Volgende

• Hoe metro's werken
  
• Hoe bruggen werken
  
• Discover.com Transatlantische Tunnel
  

Op zijn meest elementaire, een tunnel is een buis uitgehold door aarde of steen. Een tunnel bouwen, echter, is een van de meest complexe uitdagingen op het gebied van civiele techniek. Veel tunnels worden beschouwd als technologische meesterwerken en regeringen hebben tunnelingenieurs geëerd als helden. Dat wil niet zeggen, natuurlijk, dat sommige tunnelprojecten geen grote tegenslagen hebben ondervonden. Het Central Artery/Tunnel Project (de "Big Dig") in Boston, Massachusetts werd geplaagd door enorme kostenoverschrijdingen, beschuldigingen van corruptie, en een gedeeltelijke instorting van het plafond die resulteerde in een dodelijke afloop. Maar deze uitdagingen hebben ingenieurs er niet van weerhouden om nog grotere en gedurfdere ideeën te bedenken, zoals het bouwen van een transatlantische tunnel om New York met Londen te verbinden.

In dit artikel, we zullen onderzoeken wat tunnels zo'n aantrekkelijke oplossing maakt voor spoorwegen, wegen, openbare nutsbedrijven en telecommunicatie. We zullen kijken naar de bepalende kenmerken van tunnels en onderzoeken hoe tunnels worden gebouwd. We zullen ook in detail naar de "Big Dig" kijken om de kansen en uitdagingen te begrijpen die inherent zijn aan het bouwen van een tunnel. Eindelijk, we kijken naar de toekomst van tunnels.

Tunnelafbeeldingengalerij

Afbeelding met dank aan Daniel Schwen/
gebruikt onder Creative Commons Naamsvermelding-Gelijk delen-licentie
De Gotthard-basistunnel, een spoortunnel in aanbouw in Zwitserland. Bekijk meer foto's van tunnels.

Basisprincipes van de tunnel
Een tunnel is een horizontale doorgang onder de grond. Terwijl erosie en andere natuurkrachten tunnels kunnen vormen, in dit artikel zullen we het hebben over door de mens gemaakte tunnels - tunnels die zijn ontstaan ​​door het proces van opgravingen. Er zijn veel verschillende manieren om een ​​tunnel te graven, inclusief handenarbeid, explosieven, snelle verwarming en koeling, tunnelmachines of een combinatie van deze methoden.

Sommige constructies vereisen mogelijk uitgraving, vergelijkbaar met het uitgraven van tunnels, maar zijn eigenlijk geen tunnels. assen , bijvoorbeeld, worden vaak met de hand gegraven of gegraven met kotterapparatuur. Maar in tegenstelling tot tunnels, schachten zijn verticaal en korter. Vaak, schachten worden gebouwd als onderdeel van een tunnelproject om het gesteente of de grond te analyseren, of in tunnelbouw om koppen te geven, of locaties, waaruit een tunnel kan worden gegraven.

Het onderstaande diagram toont de relatie tussen deze ondergrondse structuren in een typische bergtunnel. De opening van de tunnel is een portaal . Het "dak" van de tunnel, of de bovenste helft van de buis, is de kroon . De onderste helft is de omkeren . De basisgeometrie van de tunnel is a continue boog . Omdat tunnels een enorme druk van alle kanten moeten weerstaan, de boog heeft een ideale vorm. In het geval van een tunnel, de boog gaat gewoon helemaal rond.

Tunnelingenieurs, zoals brugingenieurs, moet zich bezighouden met een gebied van de natuurkunde dat bekend staat als: statica . Statica beschrijft hoe de volgende krachten op elkaar inwerken om evenwicht te creëren op constructies zoals tunnels en bruggen:

• Spanning , die zich uitbreidt, of trekt aan, materiaal
• Compressie , die verkort, of perst materiaal
• scheren , waardoor delen van een materiaal in tegengestelde richting langs elkaar schuiven
• torsie , die een materiaal verdraait

De tunnel moet deze krachten weerstaan ​​met sterke materialen, zoals metselwerk, staal, ijzer en beton.

Om statisch te blijven, tunnels moeten bestand zijn tegen de belastingen die erop worden geplaatst. Dode lading verwijst naar het gewicht van de constructie zelf, terwijl live belasting verwijst naar het gewicht van de voertuigen en mensen die zich door de tunnel bewegen.

We zullen hierna kijken naar de basistypen tunnels.

Inhoud

1. Soorten tunnels
2. Tunnelplanning
3. Tunnelconstructie:zachte grond en hard gesteente
4. Tunnelconstructie:Soft Rock en onderwater
5. De grote opgraving

Soorten tunnels

Er zijn drie brede categorieën tunnels:mijnbouw, openbare werken en vervoer. Laten we kort naar elk type kijken.

Mijntunnels worden gebruikt bij de winning van erts, waardoor arbeiders of uitrusting toegang krijgen tot minerale en metalen afzettingen diep in de aarde. Deze tunnels worden gemaakt met behulp van vergelijkbare technieken als andere soorten tunnels, maar ze kosten minder om te bouwen. Mijntunnels zijn niet zo veilig als tunnels die zijn ontworpen voor permanente bewoning, echter.

Foto met dank aan National Photo Company Collection/Library of Congress Prints and Photographs Division
Een mijnwerker die aan het begin van de twintigste eeuw op de achterkant van een auto in een mijntunnel staat. Merk op dat de zijkanten van de tunnel zijn geschoord met hout.

Tunnels voor openbare werken water dragen, riool- of gasleidingen over grote afstanden. De vroegste tunnels werden gebruikt om water te transporteren naar en riolering weg van, dichtbevolkte regio's. Romeinse ingenieurs gebruikten een uitgebreid netwerk van tunnels om water van bergbronnen naar steden en dorpen te brengen. Deze tunnels maakten deel uit van aquaductsystemen, die ook ondergrondse kamers en hellende brugachtige constructies omvatte, ondersteund door een reeks bogen. Tegen 97 na Christus, negen aquaducten vervoerden ongeveer 85 miljoen gallons water per dag van bergbronnen naar de stad Rome.

Foto met dank aan Eric en Edith Matson Fotocollectie/Library of Congress Prints and Photographs Division
Een Romeins aquaduct dat loopt van de Pools van Solomon
naar Jeruzalem

Voordat er treinen en auto's waren, er waren transporttunnels zoals grachten -- kunstmatige waterwegen gebruikt voor reizen, scheepvaart of irrigatie. Net als spoorwegen en wegen vandaag, kanalen liepen meestal boven de grond, maar velen hadden tunnels nodig om efficiënt door een obstakel te gaan, zoals een berg. Kanaalconstructie inspireerde enkele van 's werelds vroegste tunnels.

Het ondergrondse kanaal, gevestigd in Lancashire County en Manchester, Engeland, werd gebouwd van het midden tot het einde van de 18e eeuw en omvat kilometerslange tunnels om de ondergrondse kanalen te huisvesten. Een van Amerika's eerste tunnels was de Paw Paw Tunnel, gebouwd in West Virginia tussen 1836 en 1850 als onderdeel van het Chesapeake and Ohio Canal. Hoewel het kanaal niet meer door de Paw Paw loopt, om 3 uur, 118 voet lang is het nog steeds een van de langste kanaaltunnels in de Verenigde Staten.

Foto met dank aan Kmf164/ Creation Commons Attribution Share-alike License
Reizen door de Holland Tunnel van Manhattan naar New Jersey

Tegen de 20e eeuw, treinen en auto's hadden kanalen vervangen als de primaire vorm van vervoer, leidend tot de bouw van grotere, langere tunnels. De Hollandse Tunnel, voltooid in 1927, was een van de eerste rijbaantunnels en is nog steeds een van 's werelds grootste technische projecten. Genoemd naar de ingenieur die toezicht hield op de bouw, de tunnel luidt bijna 100, 000 voertuigen per dag tussen New York City en New Jersey.

Tunnelbouw vergt veel planning. We zullen in de volgende sectie onderzoeken waarom.

Tunnelplanning

Vrijwel elke tunnel is een oplossing voor een specifieke uitdaging of probleem. Vaak, die uitdaging is een obstakel dat een rijbaan of spoorlijn moet omzeilen. Het kunnen waterlichamen zijn, bergen of andere transportroutes. Zelfs steden, met weinig open ruimte beschikbaar voor nieuwbouw, kan een obstakel zijn waar ingenieurs onderdoor moeten tunnelen om te vermijden.

Foto met dank aan Japan Railway Public Corporation
De bouw van de Seikan-tunnel omvatte een strijd van 24 jaar om de uitdagingen van zacht gesteente onder zee te overwinnen.

In het geval van de Holland Tunnel, de uitdaging was een verouderd veerbootsysteem dat zich inspande om meer dan 20 te vervoeren, 000 voertuigen per dag over de Hudson River. Voor ambtenaren van New York City, de oplossing was duidelijk:bouw een autotunnel onder de rivier en laat forenzen zelf vanuit New Jersey de stad in rijden. De tunnel maakte een onmiddellijke impact. Alleen al op de openingsdag 51, 694 voertuigen maakten de oversteek, met een gemiddelde reistijd van slechts 8 minuten.

Soms, tunnels bieden een veiligere oplossing dan andere constructies. De Seikan-tunnel in Japan is gebouwd omdat veerboten die de Tsugaru-straat oversteken vaak te maken hebben met gevaarlijke wateren en weersomstandigheden. Nadat een tyfoon in 1954 vijf veerboten tot zinken had gebracht, de Japanse regering overwoog verschillende oplossingen. Ze besloten dat elke brug die veilig genoeg was om de zware omstandigheden te weerstaan, te moeilijk zou zijn om te bouwen. Eindelijk, ze stelden een spoortunnel voor die bijna 800 voet onder het zeeoppervlak loopt. Tien jaar later, de bouw begon, en in 1988, de Seikan-tunnel officieel geopend.

Hoe een tunnel wordt gebouwd, hangt sterk af van het materiaal waar hij doorheen moet. Tunnelen door zachte grond, bijvoorbeeld, vereist heel andere technieken dan tunnelen door hard gesteente of zacht gesteente, zoals schalie, krijt of zandsteen. Onder water tunnelen, de meest uitdagende van alle omgevingen, vraagt ​​om een ​​unieke aanpak die bovengronds onmogelijk of onpraktisch zou zijn.

Daarom is planning zo belangrijk voor een succesvol tunnelproject. Ingenieurs voeren een grondige geologische analyse uit om te bepalen door welk type materiaal ze zullen tunnelen en om de relatieve risico's van verschillende locaties te beoordelen. Ze houden rekening met veel factoren, maar enkele van de belangrijkste zijn:

• Bodem- en steensoorten
• Zwakke bedden en zones, inclusief fouten en afschuifzones
• grondwater, inclusief stromingspatroon en druk
• Speciale gevaren, zoals warmte, gas- en breuklijnen

Vaak, een enkele tunnel zal door meer dan één type materiaal gaan of meerdere gevaren tegenkomen. Een goede planning stelt ingenieurs in staat om vanaf het begin op deze variaties te plannen, waardoor de kans op een onverwachte vertraging in het midden van het project wordt verkleind.

Zodra ingenieurs het materiaal hebben geanalyseerd waar de tunnel doorheen zal gaan en een algemeen graafplan hebben ontwikkeld, de bouw kan beginnen. De term van de tunnelingenieurs voor het bouwen van een tunnel is: het rijden , en het voortbewegen van de doorgang kan een lange, vervelend proces dat stralen vereist, boren en met de hand graven.

In de volgende sectie, we zullen kijken hoe arbeiders tunnels rijden door zachte grond en hard gesteente.

Tunnelconstructie:zachte grond en hard gesteente

Werknemers gebruiken over het algemeen twee basistechnieken om een ​​tunnel vooruit te helpen. In de full-face methode , ze graven tegelijkertijd de hele diameter van de tunnel uit. Dit is het meest geschikt voor tunnels die door sterke grond gaan of voor het bouwen van kleinere tunnels. De tweede techniek, weergegeven in het onderstaande schema, is de top-heading-and-bench-methode . Bij deze techniek, arbeiders graven een kleinere tunnel die bekend staat als a rubriek . Zodra de kop een eind in de rots is gevorderd, arbeiders beginnen direct onder de vloer van de bovenste kop te graven; dit is een bank . Een voordeel van de top-heading-and-bench-methode is dat ingenieurs de koerstunnel kunnen gebruiken om de stabiliteit van de rots te meten voordat ze verder gaan met het project.

Merk op dat het diagram laat zien dat tunneling van beide kanten plaatsvindt. Tunnels door bergen of onder water worden meestal vanaf de twee tegenovergestelde uiteinden bewerkt, of gezichten , van de doorgang. In lange tunnels, verticale schachten kunnen met tussenpozen worden gegraven om uit meer dan twee punten te graven.

Laten we nu specifieker kijken naar hoe tunnels worden uitgegraven in elk van de vier primaire omgevingen:zachte grond, hard Rock, zachte rots en onder water.

Zachte grond (aarde)
Arbeiders graven tunnels in zachte grond door klei, slib, zand, grind of modder. In dit soort tunnels opstaan ​​tijd - hoe lang de grond veilig op zichzelf staat op het punt van uitgraven - is van het grootste belang. Omdat de stand-up tijd over het algemeen kort is bij tunnelen door zachte grond, instortingen zijn een constante bedreiging. Om dit te voorkomen, ingenieurs gebruiken een speciaal apparaat genaamd a schild . Een schild is een ijzeren of stalen cilinder die letterlijk in de zachte grond wordt geduwd. Het kerft een perfect rond gat en ondersteunt de omringende aarde terwijl arbeiders het puin verwijderen en een permanente bekleding van gietijzer of prefab beton installeren. Wanneer de arbeiders een sectie voltooien, jacks duwen het schild naar voren en ze herhalen het proces.

Marc Isambard Brunel, een Franse ingenieur, vond in 1825 het eerste tunnelschild uit om de Thames Tunnel in Londen uit te graven, Engeland. Brunel's schild bestond uit 12 verbonden frames, beschermd aan de boven- en zijkanten door zware platen genaamd duigen . Hij verdeelde elk frame in drie werkruimten, of cellen , waar gravers veilig konden werken. Een muur van korte balken, of borstplanken , scheidde elke cel van het oppervlak van de tunnel. Een graver zou een borstplank verwijderen, kerf drie of vier centimeter klei uit en vervang het bord. Toen alle gravers in alle cellen dit proces op één sectie hadden voltooid, krachtige vijzels duwden het schild naar voren.

in 1874, Peter M. Barlow en James Henry Greathead verbeterden het ontwerp van Brunel door een cirkelvormig schild te bouwen dat bekleed was met gietijzeren segmenten. Ze gebruikten eerst het nieuw ontworpen schild om een ​​tweede tunnel onder de Theems uit te graven voor voetgangers. Vervolgens, in 1874, het schild werd gebruikt om te helpen bij het opgraven van de Londense metro, 's werelds eerste metro. Greathead heeft het ontwerp van het schild verder verfijnd door perslucht in de tunnel toe te voegen. Toen de luchtdruk in de tunnel de waterdruk buiten overschreed, het water bleef uit. Spoedig, ingenieurs in New York, Boston, Boedapest en Parijs hadden het Greathead-schild geadopteerd om hun eigen metro's te bouwen.

Hard Rock
Tunnelen door hard gesteente gaat bijna altijd gepaard met stralen. Werknemers gebruiken een steiger, genaamd a jumbo , om explosieven snel en veilig te plaatsen. De jumbo gaat naar de voorkant van de tunnel, en boren gemonteerd op de jumbo maken verschillende gaten in de rots. De diepte van de gaten kan variëren afhankelijk van het type gesteente, maar een typisch gat is ongeveer 10 voet diep en slechts enkele centimeters in diameter. Volgende, arbeiders pakken explosieven in de gaten, evacueer de tunnel en laat de ladingen ontploffen. Na het wegzuigen van de schadelijke dampen die tijdens de explosie zijn ontstaan, arbeiders kunnen binnenkomen en beginnen met het uitvoeren van het puin, bekend als modderen , karren gebruiken. Dan herhalen ze het proces, die de tunnel langzaam door de rots voortbeweegt.

Vuur maken is een alternatief voor stralen. Bij deze techniek, de tunnelwand wordt verwarmd met vuur, en daarna afgekoeld met water. De snelle uitzetting en samentrekking veroorzaakt door de plotselinge temperatuurverandering zorgt ervoor dat grote brokken steen afbreken. De Cloaca Máxima, een van de oudste riooltunnels van Rome, werd gebouwd met behulp van deze techniek.

De stand-up tijd voor solide, zeer hard gesteente kan zich in eeuwen meten. In deze omgeving, extra ondersteuning voor het tunneldak en de wanden is wellicht niet nodig. Echter, de meeste tunnels gaan door rots die breuken of zakken met gebroken rots bevat, dus ingenieurs moeten extra ondersteuning toevoegen in de vorm van bouten, gespoten beton of ringen van stalen balken. In de meeste gevallen, ze voegen een permanente betonnen voering toe.

We zullen kijken naar de tunnel die door zachte rotsen rijdt en vervolgens onder water rijdt.

Tunnelconstructie:Soft Rock en onderwater

Foto met dank aan City and County of Denver
Een TBM-kotterkop met de schijffrezen

Tunnelen door zacht gesteente en tunnelen onder de grond vereisen verschillende benaderingen. Stralen in zacht, stevige rots zoals leisteen of kalksteen is moeilijk te controleren. In plaats daarvan, ingenieurs gebruiken tunnelboormachines (TBM's) , of mollen , om de tunnel te maken. TBM's zijn enorm, apparaten van miljoenen dollars met een ronde plaat aan het ene uiteinde. De ronde plaat is bedekt met schijfsnijders -- beitelvormige snijtanden, stalen schijven of een combinatie van beide. Terwijl de ronde plaat langzaam draait, de schijfmessen snijden in de rots, die door ruimtes in de snijkop op een transportsysteem valt. Het transportsysteem voert de mest naar de achterkant van de machine. Hydraulische cilinders die aan de ruggengraat van de TBM zijn bevestigd, stuwen hem een ​​paar meter per keer naar voren.

TBM's boren niet alleen de tunnels - ze bieden ook ondersteuning. Terwijl de machine graaft, twee boren net achter de frezen boren in de rots. Vervolgens pompen de arbeiders grout in de gaten en bevestigen ze bouten om alles op zijn plaats te houden totdat de permanente voering kan worden geïnstalleerd. De TBM bereikt dit met een massieve montagearm die segmenten van de tunnelbekleding op hun plaats tilt.

Foto met dank aan Ministerie van Energie
Een TBM gebruikt bij de bouw van Yucca Mountain Repository, een opslagfaciliteit van het Amerikaanse Department of Energy;

Onderwater
Tunnels gebouwd over de bodem van rivieren, baaien en andere wateren gebruiken de cut-and-cover methode , waarbij een buis in een greppel wordt ondergedompeld en met materiaal wordt bedekt om de buis op zijn plaats te houden.

De bouw begint met het uitbaggeren van een greppel in de rivierbedding of oceaanbodem. Lang, geprefabriceerde buissecties, gemaakt van staal of beton en afgedicht om water buiten te houden, worden naar de locatie gedreven en in de voorbereide greppel tot zinken gebracht. Duikers verbinden vervolgens de secties en verwijderen de afdichtingen. Het overtollige water wordt weggepompt, en de hele tunnel is bedekt met opvulling.

Foto met dank aan Stephen Dawson/Creative Commons Attribution Share-alike License
Het Britse einde van de Kanaaltunnel bij Cheriton bij Folkestone in Kent

De tunnel die Engeland en Frankrijk verbindt - bekend als de Kanaaltunnel, de Eurotunnel of -tunnel -- loopt onder het Engelse Kanaal door 52 mijl zacht, kalkachtige aarde. Hoewel het een van de langste tunnels ter wereld is, het duurde slechts drie jaar om op te graven, dankzij state-of-the-art TBM's. Elf van deze enorme machines kauwden door de zeebodem die onder het Kanaal lag. Waarom zo veel? Omdat de Chunnel eigenlijk uit drie parallelle buizen bestaat, twee die treinen vervoeren en één die dienst doet als servicetunnel. Twee TBM's die aan weerszijden van de tunnel zijn geplaatst, hebben elk van deze buizen gegraven. In essentie, de drie Britse TBM's streden tegen de drie Franse TBM's om te zien wie het eerst naar het midden zou gaan. De overige vijf TBM's werkten landinwaarts, het creëren van het gedeelte van de tunnel dat lag tussen de portalen en hun respectieve kusten.

Foto met dank aan Eric en Edith Matson Fotocollectie/
Library of Congress Prints en Foto's Division
In een Holland Tunnel ventilatietoren

Tenzij de tunnel kort is, controle van de omgeving is essentieel om veilige werkomstandigheden te bieden en de veiligheid van passagiers te waarborgen nadat de tunnel operationeel is. Een van de belangrijkste zorgen is ventilatie - een probleem dat wordt vergroot door de rookgassen die worden geproduceerd door treinen en auto's. Clifford Holland pakte het probleem van ventilatie aan toen hij de tunnel ontwierp die zijn naam draagt. Zijn oplossing was om twee extra lagen boven en onder de hoofdverkeerstunnel toe te voegen. De bovenste laag verwijdert uitlaatgassen, terwijl de onderste laag frisse lucht aanzuigt. Vier grote ventilatietorens, twee aan elke kant van de Hudson River, huisvest de ventilatoren die de lucht in en uit verplaatsen. Vierentachtig fans, elk 80 voet in diameter, kan de lucht elke 90 seconden volledig verversen.

We zullen hierna naar de "Big Dig" kijken.

De grote opgraving

Nu we enkele van de algemene principes van tunnelbouw hebben bekeken, laten we eens kijken naar een lopend tunnelproject dat de krantenkoppen blijft halen, zowel vanwege zijn potentieel als vanwege zijn problemen. De Central Artery is een belangrijk snelwegsysteem dat door het hart van het centrum van Boston loopt, en het project dat zijn naam draagt, wordt door velen beschouwd als een van de meest complexe - en dure - technische hoogstandjes in de Amerikaanse geschiedenis. De "Big Dig" is eigenlijk verschillende projecten in één, waaronder een gloednieuwe brug en verschillende tunnels. Een sleuteltunnel, voltooid in 1995, is de Ted Williams-tunnel. Het duikt onder de haven van Boston om het verkeer op de Interstate 90 van South Boston naar Logan Airport te nemen. Een andere belangrijke tunnel bevindt zich onder het Fort Point Channel, een smal water dat lang geleden door de Britten werd gebruikt als tolstation voor schepen.

Voordat we kijken naar enkele van de technieken die zijn gebruikt bij de constructie van deze Big Dig-tunnels, laten we eens kijken waarom functionarissen in Boston überhaupt besloten om zo'n grootschalig civieltechnisch project uit te voeren. Het grootste probleem was het nachtmerrieachtige verkeer in de stad. Sommige onderzoeken gaven aan dat, tegen 2010, De spits in Boston zou bijna 16 uur per dag kunnen duren, met ernstige gevolgen voor zowel de handel als de levenskwaliteit van de bewoners. Duidelijk, er moest iets worden gedaan om de verkeerscongestie te verminderen en het voor pendelaars gemakkelijker te maken om door de stad te navigeren. In 1990, Het congres wees $ 755 miljoen toe aan het enorme snelwegverbeteringsproject, en een jaar later de Federal Highway Administration gaf haar goedkeuring om verder te gaan.

Foto met dank aan Massachusetts Turnpike Authority
De Ted Williams-tunnel

The Big Dig begon in 1991 met de bouw van de Ted Williams-tunnel. Deze onderwatertunnel profiteerde van beproefde tunneltechnieken die in veel verschillende tunnels over de hele wereld worden gebruikt. Omdat de haven van Boston vrij diep is, ingenieurs gebruikten de cut-and-cover-methode. Stalen buizen, 40 voet in diameter en 300 voet lang, werden naar Boston gesleept nadat arbeiders ze in Baltimore hadden gemaakt. Daar, arbeiders maakten elke buis af met steunen voor de weg, omkastingen voor de luchtbehandelingsdoorgangen en nutsvoorzieningen en een volledige bekleding. Andere arbeiders baggerden een greppel op de havenbodem. Vervolgens, ze dreven de buizen naar de site, vulde ze met water en liet ze in de greppel zakken. Eenmaal verankerd, een pomp verwijderde het water en arbeiders verbonden de buizen met de aangrenzende secties.

De Ted Williams-tunnel werd officieel geopend in 1995 - een van de weinige aspecten van de Big Dig die op tijd en binnen het voorgestelde budget werd voltooid. tegen 2010, het zal naar verwachting ongeveer 98, 000 voertuigen per dag.

Een paar mijl naar het westen, Interstate 90 komt in een andere tunnel die de snelweg onder South Boston voert. Net voor het knooppunt I-90/I-93, de tunnel ontmoet het Fort Point Channel, een 400 voet brede watermassa die enkele van de grootste uitdagingen van de Big Dig vormde. Ingenieurs konden niet dezelfde stalen buisbenadering gebruiken die ze gebruikten bij de Ted Williams-tunnel omdat er niet genoeg ruimte was om de lange stalen secties onder bruggen in Summer Street te laten drijven. Congresstraat en Noordlaan. Eventueel, ze besloten om het concept van stalen buizen helemaal te verlaten en te gaan voor betonnen tunnelsecties, het eerste gebruik van deze techniek in de Verenigde Staten.

Het probleem was om de betonnen secties zo te fabriceren dat arbeiders zich in het kanaal konden verplaatsen. Het probleem oplossen, arbeiders bouwden eerst een enorm droogdok aan de South Boston-kant van het kanaal. Bekend als de gietbassin , het droogdok gemeten 1, 000 voet lang, 300 voet breed en 60 voet diep -- groot genoeg om de zes betonnen delen te bouwen die de tunnel zouden vormen. De langste van de zes tunnelsecties was 414 voet lang, de breedste 174 voet breed. Ze waren allemaal ongeveer 27 voet hoog. De zwaarste woog meer dan 50, 000 ton.

De voltooide secties werden aan beide uiteinden waterdicht afgedicht. Vervolgens lieten de arbeiders het bassin onder water lopen zodat ze uit de secties konden drijven en ze boven een greppel konden plaatsen die op de bodem van het kanaal was gebaggerd. Helaas, een andere uitdaging verhinderde dat ingenieurs de betonnen delen eenvoudig in de greppel konden laten zakken. Die uitdaging was de Red Line-metrotunnel van de Massachusetts Bay Transportation Authority, die net onder de greppel loopt. Het gewicht van de massieve betonnen delen zou de oudere metrotunnel beschadigen als er niets werd gedaan om deze te beschermen. Dus besloten de ingenieurs om de tunnelsecties te stutten met behulp van 110 kolommen die in het gesteente waren verzonken. De kolommen verdelen het gewicht van de tunnel en beschermen de Red Line-metro, die blijft 1 dragen 000 passagiers per dag.

Foto met dank aan City and County of Denver
Het tunnel-jacking-proces

The Big Dig beschikt over andere tunneling-innovaties, ook. Voor een deel van de tunnel die onder een spoorwegemplacement en een brug loopt, ingenieurs besloten tot tunnel-jacking , een techniek die normaal wordt gebruikt om ondergrondse leidingen te installeren. Bij tunnelvijzeling wordt een enorme betonnen bak door het vuil geforceerd. De boven- en onderkant van de doos ondersteunen de grond terwijl de aarde in de doos werd verwijderd. Toen het eenmaal leeg was, hydraulische vijzels duwden de doos tegen een betonnen muur totdat het hele ding anderhalve meter naar voren schoof. Werknemers installeerden vervolgens afstandsbuizen in de nieuw gecreëerde opening. Door dit proces keer op keer te herhalen, ingenieurs waren in staat om de tunnel vooruit te gaan zonder de structuren aan de oppervlakte te verstoren.

Vandaag, 98 procent van de constructie van de Big Dig is voltooid, en de kosten bedragen ruim $ 14 miljard. Maar de uitbetaling voor pendelaars in Boston zou de investering waard moeten zijn. De oude verhoogde centrale slagader had slechts zes rijstroken en was ontworpen om 75, 000 voertuigen per dag. De nieuwe ondergrondse snelweg heeft acht tot tien rijstroken en zal ongeveer 245, 000 voertuigen per dag in 2010. Het resultaat is een normale stadsspits van enkele uren in de ochtend en avond.

Om te zien hoe de Big Dig zich verhoudt tot andere tunnelprojecten, zie onderstaande tabel.

Tunnel Plaats Lengte Jaren om te bouwen geopend Kosten Spoortunnels Seikan-tunnel Japan 33,5 mijl (53,9 km) 24 1988 $ 7 miljard Kanaaltunnel Engeland-Frankrijk (49,2 km) 7 1994 $ 21 miljard Apennijnentunnel Italië 18,5 km (18,5 mijl) 14 1934
Hoosac-tunnel Verenigde Staten 7,6 km (4,75 mijl) 22 1873 $ 21 miljoen Tunnels voor autoverkeer Laerdal-tunnel Noorwegen 24,5 kilometer 15,2 mijl 5 2000 $ 125 miljoen St. Gotthard-tunnel Zwitserland 16,2 kilometer 10,1 mijl 11 1980
Brug-tunnelcomplexen Chesapeake Bay Bridge-tunnel Verenigde Staten 28,3 kilometer 17,6 mijl 3.5 1964 $ 200 miljoen Sontbrug en tunnel Denemarken-Zweden 9,9 mi
(16km) 8 2000 $ 3 miljard

De toekomst van tunnelen
Naarmate hun instrumenten verbeteren, ingenieurs blijven langere en grotere tunnels bouwen. Onlangs, er is geavanceerde beeldvormingstechnologie beschikbaar om de binnenkant van de aarde te scannen door te berekenen hoe geluidsgolven door de grond reizen. Deze nieuwe tool biedt een nauwkeurige momentopname van de potentiële omgeving van een tunnel, met rots- en grondsoorten, evenals geologische anomalieën zoals fouten en scheuren.

Hoewel dergelijke technologie belooft de tunnelplanning te verbeteren, andere vorderingen zullen opgravingen en grondondersteuning versnellen. De volgende generatie tunnelboormachines zal in staat zijn om 1, 600 ton mest per uur. Ingenieurs experimenteren ook met andere methodes voor het zagen van rotsen die gebruikmaken van hogedrukwaterstralen, lasers of ultrasoon. En chemische ingenieurs werken aan nieuwe soorten beton die sneller uitharden omdat ze harsen en andere polymeren gebruiken in plaats van cement.

Met nieuwe technologieën en technieken, tunnels die zelfs 10 jaar geleden onmogelijk leken, lijken opeens haalbaar. Een van die tunnels is een voorgestelde transatlantische tunnel die New York met Londen verbindt. de 3, 100 mijl lange tunnel zou een magnetisch zwevende trein huisvesten die 5, 000 mijl per uur. De geschatte reistijd is 54 minuten - bijna zeven uur korter dan een gemiddelde trans-Atlantische vlucht.

Voor veel meer informatie over tunnels en aanverwante onderwerpen, bekijk de links op de volgende pagina.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

• Hoe bruggen werken
• Hoe ijzer en staal werken
• Hoe wolkenkrabbers werken
• Waarom zijn de binnenkanten van tunnels meestal bedekt met keramische tegels?
• Wat zou er gebeuren als ik een tunnel door het centrum van de aarde zou boren en erin zou springen?
• Waarom vriezen bruggen eerder dan de rest van de snelweg?

Meer geweldige links

• Groot bouwen
• Ontdekking:extreme techniek
• Massachusetts Turnpike Authority:Big Dig
• Chesapeake Bay Bridge-Tunnel
• Havenbedrijf van New York en New Jersey:Holland Tunnel

bronnen

• Groot bouwen
  http://www.pbs.org/wgbh/buildingbig/
• Extreme techniek
  http://dsc.discovery.com/convergence/engineering/archives/archives.html
• Gundersen, P. Erik. "Het handige natuurkunde-antwoordboek, " Zichtbare inktpers, Michigan, 1995.
• Lundhus, Pieter. " Grenzen overbruggen in Scandinavië, " Scientific American presenteert:The Tall, de diepte, de lange, 1999.
• Macaulay, David. "Bouw groot:de aanvulling op de PBS-serie, "Walter Lorraine Boeken, New York, 2000.
• Massachusetts Turnpike Authority
  http://www.masspike.com/bigdig/index.html
• Patel, Mukul en Michael Wright, Ed. "Hoe de dingen vandaag werken." Kroon uitgevers, New York, 2000.
• siller, Bob. "Onderaardse reus, " Populaire wetenschap, juni 2002.
  http://www.popsci.com/popsci/automotivetech/
  a0703bcc2eb84010vgnvcm1000004eecbccdrcrd.html
• "Tunnelmonsters aan het werk, " Populaire wetenschap.
  http://www.popsci.com/popsci/technology/generaltechnology/
  0e1877530caf9010vgnvcm1000004eecbccdrcrd.html
• Vizard, Frank. "De grote opgraving, " Populaire wetenschap, juni 2001, blz. 53-57.