تونل

سوراخی است که آدمی به تقلید پاره‌ای از جانوران در زیر زمین به‌وجود می‌اورد تا حمل و نقل و رفت و آمد تندتر و به مقیاس وسیع‌تر، صورت گیرد. تونل‌ها را در زیر تپه‌ها، کوه‌ها و رودخانه‌ها و دریاها می‌کنند. سال‌ها است که کندن تونل با دستگاه‌های مکانیکی نیرومند صورت می‌گیرد. از تونل در رفت و آمد ترن و اتوموبیل استفاده می‌کنند. در ایالات متحده معمولاً در زمین‌های نه چندان سخت کنده‌اند پاره‌ای از تونل را برای جریان آب می‌سازند. و از این تونل‌های گذر آب مقاصد چندی از جمله تولید برق آبی مورد نظر است. تونل‌های آب تا ۳ متر یا بیشتر قطر دارد.

تونل‌های راه‌آهن در اروپا و آمریکا از قرن نوزدهم به این سو به تعداد زیاد ساخته شده است یکی از مهمترین و تازه‌ترین تونل‌های مهمی که ساخته شده، تونل زیر دریای مانش میان فرانسه و انگلستان است. که از مدت‌ها پیش گشایش یافته است.

تونل باد

در دهه ۱۸۷۰ جهت اندازه‌گیری مقاومت اجسام در برابرهوا و نیز اندازه‌گیری ضریب مقاومت به‌وسیله فیلیپ ابداع شد.

تونل باد Windtunnel هوا نوردان آماتور قرن نوزدهم مطالعاتی نمونه‌ای درباره پرواز پرندگان و سپس طبق ماشین‌های پرنده ساخته شده نمودند. در نتیجه هواپیمای شبیه پرنده کار آمد نبود زیرا سازندگان از آیروداینامیک و علم هوانوردی به‌ویژه برخاستن، کنده شدن از زمین و غیره دانش اندکی داشتند.

نخستین اختراع برای آزمایش خصوصیات پرواز یک بازوی چرخان بود. بنجامین رابینس ریاضی‌دان انگلیسی کسی بود که چنین دستگاهی را در قرن نوزدهم ساخت. وی اشکال مخروطی شکل و صفحات مستطیل روی نوک بازو سوار کرد و آنها را در جهت‌یابی‌های مختلف قرار داد رابینس دریافت که آن عمل یک تئوری ساده برای حل مشکلات نیروهای عمل کننده روی اشیاء متحرک است. جرج کایلی نیز یک بازوی چرخان برای اندازه‌گیری کشش و برخاستن (پرواز) در اوایل قرن نوزدهم ساخت، مانع عمده برای بازوهای چرخان، آشوب‌هائی در هوا پدید می‌آورد، با این‌حال مدل‌های هواپیما در مسیر خود پرواز کردند هرچند احتراز از تشخیص روشن بود.

فرانک‌ و نهام نخستینتونل باد را در ۱۸۷۱ ساخت این تونل ۴ متر طول داشت یک در بادبزن با یک موتور بخار هوا را در داخل تیوپ مدل به‌حرکت در می‌آورد.

اورویل و ویلبورایت تونل باد را برای اصلاح هواپیماهای خود به‌کار می‌بردند. نخستین دوگلایدری که آنها ساختند پیچیده و غیر عملی در هوا بود. از تجارب شخصی خود و دیگران نکته‌های بس ارزنده آموختند که برخی از آنها غیر صحیح و همه آنها با برداشت‌ها و بررسی‌های عملی آنها تا حدی امکان‌پذیر بود. برادران رایت نخستین (نوعی) تونل باد ساختند که به‌وسیله بادبزن کار می‌کرد که نتایج عملی فراوانی به بار آورد.

با آغاز جنگ جهانی اول بر تحقیقات هوانوردی بیش از پیش افزوده شد. بسیاری از تونل‌های یاد در ایالات متحده آمریکا به‌وجود آمده بود. در دهه ۱۹۲۰ هوانوردی رشدی بس فراوان یافت و در نتیجه تونل‌های باد کار آمدی ساخته و عرضه شد که برای عملیات هواپیمائی ساخته و عرضه گشت.

در دهه ۱۹۳۰ شاهد افزایش سرعت در ساخت تونل‌های باد کار آمد بود که سرعت آن نزدیک به سرعت صوت بود. در ۱۹۳۹ Naca یک تونل باد به قطر ۶ متر و فشارهای بالا تا ۸۰۰ اسب نیرو ساخته بود. موتور برقی یک ملخ ۱۱ متری را به‌حرکت در می‌آورد. که حرکت باد آن به‌سرعت ۴۸ کیلومتر در ساعت بود. پس از جنگ جهانی دوم یک نیاز ضروری برای سرعت‌های بالای صوت مورد نیاز بود. تا اینکه یک تونل باریک و بادبزن‌های کمپرسوری را ابداع کردند.

در ۱۹۸۴ یک تونل باد ۴٭۴ فوتی آماده گردید و این تونل باد مورد استفاده ساخت هواپیمای بمب‌افکن ب ۵۸ و ایکس دو قرار گرفت. چندین جنگنده شامل F-۱۰۲ و F - ۱۰۵ در دهه ۱۹۵۰ تونل باد مورد استفاده آنها واقع شد و این سرعت ۵ برابر سرعت صوت بود. اما تشخیص دقیق میزان سرعت و پرواز فزونی گرفت و نتایج جالبی بدست آمد.

درین ۳۰ سال اخیر چندین گونه تونل باد ساخته و عرضه شد و در تکمیل تونل باد اصلاحات و نظرات فراوانی اعلام شد.

تونل زیر دریای ماش ـ بزرگترین تونل جهان

تونل زیر دریای مانش که انگلستان را از راه زمینی به فرانسه و قارهٔ اروپا پیوند داده است به سرعت ساختمان شده است عملیات حفاری و ساختمانی آن که از ماه مارس ۱۹۸۸ آغاز شد.

اهمیت این تونل نه فقط از نظر کاربرد تکنولوژی پیشرفته در عملیات ساختمانی و راهسازی بسیار زیاد است، بلکه عواقب و نتایج اقتصادی و فرهنگی بسیار وسیعی نیز برای آن پیش‌بینی شده است. طبق برآورد کارشناسان در همان سال اول گشایش تونل مانش ۳۰ میلیون مسافر و بیش از ۱۵ میلیون تن کالا از این راه تازه حمل و نقل خواهد شد واین ارقام تقریباً نیمی از حجم کنونی حمل و نقل بین جزایر بریتانیا و قاره اروژا را تشکیل می‌دهد: جنبهٔ دیگر کارآئی این تونل از نظر سرعت بخشیدن به ارتباطات است، زیرا در حال حاضر مسافری که می‌خواهد از پاریس به لندن برود، چنانچه از بزرگراه‌ها یا ترن سریع‌السیر استفاده کند و دریای مانش را هم با کشتی بپیماید، حداقل به ۵ و یک‌دوم ساعت زمان نیاز دارد. در حالی‌که با تونل زیر دریای مانش این مدت به ۳ ساعت کاهش پیدا کرد و هزینهٔ این سفر هم تقریباً نصف شد.

۵۰ کیلومتر تونل زیر دریائی

بیش از دو قرن است که دربارهٔ حفر تونل زیر دریای مانش جر و بحث شد و صدها طرح و برنامه در این باره ارائه شده بود که قبلاً هیچ‌کدام به مرحلهٔ عمل نرسید: اولین بار در سال ۱۷۵۱ یک فیزیکدان و زمین‌شناس فرانسوی به‌نام ”نیکلادماره“ طرح حفر چنین تونلی را پیشنهاد کرد که مقامات دو کشور انگلستان و فرانسه در آن زمان آنرا خواب و خیال توصیف کردند و عده‌ای دانشمند مزبور را دیوانه پنداشتند: واقعاً با وسایل و امکانات آن روزی حفر تونلی در زیر دریا یک ریسک پرخرج و خطرناک شمرده می‌شد و می‌بایست سال‌ها و سال‌ها بگذرد و علم و تکنولوژی به مرحلهٔ تکامل کنونی برسد تا احداث چنین تونل زیر دریائی عظیمی قابل اجرا باشد.

دریای مانش که سواحل انگلستان را از فرانسه جدا می‌کند دریای کم عرضی است و بخشی از آن دو تنگهٔ ”پادوکاله“ نام دارد از قسمت‌های دیگر کم عرض‌تر است و همین قسمت برای حفر تونل انتخاب شده است: با وجود این طول تونل از پایانه‌آی در ساحل فرانسه به‌نام ”کوکل“ تا پایانه‌ای در ساحل جنوبی انگلیس به‌نام ”فالکستون“ به ۵۰ کیلومتر می‌رسد که ۳۷ کیلومتر آن از زیر دریا می‌گذرد و ۱۳ کیلومتر بقیه، دو ساحل، تونل را از عمق زیاد به سطح زمین می‌رساند.

تونل مانش در عمق ۱۰۰ متری از سطح دریا ساخته شده که چون عمق دریای مانش در بخش میانی آن در حدود ۶۰ متر است، در واقع تونل در عمق ۴۰ متری از کف دریا قرار دارد و طوری ساخته شده که فشار زیاد لایه‌های آب و سنگ و خاک را که در بالای آن قرار گرفته‌اند تحمل می‌کند و به‌علاوه دیواره‌های آن در مقابل نفوذ آب کاملاً مقاوم هستند. اینها مسائل بغرنجی است که کوچکترین اشتباه در محاسبات می‌توانست فاجعه‌ساز باشد، زیرا ریزش دیوارهٔ تونل یا سرازیر شدن آب به داخل آن جان هزاران نفر را به‌خطر می‌انداخت.

قلمرو ترن‌های سریع‌السیر

تونل زیر دریائی مانش در واقع سه تونل جداگانه است که به موازات هم قرار دارند وعبور و مرور در آنها منحصراً به وسیلهٔ ترن‌های سریع‌آلسیر صورت می‌گیرد. دو تونل اصلی ۳۰ متر با هم فاصله دارند و حرکت ترن در هر یک از آنها یک‌طرفه است یعنی در تونل ترن‌ها از فرانسه به انگلیس و در تونل دیگر ترن‌ها از انگلیس به فرانسه در حرکت هستند. قطر این تونل‌ها ۶/۷ متر است. بین این دو تونل یک تونل سوم به قطر ۸/۴ متر قرار دارد که مخصوص سرویس و ملزومات و تهویه و همچنین یک گریزگاه اضطراری در صورت بروز خطر است و دو تونل اصلی در هر ۳۷۵ متر مخرجی به این تونل میانی دارند.

در سال ۱۹۸۶ که قرارداد احداث تونل مانش میان فرانسه و انگلستان به امضاء رسید، در نظر بود که تونلی هم برای حرکت اتومبیل‌ها و کامیون‌ها اختصاص یابد، اما پس از بررسی‌های کارشناسان این برنامه حذف شد، زیرا رفت و آمد اتومبیل‌ها و کامیون‌ها با خطر راه‌بندان و همچنین آلودگی شدید هوای داخلی تونل همراه بود و ترجیح داده شد که به لحاظ ایمنی بیشتر فعلاً فقط از ترن‌های برقی استفاده شود. البته مسافرانی که مایل باشند اتومبیل خود را همراه ببرند با مشکلی رو به رو نخواهند بود چون واگن‌های مخصوص حمل اتومبیل منظور آنها را برآورده کرد و در دو پایانهٔ آن سوی مانش اتومبیل آنها را تحویل می‌دهند یا تحویل می‌گیرند.

ترن‌های سریع‌السیری که در این تونل به‌کار گرفته شد، نسل جدیدی از ترن‌های مدرن است که فرانسه و انگلستان و بلژیک مشترکاً آنها را ساخته‌اند. این ترن‌ها در دو نوع مسافری و باری تولید می‌شوند و سرعت و ظرفیت فوق‌العاده‌ای دارند. سرعت آنها به ۳۰۰ کیلومتر در ساعت می‌رسد و به هر لکوموتیو تا ۱۸ واگن می‌توان متصل ساخت. رانندگی این ترن‌ها کامپیوتری و کاملاً اتوماتیک است و به راننده احتیاجی ندارند. ترن‌های مخصوص حمل اتومبیل دارای واگن‌های دو طبقه هستند و هر یک می‌توانند تا ۲۰۰ اتومبیل را حمل کنند. ترن‌های دیگری برای حمل کامیون‌های سنگین وزن تعبیه شده‌اند که طول واگن‌های آنها به حدود ۸۰۰ متر می‌‌رسد در هر ساعت از هر پایانه ۲۰ ترن به سوی پایانهٔ دیگر حرکت می‌کند و رفت و آمد ترن‌ها در تمام ۲۴ ساعت جریان دارد.

غول‌های حفاری

ساختمان تونل زیر دریائی مانش یکی از عظیم‌ترین عملیات مهندسی و راهسازی قرن بیستم بود و برای تحقق آن ماشین‌های حفاری جدید و اختصاصی و تکنیک‌های پیشرفته‌ای به کار گرفته شده که تاکنون سابقه نداشته است. برای اجرای این برنامهٔ عظیم بیش از ده هزار نفر مشغول کار بودند و این در حالی است که ماشین‌های عظیم حفاری و خاکبرداری و تخلیه و انتقال قطعات بتونی و وسایل دیگر عموماً به‌طور اتوماتیک عمل می‌کردند.

برای اینکه دیواره‌های تونل در برابر خطر ریزش و یا نفوذ آب دریا کاملاً مقاوم باشند، از قطعات بتونی حلقوی شکل به‌صورت پیش ساخته استفاده شده که نصب آنها در بدنه تونل به‌وسیله ماشین‌های مخصوص صورت گرفته و تعداد این قطعات بتونی مورد نیاز به ۷۲۰ هزار عدد می‌رسد. بیش از ۲ میلیون متر مکعب بتون و ۲۲۰ هزار تن فولاد برای تولید قطعات بتونی مزبور به مصرف رسید.

ماشین‌های مخصوص حفاری که منحصراً برای حفر این تونل زیر دریائی ساخته شده‌اند غول‌هائی هستند به شکل استوانه‌ای به قطر ۷۲/۸ متر و طول ۱۳ متر که وزن قابل تصور معادل ۱۲۰۰ تن دارند. این ماشین‌ها با دستگاه‌های پیچیده‌ای که در آنها تعبیه شده است هم عمل حفاری را انجام می‌دهند و هم خاکبرداری تونل به ۸ میلیون متر مکعب رسید واین همه خاک و سنگ مستخرج از اعماق دریا خود به خود مسئله‌ساز است و عده‌ای از مهندسان این راه حل را پیشنهاد کرده‌اند که آنها را در قسمتی از ساحل انبار کنند تا بعداً به دریا انتقال دهند و جزیره‌ای مصنوعی بسازند!

به هر حال شرکت سازنده تونل که یک شرکت خصوصی متشکل از کمپانی‌های فرانسوی و انگلیسی به‌نام ”اروتونل“ است اطمینان داد که علی‌رغم همهٔ مشکلات و به‌خصوص افزایش سرسام‌آور هزینه نسبت به برآورده‌های اولیه، این بزرگترین تونل زیر دریائی قرن را در رأس موعد مقرر یعنی ۱۵ ژوئن ۱۹۹۳ به پایان رسید.

تونل زیردریائی جزایر ژاپن

عصر روز ۱۳ مارس ۱۹۸۸ چندین هزار شهروند ژاپنی در ترمینال مسافری بندر ”هاکوداته“ (Hacodate) واقع در جزیره هوکایدو تجمع نودند تا شاهد آخرین سفر ۴ ساعته فری‌بوت مسافری به مقصد بندر ”آئوموری“ (Aomori) جزیره هونشو باشند که در فاصله حدود ۱۱۰ کیلومتری قرار گرفته است.

مردم دست تکان می‌دادند و سرود ملی نواخته شد و همزمان مراسم مشابهی در ترمینال مسافری بندر آئوموری در جریان بود که کشتی دیگری آماده گذر از تنگه ”تسوگارو“ (Tsugaru) به مقصد بندر هاکوداته برای آخرین بار مشایعت شد. آن شب خاطره‌ای فراموش نشدنی و در عین حال کمی غم‌انگیز برای بسیاری از ژاپنی‌ها بود که شاهد نقطه پایانی تاریخ ۸۰ ساله شرکت کشتیرانی مسافری ”سئیکان“ (Seikan) بودند که توسط راه‌آهن ملی ژاپن تأسیسی شده بود که جزیره شمالی مجمع‌الجزیر ژاپن را به جزیره اصلی متصل نمود و اکنون جای خود را به تونلی داد که در ۱۰۰ متری اعماق دریا کشیده شده بود در همان شب در حدود ۷۵۰ کیلومتر به طرف جنوب در ایستگاه قطار یوئنو در توکیو مردم در جشن باشکوه دیگری شرکت داشتند که شروع اولین سفر قطار سریع‌السیر شبانه به مقصد شهر ساپورو در جزیره هوکایدو را گرامی می‌داشت. این اولین باری بود که قطار به طور مستقیم و با گذر از تونل ۸/۵۳ کیلومتری که برای اولین استفاده رسمی افتتاح شده بود به طرف هوکایدو می‌رفت. در حدود ۳/۲۳ کیلومتر این تونل در ۱۰۰ متری زیر بستر دریائی قرار دارد که عمق آب آن دریا در برخی نقاط ۱۴۰ متر می‌رسد.

مشخصات اصلی تونل از طرف جزیره اصلی ژاپن یعنی هونشو که عبور نمائیم، تونل سئیکان در حدود ۵/۱۳ کیلومتر مانده به ساحل به شیب ۱۲ درجه شروع و پس از رسیدن به زیر تنگه تسوگارو در حدود ۵/۱۰ کیلومتر دیگر با همان شیب ادامه یافته و در حدود ۲۳ کیلومتری از دهانه ورودی زاویه شیب آن به ۳ درجه تقلیل می‌یابد. تونل به‌طول ۱۰ کیلومتر با این شیب کم ادامه داشته ودر ۲۵ کیلومتری دهانه ورودی به عمق دقیقاً ۱۰۰ متری از بستر دریا می‌رسد که عمق آب فوقانی آن ۱۴۰ متر می‌باشد. تونل پس از گذر از ۵/۲۷ کیلومتر نقطه شروع سراشیبی ۱۲ درجه‌ای به خود گرفته در حدود ۲۷ کیلومتر با این شیب ادامه یافته و در خروج از طرف دیگر از نقطه شروع فاصله‌آی ۸/۵۳ کیلومتری دارد.

در قسمت زیر دریائی تونل به طول ۳/۲۳ کیلومتر به غیر از تونل اصلی کانال‌هائی در طرفین آن تعبیه شده‌اند که امکانات تهویه و سرویس تونل را در فواصل ۶۰۰ متری فراهم می‌نمایند. در طرفین هر یک از دو کانال مسیرهائی پیش‌‌بینی شده‌اند که مجهز به نقلیه‌های الکتریکی روی کابل می‌باشند که امکانات حمل و نقل وسایل سرویس و همچنین خرج اضطراری در مواقع ضروری مانند آتش‌سوزی را فراهم می‌نمایند. در دو انتهای تونل و در محل اتصال کانال‌ها به تونل دو آسانسور وجود دارند که ارتفاع در حدود ۳۰۰ متر را می‌پیمایند.

در زیر قسمت زیردریائی تونل، کانال دیگری بنا به کانال راهنما وجود دارد که در دو طرف تونل اصلی با شیبی که فاصله عمودی آن در طرفین به ۱۱۸ متر زیر تونل می‌رسد قرار گرفته و به‌منظور تهویه و تخلیه آب و سرویس‌های دیگر تعبیه شده است هوای آلوده از طریق کانال‌های عمودی در طرفین به خارج تخلیه شده و هوای تازه به‌طور طبیعی جای آن را می‌گیرد. تونل به صورت ضد زلزله طراحی شده و ساختمان آن طوری است که در مقابل شدیدترین زلزله‌ای که تاکنون اتفاق افتاده مقاوم است. از نظر سیستم‌ها و وسایل کشف و اطفاء حریق نیز تونل در سرتاسر طول آن مجهز به تأسیسات و کپسول‌های لازم می‌باشد. سیستم‌های ارتباطی و الکتریکی کلاً به‌صورت دوگانه تعبیه شده‌اند که در صورت قطع احتمالی هر سیستم دیگری نیازهای مربوطه را تأمین می‌نماید.

تونل مجهز به راه‌آهن دو خطه برای قطارهای عادی می‌باشد ولی امکانات آماده‌سازی آنها برای استفاده قطار معروف به ”شینکانسن“ (Shinkansen) که قطار فوق سریع‌السیر می‌باشد نیز وجود دارد.

تونل سئیکان نتیجه ۲۴ سال کار ساختمانی سخت و مداوم می‌باشد که با سرمایه‌ای نزدیک به ۵۵۰ میلیارد ین ژاپن ساخته شده است و در صورتی که ملاک زمانی را اولین حفاری زمین‌شناسی امکانات ایجاد این پروژه قرار دهیم که در سال ۱۹۴۶ انجام گرفت می‌توان گفت که طراحی و ساخت آن ۴۲ سال طول کشیده است.

راه‌های ارتباطی دو جزیره به خطوط هوائی ـ مسافری بین توکیو و ساپورو و سرویس کشتیرانی فری‌بوت بین ترمینال‌های آئرموری و هاکوداته خلاصه می‌شده است.

در کلیات، اقتصاد هوکایدو را کشاورزی، معادن زغال سنگ، صنایع کشتی‌سازی، فولادسازی، تولید کاغذ و جهانگردی تشکیل می‌دهند. در سال‌های گذشته تمام این موارد به استثنای جهانگردی در معرض تهدید و از بین رفتن بوده‌اند.

سابقه تاریخی طرح تونل

همانند سیستم پل ارتباطی که جزایر هونشو و شیکوکو یکی دیگر از جزایر ژاپن را به یکدگیر متصل می‌نماید، فکر ارتباط جزیره هوکایدو با مرکز ژاپن نیز از آرزوهای قدیمی مردم ژاپن به‌خصوص اهالی هوکایدو بوده است. سابقه رسمی این فکر به سال ۱۹۲۳ برمی‌گردد که در آن سال امکانات ساخت تونل ارتباطی در مقاله روزنامه‌ای مورد بحث درگیری ژاپن در جنگ مدتی به تأخیر افتاده و بالاخره در سال ۱۹۴۶ به انجام رسید.

در سال ۱۹۵۴ طوفانی در تنگه تسوگارو اتفاق افتاد که موجب غرق شدن ۵ کشتی فری و از دست رفتن جان ۱۴۳۰ نفر مسافر گردید. این واقعه تأسف‌بار باعث شد که طرح ایجاد تونل تسریع و به‌عنوان یک اولویت ملی و جدی در نظر گرفته شود. یک کمیته فنی مطالعاتی در سال ۱۹۵۵ تشکیل و گزارش مثبتی در جهت عملی بودن طرح در سال پس از آن ارائه نمود. کمیته فنی مطالعاتی مدت اجرای طرح را از ۱۰ سال و هزینه آن را در حدود ۵۰۰ میلیارد ین برآورد نموده بود.

پروژه با شروع احداث اولین کانال‌ها در جزیره هوکایدو در سال ۱۹۶۴ و در قسمت جزیره هونشو در سال ۱۹۶۶ آغاز گردید و لیکن پیشرفت آن مطابق برنامه پیش‌بینی شده نبود. کانال‌های فرعی از دو جهت در سال ۱۹۷۹ به یکدیگر رسیدند و حفاری تونل اصلی آخرالامر در سال ۱۹۸۵ به انجام رسید. کارهای ساختمانی بارها به جهت مسایل واتفاقات پیش‌بینی نشده متوقف گردیده و مشکلاتی در رابطه با لایه‌های نرم زمینی پیش آمده بود. لیکن علی‌رغم این مشکلات و مسایل آرزوی دیرینه مردم هوکایدو پس از ۲۴ سال کوشش خستگی‌ناپذیر برآورده شد و دو جزیره بزرگ ژاپن به یکدیگر متصل شدند.