americana. Il "Big Dig" è in realtà diversi progetti diversi in uno, compreso un ponte nuovo di zecca e diversi tunnel. Un tunnel chiave, completata nel 1995, è il Ted Williams Tunnel. Si tuffa sotto il porto di Boston per prendere il traffico dell'Interstate 90 da South Boston all'aeroporto di Logan. Un altro tunnel chiave si trova sotto il Fort Point Channel, uno stretto specchio d'acqua utilizzato molto tempo fa dagli inglesi come punto di riscossione del pedaggio per le navi.
Prima di esaminare alcune delle tecniche utilizzate nella costruzione di questi tunnel di Big Dig, esaminiamo in primo luogo perché i funzionari di Boston hanno deciso di intraprendere un progetto di ingegneria civile così imponente. Il problema più grande era il traffico da incubo della città. Alcuni studi hanno indicato che, entro il 2010, L'ora di punta di Boston potrebbe durare quasi 16 ore al giorno, con gravi conseguenze sia per il commercio che per la qualità della vita dei residenti. Chiaramente, bisognava fare qualcosa per alleviare la congestione del traffico e rendere più facile per i pendolari la navigazione in città. Nel 1990, Il Congresso ha stanziato $ 755 milioni per il massiccio progetto di miglioramento dell'autostrada, e un anno dopo, la Federal Highway Administration ha dato la sua approvazione per andare avanti.
Foto per gentile concessione della Massachusetts Turnpike Authority
Il tunnel di Ted Williams
Il Big Dig iniziò nel 1991 con la costruzione del Ted Williams Tunnel. Questo tunnel sottomarino ha sfruttato le sperimentate tecniche di tunneling utilizzate su molti tunnel diversi in tutto il mondo. Poiché il porto di Boston è abbastanza profondo, gli ingegneri hanno utilizzato il metodo cut-and-cover. tubi d'acciaio, 40 piedi di diametro e 300 piedi di lunghezza, sono stati rimorchiati a Boston dopo che i lavoratori li hanno fatti a Baltimora. Là, gli operai rifinivano ogni tubo con supporti per la strada, involucri per i passaggi di trattamento dell'aria e le utenze e un rivestimento completo. Altri operai hanno dragato una trincea sul fondo del porto. Quindi, hanno fatto galleggiare i tubi al sito, le riempì d'acqua e le depose nella fossa. Una volta ancorato, una pompa rimuoveva l'acqua e gli operai collegavano i tubi alle sezioni adiacenti.
Il Ted Williams Tunnel è stato aperto ufficialmente nel 1995:uno dei pochi aspetti del Big Dig completato in tempo e nel rispetto del budget proposto. Entro il 2010, si prevede di trasportare circa 98, 000 veicoli al giorno.
A poche miglia a ovest, L'Interstate 90 entra in un altro tunnel che porta l'autostrada sotto South Boston. Poco prima dello svincolo I-90/I-93, il tunnel incontra il Fort Point Channel, uno specchio d'acqua largo 400 piedi che ha fornito alcune delle più grandi sfide del Big Dig. Gli ingegneri non potevano usare lo stesso approccio di tubi d'acciaio che hanno impiegato sul Ted Williams Tunnel perché non c'era abbastanza spazio per far galleggiare le lunghe sezioni d'acciaio sotto i ponti a Summer Street, Congress Street e Northern Avenue. Infine, hanno deciso di abbandonare del tutto il concetto di tubo d'acciaio e passare a sezioni di tunnel in cemento, il primo utilizzo di questa tecnica negli Stati Uniti.
Il problema era fabbricare le sezioni in calcestruzzo in modo da consentire ai lavoratori di posizionarsi nel canale. Per risolvere il problema, i lavoratori prima costruirono un enorme bacino di carenaggio sul lato sud di Boston del canale. Conosciuto come il bacino di colata , il bacino di carenaggio misurava 1, 000 piedi di lunghezza, 300 piedi di larghezza e 60 piedi di profondità -- abbastanza grande da costruire le sei sezioni di cemento che avrebbero costituito il tunnel. La più lunga delle sei sezioni del tunnel era lunga 414 piedi, il più largo 174 piedi di larghezza. Tutti erano alti circa 27 piedi. Il più pesante pesava più di 50, 000 tonnellate.
Le sezioni completate sono state sigillate a tenuta stagna alle due estremità. Quindi i lavoratori hanno allagato il bacino in modo da poter far galleggiare le sezioni e posizionarle su una trincea dragata sul fondo del canale. Sfortunatamente, un'altra sfida ha impedito agli ingegneri di calare semplicemente le sezioni in calcestruzzo nella trincea. Quella sfida era il tunnel della metropolitana della linea rossa della Massachusetts Bay Transportation Authority, che corre appena sotto la trincea. Il peso delle massicce sezioni di cemento danneggerebbe il vecchio tunnel della metropolitana se non si facesse nulla per proteggerlo. Così gli ingegneri hanno deciso di sostenere le sezioni del tunnel utilizzando 110 colonne affondate nella roccia. Le colonne distribuiscono il peso del tunnel e proteggono la metropolitana della Linea Rossa, che continua a portare 1, 000 passeggeri al giorno.
Foto per gentile concessione della città e della contea di Denver
Il processo di sollevamento del tunnel
Il Big Dig presenta altre innovazioni di tunneling, anche. Per una parte del tunnel che corre sotto uno scalo ferroviario e un ponte, gli ingegneri hanno deciso scavalcamento del tunnel , una tecnica normalmente utilizzata per installare tubi sotterranei. Il sollevamento del tunnel comporta la forzatura di un'enorme scatola di cemento attraverso la terra. La parte superiore e inferiore della scatola sostengono il terreno mentre la terra all'interno della scatola è stata rimossa. Una volta era vuoto, martinetti idraulici spinsero la scatola contro un muro di cemento finché l'intera cosa scivolò in avanti di cinque piedi. I lavoratori hanno quindi installato i tubi distanziatori nella fessura appena creata. Ripetendo questo processo più e più volte, gli ingegneri sono stati in grado di far avanzare il tunnel senza disturbare le strutture in superficie.
Oggi, Il 98 percento della costruzione associata al Big Dig è completo, e il costo è ben oltre i 14 miliardi di dollari. Ma il guadagno per i pendolari di Boston dovrebbe valere l'investimento. La vecchia arteria centrale sopraelevata aveva solo sei corsie ed era progettata per trasportare 75, 000 veicoli al giorno. La nuova superstrada sotterranea ha da otto a dieci corsie e trasporterà circa 245, 000 veicoli al giorno entro il 2010. Il risultato è una normale ora di punta urbana della durata di un paio d'ore al mattino e alla sera.
Per vedere come il Big Dig si confronta con altri progetti di tunnel, vedere la tabella sottostante.
(16 chilometri)
Il futuro del tunneling
Man mano che i loro strumenti migliorano, gli ingegneri continuano a costruire tunnel più lunghi e più grandi. Recentemente, è stata resa disponibile una tecnologia di imaging avanzata per scansionare l'interno della terra calcolando il modo in cui le onde sonore viaggiano attraverso il suolo. Questo nuovo strumento fornisce un'istantanea accurata dell'ambiente potenziale di un tunnel, mostrando tipi di roccia e suolo, così come anomalie geologiche come faglie e fessure.
Sebbene tale tecnologia prometta di migliorare la pianificazione del tunnel, altri progressi accelereranno lo scavo e il supporto al suolo. La prossima generazione di perforatrici sarà in grado di tagliare 1, 600 tonnellate di letame all'ora. Gli ingegneri stanno anche sperimentando altri metodi di taglio della roccia che sfruttano i getti d'acqua ad alta pressione, laser o ultrasuoni. E gli ingegneri chimici stanno lavorando su nuovi tipi di calcestruzzo che si induriscono più velocemente perché usano resine e altri polimeri invece del cemento.
Con le nuove tecnologie e tecniche, tunnel che sembravano impossibili anche 10 anni fa sembrano improvvisamente fattibili. Uno di questi tunnel è un tunnel transatlantico proposto che collega New York con Londra. il 3, Un tunnel lungo 100 miglia ospiterebbe un treno a levitazione magnetica che viaggia 5, 000 miglia orarie. Il tempo di viaggio stimato è di 54 minuti, quasi sette ore in meno rispetto a un volo transatlantico medio.
Per molte altre informazioni sui tunnel e argomenti correlati, controlla i link nella pagina successiva.
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Fonti
