Inženýři strávili téměř 20 let budováním nejdelšího a nejhlubšího železničního tunelu na světě pod sněhem-zakrytými švýcarskými Alpami

Od konce druhé světové války snili inženýři o vytvoření rychlejší trasy přes Alpy, aby zlepšili dopravní spojení a podpořili obchod mezi různými regiony Švýcarska.

Švýcarský inženýr Carl Eduard Gruner z Basileje jako první navrhl myšlenku výstavby rychlého dopravního tunelu pod Gotthardským masivem. Již v roce 1947 navrhl vytvořit tunel s nízkým sklonem-protínající Gotthardskou základnu.

Jako součást širší trans{0}}alpské železniční sítě se však o projektu vážně uvažovalo až o více než 40 let později, kdy začaly plány na trasu spojující Erstfeld na severu a Bodio na jihu.

Železnice se stala součástí programu AlpTransit, jehož cílem je snížit kongesce na horských silnicích, zkrátit dobu a náklady na přepravu a snížit dopady na životní prostředí způsobené těžkou dopravou.

Do roku 1995 na základě doporučení švýcarských federálních drah (SBB) Švýcarsko vypracovalo plány na dva 57-kilometrové jednokolejné železniční tunely mezi Erstfeld a Bodio. Systém zahrnoval 180 spojovacích pasáží a multifunkční stanice v Sedrunu a Faido.

Celková délka tunelového systému přesahovala 150 kilometrů, přičemž vrstvy hornin nad nejhlubšími úseky dosahovaly tloušťky téměř 2,5 kilometru.

Výzvy v tunelech pod Alpami

V roce 1998, po sérii geologických průzkumů, švýcarské federální dráhy založily AlpTransit Gotthard AG, aby dohlížela na výstavbu Gotthardského základního tunelu.

Pro stavební účely byly dva jednokolejné tunely{0} rozděleny do pěti částí.

Přestože alpské vrcholy nahoře pokryl sníh, teploty hluboko pod zemí dosáhly 45 stupňů, což způsobilo značné technické problémy. Inženýři museli zvládnout chlazení pracovníků, ventilační systémy, vysoký tlak podzemní vody a obrovské zatížení horninami nad tunelem.

Tlak z okolních hornin byl tak intenzivní, že oblasti výkopů byly silně deformovány. Vysoce rozbitá hornina by se mohla tlačit dovnitř, čímž by se zmenšil průřez tunelu-a ovlivnila by stabilita konstrukce.

Ocelové nosné systémy pro extrémní podzemní tlaky

K vyřešení těchto problémů zavedl projektový tým pokročilé těžební techniky, včetně ocelových podpěrných částí oblouku s kluznými třecími spoji.

Tyto ocelové nosné konstrukce byly navrženy tak, aby se přizpůsobily přesným úrovním zatížení a mírně se deformovaly při zvyšujícím se tlaku, aniž by došlo k poškození ostění tunelu.

Pro podzemní inženýrské projekty vystavené extrémnímu namáhání je kritický výkon materiálu. Vysokopevnostní materiály, jako je vysokopevnostní ocelový plech, jsou běžně vybírány pro náročné konstrukční aplikace, protože poskytují vynikající-únosnost a spolehlivý mechanický výkon.

Ve srovnání s tradičními podpěrami mohou konstrukční ocelové komponenty absorbovat deformace a udržovat strukturální integritu v měnících se podzemních podmínkách.

"Stlačování země vyžaduje specializované podpůrné systémy kolem tunelu," vysvětlil Ivor Thomas, manažer tunelu v BAM Nuttall a viceprezident British Tunneling Society. "Tyto ocelové posuvné oblouky jsou pečlivě navrženy tak, aby podléhaly, aniž by to ovlivnilo integritu ostění tunelu."

Po překonání těchto technických problémů dokončil stavební tým v říjnu 2010 poslední proražení tunelu, kdy po 11 letech ražby odstranil přibližně 28,2 milionů tun vytěžené horniny.

Vysoce výkonné železniční tratě

Úspěch Gotthardského základního tunelu však nezávisel pouze na dokončení ražby. Bez vysoce-kvalitního železničního systému by tunel nemohl dosáhnout svého cíle přepravit šest nákladních vlaků a dva osobní vlaky za hodinu v každém směru.

V rámci železničního systému bylo na celé trase použito 290 kilometrů tepelně -zpracovaných kolejnic z perlitické oceli a vysoce výkonné-výhybky.

Tepelné zpracování mění mikrostrukturu oceli, zlepšuje odolnost proti opotřebení, únavě valivého kontaktu a dalším defektům. Tyto vlastnosti jsou zvláště důležité pro železniční systémy provozované při vysokých rychlostech a velkém zatížení.

Podobné požadavky platí pro průmyslové aplikace, kde se používá ocelový plech odolný proti opotřebení ke zlepšení životnosti při opakovaném nárazu, tření a mechanickém namáhání.

Tepelně-ocelové výrobky také zlepšují provozní bezpečnost, snižují požadavky na údržbu a prodlužují životnost železniční infrastruktury.

Vysoce výkonná ocel pro těžkou přepravu

Protože každá část projektu vyžadovala výjimečnou spolehlivost, byla dodávka 18 000 tun vysoko-kolejnic a 43 vysoce{4}}výhybek přidělena specializovanému výrobci oceli voestalpine.

„Maximální rychlosti dosahované osobními a nákladními vlaky v Gotthardském úpatí tunelu vytvářejí extrémně vysoké požadavky na kvalitu železničních tratí a výhybkových systémů,“ řekl Franz Kainersdorfer, vedoucí voestalpine Metal Engineering.

Železniční systém používá standardní 120metrové kolejnice ke zlepšení bezpečnosti a snížení počtu zranitelných svařovacích bodů.

Pro výrobu kolejnic schopných splnit požadavky projektů, jako je Gotthardský základní tunel, byly vyvinuty pokročilé technologie výroby a tepelného zpracování-s cílem zlepšit výkon oceli.

Podobné principy se uplatňují také v moderní průmyslové výrobě oceli, kde se uhlíková ocel a další-výkonné ocelové materiály vybírají podle pevnosti, odolnosti a provozních podmínek.

Budoucnost vysoce výkonných ocelových aplikací

Projekt Gotthard Base Tunnel pomohl podpořit vývoj tepelně zpracovaných ocelových výrobků -generace-.

voestalpine později představila ultra-vysokouhlíkovou{1}}tepelně zpracovanou-uhlíkovou ocel navrženou ke zlepšení nosnosti smíšených nákladních a těžkých{3}}dopravních železničních systémů.

Společnost tvrdila, že ve srovnání se standardními tepelně-zpracovanými kolejnicemi mohou tyto pokročilé produkty výrazně snížit náklady na údržbu a zároveň prodloužit životnost.

Projekty jako Gotthard Base Tunnel demonstrují důležitost výběru správných ocelových materiálů pro extrémní prostředí.

Od podpůrných systémů podzemních tunelů po vysokorychlostní železniční infrastrukturu, pokročilé ocelové produkty, jako je vysokopevnostní ocelový plech, ocelový plech odolný proti opotřebení a další specializované konstrukční ocelové komponenty, nadále podporují některé z nejnáročnějších světových inženýrských projektů.