Ingenieurs hebben bijna twintig jaar besteed aan het bouwen van 's werelds langste en diepste spoortunnel onder de met sneeuw-bedekte Zwitserse Alpen

Sinds het einde van de Tweede Wereldoorlog droomden ingenieurs ervan een snellere route door de Alpen te creëren om de transportverbindingen te verbeteren en de handel tussen verschillende regio's van Zwitserland te bevorderen.

De Zwitserse ingenieur Carl Eduard Gruner uit Bazel stelde als eerste het idee voor om een ​​snelle transporttunnel onder het Gotthardmassief aan te leggen. Al in 1947 stelde hij voor een tunnel met een lage- helling over de Gotthardbasis te creëren.

Als onderdeel van een breder trans{0}}alpenspoorwegnetwerk werd het project echter pas ruim veertig jaar later serieus overwogen, toen er plannen ontstonden voor een route die Erstfeld in het noorden en Bodio in het zuiden verbond.

De spoorlijn werd onderdeel van het AlpTransit-programma, ontworpen om de congestie op bergwegen te verminderen, de transporttijd en -kosten te verkorten en de impact op het milieu veroorzaakt door zwaar transport te verminderen.

In 1995 had Zwitserland, op aanbeveling van de Zwitserse federale spoorwegen (SBB), plannen ontwikkeld voor twee 57- kilometer lange enkelsporige spoortunnels tussen Erstfeld en Bodio. Het systeem omvatte 180 verbindingspassages en multifunctionele stations in Sedrun en Faido.

Het totale tunnelsysteem strekte zich uit over 150 kilometer, waarbij rotslagen boven de diepste delen een dikte van bijna 2,5 kilometer bereikten.

Tunneluitdagingen onder de Alpen

In 1998, na een reeks geologisch onderzoek, richtte de Zwitserse federale spoorwegen AlpTransit Gotthard AG op om toezicht te houden op de bouw van de Gotthard-basistunnel.

Voor bouwdoeleinden werden de twee enkel-spoortunnels in vijf secties verdeeld.

Hoewel sneeuw de bergtoppen erboven bedekte, bereikten de temperaturen diep onder de grond 45 graden, wat aanzienlijke technische uitdagingen met zich meebracht. Ingenieurs moesten de koeling van werknemers, ventilatiesystemen, hoge ondergrondse waterdruk en enorme rotsbelastingen boven de tunnel beheren.

De druk van omringende rotsen was zo intens dat de uitgravingsgebieden ernstige vervorming ondervonden. Sterk gebroken gesteente kan naar binnen duwen, waardoor de tunneldwarsdoorsnede- kleiner wordt en de structurele stabiliteit wordt aangetast.

Stalen ondersteuningssystemen voor extreme ondergrondse druk

Om deze uitdagingen op te lossen introduceerde het projectteam geavanceerde mijnbouwtechnieken, waaronder stalen boogsteunsecties met glijdende wrijvingsverbindingen.

Deze stalen draagconstructies zijn ontworpen om zich aan te passen aan de precieze belastingsniveaus en lichtjes te vervormen onder toenemende druk zonder de tunnelbekleding te beschadigen.

Voor ondergrondse engineeringprojecten die aan extreme spanningen worden blootgesteld, zijn de materiaalprestaties van cruciaal belang. Materialen met een hoge- sterkte, zoals staalplaat met hoge sterkte, worden doorgaans geselecteerd voor veeleisende structurele toepassingen omdat ze een uitstekend draagvermogen- en betrouwbare mechanische prestaties bieden.

Vergeleken met traditionele steunen kunnen stalen componenten vervorming absorberen en de structurele integriteit behouden onder veranderende ondergrondse omstandigheden.

"Het grondknijpen vereist gespecialiseerde ondersteuningssystemen rond de tunnel", legt Ivor Thomas, tunnelmanager bij BAM Nuttall en vice-president van de British Tunneling Society uit. "Deze stalen schuifbogen zijn zorgvuldig ontworpen om mee te geven zonder de integriteit van de tunnelbekleding aan te tasten."

Na het overwinnen van deze technische uitdagingen voltooide het bouwteam in oktober 2010 de laatste tunneldoorbraak, waarbij ongeveer 28,2 miljoen ton uitgegraven gesteente werd verwijderd na 11 jaar tunnelen.

Spoorlijnen met hoge prestaties

Het succes van de Gotthard-basistunnel was echter niet alleen afhankelijk van de voltooiing van de opgraving. Zonder een spoorwegsysteem van hoge-kwaliteit zou de tunnel zijn doel van het vervoer van zes goederentreinen en twee passagierstreinen per uur in elke richting niet kunnen bereiken.

Als onderdeel van het spoorwegsysteem werd op de hele route gebruik gemaakt van 290 kilometer warmte-behandelde perlitische stalen rails en hoogwaardige- wissels.

Warmtebehandeling verandert de microstructuur van staal, waardoor de weerstand tegen slijtage, rolcontactvermoeidheid en andere defecten wordt verbeterd. Deze eigenschappen zijn vooral belangrijk voor spoorwegsystemen die onder hoge snelheden en zware belastingen werken.

Soortgelijke eisen zijn van toepassing op industriële toepassingen waarbij slijtvaste staalplaten worden gebruikt om de levensduur bij herhaalde schokken, wrijving en mechanische belasting te verbeteren.

Warmte{0}}behandelde staalproducten verbeteren ook de operationele veiligheid, verminderen de onderhoudsvereisten en verlengen de levensduur van de spoorweginfrastructuur.

Hoogwaardig staal voor zwaar transport

Omdat elk onderdeel van het project uitzonderlijke betrouwbaarheid vereiste, werd de levering van 18.000 ton hoge-rails en 43 hoogwaardige-wissels toegewezen aan de gespecialiseerde staalfabrikant voestalpine.

"De maximale snelheden die passagiers- en goederentreinen in de Gotthard-basistunnel bereiken, stellen extreem hoge eisen aan de kwaliteit van spoorlijnen en wisselsystemen", zegt Franz Kainersdorfer, hoofd van voestalpine Metal Engineering.

Het spoorwegsysteem maakt gebruik van standaard rails van 120 meter om de veiligheid te verbeteren en het aantal kwetsbare laspunten te verminderen.

Om rails te vervaardigen die kunnen voldoen aan de eisen van projecten als de Gotthard-basistunnel, zijn geavanceerde productie- en warmtebehandelingstechnologieën ontwikkeld om de staalprestaties te verbeteren.

Soortgelijke principes worden ook toegepast bij de moderne industriële staalproductie, waar koolstofstaalplaten en andere hoogwaardige staalmaterialen- worden geselecteerd op basis van sterkte, duurzaamheid en bedrijfsomstandigheden.

De toekomst van hoogwaardige staaltoepassingen

Het Gotthard-basistunnelproject heeft bijgedragen aan de ontwikkeling van de volgende-generatie warmte-behandelde staalproducten.

voestalpine introduceerde later ultra-hoog-koolstofwarmte-behandeld staal, ontworpen om de laadcapaciteit van gemengde vracht- en zware- spoorwegsystemen te verbeteren.

Het bedrijf beweerde dat deze geavanceerde producten, vergeleken met standaard hittebehandelde rails, de onderhoudskosten aanzienlijk konden verlagen en tegelijkertijd de levensduur konden verlengen.

Projecten zoals de Gotthard-basistunnel tonen aan hoe belangrijk het is om de juiste staalmaterialen voor extreme omgevingen te selecteren.

Van ondergrondse tunnelondersteuningssystemen tot hogesnelheidsspoorweginfrastructuur: geavanceerde staalproducten zoals hogesterktestaalplaten, slijtvaste staalplaten en andere gespecialiseerde structurele staalcomponenten blijven enkele van 's werelds meest uitdagende technische projecten ondersteunen.