A mérnökök közel 20 évet töltöttek azzal, hogy a világ leghosszabb és legmélyebb vasúti alagútját építsék a hóval borított -svájci Alpok alatt
A második világháború vége óta a mérnökök egy gyorsabb útvonal létrehozásáról álmodoztak az Alpokon keresztül, hogy javítsák a közlekedési kapcsolatokat és elősegítsék a kereskedelmet Svájc különböző régiói között.
Carl Eduard Gruner bázeli svájci mérnök vetette fel először egy gyors közlekedési alagút építésének ötletét a Gotthard-hegység alatt. Már 1947-ben javasolta egy alacsony-gradiensű alagút létrehozását a Gotthard bázison.
Egy szélesebb,{0}}alpesi vasúthálózat részeként azonban a projektet csak több mint 40 évvel később vették komolyan fontolóra, amikor elkezdődtek az északi Erstfeldet és a déli Bodiót összekötő útvonal tervei.
A vasút az AlpTransit program része lett, melynek célja a hegyi utak torlódásainak csökkentése, a szállítási idő és a költségek lerövidítése, valamint a nehézszállítás okozta környezetterhelés csökkentése.
1995-re a Svájci Szövetségi Vasutak (SBB) ajánlásait követve Svájc két 57 - kilométeres egyvágányú vasúti alagút tervet dolgozott ki Erstfeld és Bodio között. A rendszer 180 összekötő átjárót és többfunkciós állomást tartalmazott Sedrunban és Faidóban.
A teljes alagútrendszer több mint 150 kilométeres volt, a legmélyebb szakaszok feletti kőzetrétegek vastagsága közel 2,5 kilométer.
Alagút kihívásai az Alpok alatt
1998-ban, egy sor geológiai vizsgálat után, a Svájci Szövetségi Vasutak megalapította az AlpTransit Gotthard AG-t, hogy felügyelje a gotthárdi alapalagút építését.
Építési célból a két egyvágányú{0}}alagutat öt részre osztották.
Habár hó borította az alpesi csúcsokat, a hőmérséklet mélyen a föld alatt elérte a 45 fokot, ami jelentős mérnöki kihívásokat jelentett. A mérnököknek kezelniük kellett a munkások hűtését, a szellőzőrendszereket, a magas felszín alatti víznyomást és az alagút feletti hatalmas kőzetterhelést.
A környező kőzetek nyomása olyan intenzív volt, hogy a feltárási területek súlyos deformációkat szenvedtek. Az erősen repedezett kőzet befelé nyomódhat, csökkentve az alagút keresztmetszetét{1}} és befolyásolva a szerkezeti stabilitást.
Acél támasztórendszerek extrém földalatti nyomáshoz
E kihívások megoldása érdekében a projektcsapat fejlett bányászati technikákat vezetett be, beleértve a csúszó súrlódó ízületekkel ellátott acélíves tartóelemeket.
Ezeket az acél tartószerkezeteket úgy tervezték, hogy a pontos terhelési szintekhez igazodjanak, és enyhén deformálódjanak növekvő nyomás hatására anélkül, hogy az alagút bélését károsítanák.
A rendkívüli igénybevételnek kitett földalatti mérnöki projekteknél az anyagteljesítmény kritikus fontosságú. A nagy szilárdságú anyagokat, például a nagy szilárdságú acéllemezt gyakran választják az igényes szerkezeti alkalmazásokhoz, mert kiváló teherbírást és megbízható mechanikai teljesítményt biztosítanak.
A hagyományos támasztékokhoz képest a tervezett acél alkatrészek képesek elnyelni a deformációt és megőrizni a szerkezeti integritást változó földalatti körülmények között.
"A talajnyomáshoz speciális támogató rendszerekre van szükség az alagút körül" - magyarázta Ivor Thomas, a BAM Nuttall alagútvezetője és a British Tunneling Society alelnöke. "Ezeket az acél csúszóíveket gondosan úgy tervezték, hogy engedjenek anélkül, hogy befolyásolnák az alagút bélésének integritását."
A technikai kihívások leküzdése után az építőcsapat 2010 októberében befejezte az alagút utolsó áttörését, mintegy 28,2 millió tonna kiásott kőzet eltávolításával 11 év alagútépítés után.
Nagy teljesítményű vasúti pályák
A Gotthard-bázisalagút sikere azonban nem csak az ásatás befejezésén múlott. Kiváló minőségű vasúti rendszer nélkül az alagút nem tudná elérni azt a célját, hogy óránként hat tehervonatot és két személyvonatot szállítson mindkét irányban.
A vasúti rendszer részeként a teljes útvonal 290 kilométer hosszú, hőkezelt perlitos acél síneket és nagy teljesítményű váltókat{2}} használt.
A hőkezelés megváltoztatja az acél mikroszerkezetét, javítva a kopással, a gördülési érintkezéssel és egyéb hibákkal szembeni ellenállást. Ezek a tulajdonságok különösen fontosak a nagy sebesség és nagy terhelés mellett működő vasúti rendszerek esetében.
Hasonló követelmények vonatkoznak az ipari alkalmazásokra is, ahol kopásálló acéllemezt használnak az élettartam növelésére ismételt ütközés, súrlódás és mechanikai igénybevétel esetén.
A hőkezelt acél{0}}termékek emellett javítják az üzembiztonságot, csökkentik a karbantartási igényeket, és meghosszabbítják a vasúti infrastruktúra élettartamát.
Nagy teljesítményű acél nehéz szállításhoz
Mivel a projekt minden része rendkívüli megbízhatóságot igényelt, a 18 000 tonna nagy-szilárdságú sín és 43 nagy-teljesítményű kapcsoló szállítását a voestalpine speciális acélgyártó cégre bízták.
"A személy- és tehervonatok által a Gotthard-bázisalagútban elért maximális sebesség rendkívül magas követelményeket támaszt a vasúti vágányok és a kapcsolórendszerek minőségével szemben" - mondta Franz Kainersdorfer, a voestalpine Metal Engineering vezetője.
A vasúti rendszer szabványos 120 méteres síneket használ a biztonság javítása és a sérülékeny hegesztési pontok számának csökkentése érdekében.
Az olyan projektek követelményeinek megfelelő sínek gyártásához, mint a Gotthard Base Tunnel, fejlett gyártási és hőkezelési{0}}technológiákat fejlesztettek ki az acél teljesítményének javítása érdekében.
Hasonló elvek érvényesülnek a modern ipari acélgyártásban is, ahol a szénacéllemezt és más nagy teljesítményű acélanyagokat{0}}a szilárdság, a tartósság és a működési feltételek alapján választják ki.
A nagy teljesítményű acélalkalmazások jövője
A Gotthard Base Tunnel projekt hozzájárult a következő -generációs hőkezelt acéltermékek-fejlesztéséhez.
A voestalpine később bevezette az ultra-magas-széntartalmú, hőkezelt acélt-, amelyet a vegyes teher- és nehéz{3}}fuvarozási vasúti rendszerek teherbírásának javítására terveztek.
A vállalat azt állította, hogy a hagyományos hőkezelt sínekhez{0}} képest ezek a fejlett termékek jelentősen csökkenthetik a karbantartási költségeket, miközben meghosszabbítják az élettartamot.
Az olyan projektek, mint a Gotthard Base Tunnel, demonstrálják a megfelelő acélanyagok kiválasztásának fontosságát az extrém környezetekhez.
A földalatti alagúttámasztó rendszerektől a nagysebességű vasúti infrastruktúráig, a fejlett acéltermékek, mint például a nagy szilárdságú acéllemez, a kopásálló acéllemez és más speciális szerkezeti acél alkatrészek továbbra is támogatják a világ legnagyobb kihívást jelentő mérnöki projektjeit.