Wie Baut Man Einen Unterwassertunnel?

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Unterwassertunnel wie der marmaray setzen auf extreme bautechniken. Erfahren sie mehr über unterwassertunnel bei WordsSideKick.com.

Im Gegensatz zu dem, was Superschurken oder Maulwürfe glauben lassen würden, braucht es mehr als eine riesige Maschine, um Millionen Tonnen Schmutz und Wasser zu durchbohren - aber einer zu haben schadet nicht.

Trotzdem haben wir es geschafft, den größten Teil unserer Geschichte zum Tunnelgraben zu nutzen. Die Menschen haben getunnelt, seit die ersten Höhlenbewohner beschlossen hatten, ein Schlafzimmer frei zu graben, und die Grundvoraussetzungen für Ausgrabung, Unterstützung und Fortschritt waren gut, als die alten Griechen Tunnel verwendeten, um ihr Ackerland zu bewässern und zu entwässern. [Quellen: Lane; Browne].

Auch Unterwassertunnel sind überraschend alt. Zwischen 2180 und 2160 v. Chr. Bauten die Babylonier eines der ersten bekannten Beispiele durch Umleitung des Euphratflusses. Der 900 Meter lange, aus Ziegeln gesäumte und mit Bögen unterstützte Tunnel, der 4 Fuß mal 5 Meter hoch war, bot einen Fußgänger- und Wagendurchgang zwischen dem königlichen Palast und dem Tempel: Fahrbahn; Browne].

Jahrhundertelang waren Tunnel hauptsächlich von Bergarbeitern und mittelalterlichen Sappern beschäftigt, die unter Burgmauern gruben, um sie zusammenzubrechen (daher der Begriff "untergraben"), aber das Aufkommen des Kanaltransports - und später der Eisenbahnen - gab den Arbeitern etwas Neues versenken ihre Schaufeln in Das 18., 19. und 20. Jahrhundert erlebte eine Reihe immer anspruchsvollerer Tunnelprojekte, die durch erhebliche Verbesserungen der Vermessungs- und Belüftungstechniken möglich wurden. Trotzdem verzögerten Gefahr und Kosten die Versuche des Unterwassertunnels bis Mitte des 19. Jahrhunderts [Quelle: Lane].

Was wirft die Frage auf: Wenn Unterwassertunnel das eigene Grab wörtlich oder finanziell ausgraben könnte, warum also? Viele Stadtplaner sind sich einig, dass Tunnel erst dann eingesetzt werden, wenn verstopfte Brücken ersticken. Brücken sind jedoch auch problematisch. Sie stören den Schiffsverkehr, nehmen wertvolles Anwesen am Flussufer auf und blockieren die Aussicht. Aus verteidigungspolitischer Sicht sind Brücken ein leichtes Luftangriffsziel und können zu Gefahren führen, wenn sie zusammenbrechen [Quelle: Hewett].

Umgekehrt halten Tunnel den Gezeiten, Strömungen und Stürmen besser stand als Brücken, können längere Strecken erreichen und sind praktisch unbegrenzt belastbar. Darüber hinaus sinken die Stückkosten eines Tunnels, wenn er länger wird, wohingegen bei Brücken das Gegenteil der Fall ist. Während Tunnel eine größere Anfangsinvestition erfordern, machen Brücken den Unterschied bei den Wartungskosten aus [Quellen: Everglades Economics; Hewett].

Aber lassen Sie uns nicht den Tunnelblick bekommen. Es ist keine Frage, dass Passagen unter Land und Meer besonderen Sicherheitslücken und Sicherheitsproblemen ausgesetzt sind. Brände und Unfälle stellen in Tunneln eine ernste Bedrohung dar. Aus diesem Grund sind in den Schienentunneln Kreuzungspassagen vorgesehen, in denen Züge die Gleise wechseln können, sowie Diensttunnel, die als Fluchtwege dienen können. [Quellen: Chan; JR-Hokkaido; WGBH].

Sie klingen furchterregend, aber Unterwassertunnel sind so alltäglich, dass wir selten an die großen Gefahren und extremen Bautechniken denken, die diese modernen Wunder erfordern.

Brücke (unter) gestörtes Wasser

Die europäische und asiatische Seite von Istanbul wurde nach der Fertigstellung des Marmaray im Jahr 2013 endgültig geschlossen. Eine Fülle archäologischer Funde verzögerte das massive Bauvorhaben wiederholt.

Die europäische und asiatische Seite von Istanbul wurde nach der Fertigstellung des Marmaray im Jahr 2013 endgültig geschlossen. Eine Fülle archäologischer Funde verzögerte das massive Bauvorhaben wiederholt.

Beim Ausgraben eines außergewöhnlichen Bauprojekts stoßen ein paar Fragen sofort aus dem Sand: Welcher Vorschlag gilt als der größte, der tiefste oder der gefährlichste, der gebaut werden soll? Bei Unterwassertunneln lassen sich diese Fragen nicht beantworten. Städte und Länder beauftragen ständig neue Projekte. Der Teufel befindet sich zwischen den Details und dem tiefen, blauen Meer.

Zum Beispiel hält der Seikan-Tunnel, der die japanischen Inseln Honshu und Hokkaido verbindet, derzeit den Rekord für den längsten und tiefsten Unterwasserbahntunnel. Japan begann mit der Planung, nachdem ein Taifun von 1954 fünf Fährboote in der gefährlichen Straße von Tsugaru versenkt hatte, wodurch 1.430 Menschen getötet wurden (Quellen: WGBH).

Der 1988 fertiggestellte Seikan-Tunnel erstreckt sich über eine Länge von 54 km und erreicht eine Tiefe von 240 Metern. Sein 23,3 km langer Unterwasserabschnitt wird jedoch durch den Kanal des Kanaltunnels (Chunnel) in den Schatten gestellt. zwischen dem Vereinigten Königreich und Frankreich. Der 1994 fertiggestellte Unterwasserabschnitt des Chunnel macht 24 seiner insgesamt 31 Kilometer (38,6 von 50 Kilometer) aus, sinkt jedoch nur 75 Meter tief [Quellen: ASCE; Chan; Weise].

Was die Türken betrifft, so sind beide Tunnel nass, verglichen mit dem 3,3 Milliarden US-Dollar-Marmaray-Tunnel, der 2013 für die Öffentlichkeit zugänglich gemacht wurde. Seine 13,2 Kilometer lange Eisenbahnpassage umfasst einen 1.400 Meter langen Bahnübergang ) erstrecken sich über den Meeresboden des Bosporus - verbinden die asiatischen und europäischen Hälften Istanbuls und sind damit der erste Eisenbahntunnel, der zwei Kontinente verbindet [Quellen: Sweeney; Weise].

Was ist so großartig an einem U-Meile-Unterwassertunnel im Vergleich zu den Seemeilen- und Kanaltunneln mit mehreren Meilen? Es ist ein Unterschied in der Vorgehensweise: Während seine Vorgänger durch gesteinene Felsen gebohrt und gebohrt wurden, wurde der Marmaray-Tunnel Stück für Stück in einem Graben am Bosporus-Boden montiert, was ihn am längsten und tiefsten macht Eintauchtunnel Jemals gebaut. Die Ingenieure entschieden sich für diese Lösung, bei der vormontierte Abschnitte verwendet werden, die durch dicke, flexible, gummiverstärkte Stahlplatten verbunden sind, um der regionalen seismischen Aktivität besser standhalten zu können [Quellen: JR-Hokkaido; Sweeney; Weise].

Für eine gewisse Zeit verlangsamten kulturelle und historische Artefakte in der Altstadt Istanbuls die Ausgrabung des Marmaray-Tunnels. Daher blieb der 3,6 km lange Øresund-Tunnel zwischen Schweden und Dänemark der größte jemals gebaute Tauchröhrentunnel. Bauunternehmer bauten es aus 20 Elementen mit jeweils 176 Metern Länge auf, die jeweils aus acht kleineren, 22 Meter langen Abschnitten zusammengesetzt waren [Quellen: Landler; Marmaray-Projekt; PERI GmbH; Sweeney].

Zwischen untergetauchten Tunneln wie Marmaray und Øresund und gelangweilten Tunneln wie dem Chunnel haben wir gerade die Uferpromenade bedeckt. Lassen Sie uns jedoch ein wenig tiefer in die einzelnen Bereiche eintauchen und eine andere Tunnelmethode untersuchen, die seit dem frühen 19. Jahrhundert verwendet wurde.

Das nennst du einen Tunnel?

Ein Tunnel ist technisch eine Passage, die vollständig unterirdisch gegraben wurde. Viele der unterirdischen Rohre, die wir als Tunnel betrachten - U-Bahnen, Abwasser- und Wasserleitungen - sind technisch Kabelkanäle weil sie das vorübergehende Entfernen von Material betreffen. Tunnel sind gefährlich, langwierig und teuer zu bauen. Wenn Sie also mit losem Schmutz und relativ flachen Projekten umgehen, entscheiden sich Ingenieure oft dafür, dies kostengünstiger und effektiver zu gestalten schneiden und abdecken Ansatz [Quellen: Lane; Hewitt].

Schiffswürmer von ungewöhnlicher Größe

Schilde können beim Graben unter Wasser außerordentlich nützlich sein.

Schilde können beim Graben unter Wasser außerordentlich nützlich sein.

Der älteste Ansatz, um unter Wasser zu tunneln, ohne die darüber liegenden Gewässer abzulenken, wird als a bezeichnet Tunnelschildund Ingenieure verwenden es noch heute.

Schilde lösen ein weit verbreitetes, aber ärgerliches Problem, nämlich wie man einen langen Tunnel durch weiche Erde, insbesondere unter Wasser, gräbt, ohne dass seine Vorderkante zusammenbricht [Quellen: Zuordnung Entdeckung; Enzyklopädie Britannica; Browne; Hewitt].

Um ein Gefühl dafür zu bekommen, wie ein Schild funktioniert, stellen Sie sich eine deckellose Kaffeetasse mit geschärftem Boden vor, die mehrere große Löcher aufweist. Fassen Sie nun das offene Ende, drücken Sie die Dose mit der Unterseite zuerst in etwas weiche Erde und beobachten Sie, wie der Schmutz durch die Öffnungen drückt. Auf der Skala eines echten Schildes würden mehrere Menschen (Spitznamen "Muckers" und "Sandhogs") in Abteilen innerhalb der "Dose" stehen und beim Fortschreiten des Schildes den Lehm oder Sand entfernen. Hydraulische Wagenheber würden den Schild allmählich vorwärts bewegen, während die Besatzungen dahinter metallische Stützringe montierten und sie dann mit Beton oder Mauerwerk auskleideten [Quellen: Aufgabe Entdeckung; Enzyklopädie Britannica; Browne].

Um das Eindringen von Wasser von den Tunnelwänden abzuhalten, wird die Vorderseite des Tunnels oder Schildes manchmal mit Druckluft beaufschlagt. Arbeiter, die unter solchen Bedingungen nur kurze Zeit aushalten können, müssen eine oder mehrere Schleusen durchlaufen und Vorkehrungen gegen druckbedingte Erkrankungen treffen. [Quellen: Hewitt; Hafenbehörde].

Schilder werden immer noch verwendet, insbesondere wenn Installationsleitungen oder Wasser- und Abwasserrohre installiert werden. Obwohl sie arbeitsintensiv sind, kosten sie nur einen Bruchteil so viel wie ihre Vettern, die Tunnelbohrmaschinen (TBMs) [Quellen: Zuweisungsentdeckung; Enzyklopädie Britannica; WGBH].

Eine TBM ist ein mehrstöckiger Motor der Zerstörung, der durch festes Gestein kauen kann. An seiner Vorderseite dreht sich ein Schneidkopf, ein riesiges Rad, das mit felsbrechenden Scheiben bestückt ist und ein System von Schaufeln einschließt, um gestoßenes Gestein anzuheben und auf ein abgehendes Förderband zu werfen. Hinter dem Schneidkopf schwingt ein Aufrichter, eine rotierende Baugruppe, die die Tunnelauskleidung nach der TBM bildet. In einigen großen Projekten, wie dem Chunnel, beginnen separate TBMs an entgegengesetzten Enden und bohren in Richtung eines zentralen Punkts, wobei sie hochentwickelte Vermessungsmethoden verwenden, um sie auf Kurs zu halten [Quellen: Assignment Discovery; Coleman et al.; WGBH].

Durch das Bohren durch festes Gestein entsteht ein weitgehend selbsttragender Tunnel, und TBMs fahren schnell und unnachgiebig vorwärts (einige Chunnel-Maschinen könnten pro Tag 250 Fuß oder 76 Meter lang sein). Ein Nachteil ist, dass TBM häufiger als ein gebrauchter Jaguar ausfallen und schlecht mit abgenutztem, geschertem oder stark verbundenem Gestein zurechtkommen. Sie sind also nicht so schnell, wie sie es sind. [Quellen: WGBH; WGBH].

Glücklicherweise sind TBMs und Schilde nicht das einzige Spiel in der Stadt.

Brunels Durchbruch

Der Tunnelschild wurde vom Ingenieur Marc Isambard Brunel erfunden, der inspiriert war, einem Schiffswurm (einem Meeresmuschel) zuzusehen, wie er seine Hülsenplatten durch Holz trieb und Sägemehl nach sich zog. Mit seinem Gerät grub er von 1825 bis 1843 erfolgreich einen Tunnel unter der Londoner Thames River. Zwei Durchbrüche und ein siebenjähriger Stillstand, als der Cashflow des Projekts versiegte, erlebten er. Brunel und sein Sohn verbrachten fast jede wache Stunde im Tunnel, oft gezwungen, von einem Boot aus zu arbeiten. Die Belastung führte Berichten zufolge einige Jahre später zu seinem Tod [Quellen: Entdeckung der Entdeckung; Enzyklopädie Britannica; Browne; Hewitt].

Lassen Sie es einsinken

Es ist kein Picknick, eine Stahl-Maurer-Stütze zu bauen und gleichzeitig durch weiche Erde oder durch steiniges Gestein zu graben. Der Versuch, ein Meer unter Wasser zu halten, hätte nicht einmal Moses versucht. Glücklicherweise dank des amerikanischen Ingenieurs W. J. Wilgus und seiner Erfindung, der versunken- oder Tauchrohr Tunnel (ITT), müssen wir nicht [Quelle: Lane].

ITTs langweilen sich nicht durch Gestein oder Boden; Sie werden vor Ort aus fußballfeldgroßen, vorgefertigten Teilen zusammengestellt. Wilgus war der Pionier der Technik, als er den Detroit River Eisenbahntunnel (1906-10) baute, der Detroit, Michigan, mit Windsor, Ontario, verband, und seitdem die beste Wahl für Fahrzeugtunnel ist. Tatsächlich wurden allein im 20. Jahrhundert mehr als 100 solcher Tunnel gebaut [Quellen: Lane; Extreme Technik; Marmaray-Projekt].

Für jedes Tunnelsegment montieren die Arbeiter 30.000 Tonnen Stahl und Beton - genug für ein 10-stöckiges Wohngebäude - in einer massiven Form und lassen den Beton dann fast einen Monat aushärten. Die Formen enthalten den Boden, die Wände und die Decke des Tunnels und sind an den Enden zunächst mit einer Kappe verschlossen, um sie wasserdicht zu halten, wenn sie in die See transportiert werden. Tauchpontons, große Schiffe, die einer Kreuzung zwischen einem Portalkran und einem Pontonboot ähneln, machen den Transport [Quellen: Lane; Extreme Technik; Marmaray-Projekt].

Sobald der Seegraben über dem vorbereiteten Graben liegt, wird jeder Tunnelabschnitt so stark durchflutet, dass er untergehen kann. Ein Kran senkt den Abschnitt langsam in Position, während Taucher ihn präzise zu seinen GPS-Koordinaten führen. Wenn sich jeder neue Abschnitt mit seinem Vorgänger verbindet, drückt ein massives Gummistück an seinem Ende und dehnt sich aus, um eine Abdichtung herzustellen. Die Besatzungen entfernen dann die Schottdichtungen und pumpen das restliche Wasser aus. Sobald der gesamte Tunnel gebaut ist, wird er unter Auffüllung begraben und möglicherweise mit Steinpanzern bedeckt [Quellen: Lane; Extreme Technik; Marmaray-Projekt].

Tauchrohrkonstruktionen können tiefer als andere Ansätze abtauchen, da für die Technik keine Druckluft erforderlich ist, um Wasser in Schach zu halten. Die Besatzungen können daher länger und unter erträglichen Bedingungen arbeiten. Darüber hinaus kann ein ITT jede Form annehmen, im Gegensatz zu einem gebohrten Tunnel, der der Form seiner Abschirmung oder TBM folgt. Da ITTs jedoch nur den Meeresboden oder das Flussbett eines Tunnelsystems ausmachen, erfordern sie andere Tunnelverfahren, um ihre landgestützten Ein- und Ausgänge zu bohren. [Quellen: Lane; Marmaray-Projekt; WGBH]. Im Unterwassertunnel wie im Leben braucht es alle Arten.

Ein transatlantischer Tunnel: Yippee oder Yikes?

Wenn wir den lang gehegten transatlantischen Tunnel versuchen würden, wäre ein schwebendes Tauchrohr, das in einer idealen Tiefe von 45 Fuß (45 Fuß) durch spannungsverstellbare Kabel angebunden ist, der wahrscheinlichste Ansatz. Natürlich würde ein solches Unternehmen schätzungsweise 54.000 Abschnitte in der Größe eines Fußballfelds erfordern. Dies würde der weltweiten Stahlproduktion eines Jahres und 225 Betonfabriken, die 24 Jahre lang rund um die Uhr funktionieren, 20 Jahre lang ausreichen. Bevor Sie zu den Billionen Dollar, Tausenden von Arbeitern und zahlreichen Robotern und U-Booten gelangen, müssten Sie unter gefährlichen Bedingungen auf offener See bauen, ganz zu schweigen von Sicherheitsfragen, die vom Seeverkehr und seismischen Ereignissen ausgehen. [Quellen: Extreme Engineering; Extreme Technik; Harrison].

Anmerkung des Autors: Wie baut man einen Unterwassertunnel?

Beim Schreiben dieses Artikels konnte ich nur die Grundlagen des Baus von Unterwassertunneln ansprechen, eine Ungerechtigkeit, die vergleichbar ist mit der Entschärfung einer Bombe mit der Programmierung eines DVR. In der Realität sind die Gefahren und die Präzision, die für den Bau eines Unterwassertunnels erforderlich ist, einfach umwerfend. Das Ausheben und Bauen dieser modernen Wunder erfordert nichts weniger als ständige Wachsamkeit, starke Anpassungsfähigkeit und minutiöse Anpassung an veränderte Bedingungen, ganz zu schweigen von der Sorgfalt, die Arbeiter und Taucher ausüben müssen.

Wenn Sie das nächste Mal durch einen Unterwassertunnel fahren, sollten Sie darüber nachdenken. Vielleicht wird es Sie ablenken von den Millionen Tonnen von Erde oder Wasser, die niedergedrückt werden, oder, wenn Sie sich im japanischen Seikan-Tunnel befinden, von dem Geräusch von Wasser, das durch die Wände dröhnt und von den Pumpen mit 20 Tonnen pro Minute abgelassen wird.


Videoergänzungsan: Mega-Projekt in Norwegen: Die ersten schwebenden Unterwasser-Tunnel weltweit.




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