Insenerid ehitasid peaaegu 20 aastat maailma pikima ja sügavaima raudteetunneli{1}}lume alla Šveitsi Alpide alla
Alates II maailmasõja lõpust olid insenerid unistanud kiirema marsruudi loomisest läbi Alpide, et parandada transpordiühendusi ja edendada Šveitsi erinevate piirkondade vahelist kaubandust.
Šveitsi insener Carl Eduard Gruner Baselist pakkus esmakordselt välja idee ehitada Gotthardi massiivi alla kiire transporditunnel. Juba 1947. aastal soovitas ta luua madala-kaldega tunneli, mis ületaks Gotthardi baasi.
Laiema{0}}Alpide raudteevõrgustiku osana hakati seda projekti tõsiselt kaaluma alles rohkem kui 40 aastat hiljem, kui hakati kavandama marsruuti, mis ühendaks põhjas Erstfeldi ja lõunas Bodio.
Raudtee sai osa AlpTransiti programmist, mille eesmärk on vähendada ummikuid mägiteedel, lühendada transpordiaega ja -kulusid ning vähendada raskeveo põhjustatud keskkonnamõju.
Šveitsi föderaalraudtee (SBB) soovitusi järgides oli Šveits 1995. aastaks välja töötanud plaanid kahe 57-kilomeetrise üherajalise raudteetunneli rajamiseks Erstfeldi ja Bodio vahel. Süsteem hõlmas 180 ühenduskäiku ja multifunktsionaalset jaama Sedrunis ja Faidos.
Kogu tunnelisüsteem ulatus üle 150 kilomeetri, kusjuures kõige sügavamate lõikude kohal ulatusid kivimikihid ligi 2,5 kilomeetri paksuseks.
Tunneli väljakutsed Alpide all
1998. aastal asutas Šveitsi föderaalraudtee pärast mitmeid geoloogilisi uuringuid ettevõtte AlpTransit Gotthard AG, et jälgida Gotthardi baastunneli ehitamist.
Ehituse eesmärgil jagati kaks üherajalist{0}}tunnelit viieks osaks.
Kuigi lumi kattis ülalolevaid Alpide tippe, ulatus temperatuur sügaval maa all 45 kraadini, tekitades olulisi inseneriprobleeme. Insenerid pidid juhtima töötajate jahutust, ventilatsioonisüsteeme, kõrget maa-alust veesurvet ja tohutuid kivikoormusi tunneli kohal.
Ümbritsevate kivimite surve oli nii intensiivne, et kaevealadel tekkis tõsine deformatsioon. Tugevalt purunenud kivim võib suruda sissepoole, vähendades tunneli{1}}ristlõiget ja mõjutades konstruktsiooni stabiilsust.
Terasest tugisüsteemid äärmusliku maa-aluse rõhu jaoks
Nende väljakutsete lahendamiseks tutvustas projektimeeskond täiustatud kaevandamistehnikaid, sealhulgas libisevate hõõrdliigenditega teraskaare tugisektsioone.
Need terasest tugikonstruktsioonid olid mõeldud kohanema vastavalt täpsetele koormustasemetele ja kergelt deformeeruma kasvava rõhu all ilma tunneli vooderdust kahjustamata.
Maa-aluste ehitusprojektide puhul, mis puutuvad kokku äärmise pingega, on materjali jõudlus kriitilise tähtsusega. Kõrge-tugevad materjalid, nagu kõrgtugev terasplaat, valitakse tavaliselt nõudlikeks konstruktsioonirakendusteks, kuna need pakuvad suurepärast-kandevõimet ja usaldusväärset mehaanilist jõudlust.
Võrreldes traditsiooniliste tugedega suudavad konstrueeritud terasdetailid absorbeerida deformatsioone ja säilitada konstruktsiooni terviklikkust muutuvates maa-aluste tingimustes.
"Maapinna pigistamine nõuab tunneli ümber spetsiaalseid tugisüsteeme," selgitas BAM Nuttalli tunnelijuht ja Briti tunneliühingu asepresident Ivor Thomas. "Need terasest lükandkaared on hoolikalt kavandatud nii, et need tagaksid tunneli vooderduse terviklikkust mõjutamata."
Pärast nende tehniliste väljakutsete ületamist lõpetas ehitusmeeskond 2010. aasta oktoobris tunneli lõpliku läbimurde, eemaldades pärast 11 aastat kestnud tunnelitööd ligikaudu 28,2 miljonit tonni kaevatud kivimit.
Suure jõudlusega raudteerööpad
Gotthardi baastunneli edu ei sõltunud aga ainult kaevamise lõpetamisest. Ilma kvaliteetse-raudteesüsteemita ei saaks tunnel saavutada oma eesmärki vedada kuus kaubarongi ja kahte reisirongi tunnis kummaski suunas.
Raudteesüsteemi osana kasutati kogu marsruudil 290 kilomeetrit kuumtöödeldud perliitterasest rööpaid ja suure jõudlusega{2}.
Kuumtöötlus muudab terase mikrostruktuuri, parandades kulumiskindlust, veerekontakti väsimust ja muid defekte. Need omadused on eriti olulised suurtel kiirustel ja rasketel koormustel töötavate raudteesüsteemide puhul.
Sarnased nõuded kehtivad tööstuslikele rakendustele, kus kulumiskindlat terasplaati kasutatakse kasutusea pikendamiseks korduvate löökide, hõõrdumise ja mehaanilise pinge korral.
Kuum{0}}töödeldud terastooted parandavad ka tööohutust, vähendavad hooldusvajadusi ja pikendavad raudteeinfrastruktuuri kasutusiga.
Suure jõudlusega teras raskeveo jaoks
Kuna projekti iga osa nõudis erakordset töökindlust, määrati 18 000 tonni ülitugevaid rööpaid ja 43 suure jõudlusega-lülitit spetsialiseerunud terasetootjale voestalpine.
"Reisi- ja kaubarongide poolt Gotthardi baastunnelis saavutatavad maksimaalsed kiirused seavad raudtee rööbaste ja lülitussüsteemide kvaliteedile ülikõrged nõuded," ütles voestalpine Metal Engineeringi juht Franz Kainersdorfer.
Raudteesüsteem kasutab ohutuse parandamiseks ja haavatavate keevituspunktide arvu vähendamiseks standardseid 120-meetriseid rööpaid.
Rööbaste tootmiseks, mis vastavad selliste projektide nõuetele nagu Gotthardi baastunnel, töötati terase jõudluse parandamiseks välja täiustatud tootmis- ja{0}}kuumtöötlustehnoloogiad.
Sarnaseid põhimõtteid rakendatakse ka tänapäevases tööstusliku terase tootmises, kus süsinikterasest plaat ja muud suure -jõudlusega terasmaterjalid valitakse vastavalt tugevusele, vastupidavusele ja töötingimustele.
Suure jõudlusega teraserakenduste tulevik
Gotthardi baastunneli projekt aitas kaasa järgmise -põlvkonna kuumtöödeldud-terastoodete väljatöötamisele.
voestalpine tutvustas hiljem üli-kõrge süsinikusisaldusega-kuumutusega-töödeldud terast, mis on loodud kombineeritud kauba- ja raskeveo-raudteesüsteemide kandevõime parandamiseks.
Ettevõte väitis, et võrreldes tavaliste kuumtöödeldud rööbastega{0}}võivad need täiustatud tooted märkimisväärselt vähendada hoolduskulusid ja pikendada kasutusiga.
Sellised projektid nagu Gotthardi baastunnel näitavad, kui oluline on valida õiged terasmaterjalid ekstreemsete keskkondade jaoks.
Alates maa-alustest tunnelite tugisüsteemidest kuni -kiirraudtee infrastruktuurini, täiustatud terastooted, nagu ülitugev terasplaat, kulumiskindel terasplaat ja muud spetsiaalsed teraskonstruktsioonikomponendid, toetavad jätkuvalt mõningaid maailma kõige keerulisemaid inseneriprojekte.