Mostowe i tunelowe przeprawy ...

Mostowe i tunelowe przeprawy miedzykontynentalne-artykuł(1)(3),

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
artykuł promocyjny
GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele
01/2007 (12)
17
artykuł promocyjny
mosty/tunele
Mostowe i tunelowe
międzykontynentalne
Rys. 1. Istniejące i planowane przeprawy międzykontynentalne: 1. Most przez Kanał Panamski | 2. Most przez Cieśninę Beringa (projekt) | 3. Most przez Kanał
Sueski | 4. Most przez Cieśninę Giblartarską (projekt) | 5. Most przez Cieśninę Messyńską (projekt) | 6. Eurotunel | 7. Mosty przez Cieśninę Wielki Bełt i Sund | 8.
Mosty przez Cieśninę Bosforską | 9. Tunel Honsiu-Hokkaido
Jednym z najbardziej spektakularnych osiągnięć inżynier-
skich są mostowe i tunelowe przeprawy międzykontynentalne.
Są one bowiem nie tylko świadectwem wysokiego poziomu
techniki i stanowią ważny czynnik rozwoju gospodarczego
i społecznego świata, ale mają także symboliczne znaczenie
– przez łączenie lądów wyrażają dążenie do jego pokojowej
integracji.
Jeszcze do stosunkowo niedawna czystą fantazją wydawa-
ło się pokonanie „suchą stopą” przestrzeni oddzielających
wszystkie kontynenty, wyłączając (póki co!) Australię i An-
tarktydę. A przecież być może w niezbyt już odległej przyszło-
ści wędrowanie między obu Amerykami, Ameryką Północną
i Azją, Azją i Afryką, Europą i Afryką będzie rzeczywistością.
Ba, częściowo, o czym stosunkowo mało wiemy, już tak jest!
I to za sprawą postępu w mostownictwie i tunelowaniu ko-
munikacyjnym!
W niniejszym artykule dokonamy przeglądu sytuacji istnie-
jącej i przewidywanej, rzutując go na szersze tło społeczne,
ekonomiczne, polityczne i techniczne. Każdej z opisywanych
przepraw można by poświęcić oddzielne opracowania. Tu
jednak ograniczymy się tylko do informacji podstawowych.
Warto przy tym dodać, że istnieją już lub niebawem będą
realizowane przeprawy niebędące wprawdzie międzykonty-
nentalnymi
sensu stricte
, ale mające wszelkie ich cechy. Moż-
na tu wymienić przede wszystkim Eurotunel, łączący Francję
z Wielką Brytanią (ukończony w 1994 r.), przeprawę przez
Cieśniny Wieli Bełt i Sund, łącząca Danię i Szwecję (2000 r.),
tunel między dwiema głównymi wyspami japońskimi – Honsiu
i Hokkaido (1988 r.) oraz most przez Cieśninę Messyńską, łą-
czący Sycylię z końcem „buta włoskiego” – Kalabrią (budowa
przygotowana do rozpoczęcia). Te przeprawy nie będą tu jed-
nak przedstawiane. Treść artykułu dotyczyć będzie – zgodnie
z jego tytułem – mostowych i tunelowych przepraw między-
kontynentalnych w ścisłym tego słowa znaczeniu.
Istniejące przeprawy międzykontynentalne
Na rys. 1 pokazano miejsca istniejących i eksploatowanych
oraz dopiero planowanych na następne lata przepraw między-
kontynentalnych, uwzględniając w tym Eurotunel, połączenie
Danii ze Szwecją i most przez Cieśninę Messyńską oraz Hon-
Fot. 1. Stara przeprawa przez Kanał Panamski
Rys. 2. Most przez Bosfor – konkursowy projekt Finsterwaldera
siu – Hokkaido. Z rysunku tego wynika, że już teraz można
„suchą stopą” przejść z Ameryki Południowej do Północnej
przez Kanał Panamski, z Azji do Europy przez Bosfor oraz
z Azji do Afryki przez Kanał Sueski.
Przeprawy przez Kanał Panamski – połączenie
obu Ameryk
Na fot.1 pokazano istniejącą od dawna przeprawę przez Ka-
nał Panamski, której widok zaczerpnięto ze strony internetowej.
Autorom nie udało się zdobyć bliższych informacji o tej prze-
prawie. Sądząc z formy konstrukcyjnej, może to być obiekt ma-
jący nawet około 50 lat lub więcej. Nie jest to jednak pewne.
Na rys. 3 pokazano nową przeprawę mostową, oddaną
do użytku w 2004 r. Ma ona długość 1057 m i jest położona
w ciągu autostrady Arraiján – La Chorrera w Panamie. Jej głów-
ną część stanowi most o konstrukcji podwieszonej z przęsłami
200 m + 420 m + 200 m. Spód przęseł jest wzniesiony 80 m
18
GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele
01/2007 (12)
mosty/tunele
przeprawy
mosty/tunele
mosty/tunele
c)
Rys. 3. Nowa przeprawa przez Kanał Panamski: a) widok boczny mostu; b) przekrój poprzeczny przęsła; c) ukończony most.
a)
ponad poziom wody w kanale, co ma umożliwić swobodny
przepływ statków oceanicznych. Wysokość pylonów jest równa
184 m. Ze względu na zróżnicowane warunki gruntowe jeden
z pylonów (zachodni) posadowiony jest na 32 palach o średnicy
1,80 m i długości do 30 m, zaś drugi (wschodni) ma fundament
bezpośredni w postaci bloku o wymiarach w planie 20 x 25 m
i wysokości 4,0 do 5,5 m. Betonowy pomost o całkowitej sze-
rokości 34,10 m mieści łącznie 6 pasów ruchu (rys. 3b). Wspor-
nikowy sposób budowy przęseł mostu nie zaburzał żeglugi po
kanale. Koszt przeprawy to około 104 miliony USD.
Przeprawy mostowe przez Bosfor – połączenie
Azji z Europą
Te dwie przeprawy są dobrze znane, także Polakom podró-
żującym dość licznie do Turcji, co zwalnia ze szczegółowego
opisu tych tras. Są to obecnie bodaj najbardziej uczęszczane
przeprawy międzykontynentalne. Głównym elementem każ-
dej z nich są stalowe mosty wiszące.
Idea wybudowania stałej przeprawy mostowej przez Bos-
for jest dość stara – czasowe budowano już w czasach sta-
rożytnych. Dopiero jednak na przełomie lat pięćdziesiątych
i sześćdziesiątych ubiegłego stulecia ogłoszono i rozstrzygnię-
to międzynarodowy konkurs na most. Warto przypomnieć, że
bardzo nowatorską propozycję przedłożył wtedy znakomity
konstruktor niemiecki Ulrich Finsterwalder (1897–1988) – był
to wieloprzęsłowy betonowy most wstęgowy o maksymalnej
rozpiętości przęsła 408 m i wysokości konstrukcyjnej tylko
0,30 m (h/l = 1/1360!), którego fragment pokazano na rys. 2.
Projekt ten uznano jednak wtedy za przedwczesny i wybrano
sprawdzoną już formę mostu wiszącego.
Pierwsza z przepraw została ukończona w 1974 r. Jej głów-
nym elementem jest most wiszący z największym przęsłem
rozpiętości 1074 m (rys. 4a).
Głównym elementem drugiej przeprawy, ukończonej
w 1988 r., jest most wiszący z największym przęsłem rozpięto-
ści 1090 m (rys. 4b). Nazwany jest imieniem Sułtana Mehmeda
Zdobywcy (ang.
Fatih Sultan Mehmet Bridge
).
b)
Fot. 2. Widoki mostów przez Bosfor: a) z 1974 r., b) z 1988 r.
Rys. 4. Mosty przez Bosfor: a) z 1974 r., b) z 1988 r.
GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele
01/2007 (12)
19
mosty/tunele
Widoki obu mostów pokazano na fot. 2. Zajmują one kolejno
12 i 13 miejsce w światowym rankingu największych mostów
wiszących, zaś 3 i 4 miejsce w rankingu obejmującym tylko
mosty europejskie (po moście przez Wielki Bełt, 1624 m, 1998 r.
i moście Humber, Wielka Brytania, 1410 m, 1981 r.).
Wzrost potrzeb komunikacyjnych spowodował, że obecnie
podjęto prace nad przygotowaniem połączenia Europy z Azją
tunelem kolejowym. Przeprawa ta jest opisana w części ar-
tykułu poświęconej planowanym połączeniom międzykonty-
nentalnym.
a)
Przeprawa przez Kanał Sueski – połączenie Azji
z Afryką
Nad Kanałem Sueskim wybudowano w 1965 r. w El Ferdan
(w Egipcie) dwutorowy ruchomy most kolejowy. Był to kra-
townicowy most dwuskrzydłowy o pionowej osi obrotu – każ-
de z dwóch przęseł miało po 158,5 m długości, co czyniło ten
obiekt rekordowym w klasie tego rodzaju mostów ruchomych.
Został zniszczony podczas tzw. wojny sześciodniowej w 1967 r.
Autorom nie są znane jego dalsze losy.
Natomiast w 2001 r., w pobliżu El Qantara, zakończono bu-
dowę długiej przeprawy drogowej z mostem podwieszonym
(fot. 3). Rozpiętość głównego przęsła stalowego jest równa
404 m, a wymiary skrajni żeglugi pod nim – 384 x 70 m. Całko-
wita długość przeprawy to aż 3,9 km, co wynika z wymaganej
wysokości skrajni żeglugowej oraz dopuszczalnego pochyle-
nia wzdłużnego drogi dojazdowej do mostu – 3,3%. Droga ta
zlokalizowana jest na wieloprzęsłowych estakadach, wykona-
nych z betonu. Betonowe są również oba pylony, mające wy-
sokość 154 m. Zwraca uwagę ich smukłość – wymiary „nóg”
pylonów w planie są równe u podstawy 7,8 x 6,4 m, zaś na
samej górze – 5,0 x 2,5 m.
b)
Planowane przeprawy międzykontynentalne
Dwie brakujące przeprawy międzykontynentalne – z Ame-
ryki do Azji oraz z Europy do Afryki – w fazie studialnej są
poważnie zaawansowane. Techniczne możliwości ich realiza-
cji obecnie nie stanowią już problemu. Rzecz jasna pozostaje
kwestia sfinansowania tych inwestycji, co wymaga odpowied-
nich decyzji politycznych oraz działań gospodarczych i orga-
nizacyjnych. Tu ograniczymy się do przedstawienia podstawo-
wych zagadnień technicznych, sygnalizując jedynie pewne
uwarunkowania ekonomiczne i polityczne.
Fot. 3. Most przez Kanał Sueski: a) jeden z pylonów i fragment przęsła pod-
wieszonego, b) widok części dojazdowej
Kolejowy tunel przez Bosfor – połączenie Europy
z Azją
Przeprawa przez Bosfor (fot. 4; rys. 5) stanowić będzie połą-
czenie linii kolejowych, dochodzących obecnie do czołowych
dworców w Istambule – po stronie europejskiej i w Usküdar
– po stronie azjatyckiej. Całość projektu zwanego Marmaray
Project liczy 76 km, natomiast jego część, tzw. Bosphorus
Crossing (BC), ma długość13,6 km i obejmuje:
– 1,4 km tunelu pod Bosforem, który będzie wykonany meto-
dą zatapiania prefabrykowanych, żelbetowych segmentów,
– 10,1 km trasy dwóch równoległych tuneli jednotorowych,
wykonywanych za pomocą zmechanizowanych tarcz (TBM),
w tym: 2,2 km – tarczą wyrównanych ciśnień gruntowych
(EPB) i 7,9 km – tarczą zawiesinową (Slurry Shield),
– 1,3 km tunelu wykonywanego metodą odkrywkową
– 0,8 km czterech podziemnych stacji, z których trzy będą wy-
konane w otwartym wykopie, zaś jedna, położona na głębo-
kości 40 m, będzie zbudowana bez naruszania powierzchni
terenu Nową Austriacką Metodą Budowy Tuneli (NATM).
Fot. 4. Cieśnina Bosfor – miejsce przeprawy tunelowej (zdjęcie satelitarne)
20
GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele
01/2007 (12)
mosty/tunele
mosty/tunele
Tunel pod Bosforem (rys. 6) będzie najgłębszym tunelem
na świecie, zbudowanym za pomocą przedstawionej meto-
dy i znajdzie się na głębokości 58 m poniżej poziomu wody
w cieśninie. Będzie się składać z 11 segmentów o długościach
od 98 do 140 m, które zostaną wykonane w dwóch suchych
dokach w miejscowości Tuzla, oddalonej o 42 km od miejsca
przeprawy. Segmenty w kształcie prostopadłościennych, dwu-
nawowych skrzyń (każda nawa pomieści jeden tor) zbudowa-
ne będą w dwóch fazach. W pierwszej powstanie wewnętrzna
i zewnętrzna blaszana powłoka, spełniająca rolę dodatkowej
izolacji oraz element deskowania, wewnątrz którego zabeto-
nowana zostanie płyta denna segmentu i ściany do połowy
wysokości. W drugiej fazie: po spławieniu do drugiego doku
dobetonuje się ściany na ich pełną wysokość oraz strop.
Tunel przy tak znacznym zagłębieniu i wysokim ciśnieniu
wody musi spełnić warunek szczelności przez cały projek-
towany okres 100 lat eksploatacji. Stąd, pomimo wymagania
zapewnienia szczelności przez sam beton obudowy, przewi-
dziano dodatkowe zabezpieczenie w postaci wspomnianej
blaszanej powłoki.
Drugim bardzo istotnym warunkiem, który musi spełniać
tunel, jest jego odporność na wstrząsy sejsmiczne. W pro-
jekcie założono magnitudę wstrząsu MW = 7,5 (Moment
magnitude) z uwagi na sąsiedztwo krawędzi aktywnej płyty
kontynentalnej, tzw. północno-anatolijskiego uskoku oraz
kilku innych uskoków tektonicznych, występujących w po-
bliżu Istambułu.
W dnie cieśniny Bosfor zalegają zróżnicowane grunty – od
iłów poprzez pyły aż do piasków. Natomiast w obu częściach
kontynentalnych – europejskiej i azjatyckiej – podłoże stano-
wią skały. Tunele drążone w skałach za pomocą tarcz będą
mieć wewnętrzną średnicę 7,04 m z obudową składającą się
z żelbetowych, prefabrykowanych segmentów.
Jednym z ciekawszych fragmentów przeprawy pod wzglę-
dem technologicznym będzie połączenie jednotorowych tune-
li tarczowych z dwunawowym tunelem „zatapianym”. Zazwy-
czaj połączenie takie wykonywane jest w otwartym wykopie,
lecz w przypadku Istambułu, bogatego w zabytki zarówno
na powierzchni terenu, jak i w te znajdujące się jeszcze pod
nią, nie było możliwe uzyskanie zgody na tak rozległy wykop
i dlatego projektanci zostali zmuszeni do zaprojektowania
tego połączenia pod ziemią.
Prace przy realizacji tego skomplikowanego przedsięwzię-
cia zostały już podjęte.
Rys. 5. Plan trasy kolejowej z tunelem pod Bosforem
Rys. 6. Tunel pod Bosforem – widok w planie i w profilu wzdłużnym
Rys. 7. Profil i plan przeprawy przez Cieśninę Beringa według projektu ze-
społu T.Y. Lina
Przeprawa mostowa przez Cieśninę Beringa
– połączenie Ameryki Północnej z Azją
Idea stałego połączenia tych dwóch kontynentów jest dość
stara, bo pierwszy pomysł sięga połowy XIX w. (Wiliam Gil-
pin, Gubernator Stanu Colorado, 1849 r.), a podjęcie go na
nowo – początków XX w. (E.H. Hariman, szef Kolei Pacy-
fiku, 1905 r.). Szkice pierwszych rozwiązań technicznych
to przełom lat 50. i 60. ubiegłego stulecia (T. Y. Lin, 1958
i P. Borysow, 1960). Zaawansowany projekt powstawał jed-
nak za sprawą T.Y. Lina w ciągu aż dziesięciu lat i został
ukończony w 1985 r.
W ówczesnej sytuacji politycznej projekt mostu przez Cie-
śninę Beringa, łączącego USA z ZSRR, miał przez długi okres
swój propagandowy wydźwięk – nazwano go Mostem Po-
koju. Odkładając na bok aspekty polityczne o wielkim prze-
cież znaczeniu, warto zwrócić uwagę, że realizacja takiego
połączenia odgrywałaby ogromna rolę społeczną i gospo-
darczą, aktywizującą łączone kraje. Alaska obejmuje aż 15%
Rys. 8. Wizualizacja fragmentu jednego z wariantów przeprawy mostowej
przez Cieśninę Beringa
terytorium USA, ale mieszka tym zaledwie 0,15% ludności
tego państwa. Z kolei Wschodnia Syberia to 33% terytorium
ówczesnego ZSRR, ale jest zamieszkiwana tylko przez 3%
ogółu jego ludności.
Szerokość Cieśniny Beringa w miejscu planowanej przepra-
wy ma około 88 km (rys. 7). W przypadku przeprawy niosą-
cej gazociągi i ropociągi oraz przeznaczonej tylko do ruchu
samochodowego, za uzasadnione technicznie i ekonomicznie
rozpiętości przęseł uznano rozpiętości nie mniejsze od 450 m,
22
GEOINŻYNIERIA drogi mosty tunele
01/2007 (12)
mosty/tunele
[ Pobierz całość w formacie PDF ]