Inženjeri su proveli gotovo 20 godina gradeći najduži i najdublji željeznički tunel na svijetu ispod snijegom-prekrivenih švicarskih Alpa

Od kraja Drugog svjetskog rata inženjeri su sanjali o stvaranju brže rute kroz Alpe kako bi poboljšali prometne veze i promicali trgovinu između različitih regija u Švicarskoj.

Švicarski inženjer Carl Eduard Gruner iz Basela prvi je predložio ideju izgradnje brzog transportnog tunela ispod masiva Gotthard. Još 1947. predložio je stvaranje tunela s niskim{2}}nagibom koji bi prelazio bazu Gotthard.

Međutim, kao dio šire trans{0}}alpske željezničke mreže, projekt nije ozbiljno razmatran sve do više od 40 godina kasnije, kada su počeli planovi za rutu koja povezuje Erstfeld na sjeveru i Bodio na jugu.

Željeznica je postala dio programa AlpTransit, osmišljenog kako bi se smanjile gužve na planinskim cestama, skratilo vrijeme i troškove prijevoza te smanjio utjecaj na okoliš uzrokovan teškim prijevozom.

Do 1995., slijedeći preporuke Švicarskih saveznih željeznica (SBB), Švicarska je razvila planove za dva željeznička tunela s jednim kolosijekom od 57{2}} kilometara između Erstfelda i Bodia. Sustav je uključivao 180 spojnih prolaza i višenamjenskih postaja u Sedrunu i Faidu.

Ukupni sustav tunela protezao se preko 150 kilometara, a slojevi stijena iznad najdubljih dijelova dosezali su gotovo 2,5 kilometara debljine.

Izazovi tunela ispod Alpa

Godine 1998., nakon niza geoloških istraživanja, Švicarske savezne željeznice osnovale su tvrtku AlpTransit Gotthard AG za nadgledanje izgradnje tunela Gotthard Base.

Za potrebe izgradnje, dva-tunela s jednim kolosijekom podijeljena su u pet odjeljaka.

Iako je snijeg prekrio alpske vrhove iznad, temperature duboko pod zemljom dosezale su 45 stupnjeva, stvarajući značajne inženjerske izazove. Inženjeri su morali upravljati sustavima hlađenja radnika, ventilacijskim sustavima, visokim pritiskom podzemne vode i ogromnim opterećenjem stijena iznad tunela.

Pritisak okolnih stijena bio je toliko intenzivan da su područja iskopa doživjela ozbiljne deformacije. Visoko razlomljena stijena mogla bi se gurnuti prema unutra, smanjujući poprečni-presjek tunela i utječući na strukturnu stabilnost.

Čelični potporni sustavi za ekstremni podzemni tlak

Kako bi riješio te izazove, projektni tim uveo je napredne rudarske tehnike, uključujući čelične lučne potporne dijelove s kliznim tarnim spojevima.

Ove čelične potporne strukture dizajnirane su za prilagodbu u skladu s preciznim razinama opterećenja i lagano se deformiraju pod rastućim pritiskom bez oštećenja obloge tunela.

Za podzemne inženjerske projekte koji su izloženi ekstremnom stresu, performanse materijala su kritične. Materijali visoke-čvrstoće kao što je čelična ploča visoke čvrstoće obično se odabiru za zahtjevne konstrukcijske primjene jer pružaju izvrsnu nosivost-opterećenja i pouzdanu mehaničku izvedbu.

U usporedbi s tradicionalnim nosačima, konstruirane čelične komponente mogu apsorbirati deformacije i održati strukturni integritet u promjenjivim podzemnim uvjetima.

"Stisak tla zahtijeva specijalizirane potporne sustave oko tunela", objasnio je Ivor Thomas, upravitelj tunela u BAM Nuttallu i potpredsjednik British Tunneling Society. "Ovi čelični klizni lukovi pažljivo su dizajnirani da popuštaju bez utjecaja na cjelovitost obloge tunela."

Nakon prevladavanja ovih tehničkih izazova, građevinski tim završio je posljednji proboj tunela u listopadu 2010. godine, uklanjajući približno 28,2 milijuna tona iskopanog kamena nakon 11 godina tuneliranja.

Željezničke tračnice visokih performansi

Međutim, uspjeh Gotthardskog baznog tunela nije ovisio samo o dovršetku iskapanja. Bez visoko{1}}kvalitetnog željezničkog sustava, tunel ne bi mogao postići svoj cilj prijevoza šest teretnih vlakova i dva putnička vlaka na sat u svakom smjeru.

Kao dio željezničkog sustava, cijela trasa koristila je 290 kilometara toplinski-tretiranih tračnica od perlitnog čelika i skretnica visokih-učinkovitosti.

Toplinska obrada mijenja mikrostrukturu čelika, poboljšava otpornost na habanje, zamor kotrljanjem i druge nedostatke. Ova su svojstva posebno važna za željezničke sustave koji rade pod velikim brzinama i velikim opterećenjem.

Slični zahtjevi vrijede za industrijske primjene u kojima se čelična ploča otporna na habanje koristi za produljenje životnog vijeka pod ponovljenim udarcima, trenjem i mehaničkim naprezanjem.

Toplinski{0}}proizvodi od čelika također poboljšavaju radnu sigurnost, smanjuju zahtjeve za održavanjem i produžuju životni vijek željezničke infrastrukture.

Čelik visokih performansi za teški transport

Budući da je svaki dio projekta zahtijevao iznimnu pouzdanost, isporuka 18.000 tona tračnica visoke-čvrstoće i 43 skretnice visokih-učinkovitosti dodijeljena je specijaliziranom proizvođaču čelika voestalpine.

"Maksimalne brzine koje postižu putnički i teretni vlakovi u baznom tunelu Gotthard stvaraju izuzetno visoke zahtjeve za kvalitetu željezničkih tračnica i skretničkih sustava", rekao je Franz Kainersdorfer, voditelj voestalpine Metal Engineering.

Željeznički sustav koristi standardne tračnice od 120 metara za poboljšanje sigurnosti i smanjenje broja ranjivih točaka zavarivanja.

Za proizvodnju tračnica koje mogu ispuniti zahtjeve projekata kao što je Gotthard Base Tunnel, razvijene su napredne tehnologije proizvodnje i toplinske -obrade radi poboljšanja performansi čelika.

Slični principi također se primjenjuju u modernoj industrijskoj proizvodnji čelika, gdje se ploče od ugljičnog čelika i drugi-čelični materijali visokih performansi odabiru prema snazi, izdržljivosti i radnim uvjetima.

Budućnost primjene čelika visokih performansi

Projekt Gotthard Base Tunnel pomogao je u razvoju sljedećih{0}}generacija toplinski-proizvoda od čelika.

voestalpine je kasnije predstavio čelik s ultra{0}}visokom-ugljičnom-tretiranošću dizajniran za poboljšanje nosivosti mješovitog teretnog i teškog{3}}željezničkog sustava.

Tvrtka je tvrdila da u usporedbi sa standardnim toplinski{0}}obrađenim tračnicama, ovi napredni proizvodi mogu značajno smanjiti troškove održavanja uz produženje radnog vijeka.

Projekti kao što je Gotthard Base Tunnel pokazuju važnost odabira pravih čeličnih materijala za ekstremna okruženja.

Od potpornih sustava podzemnih tunela do infrastrukture brzih željeznica, napredni čelični proizvodi kao što su čelični lim visoke čvrstoće, čelični lim otporan na habanje i druge specijalizirane čelične konstrukcijske komponente nastavljaju podržavati neke od najizazovnijih svjetskih inženjerskih projekata.