worldsteel | Our stories: A tunnel through the Alps

阿尔卑斯山下的快速通道

工程师花了近20年时间, 在白雪皑皑的瑞士阿尔卑斯山下 挖掘出一条世界最长、最深的铁路隧道

自二战结束以来,工程师一直希望修建一条穿越阿尔卑斯山的捷径,用于提升瑞士阿尔卑斯山脉区域间的运输联系和促进贸易往来。

巴塞尔的工程师卡尔·爱德华·格吕纳最早提出在圣哥达山峰(Gotthard Massif)下方建造一条快速运输隧道,早在1947年,他就已提出挖掘一条平缓坡度的隧道贯穿圣哥达基线(Gotthard base)。

但作为广义上跨阿尔卑斯铁路的一部分,直到40多年后,这个想法才真正得到支持—人们开始提议在北部的埃斯特费尔德(Erstfeld)和南部的博迪奥(Bodio)之间建设一条路线。

这条铁路是阿尔卑斯枢纽计划的一部分,建设目的是为减轻蜿蜒穿过该地区道路的拥挤度,它不仅可缩短运输时间和成本, 还能减少繁忙运输对环境产生的影响。

圣哥达基线隧道于2016年6月正式开放

到1995年,在瑞士联邦铁路(SBB)的建议下,瑞士当局已在埃斯特费尔德(Erstfeld)和博迪奥(Bodio)间修建了两条长57公里的单线铁路隧道,两条隧道间有180条连接通道,塞德龙(Sedrun)和法伊多(Faido)还设有两个多功能车站。该线隧道总长已超过150公里,其最深处的岩层厚度近2.5公里。

该线路预计货运列车时速为110公里/小时,客运为250公里/小时。

 

该线路预计货运时速为110公里/小时,客运为250公里/小时,每个方向上每小时运送5列货物列车和2列客运列车。

隧道视野

1998 年,在一系列勘探性钻掘后,瑞士联邦铁路成立了全资子公司阿尔卑斯枢纽-圣哥达(AG),负责监督圣哥达隧道的建设。

为便于施工,这两条单线隧道分为了五个部分。阿尔卑斯山顶白雪皑皑,但线路掘进深度的地热却达到了45摄氏度,这给工程师提出了新问题,工程师不仅需要解决员工降温以及额外通风的问题, 还需处理隧道周围高水压和隧道上方巨大岩石荷载的问题。

这些岩石载荷是如此之大,导致在隧道沿线掘进时都会受到“挤压”。而此处严重开裂和破裂的岩石在掘进过程中可能会向内推入隧道孔洞,挤压隧道横截面并令其变形。

在阿尔卑斯山下挖掘圣哥达基线隧道

开拓新领域

为解决这一问题,项目团队借鉴了采矿技术,引入了一系列带滑动摩擦接头的钢拱支撑段。钢拱支撑段可进行调整以设置精确的负载水平,并可随压力的增加而稍微“屈服”。

“压挤地面作业需在隧道周围提供地面支撑的专业设备,” 英国承包商BAM Nuttall的隧道经理,英国隧道协会副主席艾弗·托马斯(Ivor Thomas)说道, “简单的煤矿拱形门只能压弯,而这些钢制滑动拱形门经过精心设计,可‘屈服’,不会影响隧道衬砌的完整性。”

解决了这些技术挑战后,2010 年 10 月,在清除完2820 万吨岩石挖方后,施工团队掘通了最后一段隧道,此时,距离隧道第一次爆破完成已过了11 年。

一位工人在施工过程中浇筑混凝土

高性能轨道

但是,圣哥达基线(Gotthard base)隧道能否取得成功并不完全取决于其成功建设。如果不对隧道进行全面、高质量的轨道布局,该线路就无法实现其每小时运送六列货运列车和两列旅客列车的目标。

作为轨道布局的一部分,整条线路采用了290Km热处理珠光体钢轨和高性能道岔。

钢轨的热处理可以改变钢材的微观结构,确保其耐磨损、抗滚动接触疲劳和其他缺陷,这对于高速行驶的铁轨部分尤其重要。 经过热处理的钢轨还有助于提高运行安全性,减少维护流程,并延长路轨的使用寿命。

该项目各个方面都具有头等重要性,因此,提供所需 18,000 吨高强度铁轨,以及轨道间列车换岔的 43 个高性能道岔的任务就落在了专业钢铁生产商奥钢联集团的头上。

“客运和货运列车在圣哥达基线隧道达到的最高时速,对轨道和道岔系统的质量提出了高要求”

该线路轨道采用 120 米标准导轨,并为提高安全性,减少了 潜在的脆弱焊点量。铁轨的制造厂为奥钢联集团 Leoben/Donawitz厂,而为确保按圣哥达基线隧道等项目所需量生产高质铁轨,铁轨还采用了自主研发的内联工艺进行热处理。

奥钢联集团金属工程部主管Franz Kainersdorfer表示:“客运和货运列车在圣哥达基线隧道达到的最高时速,对轨道和道岔系统的质量提出了高要求。” 圣哥达基线隧道准备于 2016年12月通车时,对这些轨道进行了严格的测试。

该项目推动了下一代热处理钢轨的研发—奥钢联集团推出了超高碳热处理钢,专用于提升混载和重载运输轨道的负荷。 它声称,与经标准热处理的轨道相比, 这些轨道的维护费用可减少一半,而使用寿命却可延长一倍。

这种说法将在其他类似圣哥达基线隧道的大型工程中获得证明。

图片:©AlpTransit Gotthard Ltd,Getty和iStock版权所有