
مهندسی بینهایت: تونل مانش، بلندترین تونل زیر آبی جهان
تونل مانش یا تونل شانل مسیر مواصلاتی بسیار مهم بین جزیرهی بریتانیا و فرانسه است که بهعنوان بلندترین تونل زیر آبی جهان شناخته میشود.
تونل مانش (به فرانسوی Le tunnel sous la Manche) یا تونل شانل (Chunnel) یا تونل کانال (Channel) یکی از بلندترین تونلهای جهان است که در دههی پایانی قرن بیستم به بهرهبرداری رسید. این تونل که امروزه بهنام یوروتونل (Eurotunnel) هم شناخته میشود، بهنوعی بریتانیا را به اتحادیهی اروپا متصل کرده است. تونل مانش با طول ۵۰/۴۵ کیلومتر، دو خط ریلی دارد که فوکستون در بریتانیا را به کوکل در فرانسه متصل و از زیر کانال مانش (یا کانال انگلیس) عبور میکند. تونل مانش، تنها راه مواصلاتی ثابت بین بریتانیا و اتحادیهی اروپا محسوب میشود و خط ریلی عظیمی از شرق بریتانیا تا چین ایجاد میکند. این تونل در پایینترین عمق ۷۵ متر زیر بستر دریا قرار دارد و ۱۱۵ متر با سطح دریا فاصله پیدا میکند. طول تونل در زیر آب به ۳۷/۹ کیلومتر میرسد که بلندترین طول تونل زیر آبی در جهان محسوب میشود.
درحالحاضر، شرکت GetLink مدیریت و مالکیت تونل مانش را دراختیار دارد. در خطوط ریلی تونل، قطارهای سریعالسیر یورواستار استفاده میشوند که حمل مسافر را برعهده دارند. جابهجایی وسایل نقلیه هم از همان خطوط انجام میشود که قطارهای موسوم به یوروتونل شاتل آن را برعهده دارند. سالانه میلیونها مسافر و وسیلهی نقلیه و چندمیلیون بار ازطریق تونل مانش بین اروپا و بریتانیا جابهجا میشود.
ایدهها و برنامههایی برای ساخت تونل بین بریتانیا و اروپا از سال ۱۸۰۲ شکل گرفت. در آن زمان، سیاست دولت بریتانیا و فشارهای رسانهای دربارهی تهدید امنیت ملی در بریتانیا، از ساخت تونل مانع شد. در سالهای پایانی قرن نوزدهم، انگلستان تلاشهای ناموفقی برای ساخت تونل کرد که مشکلات مهندسی از تکمیل آن مانع شد. تلاش نهایی از سال ۱۹۸۸ در دو سمت بریتانیا و فرانسه شروع شد و تونل امروزی از سال ۱۹۹۴ کار خود را شروع کرد. در سال ۱۹۸۵، هزینهی ساختوساز تونل مانش حدود ۵/۵ میلیارد پوند پیشبینی شده بود. در آن زمان، تونل مانش بهعنوان پرهزینهترین پروژهی ساختوساز جهان شناخته میشد. نکتهی جالب اینکه درنهایت پروژه با هزینهی بسیار بیشتر از پیشبینیها، یعنی ۹ میلیارد پوند، بهپایان رسید. امروزه، تونل مانش بهعنوان یکی از عجایب هفتگانهی جهان مدرن شناخته میشود.
فرایند مهندسی و ساخت تونل مانش
بیست سال پیش از نهاییشدن برنامههای حفر تونل مانش، مطالعههای مهندسی تأیید کرده بودند که امکان حفر تونل در لایهی گج مارن (Chalk Marl) زیر بستر دریا امکان دارد. این لایهی زمینشناسی یکی از لایههای برتر برای حفر تونل بهشمار میروند و بهدلیل نفوذناپذیری و سهولت در حفر و سختی درخورتوجه خصوصیات لازم را برای عبور دستگاههای حفر تونل دارند. در سمت بریتانیایی کانال انگلیس، لایهی مارن بهخوبی وجود داشت؛ اما در پنج کیلومتر از طول تونل در سمت فرانسه، لایههای زمینشناسی با تنوع سختی متفاوت و دشواریهای حفاری کار را برای مهندسان دشوار میکردند. بههرحال، پنج ماشین حفاری که در سمت فرانسه مشغول بودند، زمین سخت را برای عبور تونلها حفر کردند.
یکی از مراحل مهم طراحی و برنامهریزی ساخت تونل مانش، مطالعههای زمینشناسی پیش از شروع پروژه بود. در سال ۱۸۳۳، تومه دو گمو اولین نمونهگیریها از این منطقه را انجام داده که مناسببودن لایههای زمینشناسی در همان مطالعهها تأیید شده بود. در سالهای بعد، بیش از ۷۰ حفاری از بستر دریا و خشکی و چهار هزار کیلومتر پیمایش دریایی انجام شد تا بستر کامال انگلیس کاملا بررسی شود. تا سال ۱۹۸۸، این مطالعهها ادامه پیدا کرده بود تا بهترین موقعیت و عمق برای حفر تونلها شناسایی شود.
فرایند حفر تونل مانش، فرایندی کمسابقه در صنعت حفاری بود. تا آن زمان، تنها تونل سیکان در ژاپن با ساختاری مشابه حفر شده بود که در سال ۱۹۸۸ هم بهبهرهبرداری رسید. فراموش نکنید تونل مانش قرار بود بلندترین مسیر زیر آب را برای ارتباط دو سمت ایجاد کند و مشکلات بسیار بیشتری داشت و طرح سه تونل موازی نیز فرایند حفاری را دشوارتر میکرد. نگرانی اصلی مهندسان فشار هیدرواستاتیکی آبی بود که در بالای بستر حفر تونل وجود داشت و همیشه بحران نفوذ آب و ازبینبردن تونل، آنها را تهدید میکرد.
طرح نهایی تونل شامل ساخت دو تونل ریلی با قطر ۷/۶ متر میشد که هرکدام ۳۰ متر از هم فاصله داشتند و طول آنها به ۵۰ کیلومتر میرسید. تونل سرویس که بین آن دو ساخته میشد، ۴/۸ متر قطر داشت. برای ارتباط بین تونلهای ریلی و تونل مرکزی سرویسدهی، در فاصلههای ۳۷۵ متری کانالهایی با قطر ۳/۳ متر در نظر گرفته شد. بخشهای دیگر تونلهای هوایی را شامل میشد که با قطر دومتری از بالای تونلهای ریلی بههم متصل میشوند. در فرایند ساخت، تونل سرویس که در مرکز قرار داشت، یک کیلومتر جلوتر حرکت میکرد تا وضعیت زمینشناسی زودتر بررسی و گزارش شود. در این فرایند، حفر تونل از لایهی مارن آنچنان دشوار نبود و تجربههای خوبی در این زمینه در صنعت معدنکاوی بهدست آمده بود. ناگفته نماند تونلهای اتصالی بین تونلهای اصلی مشکلات مهمی در پی داشتند که در دو سمت کانال انگلیس، باید با سیاستهای متفاوت پیاده میشدند.
فرایند حفاری که در دو سمت تونل مانش در دسامبر ۱۹۸۷ شروع شد، از همان ابتدا در فرانسه با مشکلاتی همراه بود. ماشینهای حفاری از همان ابتدا با ورود آب به تونل روبهرو شدند و درنتیجه به پیادهسازی حالت عایق مجبور شدند (این ماشینها دو حالت عایق و باز داشتند که بسته به موقعیت فعال میشد). در سمت بریتانیا نیز پس از ۳/۲ کیلومتر حفاری، وضعیت پیشبینینشدهای رخ داد و ماشینها به تخلیه و عایقبندی سریع مجبور شدند. پس از مشکل مرحلهی اولیه، ماشینهای حفاری مشکل زیادی تجربه نکردند و با سرعت حدود ۱۴۹ متر در هفته پیش رفتند.
روش حفاری که برای حفر زمین و رسیدن به لایهی مدنظر در دو سمت بریتانیا و فرانسه انجام شد، بهنام Precast Segmental Linings شناخته میشود که از روشهای مرسوم حفر تونل است. در این روش، با پیشرفتن ماشین حفاری (TBM) بخشهای قالبریزیشده از قبل بهمرور نصب میشوند تا بهنوعی خطدهی تونل بهصورت موقت انجام شود. این قالبها علاوهبر ساخت دیوارهی داخلی تونل، تحمل فشار بارهای داخلی و خارجی را هم در همان ابتدای فرایند ساخت نشان میدهند. ماشینهای TBM هم در مسیر پیشرفت خود، به بخشهای پشتسری نصبشده بهکمک قالبها تکیه میکنند.
ماشینهای حفاری که برای حفر تونل مانش استفاده میشدند، در سمت بریتانیا به ترتیب حروف الفبا نامگذاری شده بودند و در سمت فرانسه نامهای زنانه همچون Brigitte ،Europa ،Catherine ،Virginie ،Pascaline و Séverine داشتند. این ماشینها ساخت شرکتی با همکاری Markham و Kawasaki بودند.
دیوارههای قالبگیریشده در سمت فرانسه از جنس نئوپرن بودند که عایقبندی گروت داشتند و با پیچ به هم متصل میشدند. جنس دیوارهها بتن تقویتشده و چدن بود. در تونل انگلیس، بهدلیل مناسبتربودن ساختار زمینشناسی امکان حفاری با سرعت بیشتر وجود داشت و تنها در بخشهایی که ساختار زمینشناسی کمی ضعیف بود، از دیوارههای چدنی استفاده شد.
۳۰ اکتبر ۱۹۹۰، فرایند حفاری تونل مانش به اولین مرحلهی تاریخی رسید و متهی حفاری ۵۰ میلیمتری به رسیدن دو سمت تونل سرویس به یکدیگر منجر شد. در اول دسامبر همان سال، یک کارگر بریتانیایی و یک کارگر فرانسوی در محل تلاقی دو تونل بههم رسیدند و رسانهها خبر نهایی تکمیل اولیهی تونل مانش را مخابره کردند. یوروتونل موفق شده بود فرایند حفاری را طبق زمان قرارداد بهپایان برساند؛ اما هنوز مراحل زیادی از توسعهی تونل مانش باقی مانده بود. گراهام فاگ، کارگر بریتانیایی، به تونل فرانسوی رسید و از سمت فرانسه خارج شد. او لقب اولین فردی را دریافت کرد که کانال انگلیس را پس از هشتهزار سال (جداشدن بریتانیا از اروپا) از راه خشکی طی کرده است. دو تونل در زمان رسیدن به یکدیگر تنها ۳۶/۲ متر باهم فاصله داشتند؛ البته هماهنگکردن دو تونل فراید دشواری بود که درادامه جزئیات آن را شرح میدهیم.
سیستم ریلی تونل مانش
سیستم ریلی که در تونل مانش وظیفهی جابهجایی مسافر و بار و وسایل نقلیه را برعهده دارد، بخشها و زیرمجموعههای مهمی را شامل میشود که ترکیب آنها حملونقل ایمن و سریع را در بلندترین تونل زیر آبی جهان ممکن میکند. سیستم ارتباطی در حملونقل ریلی تونل مانش اهمیت زیادی دارد که از سه سیستم تشکیل میشود:
سیستم رادیویی CR برای ارتباط بین ماشینهای خدماتی و کارکنان
سیستم رادیویی TTR برای ارتباط امن و تبادل داده بین قطارها و مرکز کنترل ریلی
سیستم SIR برای داخل شاتلهای حمل وسایل نقلیه که ارتباط بین خدمهی هدایت قطار و مسافران وسیلهی نقلیه را ازطریق رادیو داخلی وسایل ممکن میکرد. ظاهرا این سیستم بهدلیل مشکلات اجرایی پس از مدتی تعطیل شده است.
تأمین برق لوکوموتیوهای قطار با استفاده از خط سیم بالاسری انجام میشود که برق ۲۵ کیلووات ۵۰ هرتز دارد. منبع تغذیهی برق برای عملیات داخل تونل مانش بهصورت مشترک از بریتانیا و فرانسه تأمین میشود. دو ایستگاه زیرمجموعه با تغذیهی ۴۰۰ کیلوواتی در هر ترمینال در دو سمت تونل وجود دارد؛ البته در زمانهای اضطراری، نورپردازی تونل که حدود ۲۰ هزار لامپ را شامل میشود، یکی از منابع انگلستان یا فرانسه تأمین خواهد کرد. درضمن، شبکهی مخابراتی 4G در کل طول تونل مانش پوشش ارائه میکند.
سیستم سیگنالدهی کابینهای هدایت قطار در کانال مانش TVM430 نام دارد که فرانسویها آن را مخصوص ارتباط با قطارهای تندرو طراحی کردهاند. این سیستم اطلاعات را مستقیما به واگنهای هدایت اصلی و نمایشگرهای مخصوص ارسال میکنند. سیستم حفاظت از قطار هم در خطوط ریلی پیادهسازی شده است که در زمان عبور سرعت قطار از میزان مشخص، آن را متوقف میکند. مدیریت سیگنالدهی قطارها در ترمینالهای مخصوص دو سمت وجود دارد که نیروی متحصص آنها ۲۴ ساعته کنترل مسیر را برعهده دارند. این ترمینالها که در سمت بریتانیا بهنام ویکتور هوگو و در سمت فرانسه بهنام چارلز دیکنز شناخته میشوند، مراکز ورود و خروج وسایل نقلیه به قطارهای مخصوص شاتل نیز 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 کشور میرفت که مجوز حداکثر سرعت ۳۰۰ کیلومتربرساعت داشت. در سمت انگلستان نیز پس از راهاندازی خط High Speed 1 در سال ۲۰۰۳، سرعت مجاز در خارج از تونل به همین حد رسید. در داخل تونل مانش، حداکثر سرعت قطارها تا ۱۶۰ کیلومتربرساعت محدود شده است.
سیستم تهویهی هوای قدرتمندی برای مدیریت گرمای تولیدشده در تونلها تعبیه شده است. این سیستم بهگونهای عمل میکند که گرمای تولیدشده از حرکت قطارها را از تونل خارج کند و در زمان آتشسوزی احتمالی هم تونل سرویسدهی را محفوظ نگه دارد. فشار هوا در تونل سرویس همیشه بیشتر از فشار در تونلهای اصلی حفظ میشود؛ درنتیجه، اگر آتشسوزی در تونلهای اصلی رخ دهد، دود به تونل سرویسدهی وارد نمیشود. بهعلاوه، دو لولهی آب خنککننده در هر تونل ریلی تعبیه شد که آب خنک را برای ازبینبردن گرمای تونلها به جریان در میآورد. برای خارجکردن آب واردشده به تونل بر اثر باران یا نشتکردن هم ازطریق سیستم مخصوص به بیرون از تونل هدایت میشود.
سیستم حملونقل مبتنیبر راهآهن که در تونل مانش فعالیت میکند، به انواع قطارهای باری و مسافری و خدماتی نیاز دارد که هرکدام مشخصات منحصربهفرد خود را دارند. چند مجموعه قطار مسافربریباری بهنام یوروتونل شاتل، لوکوموتیوهای باری، قطارهای مسافربری بینالمللی و لوکوموتیوهای تعمیرات و سرویس در تونل مانش فعال هستند.
یوروتونل شاتل یا له شانل یکی از سرویسهای شاتل مخصوص برای خدمترسانی بین ترمینالهای چارلز دیکنز و ویکتور هوگو است که وسایل نقلیهی جادهای مانند اتومبیل و موتورسیکلت و دوچرخه را هم جابهجا میکند. همچنین در برخی از واگنها، مسافر سوار میشود و امکان ورود برخی حیوانات خانگی هم به واگنها وجود دارد. واگنهایی که در قطارهای شاتل استفاده میشوند، ابعادی بزرگتر از واگنهای استاندارد در بریتانیا و فرانسه دارند؛ درنتیجه، امکان ادامهی مسیر در راهآهن رسمی کشورهای مذکور را ندارند. لوکوموتیوهایی که کشیدن قطارهای شاتل را برعهده دارند، به نامهای Class 9000 و Class 92 شناخته میشوند که در دستهی لوکوموتیوهای ۶ محور پرقدرت قرار میگیرند.
قطارهای مسافربری پرسرعت که از تونل مانش عبور میکنند، قطارهای سفر بینالمللی هستند. یکی از انواع آنها بهنام British Rail Class 373 یا TGV TMST شناخته میشود که فرانسویها برای استفاده در خط راهآهن یورواستار طراحی شدند. این قطارها امکان حرکت در خطوط ریلی داخل کشور فرانسه و انگلستان را دارند و مسافران را از انگلستان به اقصی نقاط اروپا جابهجا میکنند. مدل حرفهایتر از همین قطار هم با سرعت بیشتر بهنام British Rail Class 373 در خطوط راهآهن یورواستار فعالیت میکند. لوکوموتیوهای خدماتی که در خطوط راهآهن تونل مانش فعال هستند، به نامهای Eurotunnel Class 001 و Class 0031 فعالیت میکنند که از نوع دیزلی هستند.
آمارها و نکتههای عملیاتی
تونل مانش پس از گذشت نزدیک به یک ربع قرن فعالیت، نقش مهمی در حملونقل قارهی اروپا داشته است؛ تونلی که یادآوری هشتهزار سال پیش و اتصال بریتانیا به اروپا است و امروز نقشی حیاتی در حملونقل مسافر و تجارت بینالمللی در این منطقه ایفا میکند. اگرچه رخداد برگزیت با خارجشدن بریتانیا از اتحادیهی اروپا همراه شد، هنوز کانال مانش بهعنوان راه ارتباطی مهمی بین یکی از کشورهای مهم جهان با همسایههای استراتژیک شناخته میشود. آمارهای عملیاتی مانش نشان میدهد شرکت مالک، GetLink، دستاوردهای مهمی در بهرهبرداری بهینه از این دستاورد بزرگ سازهای دارد. درادامه، برخی از آمارها و نکتههای جالب از وضعیت کنونی تونل مانش را شرح میدهیم.
تونل مانش بلندترین طول مسیر زیر دریا را دارد؛ اما بهعنوان سیزدهمین تونل بلند جهان شناخته میشود. در میان تونلهای مخصوص جابهجایی مسافر هم مانش در رتبهی چهارم قرار میگیرد.
ماشینهای حفاری که در جریان ساخت تونل مانش استفاده شدند، درمجموع ۱۲ هزار تن وزن داشتند. هریک از آنها طولی بلندتر از دو زمین فوتبال داشت. یکی از ماشینهای حفاری در سمت بریتانیا اکنون در زیر کانال دفن شده است و دیگری در سال ۲۰۰۴ در eBay با قیمت ۳۹،۹۹۹ دلار فروخته شد.
روزانه بهصورت میانگین ۶۰ هزار نفر ازطریق تونل مانش جابهجا میشوند. ۴،۶۰۰ کامیون و ۷،۳۰۰ خودرو در ۱۴۰ واگن هم به این آمار اضافه کنید.
سه آتشسوزی عظیم در سالهای ۱۹۹۶ و ۲۰۰۶ و ۲۰۱۲ در تونل مانش رخ داد که به تعطیلی تونل منجر شد. بزرگترین حادثه در سال ۱۹۹۶ رخ داد که ۵۰۰ متر از تونل را از بین برد و ۶ ماه روی عملیات بهرهبرداری تأثیر گذاشت.
مهمترین حادثهی رخداده برای قطارهای تونل مانش در سال ۲۰۰۹ رخ داد که پنج قطار یورواستار در داخل تونل متوقف شدند. بیش از دوهزار مسافر بهمدت ۱۶ ساعت بدون برق و برخی از آنها بدون آب و غذا در تونل گرفتار شدند.
مشعل المپیک سال ۲۰۱۲ برای رسیدن به شهر مقصدش لندن، از داخل تونل مانش عبور کرد.
سیستم دیوارههای تونل بهگونهای طراحی و ساخته شده است که حداقل تا ۱۲۰ سال عمر بهرهبرداری دارد.
زمان عبور از داخل تونل مانش حدودا ۳۵ دقیقه است.
حدود ۲۶ درصد از تبادل محموله بین بریتانیا و اروپا ازطریق کانال مانش انجام میشود که ارزش سالانهی آن به ۱۲۰ میلیارد دلار میرسد.
فرایندهای تعمیر و نگهداری
کانال مانش بهدلیل اهمیت بسیار فراوان حملونقل مسافر و باربری، به سیستمهای کنترل و مدیریت دائمی نیاز دارد. شرکت GetLink با پروژهی یوروتونل مدیریت این تونل را برعهده دارد و سیستمهای نظارت و تعمیر و نگهداری دائمی را در آن پیاده کرده است. آنها تلاش میکنند تا جدیدترین فناوریها را در یکی از مسیرهای مواصلاتی بزرگ جهان پیاده کند.
روزانه بهصورت میانگین ۳۵۰ قطار از تونل مانش عبور میکنند و در ساعتهای شلوغ، قطارها با فاصلهی سه دقیقهای بهحرکت درمیآیند. شاتلهای حمل کامیون حداکثر ۳۲ وسیلهی حمل مرسولههای سنگین را جابهجا میکنند که تا ۴۴ تن وزن دارند. در برخی مواقع، وزن شاتلها به ۲،۵۰۰ تن میرسد و شاتلهای مسافری نیز توانایی جابهجایی ۱۲۰ واگن دارند. چنین فشار حملونقلی، قطعا به برنامههای نظارت و تعمیرات جدی نیاز پیدا میکند.
بزرگترین کارگاه تعمیرات و نگهداری قطار در جهان در کوکل فرانسه مسئولیت تعمیر و نگهداری قطارهای تونل شانل را برعهده دارد. هریک از قطارها با سیستم Wheel Measurement System اسکن میشوند تا بهخصوص در بخش چرخها مشکلی ازلحاظ افسردگی و خوردگی براثر جابهجایی در تونل پیدا نکرده باشند. سیستم اسکن بهصورت خودکار در داخل تونل هم کار میکند تا درصورت لزوم، دربارهی نیاز به تعمیر چرخ قطارها هشدار دهد.
برای بررسی خطوط راهآهن موجود در تونل مانش، یک قطار دو واگن بهنام Vectoor هفتهای یکبار کل سیستم ریلی را اسکن میکند. دادههای جمعآوریشده در مراکز کنترل مدلسازی و عمر مفید تجهیزات از آنها استخراج میشود. همچنین، شرکت از پهپادهای مخصوص برای نطارت بر مسیر حرکت قطارها استفاده میکند که بهصورت زنده عملیات بازبینی از تونل را انجام میدهند.
هزینهی سفر ازطریق تونل مانش بسته به سفر با قطار یا در داخل وسیلهی نقلیهی شخصی متفاوت خواهد بود. درحالحاضر، هزینهی سفر یکطرفه با وسیلهی نقلیهای مانند اتومبیل از ۴۹ پوند شروع میشود و برای سفرهای شخصی نیز بلیت دوطرفه ۶۹ پوند هزینه دارد.
یکی از نکات مهم تونل مانش که به مسئلهی همیشگی برای کشورهای اطراف آن تبدیل شده، بحران مهاجران غیرقانونی است. از همان سالهای ابتدایی، مهاجران و پناهندگان متعددی تلاش کردند تا ازطریق تونل مانش بهصورت غیرقانونی وارد خاک بریتانیا شوند. صلیب سرخ جهانی در سال ۱۹۹۹ مرکزی را برای مدیریت مهاجران در سانگات راهاندازی کرد که در انبار مخصوص ساخت تونل از آنها نگهداری میکرد. در سال ۲۰۰۲، در یک زمان بیش از ۱،۵۰۰ نفر در آن انبار زندگی میکردند. بههرحال، مشکل مهاجران غیرقانونی هنوز کشورهای بریتانیا و فرانسه را زیرفشار قرار میدهد و تفاوت قوانین پذیرش پناهنده در دو کشور، بحرانها را چندبرابر میکند.
کانال مانش امروزه شاید تهدیدهایی بهدلیل خروج بریتانیا از اتحادیهی اروپا احساس کند و شاید حملونقل بار در آن کاهش بیاید. ناگفته نماند شرکت گتلینک اعتقاد دارد این تصمیم تأثیری بر عملکرد آنها نخواهد گذاشت. بههرحال، اکنون مسیر مانش بهترین و سریعترین مسیر برای جابهجایی بین بریتانیا و اروپا محسوب میشود و درمقایسهبا تمامی روشهای دیگر هوایی و آبی، کمترین تأثیر زیستمحیطی را بههمراه دارد. تا امروز، بیش از ۴۵۰ میلیون نفر مسافر از کانال مانش عبور کردهاند و این آمار برای خودروهای سواری و کامیونهای باری به ۶۰ و ۳۰ میلیون دستگاه میرسد.