مهندسي بينهايت: تونل مانش، بلندترين تونل زير آبي جهان
تونل مانش (به فرانسوي Le tunnel sous la Manche) يا تونل شانل (Chunnel) يا تونل كانال (Channel) يكي از بلندترين تونلهاي جهان است كه در دههي پاياني قرن بيستم به بهرهبرداري رسيد. اين تونل كه امروزه بهنام يوروتونل (Eurotunnel) هم شناخته ميشود، بهنوعي بريتانيا را به اتحاديهي اروپا متصل كرده است. تونل مانش با طول ۵۰/۴۵ كيلومتر، دو خط ريلي دارد كه فوكستون در بريتانيا را به كوكل در فرانسه متصل و از زير كانال مانش (يا كانال انگليس) عبور ميكند. تونل مانش، تنها راه مواصلاتي ثابت بين بريتانيا و اتحاديهي اروپا محسوب ميشود و خط ريلي عظيمي از شرق بريتانيا تا چين ايجاد ميكند. اين تونل در پايينترين عمق ۷۵ متر زير بستر دريا قرار دارد و ۱۱۵ متر با سطح دريا فاصله پيدا ميكند. طول تونل در زير آب به ۳۷/۹ كيلومتر ميرسد كه بلندترين طول تونل زير آبي در جهان محسوب ميشود.
درحالحاضر، شركت GetLink مديريت و مالكيت تونل مانش را دراختيار دارد. در خطوط ريلي تونل، قطارهاي سريعالسير يورواستار استفاده ميشوند كه حمل مسافر را برعهده دارند. جابهجايي وسايل نقليه هم از همان خطوط انجام ميشود كه قطارهاي موسوم به يوروتونل شاتل آن را برعهده دارند. سالانه ميليونها مسافر و وسيلهي نقليه و چندميليون بار ازطريق تونل مانش بين اروپا و بريتانيا جابهجا ميشود.
ايدهها و برنامههايي براي ساخت تونل بين بريتانيا و اروپا از سال ۱۸۰۲ شكل گرفت. در آن زمان، سياست دولت بريتانيا و فشارهاي رسانهاي دربارهي تهديد امنيت ملي در بريتانيا، از ساخت تونل مانع شد. در سالهاي پاياني قرن نوزدهم، انگلستان تلاشهاي ناموفقي براي ساخت تونل كرد كه اشكالات مهندسي از تكميل آن مانع شد. تلاش نهايي از سال ۱۹۸۸ در دو سمت بريتانيا و فرانسه شروع شد و تونل امروزي از سال ۱۹۹۴ كار خود را شروع كرد. در سال ۱۹۸۵، هزينهي ساختوساز تونل مانش حدود ۵/۵ ميليارد پوند پيشبيني شده بود. در آن زمان، تونل مانش بهعنوان پرهزينهترين پروژهي ساختوساز جهان شناخته ميشد. نكتهي جالب اينكه درنهايت پروژه با هزينهي بسيار بيشتر از پيشبينيها، يعني ۹ ميليارد پوند، بهپايان رسيد. امروزه، تونل مانش بهعنوان يكي از عجايب هفتگانهي جهان مدرن شناخته ميشود.
شماتيك نقشهي محل قرارگيري تونل مانش
تاريخچهي ساخت
اولين ايده براي ساخت تونلي براي اتصال بريتانيا و فرانسه در سال ۱۸۰۲ مطرح شد. آلبرت متيو فاويه، مهندس معدن فرانسوي، پيشنهاد داد تونل زير كانال انگليس حفر شود. طرح اوليهي او شامل چراغهاي نفتي براي روشنكردن مسير تونل و جابهجايي بهكمك كالسكههاي اسبي و ساختن جزيرهي مصنوعي در ميانهي مسير براي تعويض اسبها بود. فاويه در طرح خود تونلي دوطبقه را پيشنهاد داده بود كه از بالاي آن براي حملونقل و از طبقهي پايين براي جابهجايي آبهاي سطحي استفاده ميشد. بههرحال، طرح او در آن زمان اجرايي و مقرونبهصرفه نبود و تأثير سياست و رسانه را هم در اجرانشدنش نبايد دستكم گرفت.
ايمه تومه دو گمو پيشنهاد دوم براي حفر تونل در زير كانال انگليس را مطرح كرد. در سال ۱۸۳۹، وي مطالعات دقيق زمينشناسي و هيدروگرافي را دربارهي منطقهي كانال انجام و تا سال ۱۸۵۶، طرح خود را توسعه داد. در آن زمان، او طرح خود را به ناپلئون سوم ارائه كرد و پيشنهاد تونل ريلي بين گرينه در فرانسه تا ايستواتر پوينت در بريتانيا مطرح كرد. او هزينهاي حدود هفتميليون پوند را براي پروژهي مدانديشه متخصصين خود پيشبيني كرده بود. تا دههي ۱۸۷۰، بازهم پيشنهادهاي مشابهي مطرح شد كه بهدلايل متعدد علمي و سياسي به موفقيت نرسيدند. درنهايت در آن دهه، پروتكلي بين بريتانيا و فرانسه امضا و لاخبار تخصصي راهاندازي تونل بين دو كشور تصويب شد.
اولين طرح براي تونل مانش
سر ادوارد واتكين، از كارآفرينان بريتانيايي صنعت ريلي، بههمراه الكساندر لاوالي، يكي از پيمانكاران پروژهي كانال سوئز، در سال ۱۸۸۱ در شركت راهآهن زيرآبي فرانسويبريتانيايي عضويت داشتند و مطالعات جدي تجربي را در هر دو سمت تونل نهايي انجام دادند. مطالعات آنها به حفر اولين وروديها در سمت فرانسه و بريتانيا انجاميد. در سمت بريتانيايي، تونل اوليهاي به قطر ۲/۱۳ متر و طول ۱،۸۹۳ متر از صخرهي شكسپير و در سمت فرانسه نيز تونلي با قطر مشابه و به طول ۱،۶۶۹ متر از سانگات حفر شد. اين پروژه هم بهدليل فشارهاي سياسي و رسانهاي خصوصا از سمت بريتانيا به موفقيت نرسيد.
تا ميانههاي قرن بيستم، بازهم پيشنهادها و طرحهايي براي اتصال فرانسه و بريتانيا ازطريق تونل زير آبي مطرح شد. هميشه اشكالات نظامي و ترس از تهديدهاي امنيت ملي از پيشرفتن پروژه مانع ميشد. در سال ۱۹۵۵ و پس از آنكه نيروهاي نظامي هوايي به قدرت و گستردگي بسيار زياد رسيدند، تهديد امنيتي از كانال زير آبي ديگر آنچنان مهم نبود. تا دههي ۱۹۷۰، بازهم تلاشها از هر دو سمت به موفقيت نرسيدند و هربار يكي از كشورها در ميانهي انجام پروژه از ادامهي مسير منصرف ميشد. حتي دو دستگاه حفر در فرانسه و بريتانيا بهدليل همين اشكالات از ميانهي راه به بيرون كشيده و به كشورهاي ديگر فروخته شدند.
طرح اوليهي تونل مانش قرن نوزدهم
شروع همكاري فرانسه و بريتانيا
درنهايت طرحي كه در سال ۱۹۷۹ بهنام Mouse-Hole Project مطرح شد، موافقت سياستمداران بريتانيايي و فرانسوي را بههمراه داشت. محافظهكاران در بريتانيا به قدرت رسيده بودند و از طرح توسعهاي حمايت ميكردند. در آن زمان، طرح تونل يك تونل تكي ريلي و يك تونل براي سرويسهاي دورهاي را شامل ميشد و هيچ برنامهاي براي راهاندازي مسير شاتلها نبود. مارگارت تاچر، نخستوزير وقت بريتانيا، با وجود مخالفت با سرمايهگذاري دولتي، مانعي براي اجراي پروژه بهصورت سرمايهگذاري خصوصي نميديد. او در سال ۱۹۸۱ با فرانسوا ميتران، رئيسجمهور فرانسه، ديدار كرد و دو طرف بر سر راهاندازي گروهي مشترك براي مطالعه روي پروژهاي خصوصي بهتوافق رسيدند. در سال ۱۹۸۲، گروه مطالعاتي مشترك به اين نتيجه رسيدند كه دو تونل براي عبورومرور قطار و يك تونل براي جابهجايي وسايل نقليه نياز خواهد بود. در سال ۱۹۸۵، از پيمانكاران دعوت شد تا طرح خود براي ساخت تونل را ارائه كنند. چهار طرح اصلي در آن زمان پيشنهاد شد:
- تونل كانال (Channel Tunnel): طرح ريلي مبتنيبر پيشنهادي كه در سال ۱۹۷۵ گروه مشترك فرانسه و بريتانيا تدوين كرده بود.
- يوروبريج (Eurobridge): پل معلق ۳۵ كيلومتري با تونلي بسته مخصوص عبور قطار
- يوروروت (Euroroute): تونل ۲۱ كيلومتري بين جزيرههاي مصنوعي كه بنادر اصلي با پل به آنها متصل ميشد.
- كانال اكسپرسوي (Channel Expressway): يك تونل جادهاي با قطر بسيار زياد كه از برجهايي در ميانهي مسير براي تهويهي هوا بهره ميبرد.
در سال ۱۹۸۶، پيشنهاد اول پذيرفته شد. در آن زمان، شركتهاي حملونقل دريايي بيشترين اعتراض را به پروژه كردند. دربارهي مسيرهاي عبورومرور براي خودروها نيز با وجود استقبال اوليهي افكار عمومي، نگرانيها از تهويه و مديريت تصادف و...، امكان اجراي تونل جادهاي را از بين برد. درنهايت، طرح اول بهدليل تأثير كمتر روي حملونقل دريايي در كانال مانش، كمترين تأثير زيستمحيطي، كمترين تهديدهاي تروريستي و بخت چشمگير در جذب سرمايههاي خصوصي پذيرفته شد. اين طرح پيشنهاد گروهي بهنام Channel Tunnel Group/France–Manche بود كه از بانكها و شركتهاي خصوصي بريتانيايي و فرانسوي تشكيل ميشد.
برنامهريزي نهايي
گروه CTG/F-M كه براي اجراي پروژهي تونل مانش انتخاب شده بود، شامل دو بخش بريتانيايي و فرانسوي بود. بخش بريتانيايي دو بانك و پنج شركت ساختوساز را دربر ميگرفت و در بخش فرانسوي سه بانك و پنج شركت ساختوساز حضور داشتند. بانكها مسئوليت جذب سرمايه و تضمين مالي وامها را برعهده گرفتند و برنامههاي طراحي و مديريت فرايند نيز در شركتهاي ساختوساز انجام ميشد. شركتهاي ساختوساز فرانسوي گروهي بهنام GIE Transmanche Construction تشكيل دادند تا حفر تونل را از سانگات شروع كنند. گروه بريتانيايي نيز با تشكيل شركت جديدي بهنام Translink Joint Venture كار حفر را از صخرهي شكسپير شروع ميكردند. تركيب دو شركت نيز براي قراردادهاي بينالمللي در سازماني بهنام TransManche Link يا TML باهم تعامل داشتند.
فرانسه بيش از بريتانيا سابقهي پروژههاي زيرساختي داشت؛ بههميندليل، استقبال چشمگيري از پروژهي تونل مانش شد و سازمانهاي قانونگذار بهسرعت آن را تأييد كردند. در بريتانيا نيز، پس از كمي مطالعه ادامهدار در مجلسهاي متعدد قانونگذار طرح نهايي تأييد شد.
هزينهها
پروژهي تونل مانش در قرارداد BOOT تأييد شد. در اين پروژهها، شركت خصوصي مسئوليت طراحي و سرمايهگذاري و اجراي پروژه را برعهده ميگيرد و در ازاي سرمايهگذاري، تا مدتي از آن بهرهبرداري ميكند. سپس، پروژه در حالت بهرهبرداري پس از مدت مشخص به سازمان ديگري تحويل داده ميشود كه عموما دولتي است. گروه TML مسئوليت طراحي و ساخت تونل را برعهده گرفت؛ درحاليكه فعاليتهاي مالي و جذب سرمايه را شركت ديگري بهنام يوروتونل مديريت ميكرد. اين شركت جديد CTG/F-M را به زيرمجموعهي خود تبديل كرد و قرارداد ساختوساز با TML امضا كرد. درنهايت، تصميمگيريهاي ايمني و مهندسي تونل برعهدهي دو دولت بريتانيا و فرانسه گذاشته شد و اكنون سازماني بهنام Channel Tunnel Safety Authority مسئوليت آن را برعهده دارد.
تونل مانش با سرمايهگذاري كاملا خصوصي حفر و راهاندازي شد
يوروتونل با قراردادي ۵۵ ساله، مجوز بهرهبرداري از تونل مانش را از دولتهاي بريتانيا و فرانسه دريافت كرد تا سرمايههاي جذبشده و بدهيها را پرداخت كند. همچنين، قراردادي هم با شركتهاي ريلي بريتانيا و فرانسه امضا شد تا درآمد قطارها كه نيمي از ظرفيت تونل را اشغال ميكردند، بين آنها تقسيم شود.
جذب سرمايه براي پروژهاي بينالمللي در چنين ابعادي اشكالات بسيار زيادي بههمراه داشت. حدود ۵۰ بانك به پروژه وام تزريق كردند و سرمايههاي عمومي نيز بهمرور براي شروع حفر تونل مانش جذب شد. بههرحال، هزينههاي اوليه بهميزان ۴/۶۵ ميليارد دلار در سال ۱۹۸۵ تأمين شد. در اوج فرايند پروژه، بيش از ۱۵ هزار نفر در ساخت تونل مانش استخدام شده بودند كه هزينهي حقوق آنها به سهميليون پوند ميرسيد. در كل فرايند نيز ۱۰ نيروي ساده جان خود را از دست دادند كه هشت نفر از آنها بريتانيايي بودند و در ابتداي پروژه فوت كردند.
نيروي سادهان حين حفاري تونل مانش
در مجموع، ۱۱ ماشين حفاري در دو سمت فرانسه و بريتانيا شروع به كار كردند تا تونلهاي دوقلوي راهآهن و تونل مركزي عبور شاتل را حفر كنند. فرايند نهايي بدينصورت طراحي شده بود كه مهندسان حفاري حدودا در وسط مسير به يكديگر برسند. البته نيروي سادهان سمت بريتانيا مسير تقريبا طولانيتري را حفاري كردند. درادامه، مراحل طراحي و حفر تونلهاي را شرح ميدهيم.
فرايند مهندسي و ساخت تونل مانش
بيست سال پيش از نهاييشدن برنامههاي حفر تونل مانش، مطالعههاي مهندسي تأييد كرده بودند كه امكان حفر تونل در لايهي گج مارن (Chalk Marl) زير بستر دريا امكان دارد. اين لايهي زمينشناسي يكي از لايههاي برتر براي حفر تونل بهشمار ميروند و بهدليل نفوذناپذيري و سهولت در حفر و سختي درخورتوجه خصوصيات لازم را براي عبور دستگاههاي حفر تونل دارند. در سمت بريتانيايي كانال انگليس، لايهي مارن بهخوبي وجود داشت؛ اما در پنج كيلومتر از طول تونل در سمت فرانسه، لايههاي زمينشناسي با تنوع سختي متفاوت و دشواريهاي حفاري كار را براي مهندسان دشوار ميكردند. بههرحال، پنج ماشين حفاري كه در سمت فرانسه مشغول بودند، زمين سخت را براي عبور تونلها حفر كردند.
شماتيك لايههاي زيرزميني تونل مانش
يكي از مراحل مهم طراحي و برنامهريزي ساخت تونل مانش، مطالعههاي زمينشناسي پيش از شروع پروژه بود. در سال ۱۸۳۳، تومه دو گمو اولين نمونهگيريها از اين منطقه را انجام داده كه مناسببودن لايههاي زمينشناسي در همان مطالعهها تأييد شده بود. در سالهاي بعد، بيش از ۷۰ حفاري از بستر دريا و خشكي و چهار هزار كيلومتر پيمايش دريايي انجام شد تا بستر كامال انگليس كاملا مطالعه شود. تا سال ۱۹۸۸، اين مطالعهها ادامه پيدا كرده بود تا بهترين موقعيت و عمق براي حفر تونلها شناسايي شود.
فرايند حفر تونل مانش، فرايندي كمسابقه در صنعت حفاري بود. تا آن زمان، تنها تونل سيكان در ژاپن با ساختاري مشابه حفر شده بود كه در سال ۱۹۸۸ هم بهبهرهبرداري رسيد. فراموش نكنيد تونل مانش قرار بود بلندترين مسير زير آب را براي ارتباط دو سمت ايجاد كند و اشكالات بسيار بيشتري داشت و طرح سه تونل موازي نيز فرايند حفاري را دشوارتر ميكرد. نگراني اصلي مهندسان فشار هيدرواستاتيكي آبي بود كه در بالاي بستر حفر تونل وجود داشت و هميشه بحران نفوذ آب و ازبينبردن تونل، آنها را تهديد ميكرد.
طرح نهايي تونل شامل ساخت دو تونل ريلي با قطر ۷/۶ متر ميشد كه هركدام ۳۰ متر از هم فاصله داشتند و طول آنها به ۵۰ كيلومتر ميرسيد. تونل سرويس كه بين آن دو ساخته ميشد، ۴/۸ متر قطر داشت. براي ارتباط بين تونلهاي ريلي و تونل مركزي سرويسدهي، در فاصلههاي ۳۷۵ متري كانالهايي با قطر ۳/۳ متر در انديشه متخصصين گرفته شد. بخشهاي ديگر تونلهاي هوايي را شامل ميشد كه با قطر دومتري از بالاي تونلهاي ريلي بههم متصل ميشوند. در فرايند ساخت، تونل سرويس كه در مركز قرار داشت، يك كيلومتر جلوتر حركت ميكرد تا وضعيت زمينشناسي زودتر مطالعه و گزارش شود. در اين فرايند، حفر تونل از لايهي مارن آنچنان دشوار نبود و تجربههاي خوبي در اين زمينه در صنعت معدنكاوي بهدست آمده بود. ناگفته نماند تونلهاي اتصالي بين تونلهاي اصلي اشكالات مهمي در پي داشتند كه در دو سمت كانال انگليس، بايد با سياستهاي متفاوت پياده ميشدند.
طرح شماتيك تونلهاي سهگانه مانش
فرايند حفاري كه در دو سمت تونل مانش در دسامبر ۱۹۸۷ شروع شد، از همان ابتدا در فرانسه با اشكالاتي همراه بود. ماشينهاي حفاري از همان ابتدا با ورود آب به تونل روبهرو شدند و درنتيجه به پيادهسازي حالت عايق مجبور شدند (اين ماشينها دو حالت عايق و باز داشتند كه بسته به موقعيت فعال ميشد). در سمت بريتانيا نيز پس از ۳/۲ كيلومتر حفاري، وضعيت پيشبينينشدهاي رخ داد و ماشينها به تخليه و عايقبندي سريع مجبور شدند. پس از اشكال مرحلهي اوليه، ماشينهاي حفاري اشكال زيادي تجربه نكردند و با سرعت حدود ۱۴۹ متر در هفته پيش رفتند.
روش حفاري كه براي حفر زمين و رسيدن به لايهي مدانديشه متخصصين در دو سمت بريتانيا و فرانسه انجام شد، بهنام Precast Segmental Linings شناخته ميشود كه از روشهاي مرسوم حفر تونل است. در اين روش، با پيشرفتن ماشين حفاري (TBM) بخشهاي قالبريزيشده از قبل بهمرور نصب ميشوند تا بهنوعي خطدهي تونل بهصورت موقت انجام شود. اين قالبها علاوهبر ساخت ديوارهي داخلي تونل، تحمل فشار بارهاي داخلي و خارجي را هم در همان ابتداي فرايند ساخت نشان ميدهند. ماشينهاي TBM هم در مسير پيشرفت خود، به بخشهاي پشتسري نصبشده بهكمك قالبها تكيه ميكنند.
ماشين حفاري تونل مانش كه از حفره فرانسه وارد ميشود.
ماشينهاي حفاري كه براي حفر تونل مانش استفاده ميشدند، در سمت بريتانيا به ترتيب حروف الفبا نامگذاري شده بودند و در سمت فرانسه نامهاي زنانه همچون Brigitte ،Europa ،Catherine ،Virginie ،Pascaline و Séverine داشتند. اين ماشينها ساخت شركتي با همكاري Markham و Kawasaki بودند.
ديوارههاي قالبگيريشده در سمت فرانسه از جنس نئوپرن بودند كه عايقبندي گروت داشتند و با پيچ به هم متصل ميشدند. جنس ديوارهها بتن تقويتشده و چدن بود. در تونل انگليس، بهدليل مناسبتربودن ساختار زمينشناسي امكان حفاري با سرعت بيشتر وجود داشت و تنها در بخشهايي كه ساختار زمينشناسي كمي ضعيف بود، از ديوارههاي چدني استفاده شد.
۳۰ اكتبر ۱۹۹۰، فرايند حفاري تونل مانش به اولين مرحلهي تاريخي رسيد و متهي حفاري ۵۰ ميليمتري به رسيدن دو سمت تونل سرويس به يكديگر منجر شد. در اول دسامبر همان سال، يك نيروي ساده بريتانيايي و يك نيروي ساده فرانسوي در محل تلاقي دو تونل بههم رسيدند و رسانهها خبر نهايي تكميل اوليهي تونل مانش را مخابره كردند. يوروتونل موفق شده بود فرايند حفاري را طبق زمان قرارداد بهپايان برساند؛ اما هنوز مراحل زيادي از توسعهي تونل مانش باقي مانده بود. گراهام فاگ، نيروي ساده بريتانيايي، به تونل فرانسوي رسيد و از سمت فرانسه خارج شد. او لقب اولين فردي را دريافت كرد كه كانال انگليس را پس از هشتهزار سال (جداشدن بريتانيا از اروپا) از راه خشكي طي كرده است. دو تونل در زمان رسيدن به يكديگر تنها ۳۶/۲ متر باهم فاصله داشتند؛ البته هماهنگكردن دو تونل فرايد دشواري بود كه درادامه جزئيات آن را شرح ميدهيم.
لحظهي رسيدن دو سمت تونل مانش به يكديگر
مسيريابي تونلها
مسيريابي و تنظيم تونلهايي كه از دو سمت فرانسه و بريتانيا حفر ميشدند، اشكال مهم مهندسان در ساخت تونل مانش بود. در طراحي اصلي، تونل سرويس اهميت كمتري ازلحاظ مسيريابي داشت و در چنين رويكردهايي، تونل سرويس ابتدا حفر ميشود تا حكم هدايت مسير را نيز براي دو تونل ديگر ايفا كند. در مسير حفر تونل، اطلاعات مسيريابي تونلهاي اصلي بهصورت پويا بهروز ميشود و تغيير ميكند. درواقع در مسيريابيهاي اينچنيني، از مسير مستقيم و ازپيشتعيينشده خبري نيست.
تونلهاي بلند مانند مانش كه در زير دريا حفر ميشوند، اغلب مسير مستقيمي ندارند. درواقع، مسير حفر آنها تحتتأثير وضعيت زمينشناسي زير بستر دريا قرار دارد. مهندسان در مسير بسته به سطحي كه مشاهده ميكنند، جهت تونل را زاويه ميدهند. البته همانطوركه گفته شد، قبل از شروع به كار امكانپذيربودن مشخصات زمينشناسي براي حفر تونل بلند مطالعه شده بود و در مسير حفر، تنها بايد جهت تونل كمي تغيير ميكرد.
مسيريابي تونل مانش درواقع ماهها پيش از شروع حفر تونلها انجام شده بود. پس از آنكه مهندسان به عبور از مسير مارن براي حفر تونل به نتيجه رسيدند، برنامههاي مسيريابي در روشي شبيه به مسيريابي جادهها، اما با تجهيزات متفاوت شروع شد. براي اينكه تفاوت مسيريابي يك تونل در زير دريا را با جادهاي روي زمين درك كنيد، بايد بدانيد اشتباه در مسيريابي جاده، تنها به چپ و راست رفتن مسير ميانجامد. بهعلاوه، همهچيز در مسيريابي جادهاي از هوا و با دوربينهاي نقشهبرداري ديدني است. در زير زمين و از آن مهمتر زير حجم عظيمي از آب، وضعيت بسيار متفاوت ميشود. اشتباه در مسيريابي نهتنها در جهتهاي چپ و راست، بلكه در جهتهاي بالا و پايين تونل نيز امكان دارد.
تونلهايي كه از سمت بريتانيا و فرانسه بهسمت يكديگر حفر ميشدند، درمجموع بيش از دو متر اجازهي اختلاف جهت در نقطهي تلاقي نداشتند. درصورتيكه فاصلهي آنها در محل رسيدن بيش از اين مقدار ميشد، امكان تغيير مسير سريع تونل قطعا وجود نداشت. در وضعيت بحرانيتر، نيروي سادهان بهسمت بالا حركت ميكردند كه موجب نفوذ آب به تونل و حوادث ناگوار ميشد. حال كه اهميت مسيريابي تونل مانش را درك كرديم، بايد روشي را مرور كنيم كه سي سال پيش براي رسيدن به جهتهاي دقيق استفاده شد.
پيش از شروع به حفر تونل، مهندسان ازطريق تجهيزات نصبشده در كانال انگليس حفاريهايي در بستر دريا انجام ميدادند. اين حفاريها علاوهبر مشخصتركردن لايههاي زمينشناسي بستر دريا، براي ورود تجهيزات انتشار امواج صوتي هم استفاده ميشدند. با واردكردن تجهيزات به زير زمين و انتشار امواج، محل دقيق لايهي مارن در مشخص ميشد؛ درنتيجه مهندسان نقشهاي سهبعدي از ضخامت و عمق لايهي مارن دراختيار داشتند كه بعدا دراختيار ماشينهاي حفاري قرار گرفت. حال استفاده از نقشه در ماشينهاي حفاري تونل، اشكال بعدي بود.
استفاده از ليزر در مسيريابي رويكردي مرسوم است. در اين روش، ليزر در جلو ماشين جادهسازي نصب ميشود و با جهتدهي آن بهسمت مقصد مشخص، مسير حركت ماشينها با دقت ترسيم ميشود. در حفر تونل، از مسير روبهرو خبري نيست و ماشينها بايد با مسير پشتسري كه طي كردهاند، هماهنگ شوند؛ درنتيجه ماشنيهاي TBM حفر تونل مانش مجهز به ليزرهاي رو به پشت بودند كه مسير طيشده را با تجهيزات نصبشده در تونل تراز ميكرد و درنهايت، خط ليزر با نقشهاي هماهنگ ميشد كه قبلا بهكمك حفاري از بالا ترسيم شده بود.
همانطوركه گفته شد، تونل مانش در سمت فرانسه با اشكالات زمينشناسي بيشتري روبهرو بود. شركت Robbins كه در گروه تأمينكنندهي ماشينآلات TBM قرار داشت، جزئيات جالبي از اشكالات موجود در سمت فرانسه ارائه ميكند. طبق گفتهي اين شركت، بهدليل وضعيت نفوذ آب در سمت فرانسه، ماشينهايي از نوع Earth Pressure Balance براي حفاري انتخاب شدند. اين ماشينها بخشهاي برشدهندهي عايق داشتند كه دربرابر فشار آب شديد طراحي شده بودند. همچنين، نقالههاي پيچشي در نوك ماشينها استفاده ميشد كه وظيفهي انتقال خاك كندهشده را برعهده داشت. ماشينهاي EPBM كه براي فرانسه ساخته شدند، وزن ۱،۱۰۰ تني و قطر ۸/۸ متري داشتند و نيروي رانش پيشاني آنها به ۱۹،۶۱۳ كيلونيوتن ميرسيد و حداكثر تورك پيچشي آنها نيز ۱۲،۷۴۸،۶۴۵ نيوتنمتر گزارش ميشد.
در بخش تونل فرانسه، براي حفاري تونل سرويس اوليه در زير دريا هم به ماشينهاي EPBM نياز بود. در اين تونل، از ماشيني با قطر ۵/۶ متر استفاده شد كه نيروي پيشاني ۳۹،۲۲۷ كيلونيوتن و حداكثر تورك پيچشي ۳،۵۱۰،۷۸۱ نيوتنمتر داشت.
ماشينهاي حفاري كه در بخش بريتانيا استفاده شدند، دو ماشين TBM با پوشش دولايه بودند و پيشبيني نفوذ و فشار آب كمتري براي آنها شده بود. ماشينها البته براي مقابله با وضعيت پيشبينيناپذير ازلحاظ سختي صخرهها آماده بودند. ماشينهاي اصلي با قطر ۸/۳۶ متر، تيغههاي ۱۳ اينچي برشي و نيروي رانش پيشاني ۶۵،۸۷۱ كيلونيوتن و حداكثر تورك پيچشي ۵،۷۲۷،۹۸۴ نيوتنمتر داشتند.
نماي داخلي تونل سرويس مانش
فرايند تخليهي سنگ و صخرهها و مارن كه از حفر تونل مانش ايجاد ميشدند، روند جالبي داشت و از نكات تأثيرگذار بر اكوسيستم محيطزيست آن منطقه بود. در سمت بريتانيا، سيستمي متشكل از ۵۰۰ كاميون حمل نخاله فعاليت ميكرد و نخالهها را با خارجكردن از تونل، به نوار نقالهي سريعي در صخرهي شكسپير منتقل ميكرد. از آنجا سنگها و مارن زير بستر دريا به تالابهايي در پشت كانال انگليس منتقل ميشدند. درمجموع، حدود چهارميليون مترمكعب مارن به آن منطقه منتقل شد كه امروزه، پاركي بهنام Samphire Hoe در آنجا راهاندازي شده است. در بخش فرانسه، نخالهها پس از خردشدن در محفظهاي در نزديكي سانگات با آب تركيب ميشدند. بخشي از نخالهها براي پركردن حفرههاي بمباران باقيمانده از جنگ جهاني دوم در نزديكي سانگات استفاده و بخشي ديگر نيز در يك مخزن محفوظ دفن شد.
در سمت فرانسه، ساختار زمينشناسي اشكالات زيادي براي حفر تونل ايجاد ميكرد
در سال ۱۹۹۴، حفر تونل مانش رسما بهپايان رسيد. ملكه اليزابت دوم بههمراه رئيسجمهور فرانسه در مراسمي در شهر ساحلي كاله فرانسه شروع به كار تونل مانش را جشن گرفتند. ملكهي بريتانيا براي رفتن به اين جشن با قطار يورواستار بهسمت فرانسه رفت و قطار ديگري هم از سمت پاريس وارد تونل شد و هر دو براي مراسم افتتاح در داخل تونل بههم رسيدند. پس از جشن نيز دو مقام عاليرتبهي دو كشور با قطار شاتل به انگلستان رفتند. انجمن مهندسان سازه ايالات متحده، در همان سال ۱۹۹۴ تونل مانش را بهعنوان يكي از عجايب جهان مدرن انتخاب كرد.
سرويسدهي عمومي تونل مانش به مردم تا ماهها بعد شروع نشد. اولين قطار باري پيش از قطارهاي مسافربري در تونل مانش حركت كرد و اول ژوئن ۱۹۹۴، خودروهاي روور و ميني صادرشده به ايتاليا را حمل كرد. درنهايت در ۱۴ نوامبر همان سال، عبور اولين قطار مسافربري يورواستار از تونل مانش هم ثبت شد.
سيستم ريلي تونل مانش
سيستم ريلي كه در تونل مانش وظيفهي جابهجايي مسافر و بار و وسايل نقليه را برعهده دارد، بخشها و زيرمجموعههاي مهمي را شامل ميشود كه تركيب آنها حملونقل ايمن و سريع را در بلندترين تونل زير آبي جهان ممكن ميكند. سيستم ارتباطي در حملونقل ريلي تونل مانش اهميت زيادي دارد كه از سه سيستم تشكيل ميشود:
- سيستم راديويي CR براي ارتباط بين ماشينهاي خدماتي و كاركنان
- سيستم راديويي TTR براي ارتباط امن و تبادل داده بين قطارها و مركز كنترل ريلي
- سيستم SIR براي داخل شاتلهاي حمل وسايل نقليه كه ارتباط بين خدمهي هدايت قطار و مسافران وسيلهي نقليه را ازطريق راديو داخلي وسايل ممكن ميكرد. ظاهرا اين سيستم بهدليل اشكالات اجرايي پس از مدتي تعطيل شده است.
تأمين برق لوكوموتيوهاي قطار با استفاده از خط سيم بالاسري انجام ميشود كه برق ۲۵ كيلووات ۵۰ هرتز دارد. منبع تغذيهي برق براي عمليات داخل تونل مانش بهصورت مشترك از بريتانيا و فرانسه تأمين ميشود. دو ايستگاه زيرمجموعه با تغذيهي ۴۰۰ كيلوواتي در هر ترمينال در دو سمت تونل وجود دارد؛ البته در زمانهاي اضطراري، نورپردازي تونل كه حدود ۲۰ هزار لامپ را شامل ميشود، يكي از منابع انگلستان يا فرانسه تأمين خواهد كرد. درضمن، شبكهي مخابراتي 4G در كل طول تونل مانش پوشش ارائه ميكند.
سيستم سيگنالدهي كابينهاي هدايت قطار در كانال مانش TVM430 نام دارد كه فرانسويها آن را مخصوص ارتباط با قطارهاي تندرو طراحي كردهاند. اين سيستم اطلاعات را مستقيما به واگنهاي هدايت اصلي و نمايشگرهاي مخصوص ارسال ميكنند. سيستم حفاظت از قطار هم در خطوط ريلي پيادهسازي شده است كه در زمان عبور سرعت قطار از ميزان مشخص، آن را متوقف ميكند. مديريت سيگنالدهي قطارها در ترمينالهاي مخصوص دو سمت وجود دارد كه نيروي متحصص آنها ۲۴ ساعته كنترل مسير را برعهده دارند. اين ترمينالها كه در سمت بريتانيا بهنام ويكتور هوگو و در سمت فرانسه بهنام چارلز ديكنز شناخته ميشوند، مراكز ورود و خروج وسايل نقليه به قطارهاي مخصوص شاتل نيز هستند.
در هر دو سمت تونل، خطوط راهآهن تندرو قرار دارند. در فرانسه از همان سال ۱۹۹۴، خط LGV Nord از تونل مانش به داخل كشور ميرفت كه مجوز حداكثر سرعت ۳۰۰ كيلومتربرساعت داشت. در سمت انگلستان نيز پس از راهاندازي خط High Speed 1 در سال ۲۰۰۳، سرعت مجاز در خارج از تونل به همين حد رسيد. در داخل تونل مانش، حداكثر سرعت قطارها تا ۱۶۰ كيلومتربرساعت محدود شده است.
سيستم تهويهي هواي قدرتمندي براي مديريت گرماي توليدشده در تونلها تعبيه شده است. اين سيستم بهگونهاي عمل ميكند كه گرماي توليدشده از حركت قطارها را از تونل خارج كند و در زمان آتشسوزي احتمالي هم تونل سرويسدهي را محفوظ نگه دارد. فشار هوا در تونل سرويس هميشه بيشتر از فشار در تونلهاي اصلي حفظ ميشود؛ درنتيجه، اگر آتشسوزي در تونلهاي اصلي رخ دهد، دود به تونل سرويسدهي وارد نميشود. بهعلاوه، دو لولهي آب خنككننده در هر تونل ريلي تعبيه شد كه آب خنك را براي ازبينبردن گرماي تونلها به جريان در ميآورد. براي خارجكردن آب واردشده به تونل بر اثر باران يا نشتكردن هم ازطريق سيستم مخصوص به بيرون از تونل هدايت ميشود.
انواع قطار مسافربري و خدماتي در تونل مانش
سيستم حملونقل مبتنيبر راهآهن كه در تونل مانش فعاليت ميكند، به انواع قطارهاي باري و مسافري و خدماتي نياز دارد كه هركدام مشخصات منحصربهفرد خود را دارند. چند مجموعه قطار مسافربريباري بهنام يوروتونل شاتل، لوكوموتيوهاي باري، قطارهاي مسافربري بينالمللي و لوكوموتيوهاي تعميرات و سرويس در تونل مانش فعال هستند.
يوروتونل شاتل يا له شانل يكي از سرويسهاي شاتل مخصوص براي خدمترساني بين ترمينالهاي چارلز ديكنز و ويكتور هوگو است كه وسايل نقليهي جادهاي مانند اتومبيل و موتورسيكلت و دوچرخه را هم جابهجا ميكند. همچنين در برخي از واگنها، مسافر سوار ميشود و امكان ورود برخي حيوانات خانگي هم به واگنها وجود دارد. واگنهايي كه در قطارهاي شاتل استفاده ميشوند، ابعادي بزرگتر از واگنهاي استاندارد در بريتانيا و فرانسه دارند؛ درنتيجه، امكان ادامهي مسير در راهآهن رسمي كشورهاي مذكور را ندارند. لوكوموتيوهايي كه كشيدن قطارهاي شاتل را برعهده دارند، به نامهاي Class 9000 و Class 92 شناخته ميشوند كه در دستهي لوكوموتيوهاي ۶ محور پرقدرت قرار ميگيرند.
ورودي تونل مانش از سمت فرانسه
قطارهاي مسافربري پرسرعت كه از تونل مانش عبور ميكنند، قطارهاي سفر بينالمللي هستند. يكي از انواع آنها بهنام British Rail Class 373 يا TGV TMST شناخته ميشود كه فرانسويها براي استفاده در خط راهآهن يورواستار طراحي شدند. اين قطارها امكان حركت در خطوط ريلي داخل كشور فرانسه و انگلستان را دارند و مسافران را از انگلستان به اقصي نقاط اروپا جابهجا ميكنند. مدل حرفهايتر از همين قطار هم با سرعت بيشتر بهنام British Rail Class 373 در خطوط راهآهن يورواستار فعاليت ميكند. لوكوموتيوهاي خدماتي كه در خطوط راهآهن تونل مانش فعال هستند، به نامهاي Eurotunnel Class 001 و Class 0031 فعاليت ميكنند كه از نوع ديزلي هستند.
آمارها و نكتههاي عملياتي
تونل مانش پس از گذشت نزديك به يك ربع قرن فعاليت، نقش مهمي در حملونقل قارهي اروپا داشته است؛ تونلي كه يادآوري هشتهزار سال پيش و اتصال بريتانيا به اروپا است و امروز نقشي حياتي در حملونقل مسافر و تجارت بينالمللي در اين منطقه ايفا ميكند. اگرچه رخداد برگزيت با خارجشدن بريتانيا از اتحاديهي اروپا همراه شد، هنوز كانال مانش بهعنوان راه ارتباطي مهمي بين يكي از كشورهاي مهم جهان با همسايههاي استراتژيك شناخته ميشود. آمارهاي عملياتي مانش نشان ميدهد شركت مالك، GetLink، دستاوردهاي مهمي در بهرهبرداري بهينه از اين دستاورد بزرگ سازهاي دارد. درادامه، برخي از آمارها و نكتههاي جالب از وضعيت كنوني تونل مانش را شرح ميدهيم.
مركز كنترل ريلي تونل مانش
- تونل مانش بلندترين طول مسير زير دريا را دارد؛ اما بهعنوان سيزدهمين تونل بلند جهان شناخته ميشود. در ميان تونلهاي مخصوص جابهجايي مسافر هم مانش در رتبهي چهارم قرار ميگيرد.
- ماشينهاي حفاري كه در جريان ساخت تونل مانش استفاده شدند، درمجموع ۱۲ هزار تن وزن داشتند. هريك از آنها طولي بلندتر از دو زمين فوتبال داشت. يكي از ماشينهاي حفاري در سمت بريتانيا اكنون در زير كانال دفن شده است و ديگري در سال ۲۰۰۴ در eBay با ارزش ۳۹،۹۹۹ دلار فروخته شد.
- روزانه بهصورت ميانگين ۶۰ هزار نفر ازطريق تونل مانش جابهجا ميشوند. ۴،۶۰۰ كاميون و ۷،۳۰۰ خودرو در ۱۴۰ واگن هم به اين آمار اضافه كنيد.
- سه آتشسوزي عظيم در سالهاي ۱۹۹۶ و ۲۰۰۶ و ۲۰۱۲ در تونل مانش رخ داد كه به تعطيلي تونل منجر شد. بزرگترين حادثه در سال ۱۹۹۶ رخ داد كه ۵۰۰ متر از تونل را از بين برد و ۶ ماه روي عمليات بهرهبرداري تأثير گذاشت.
- مهمترين حادثهي رخداده براي قطارهاي تونل مانش در سال ۲۰۰۹ رخ داد كه پنج قطار يورواستار در داخل تونل متوقف شدند. بيش از دوهزار مسافر بهمدت ۱۶ ساعت بدون برق و برخي از آنها بدون آب و غذا در تونل گرفتار شدند.
- مشعل المپيك سال ۲۰۱۲ براي رسيدن به شهر مقصدش لندن، از داخل تونل مانش عبور كرد.
- سيستم ديوارههاي تونل بهگونهاي طراحي و ساخته شده است كه حداقل تا ۱۲۰ سال عمر بهرهبرداري دارد.
- زمان عبور از داخل تونل مانش حدودا ۳۵ دقيقه است.
- حدود ۲۶ درصد از تبادل محموله بين بريتانيا و اروپا ازطريق كانال مانش انجام ميشود كه ارزش سالانهي آن به ۱۲۰ ميليارد دلار ميرسد.
مركز كنترل ترافيك تونل مانش
فرايندهاي تعمير و نگهداري
كانا مانش بهدليل اهميت بسيار فراوان حملونقل مسافر و باربري، به سيستمهاي كنترل و مديريت دائمي نياز دارد. شركت GetLink با پروژهي يوروتونل مديريت اين تونل را برعهده دارد و سيستمهاي نظارت و تعمير و نگهداري دائمي را در آن پياده كرده است. آنها تلاش ميكنند تا جديدترين فناوريها را در يكي از مسيرهاي مواصلاتي بزرگ جهان پياده كند.
روزانه بهصورت ميانگين ۳۵۰ قطار از تونل مانش عبور ميكنند و در ساعتهاي شلوغ، قطارها با فاصلهي سه دقيقهاي بهحركت درميآيند. شاتلهاي حمل كاميون حداكثر ۳۲ وسيلهي حمل مرسولههاي سنگين را جابهجا ميكنند كه تا ۴۴ تن وزن دارند. در برخي مواقع، وزن شاتلها به ۲،۵۰۰ تن ميرسد و شاتلهاي مسافري نيز توانايي جابهجايي ۱۲۰ واگن دارند. چنين فشار حملونقلي، قطعا به برنامههاي نظارت و تعميرات جدي نياز پيدا ميكند.
بزرگترين كارگاه تعميرات و نگهداري قطار در جهان در كوكل فرانسه مسئوليت تعمير و نگهداري قطارهاي تونل شانل را برعهده دارد. هريك از قطارها با سيستم Wheel Measurement System اسكن ميشوند تا بهخصوص در بخش چرخها اشكالي ازلحاظ افسردگي و خوردگي براثر جابهجايي در تونل پيدا نكرده باشند. سيستم اسكن بهصورت خودكار در داخل تونل هم كار ميكند تا درصورت لاخبار تخصصي، دربارهي نياز به تعمير چرخ قطارها هشدار دهد.
براي مطالعه خطوط راهآهن موجود در تونل مانش، يك قطار دو واگن بهنام Vectoor هفتهاي يكبار كل سيستم ريلي را اسكن ميكند. دادههاي جمعآوريشده در مراكز كنترل مدلسازي و عمر مفيد تجهيزات از آنها استخراج ميشود. همچنين، شركت از پهپادهاي مخصوص براي نطارت بر مسير حركت قطارها استفاده ميكند كه بهصورت زنده عمليات بازبيني از تونل را انجام ميدهند.
هزينهي سفر ازطريق تونل مانش بسته به سفر با قطار يا در داخل وسيلهي نقليهي شخصي متفاوت خواهد بود. درحالحاضر، هزينهي سفر يكطرفه با وسيلهي نقليهاي مانند اتومبيل از ۴۹ پوند شروع ميشود و براي سفرهاي شخصي نيز بليت دوطرفه ۶۹ پوند هزينه دارد.
يكي از نكات مهم تونل مانش كه به مسئلهي هميشگي براي كشورهاي اطراف آن تبديل شده، بحران مهاجران غيرقانوني است. از همان سالهاي ابتدايي، مهاجران و پناهندگان متعددي تلاش كردند تا ازطريق تونل مانش بهصورت غيرقانوني وارد خاك بريتانيا شوند. صليب سرخ جهاني در سال ۱۹۹۹ مركزي را براي مديريت مهاجران در سانگات راهاندازي كرد كه در انبار مخصوص ساخت تونل از آنها نگهداري ميكرد. در سال ۲۰۰۲، در يك زمان بيش از ۱،۵۰۰ نفر در آن انبار زندگي ميكردند. بههرحال، اشكال مهاجران غيرقانوني هنوز كشورهاي بريتانيا و فرانسه را زيرفشار قرار ميدهد و تفاوت قوانين پذيرش پناهنده در دو كشور، بحرانها را چندبرابر ميكند.
كانال مانش امروزه شايد تهديدهايي بهدليل خروج بريتانيا از اتحاديهي اروپا احساس كند و شايد حملونقل بار در آن كاهش بيايد. ناگفته نماند شركت گتلينك اعتقاد دارد اين تصميم تأثيري بر عملكرد آنها نخواهد گذاشت. بههرحال، اكنون مسير مانش بهترين و سريعترين مسير براي جابهجايي بين بريتانيا و اروپا محسوب ميشود و درمقايسهبا تمامي روشهاي ديگر هوايي و آبي، كمترين تأثير زيستمحيطي را بههمراه دارد. تا امروز، بيش از ۴۵۰ ميليون نفر مسافر از كانال مانش عبور كردهاند و اين آمار براي خودروهاي سواري و كاميونهاي باري به ۶۰ و ۳۰ ميليون دستگاه ميرسد.
هم انديشي ها