Sådan fungerer tunneler

Næste

• Sådan fungerer undergrundsbaner
  
• Sådan fungerer broer
  
• Discover.com Transatlantic Tunnel
  

På sit mest grundlæggende, -en tunnel er et rør udhulet gennem jord eller sten. Bygger en tunnel, imidlertid, er en af ​​de mest komplekse udfordringer inden for civilingeniør. Mange tunneller betragtes som teknologiske mesterværker, og regeringer har hædret tunnelingeniører som helte. Det er ikke at sige, selvfølgelig, at nogle tunnelprojekter ikke er stødt på store tilbageslag. Central Artery/Tunnel Project ("Big Dig") i Boston, Massachusetts var plaget af massive omkostningsoverskridelser, anklager om korruption, og et delvis loftskollaps, der resulterede i en dødsfald. Men disse udfordringer har ikke forhindret ingeniører i at drømme om endnu større og dristigere ideer, såsom at bygge en transatlantisk tunnel for at forbinde New York med London.

I denne artikel, vi vil undersøge, hvad der gør tunneler til en så attraktiv løsning for jernbaner, vejbaner, offentlige forsyningsselskaber og telekommunikation. Vi vil se på tunnels definerende egenskaber og undersøge, hvordan tunneller er bygget. Vi vil også se på "Big Dig" i detaljer for at forstå de muligheder og udfordringer, der er forbundet med at bygge en tunnel. Endelig, vi vil se på tunnels fremtid.

Tunnel Image Gallery

Billede høflighed Daniel Schwen/
bruges under Creative Commons Attribution-ShareAlike License
Gotthard -basistunnelen, en jernbanetunnel under opførelse i Schweiz. Se flere billeder af tunneler.

Tunnel Basics
En tunnel er en vandret passage placeret under jorden. Mens erosion og andre naturkræfter kan danne tunneler, i denne artikel vil vi tale om menneskeskabte tunneler - tunneler skabt ved udgravningsprocessen. Der er mange forskellige måder at udgrave en tunnel på, herunder manuelt arbejde, sprængstof, hurtig opvarmning og afkøling, tunnelmaskineri eller en kombination af disse metoder.

Nogle strukturer kan kræve udgravning svarende til tunneludgravning, men er faktisk ikke tunneler. Aksler , for eksempel, er ofte håndgravet eller gravet med kedeligt udstyr. Men i modsætning til tunneler, aksler er lodrette og kortere. Tit, aksler er bygget enten som en del af et tunnelprojekt for at analysere klippen eller jorden, eller i tunnelkonstruktion for at levere overskrifter, eller steder, hvorfra der kan graves en tunnel ud.

Diagrammet herunder viser forholdet mellem disse underjordiske strukturer i en typisk bjergtunnel. Tunnelens åbning er en portal . "Taget" af tunnelen, eller den øverste halvdel af røret, er krone . Den nederste halvdel er vende . Den grundlæggende geometri af tunnelen er a kontinuerlig bue . Fordi tunneler skal modstå et voldsomt pres fra alle sider, buen er en ideel form. I tilfælde af en tunnel, buen går simpelthen hele vejen rundt.

Tunnelingeniører, som broingeniører, skal beskæftige sig med et fysikområde kendt som statik . Statik beskriver, hvordan følgende kræfter interagerer for at producere ligevægt på strukturer som tunneler og broer:

• Spænding , som udvider sig, eller trækker på, materiale
• Kompression , hvilket forkortes, eller klemmer materiale
• Klipning , hvilket får dele af et materiale til at glide forbi hinanden i modsatte retninger
• Torsion , som vrider et materiale

Tunnelen skal modsætte sig disse kræfter med stærke materialer, såsom murværk, stål, jern og beton.

For at forblive statisk, tunneler skal kunne modstå de belastninger, der lægges på dem. Død belastning refererer til vægten af ​​selve strukturen, mens levende belastning refererer til vægten af ​​de køretøjer og mennesker, der bevæger sig gennem tunnelen.

Vi vil se på de grundlæggende typer tunneler næste.

Indhold

1. Typer af tunneler
2. Tunnelplanlægning
3. Tunnelkonstruktion:Soft Ground og Hard Rock
4. Tunnelkonstruktion:Soft Rock og Underwater
5. The Big Dig

Typer af tunneler

Der er tre brede kategorier af tunneler:minedrift, offentlige arbejder og transport. Lad os se kort på hver type.

Mine tunneler bruges under malmudvinding, gør det muligt for arbejdere eller udstyr at få adgang til mineral- og metalaflejringer dybt inde i jorden. Disse tunneler fremstilles ved hjælp af lignende teknikker som andre tunneltyper, men de koster mindre at bygge. Mine tunneler er ikke så sikre som tunneler designet til permanent besættelse, imidlertid.

Foto høflighed National Photo Company Collection/Library of Congress Prints and Photographs Division
En kulminer stod bag på en bil i en minetunnel i begyndelsen af ​​1900'erne. Læg mærke til, at siderne af tunnelen er skåret op af træ.

Tunnel til offentlige arbejder bære vand, spildevand eller gasledninger over store afstande. De tidligste tunneler blev brugt til at transportere vand til, og spildevand væk fra, stærkt befolkede regioner. Romerske ingeniører brugte et omfattende netværk af tunneler til at hjælpe med at transportere vand fra bjergkilder til byer og landsbyer. Disse tunneler var en del af akvæduktsystemer, som også omfattede underjordiske kamre og skrånende brolignende strukturer understøttet af en række buer. Af 97 e.Kr., ni akvædukter førte cirka 85 millioner liter vand om dagen fra bjergkilder til byen Rom.

Foto høflighed Eric og Edith Matson Photograph Collection/Library of Congress Prints and Photographs Division
En romersk akvedukt, der løber fra Salomons pools
til Jerusalem

Inden der var tog og biler, der var transporttunneler såsom kanaler - kunstige vandveje, der bruges til rejser forsendelse eller kunstvanding. Ligesom jernbaner og veje i dag, kanaler løb normalt over jorden, men mange krævede tunneler for effektivt at passere gennem en forhindring, såsom et bjerg. Kanalkonstruktion inspirerede nogle af verdens tidligste tunneler.

Den underjordiske kanal, beliggende i Lancashire County og Manchester, England, blev bygget fra midten til slutningen af ​​1700'erne og inkluderer miles af tunneler til at huse de underjordiske kanaler. En af Amerikas første tunneler var Paw Paw Tunnel, bygget i West Virginia mellem 1836 og 1850 som en del af Chesapeake og Ohio Canal. Selvom kanalen ikke længere løber gennem Paw Paw, ved 3, 118 fod lang er det stadig en af ​​de længste kanaltunneler i USA.

Foto høflighed Kmf164/ Creation Commons Attribution Del-lignende licens
Rejser gennem Holland Tunnel fra Manhattan til New Jersey

I det 20. århundrede, tog og biler havde erstattet kanaler som den primære transportform, fører til konstruktion af større, længere tunneler. Holland Tunnel, færdig i 1927, var en af ​​de første vejbanetunneler og er stadig et af verdens største ingeniørprojekter. Opkaldt efter ingeniøren, der havde tilsyn med byggeriet, tunnelen udgør næsten 100, 000 biler dagligt mellem New York City og New Jersey.

Tunnelbyggeri kræver meget planlægning. Vi vil undersøge hvorfor i det næste afsnit.

Tunnelplanlægning

Næsten hver tunnel er en løsning på en bestemt udfordring eller problem. I mange tilfælde, den udfordring er en hindring, som en kørebane eller jernbane skal omgå. De kan være vandområder, bjerge eller andre transportruter. Selv byer, med lidt ledig plads til nybyggeri, kan være en hindring, som ingeniører skal tunnelere under for at undgå.

Foto høflighed Japan Railway Public Corporation
Byggeriet af Seikan-tunnelen indebar en 24-årig kamp for at overvinde udfordringer, som blød sten under havet stiller.

I tilfælde af Holland -tunnelen, udfordringen var et forældet færgesystem, der anstrengte at transportere mere end 20, 000 køretøjer om dagen på tværs af Hudson -floden. For embedsmænd i New York City, løsningen var klar:Byg en biltunnel under floden og lad pendlere køre sig selv fra New Jersey ind i byen. Tunnelen påvirkede øjeblikkeligt. Alene på åbningsdagen, 51, 694 køretøjer foretog krydset, med en gennemsnitlig rejsetid på kun 8 minutter.

Sommetider, tunneler tilbyder en sikrere løsning end andre strukturer. Seikan -tunnelen i Japan blev bygget, fordi færger, der krydser Tsugaru -stredet, ofte stødte på farlige farvande og vejrforhold. Efter en tyfon sank fem færger i 1954, den japanske regering overvejede en række forskellige løsninger. De besluttede, at enhver bro, der var sikker nok til at modstå de alvorlige forhold, ville være for vanskelig at bygge. Endelig, de foreslog en jernbanetunnel, der kører næsten 800 fod under havoverfladen. Ti år senere, byggeriet begyndte, og i 1988, Seikan Tunnel åbnede officielt.

Hvordan en tunnel bygges afhænger meget af det materiale, den skal passere igennem. Tunnel gennem blødt underlag, for eksempel, kræver meget forskellige teknikker end tunneling gennem hård sten eller blød sten, såsom skifer, kridt eller sandsten. Tunnel under vandet, det mest udfordrende af alle miljøer, kræver en unik tilgang, der ville være umulig eller upraktisk at gennemføre over jorden.

Derfor er planlægning så vigtig for et vellykket tunnelprojekt. Ingeniører foretager en grundig geologisk analyse for at bestemme den type materiale, de vil tunnelle igennem og vurdere de relative risici ved forskellige steder. De overvejer mange faktorer, men nogle af de vigtigste omfatter:

• Jord- og klippetyper
• Svage senge og zoner, inklusive fejl og forskydningszoner
• Grundvand, herunder flowmønster og tryk
• Særlige farer, såsom varme, gas- og fejlledninger

Tit, en enkelt tunnel vil passere gennem mere end en type materiale eller støde på flere farer. God planlægning giver ingeniører mulighed for at planlægge disse variationer lige fra begyndelsen, mindske sandsynligheden for en uventet forsinkelse midt i projektet.

Når ingeniører har analyseret det materiale, tunnelen vil passere igennem og har udviklet en samlet udgravningsplan, byggeriet kan begynde. Tunnelingeniørernes betegnelse for at bygge en tunnel er kørsel , og fremskridt i passagen kan være lang, kedelig proces, der kræver sprængning, kedeligt og graver i hånden.

I det næste afsnit, vi vil se på, hvordan arbejdere kører tunneler gennem blødt underlag og hård sten.

Tunnelkonstruktion:Soft Ground og Hard Rock

Arbejdstagere bruger generelt to grundlæggende teknikker til at føre en tunnel frem. I fuld ansigt metode , de udgraver hele tunnelens diameter på samme tid. Dette er mest velegnet til tunneler, der passerer gennem stærk grund eller til at bygge mindre tunneler. Den anden teknik, vist i diagrammet herunder, er top-kurs-og-bænk metode . I denne teknik, arbejdere graver en mindre tunnel kendt som en overskrift . Når den øverste kurs er kommet et stykke ind i klippen, arbejdere begynder at udgrave umiddelbart under gulvet i den øverste overskrift; dette er en bænk . En fordel ved top-kurs-og-bænk-metoden er, at ingeniører kan bruge retningstunnelen til at måle stens stabilitet, inden de går videre med projektet.

Bemærk, at diagrammet viser tunnellering, der finder sted fra begge sider. Tunneler gennem bjerge eller under vandet arbejdes normalt fra de to modsatte ender, eller ansigter , af passagen. I lange tunneler, lodrette aksler kan graves med mellemrum for at udgrave fra mere end to punkter.

Lad os nu se mere specifikt på, hvordan tunneller udgraves i hvert af de fire primære miljøer:blødt grundlag, hård rock, blød sten og under vandet.

Soft Ground (jorden)
Arbejdere graver bløde tunneler gennem ler, silt, sand, grus eller mudder. I denne type tunnel, stand-up tid - hvor længe jorden sikkert vil stå af sig selv på udgravningspunktet- er af afgørende betydning. Fordi stand-up-tid generelt er kort, når der tunnelleres gennem blødt underlag, huler er en konstant trussel. For at forhindre dette i at ske, ingeniører bruger et specielt stykke udstyr kaldet a skjold . Et skjold er en jern- eller stålcylinder, der bogstaveligt talt skubbes ind i den bløde jord. Det skærer et perfekt rundt hul og understøtter den omgivende jord, mens arbejdere fjerner snavs og installerer en permanent foring lavet af støbejern eller præfabrikeret beton. Når arbejderne gennemfører en sektion, stik skubber skjoldet fremad, og de gentager processen.

Marc Isambard Brunel, en fransk ingeniør, opfandt det første tunnelskjold i 1825 til udgravning af Thames Tunnel i London, England. Brunels skjold omfattede 12 forbundne rammer, beskyttet på toppen og siderne af tunge plader kaldet stave . Han opdelte hver ramme i tre arbejdsområder, eller celler , hvor gravere kunne arbejde sikkert. En mur af korte tømmer, eller brystbrætter , adskilte hver celle fra tunnelens overflade. En graver ville fjerne et brystbræt, udskær tre eller fire tommer ler og udskift brættet. Når alle graverne i alle cellerne havde gennemført denne proces på et afsnit, kraftige skruestik skubbede skjoldet fremad.

I 1874, Peter M. Barlow og James Henry Greathead forbedrede Brunels design ved at konstruere et cirkulært skjold foret med støbejernsegmenter. De brugte først det nydesignede skjold til at udgrave en anden tunnel under Themsen til fodgængertrafik. Derefter, i 1874, skjoldet blev brugt til at udgrave London Underground, verdens første metro. Greathead forfinede skærmdesignet yderligere ved at tilføje trykluftstryk inde i tunnelen. Når lufttrykket inde i tunnelen oversteg vandtrykket udenfor, vandet holdt sig ude. Snart, ingeniører i New York, Boston, Budapest og Paris havde vedtaget Greathead -skjoldet for at bygge deres egne metrolinjer.

Hård rock
Tunnel gennem hård sten involverer næsten altid sprængning. Arbejdere bruger et stillads, kaldet a jumbo , at placere sprængstof hurtigt og sikkert. Jumboen bevæger sig hen til tunnelen, og bor monteret på jumboen laver flere huller i klippen. Dybden af ​​hullerne kan variere afhængigt af stentypen, men et typisk hul er cirka 10 fod dybt og kun et par centimeter i diameter. Næste, arbejdere pakker sprængstof i hullerne, evakuere tunnelen og detonere afgifterne. Efter støvsugning af de skadelige dampe, der blev dannet under eksplosionen, arbejdere kan komme ind og begynde at udføre affaldet, kendt som møg , ved hjælp af vogne. Derefter gentager de processen, som langsomt bevæger sig gennem tunnelen.

Brand-indstilling er et alternativ til sprængning. I denne teknik, tunnelvæggen opvarmes med ild, og derefter afkølet med vand. Den hurtige ekspansion og sammentrækning forårsaget af den pludselige temperaturændring får store stykker sten til at bryde af. Cloaca Maxima, en af ​​Roms ældste kloak -tunneler, blev bygget ved hjælp af denne teknik.

Stand-up-tiden for solid, meget hård sten kan måle i århundreder. I dette miljø, ekstra støtte til tunneltaget og vægge er muligvis ikke påkrævet. Imidlertid, de fleste tunneler passerer gennem sten, der indeholder brud eller lommer af brudt sten, så ingeniører skal tilføje yderligere støtte i form af bolte, sprøjtet beton eller ringe af stålbjælker. I de fleste tilfælde, de tilføjer en permanent betonforing.

Vi vil se på tunnelkørsel gennem blød sten og derefter køre under vandet.

Tunnelkonstruktion:Soft Rock og Underwater

Foto høflighed By og amt Denver
Et kedeligt TBM -hoved, der viser diskskærerne

Tunnel gennem blød sten og tunnel under jorden kræver forskellige tilgange. Sprængning i blødt, fast sten som skifer eller kalksten er vanskelig at kontrollere. I stedet, ingeniører bruger tunnelboremaskiner (TBM'er) , eller mol , at oprette tunnelen. TBM'er er enorme, multimillion-dollar stykker udstyr med en cirkulær plade i den ene ende. Den cirkulære plade er dækket med diskskærere -mejselformede skæretænder stålskiver eller en kombination af de to. Da den cirkulære plade langsomt roterer, skiveskærerne skæres i klippen, der falder gennem mellemrum i skærehovedet på et transportsystem. Transportbåndssystemet bærer smøgen bag på maskinen. Hydrauliske cylindre, der er fastgjort til rygsøjlen på TBM, driver den frem et par fod ad gangen.

TBM keder ikke bare tunnellerne - de giver også støtte. Når maskinen udgraver, to øvelser lige bag kutterne borede i klippen. Derefter pumper arbejderne fugemasse ind i hullerne og fastgør bolte for at holde alt på plads, indtil den permanente foring kan installeres. TBM opnår dette med en massiv erektorarm, der hæver segmenter af tunnelforingen på plads.

Foto høflighed Department of Energy
En TBM brugt til opførelsen af ​​Yucca Mountain Repository, et amerikansk ministerium for energiterminal

Undervands
Tunneler bygget på tværs af bunden af ​​floder, bugter og andre vandområder bruger cut-and-cover metode , hvilket indebærer at nedsænke et rør i en grøft og dække det med materiale for at holde røret på plads.

Byggeriet begynder med at mudre en skyttegrav i flodbunden eller havbunden. Lang, præfabrikerede rørsektioner, lavet af stål eller beton og forseglet for at holde vand ude, flyder til stedet og sænkes i den forberedte skyttegrav. Derefter forbinder dykkere sektionerne og fjerner tætningerne. Overskydende vand pumpes ud, og hele tunnelen er dækket med genfyldning.

Foto høflighed Stephen Dawson/Creative Commons Attribution Share-alike License
Den britiske ende af Kanaltunnelen ved Cheriton nær Folkestone i Kent

Tunnelen, der forbinder England og Frankrig - kendt som Kanaltunnelen, Eurotunnel eller Chunnel - løber under Den Engelske Kanal gennem 32 miles af blødt, kridtet jord. Selvom det er en af ​​de længste tunneler i verden, det tog bare tre år at udgrave, takket være state-of-the-art TBM'er. Elleve af disse massive maskiner tyggede gennem havbunden, der lå under kanalen. Hvorfor så mange? Fordi kanalen faktisk består af tre parallelle rør, to, der transporterer tog, og en, der fungerer som en servicetunnel. To TBM'er placeret i modsatte ender af tunnelen gravede hvert af disse rør. I det væsentlige, de tre britiske TBM'er løb mod de tre franske TBM'er for at se, hvem der først ville nå midten. De resterende fem TBM'er arbejdede inde i landet, skabe den del af tunnelen, der lå mellem portalerne og deres respektive kyster.

Foto høflighed Eric og Edith Matson Photograph Collection/
Library of Congress Prints and Photographs Division
Inde i et Holland Tunnel ventilationstårn

Medmindre tunnelen er kort, miljøkontrol er afgørende for at sikre sikre arbejdsforhold og for at sikre passagerernes sikkerhed, efter at tunnelen er i drift. En af de vigtigste bekymringer er ventilation - et problem forstørret af spildgasser produceret af tog og biler. Clifford Holland tog fat på problemet med ventilation, da han designede den tunnel, der bærer hans navn. Hans løsning var at tilføje to ekstra lag over og under hovedtrafiktunnelen. Det øverste lag renser udstødningsgasser, mens det nederste lag pumper frisk luft ind. Fire store ventilationstårne, to på hver side af Hudson -floden, huser de fans, der flytter luften ind og ud. Firs og fire fans, hver 80 fod i diameter, kan ændre luften fuldstændigt hvert 90. sekund.

Vi vil se på "Big Dig" næste.

The Big Dig

Nu hvor vi har set på nogle af de generelle principper for tunnelbygning, lad os overveje et igangværende tunnelprojekt, der fortsat skaber overskrifter, både for dets potentiale og for sine problemer. Central Artery er et større motorvejssystem, der løber gennem hjertet af Boston centrum, og det projekt, der bærer sit navn, betragtes af mange som en af ​​de mest komplekse - og dyre - ingeniørbragder i amerikansk historie. "Big Dig" er faktisk flere forskellige projekter i et, herunder en helt ny bro og flere tunneler. En nøgletunnel, afsluttet i 1995, er Ted Williams Tunnel. Det dykker under Boston Harbor for at tage Interstate 90 -trafik fra South Boston til Logan Airport. En anden nøgletunnel er placeret under Fort Point -kanalen, en smal vandmængde, der længe siden blev brugt af briterne som et opkrævningssted for skibe.

Inden vi ser på nogle af de teknikker, der blev brugt i konstruktionen af ​​disse Big Dig -tunneler, lad os gennemgå, hvorfor Boston-embedsmænd i første omgang besluttede at påtage sig et så massivt anlægsprojekt. Det største problem var byens mareridtsfulde trafik. Nogle undersøgelser viste, at inden 2010, Bostons myldretid kan vare næsten 16 timer om dagen, med alvorlige konsekvenser både for handel og livskvalitet for beboerne. Klart, der skulle gøres noget for at lindre trafikpropper og gøre det lettere for pendlere at navigere i byen. I 1990, Kongressen bevilgede $ 755 millioner til det massive motorvejsforbedringsprojekt, og et år senere, Federal Highway Administration gav sin godkendelse til at gå videre.

Foto høflighed Massachusetts Turnpike Authority
Ted Williams -tunnelen

Big Dig startede i 1991 med opførelsen af ​​Ted Williams Tunnel. Denne undervands tunnel udnyttede de gennemprøvede tunnelteknikker, der blev brugt på mange forskellige tunneler over hele verden. Fordi Boston Havn er ret dyb, ingeniører brugte cut-and-cover metoden. Stålrør, 40 fod i diameter og 300 fod lang, blev slæbt til Boston, efter at arbejdere lavede dem i Baltimore. Der, arbejdere færdiggjorde hvert rør med understøtninger til vejen, kabinetter til luftbehandlingspassager og forsyningsselskaber og en komplet foring. Andre arbejdere mudrede en skyttegrav på havnebunden. Derefter, de flød rørene til stedet, fyldte dem med vand og sænkede dem ned i skyttegraven. En gang forankret, en pumpe fjernede vandet, og arbejdere sluttede rørene til de tilstødende sektioner.

Ted Williams Tunnel åbnede officielt i 1995 - et af de få aspekter af Big Dig, der blev afsluttet til tiden og inden for det foreslåede budget. I 2010, det forventes at bære omkring 98, 000 biler om dagen.

Et par kilometer vest, Interstate 90 kommer ind i en anden tunnel, der fører motorvejen under South Boston. Lige før I-90/I-93-vekslingen, tunnelen støder på Fort Point Channel, en 400 fod bred vandmasse, der gav nogle af de største udfordringer ved Big Dig. Ingeniører kunne ikke bruge den samme stålrørs tilgang, som de benyttede på Ted Williams-tunnelen, fordi der ikke var plads nok til at flyde de lange stålpartier under broer på Summer Street, Congress Street og Northern Avenue. Til sidst, de besluttede at opgive konceptet stålrør helt og gå med betontunnelsektioner, den første brug af denne teknik i USA.

Problemet var at fremstille betonsektionerne på en måde, der gjorde det muligt for arbejdere at bevæge sig i position i kanalen. For at løse problemet, arbejdere byggede først en enorm tørdok på den sydlige Boston -side af kanalen. Kendt som støbebassin , tørdokken målte 1, 000 fod lang, 300 fod bred og 60 fod dyb - stor nok til at konstruere de seks betonsektioner, der ville udgøre tunnelen. Den længste af de seks tunnelsektioner var 414 fod lang, den bredeste 174 fod bred. Alle var omkring 27 fod høje. De tungeste vejede mere end 50, 000 tons.

De færdige sektioner blev forseglet vandtætte i hver ende. Derefter oversvømmede arbejdere bassinet, så de kunne flyde ud af sektionerne og placere dem over en skyttegrav udgravet på bunden af ​​kanalen. Desværre, en anden udfordring forhindrede ingeniører i blot at sænke betonsektionerne ned i skyttegraven. Den udfordring var Massachusetts Bay Transportation Authoritys Red Line -tunnelbane, som løber lige under skyttegraven. Vægten af ​​de massive betonsektioner ville skade den ældre metrotunnel, hvis der ikke blev gjort noget for at beskytte den. Så ingeniører besluttede at støtte tunnelsektioner ved hjælp af 110 søjler, der var sunket ned i grundfjeldet. Søjlerne fordeler tunnelens vægt og beskytter den røde linies metro, der fortsat bærer 1, 000 passagerer om dagen.

Foto høflighed By og amt Denver
Tunnel-jacking processen

Big Dig indeholder andre tunnelinginnovationer, såvel. For en del af tunnelen, der løber under en jernbanegård og bro, ingeniører besluttede sig tunnel-jacking , en teknik, der normalt bruges til at installere underjordiske rør. Tunnel-jacking involverer at tvinge en enorm betonkasse gennem snavs. Kassens top og bund understøtter jorden, mens jorden inde i kassen blev fjernet. Når den var tom, hydrauliske donkraft skubbede kassen mod en betonvæg, indtil det hele gled fem fod frem. Arbejdere installerede derefter afstandsstykkerør i det nyoprettede hul. Ved at gentage denne proces igen og igen, ingeniører var i stand til at rykke frem i tunnelen uden at forstyrre strukturerne ved overfladen.

I dag, 98 procent af konstruktionen forbundet med Big Dig er færdig, og omkostningerne er langt over $ 14 mia. Men udbetalingen til Boston -pendlere burde være investeringen værd. Den gamle forhøjede centrale arterie havde kun seks baner og var designet til at bære 75, 000 biler om dagen. Den nye underjordiske motorvej har otte til ti baner og vil bære omkring 245, 000 køretøjer om dagen i 2010. Resultatet er en normal bymæssig myldretid, der varer et par timer om morgenen og aftenen.

For at se, hvordan Big Dig kan sammenlignes med andre tunnelprojekter, se tabellen herunder.

Tunnel Beliggenhed Længde År at bygge Åbnet Koste Jernbanetunneler Seikan Tunnel Japan 53,9 km 24 1988 7 milliarder dollar Kanaltunnel England-Frankrig 49,2 km 7 1994 21 milliarder dollars Apennine Tunnel Italien 18,5 km 14 1934
Hoosac Tunnel Forenede Stater 7,6 km 22 1873 21 millioner dollars Motortrafik tunneler Laerdal Tunnel Norge 24,5 km 5 2000 $ 125 millioner St. Gotthard Road Tunnel Schweiz 16,2 km 11 1980
Bro-tunnel-komplekser Chesapeake Bay Bridge-tunnel Forenede Stater 28,3 km 3.5 1964 200 millioner dollars Øresundsbro og tunnel Danmark-Sverige 9,9 mi
(16 km) 8 2000 3 milliarder dollars

Tunnelens fremtid
Efterhånden som deres værktøjer forbedres, ingeniører fortsætter med at bygge længere og større tunneler. For nylig, avanceret billedteknologi har været tilgængelig til at scanne jordens inderside ved at beregne, hvordan lydbølger bevæger sig gennem jorden. Dette nye værktøj giver et præcist øjebliksbillede af en tunnels potentielle miljø, viser sten- og jordtyper, samt geologiske anomalier såsom fejl og revner.

Selvom sådan teknologi lover at forbedre tunnelplanlægningen, andre fremskridt vil fremskynde udgravning og jordstøtte. Den næste generation af tunnelborende maskiner vil kunne skære 1, 600 tons lort i timen. Ingeniører eksperimenterer også med andre klippeskæringsmetoder, der drager fordel af højtryksvandstråler, lasere eller ultralyd. Og kemiingeniører arbejder på nye typer beton, der hærder hurtigere, fordi de bruger harpikser og andre polymerer i stedet for cement.

Med nye teknologier og teknikker, tunneler, der virkede umulige selv for 10 år siden, synes pludselig at kunne lade sig gøre. En sådan tunnel er en foreslået transatlantisk tunnel, der forbinder New York med London. De 3, 100 kilometer lang tunnel ville rumme et magnetisk svævet tog, der kører 5, 000 miles i timen. Den anslåede rejsetid er 54 minutter - næsten syv timer kortere end en gennemsnitlig transatlantisk flyvning.

For meget mere information om tunneler og relaterede emner, tjek linkene på den næste side.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Sådan fungerer broer
• Sådan fungerer jern og stål
• Sådan fungerer skyskrabere
• Hvorfor er tunnels inderside normalt dækket af keramiske fliser?
• Hvad ville der ske, hvis jeg borede en tunnel gennem midten af ​​jorden og hoppede ind i den?
• Hvorfor er broer is før resten af ​​motorvejen?

Flere store links

• Bygger stort
• Discovery:Extreme Engineering
• Massachusetts Turnpike Authority:Big Dig
• Chesapeake Bay Bridge-Tunnel
• Havnemyndighed i New York og New Jersey:Holland Tunnel

Kilder

• Bygger stort
  http://www.pbs.org/wgbh/buildingbig/
• Ekstrem teknik
  http://dsc.discovery.com/convergence/engineering/archives/archives.html
• Gundersen, P. Erik. "Handy Physics Answer Book, "Synlig blækpresse, Michigan, 1995.
• Lundhus, Peter. "Brobygger i Skandinavien, "Scientific American Presents:The Tall, dybet, den lange, 1999.
• Macaulay, David. "Building Big:ledsageren til PBS -serien, "Walter Lorraine Books, New York, 2000.
• Massachusetts Turnpike Authority
  http://www.masspike.com/bigdig/index.html
• Patel, Mukul og Michael Wright, Ed. "Sådan fungerer tingene i dag." Crown Publishers, New York, 2000.
• Silleri, Bob. "Underjordisk kæmpe, "Populærvidenskab, Juni 2002.
  http://www.popsci.com/popsci/automotivetech/
  a0703bcc2eb84010vgnvcm1000004eecbccdrcrd.html
• "Tunnelmonstre på arbejde, "Populærvidenskab.
  http://www.popsci.com/popsci/technology/generaltechnology/
  0e1877530caf9010vgnvcm1000004eecbccdrcrd.html
• Troldmand, Åben. "The Big Dig, "Populærvidenskab, Juni 2001, s. 53-57.