Et hold arbejdsmænd er den 12. januar 1828 i fuld gang med at udgrave tunnellen under floden Themsen, da der pludselig går hul på loftet.
Brat standser det slidsomme arbejde med at udgrave den 396 meter lange tunnel, som skal forbinde Nord- og Sydlondon.
Et stykke tømmer fra det skjold, der holder tunnelvæggen i skak under udgravningen, river sig løs og klemmer civilingeniøren Isambard Kingdom Brunels ben fast. Han assisterer sin far, Marc Isambard Brunel, der er chefingeniør på projektet. Tunnellen fyldes lynhurtigt med vand.
I buldrende mørke, og mens flodvand fosser ind, kæmper ca. 100 mand en kaotisk kamp for overlevelse. Med nød og næppe lykkes det Brunel at vriste sit ben fri og undslippe vandmasserne. Trods et brækket ben og svære indre skader på kroppen når den 21-årige ingeniør op til overfladen. Men ikke alle er lige så heldige.
Ulykken koster i alt seks arbejdsmænd livet.
Tunnellen under Themsen blev oprindeligt lavet til hestevogne, men i 1869 blev det en jernbanetunnel, og i 2010 blev tunnellen en del af Londons undergrundsbane, The Tube.
Tunnellen under Themsen åbnede i 1843 og anses som et af de store ingeniørmesterværker i 1800-tallet. Udgravningen var den første i verden under vand, og trods adskillige oversvømmelser anses passagen under Themsen for at være et af de store ingeniørmesterværker i 1800-tallet og har siden inspireret tunnelbyggere verden over.
Blandt andet ingeniørerne bag den 57 km lange togtunnel Gotthard Basistunnel, som kan takke Brunel, et beskyttende tunnelskjold og en 2700 tons tung, klippeknasende monstermaskine for, at de i dag har slået alletiders rekord og gravet tværs gennem Alperne.
Tunnelskjold gav sikkerhed
Isambard Kingdom Brunel og hans far, Marc Isambard Brunel, regnes i dag som pionerer i udviklingen af nye teknologier, der for alvor gjorde det muligt at udgrave tunneller i jorden, under vandet og tværs gennem bjergkæder.
Marc Brunel indså, at opgaven med at udgrave en tunnel blot få meter under flodbunden ville kræve en teknologisk løsning uden fortilfælde for at holde vandmasserne ude.
Adgangen til tunnellen foregik via en lodret skakt med en vindeltrappe på hver side af floden.
For at grave skakten konstruerede Brunel en jernring med en diameter på 15 meter besat med en skarp skærekant på undersiden.
Ringens kant var en meter tyk, hvilket gjorde det muligt at bygge en cirkulær mur af en meters tykkelse oven på den.
Når muren var bygget op i 13 meters højde over jorden, kunne arbejdsmænd begynde at udgrave jorden inden for jernringen, hvorefter den enorme vægt af den 13 meter høje, cirkulære mur nu langsomt fik hele konstruktionen til at synke nedad, til den nåede en dybde på 20 meter. Nedsynkningen varede seks måneder.
4 mænd hjalp tunnellen ned i dybet
1. Ingeniør opfandt tunnelskjoldet
Marc Isambard Brunel stod bag udgravningen under Themsen i London og opfindelsen af tunnelskjoldet, som forhindrede loftet i at kollapse. Det afstivende skelet af støbejern gjorde det muligt at grave tunneller i vandbærende jordlag som under en flod.
2. Sommeiller satte fart på
Med en trykluftsboremaskine og dynamit gjorde den franske civilingeniør Germain Sommeiller udgravninger hurtigere end nogensinde. Han stod i spidsen for at bygge jernbanetunnellen Fréjus i Alperne, der åbnede i 1871 og med 13,7 km var den første af de store alpetunneller.
3. Barlow brugte støbejern
I 1864 patenterede den engelske civilingeniør Peter W. Barlow et cirkulært tunnelskjold i ét stykke, som byggede videre på Brunels metode. Tunneludgravningen kunne skride hurtigere frem ved at bruge støbejernselementer til foring af tunnellen i stedet for mursten.
4. Holland opfandt ventilationen
Forsøg i en kulmine inspirerede den amerikanske ingeniør Clifford Milburn Holland til at tilføre tunnellerne ventilation. Princippet blev brugt under Hudsonfloden i New York, hvor fire ventilationsskakter bragte næsten 100.000 m3 frisk luft ned i tunnellen hvert minut.
Nu havde ingeniørerne en adgangsskakt fra jordoverfladen, og i dybden kunne arbejderne begynde det egentlige arbejde med at udgrave tunnellen over til den anden side af flodbredden.
Sønnen Isambard Brunel monterede herefter tunnelskjoldet som bestod af 12 støbejernsrammer placeret ved siden af hinanden. Rammerne holdt flodbundens bløde jordlag på plads. Tunnelskjoldet var blevet patenteret af Isambard Brunels far Marc i 1818 og nu, ti år senere, skulle det prøves af.
36 arbejdsmænd i tre etager var placeret på platforme, hvor de kunne udgrave tunnellen meter for meter.
GENNEMBRUDDET: Jernskjold revolutionerede tunnelbyggeriet
Udviklingen af tunnelskjoldet gjorde det muligt at bygge Thames-tunnellen og blev et vendepunkt i tunnelhistorien. Nu kunne der bygges lange tunneller under floder og have, som før skulle krydses med skib.
Skjold holder loft og væg på plads
Tunnelskjoldet bestod af 36 støbejernsrammer med et samlet areal på 12,5 gange 6,8 meter. I hver ramme er der plads til en arbejdsmand. Foran skjoldet, som er inddelt i tre etager med 12 jernrammer hver, bliver tunnelvæggen holdt på plads med træplader afstivet af jernstænger.
Arbejdsmænd udgraver tunnelvæggen
Inde i hver af de 36 celler udgraver mændene møjsommeligt tunnelvæggen. Det sker ved, at hver enkelt træplade fjernes én ad gangen, hvorefter der hurtigt graves ca. 23 cm jord/sand/mudder væk. Til sidst placeres træpladen igen mod tunnelvæggen med afstivningen på plads.
Murere bygger tunnellen op
I takt med at arbejdsmændene udgraver tunnelvæggen foran dem, bliver tunnelskjoldet gradvist skubbet fremad. Samtidig sørger murere for, at den allerede udgravede tunnel bag tunnelskjoldet bliver sikret mod sammenstyrtning med en foring bestående af mursten.
De 12 jernrammer gav et samlet arbejdsareal på 12,5 gange 6,8 meter, og stabiliserede hele tiden trykket fra undergrunden og isolerede mod jordskred.
Bag graverne stod et hold murere klar til at mure tunnelvæggene op fra gulv til loft. Til opgaven brugte de 16.750 mursten pr. meter tunnel i de to parallelle tunnelrør.
Cylinderform styrkede skjold
Som ulykken i 1828 viste, var Brunels tunnelskjold ikke perfekt, og sammen med økonomiske problemer var oversvømmelserne med til at forsinke Themsen-tunnellen i flere år. I 1843 åbnede den endelig for fodgængere, og i 1865 blev tunnellen købt af East London Railway Company og omdannet til jernbanetunnel.
Far og søn Brunel havde bevist, at tunneller kunne bygges under geologiske vilkår, som tidligere blev anset for uoverstigelige for både ingeniører og arbejdsmænd.
I slutningen af 1860’erne byggede den engelske ingeniør Peter William Barlow videre på Brunels metode og patenterede en nyt, cylindrisk tunnelskjold af støbejern, som i 1869 blev brugt til at udgrave den anden tunnel under Themsen, Tower Subway.
Fordelen ved den cylindriske konstruktion var, at skjoldet kunne bygges med færre dele og gøres stivere end Brunels mere opdelte og rektangulære konstruktion.
Selvom gravearbejdet også her foregik med håndkraft, kan Barlows princip ses som et skridt i retning af de moderne tunnelboremaskiner (TBM), der som mekaniske muldvarper har gravet sig igennem bjergmassivet i Alperne og med tiden gjorde det muligt at konstruere rekordlange tunneller.
Dynamit satte fart på udgravning
Et er at grave gennem blødt mudder – noget andet at kæmpe sig igennem et bjergmassiv som det, Gotthard Basistunnel skærer sig igennem.
I tunnelhistoriens begyndelse udgjorde hård klippe et stort problem for ingeniørerne, men det var den svenske videnskabsmand og opfinder Alfred Nobel uforvarende var med til at løse.
Han opfandt og patenterede i 1867 dynamitten, som skulle vise sig at blive et gavnligt værktøj i tunnelingeniørernes kamp mod hårde klippeformationer. Den franske ingeniør Germain Sommeiller indså hurtigt dynamittens slagkraftige potentiale og tog det nye sprængstof til sig sammen med brugen af trykluftbor.
Arbejderne kunne nu bore mindre huller i klippevæggen, som dynamitten kunne placeres i og antændes. Dermed var der skabt et langt mere effektivt alternativ til datidens sortkrudt og hånddrevne bor.
De to nye teknologier betød, at den 12,8 km lange Fréjus-togtunnel mellem Frankrig og Italien, som Sommeiller ledede konstruktionen af, åbnede i september 1871, hvilket var flere år tidligere end planlagt.
4 milepæle i tunnelhistorien
Themsen-tunnel skar under en flod
Den første tunnel under en flod var 366 meter lang og gik under Themsen i London. Den åbnede for fodgængere i 1843 og som jernbanetunnel i 1869. Tunnellen er syv gange 11 meter i tværsnittet og er i dag en del af Londons undergrundsbane.
Fréjus forbandt togtransport
Med 13,7 km var jernbanetunnellen Fréjus sin tids helt store ingeniørbedrift og blev et vigtigt bindeled for togtransporten gennem Alperne mellem Italien og Frankrig. Tunnellen var dobbelt så lang som den hidtidige rekordholder.
Kanaltunnel havde to rør
Verdens tredjelængste jernbanetunnel – og den længste under vand – er Kanaltunnellen mellem Folkestone i England og Coquelles i Frankrig. Tunnellen måler 51 km og består af to rør med jernbanespor, hvoraf 37,9 km befinder sig under havbunden.
Gotthard Basistunnel satte rekord
Med 57 km satte Gotthard Base Tunnel rekord som verdens længste, da den stod færdig i 2016, og overgik den tidligere rekordholder, Seikantunnellen, i Japan. Udgravningen består af to parallelle tunnelrør, hver med ét spor.
I dag bruges dynamit stadig til at anlægge især kortere tunneller, hvor metoden er både funktionel og billig, men også ved konstruktionen af Gotthard Basistunnellens nødtogstationer er der benyttet sprængning for at skabe tilstrækkelig store hulrum i bjerget.
Skæreskiver tager over
Til de allerlængste tunneller i verden, som Gotthard Basistunnellen er den foreløbige kulmination på, er de store tunnelboremaskiner (TBM) det vigtigste redskab i ingeniørernes værktøjskasse.
Tunnelboremaskiner kaldes også muldvarper, og én af de første blev sendt i aktion under udgravningen af Hoosac-tunnellen i Massachusetts, USA. Maskinen gik under navnet Wilson’s Patented Stone-Cutting Machine og blev patenteret af opfinderen Charles Wilson i 1847.
Tunnelboremaskinen brød dog sammen efter at have udgravet blot tre meter tunnel, og arbejderne måtte efter en længere pause vende tilbage til det noget langsommere trykluftbor og sortkrudt.
Wilsons maskine var en forløber for moderne tunnelboremaskiner, idet dens hoved var forsynet med såkaldte skæreskiver, der hver for sig flænser sig ind i materialet foran sig som en rundsav.
Gotthard Basistunnellen blev udgravet med flere tunnelboremaskiner med en diameter hver på ca. 9,5 meter.
3 opfindelser gjorde tunneller mulige
Moderne tunnelboremaskiner gnaver, tømrer og stabiliserer tunnelrør, mens computerteknologi udregner, hvilket tryk skærehovedet skal lægge på klippevæggen for at kunne grave uden at ødelægge stabiliteten i jorden.
Skæreskiver gnaver sig frem
Borehovedet er 15 meter bredt og roterer, mens det presser mod klippevæggen. Mindre skæreskiver sørger for at nedbryde udgravet materiale yderligere, inden de røde stykker fører det nedbrudte materiale til et transportbånd.
Boreskjold sikrer mod uheld
Bag skærehovedet støtter et skjold og en boltpistol skyder bolte ind i tunnelvæggen. Buer af trådnet og stål bliver foret til boltene, inden en robot stabiliserer væggen yderligere ved at oversprøjte den med beton.
Kæmpeplader skaber bevægelse
Røde gripperplader presser maskinen udefter mod klippevæggen, mens de grå, hydrauliske cylindre sætter af på gripperpladen og skubber skærehovedet fremefter. På den måde skubber boret sig frem til nye flader under jorden.
Én af dem med kaldenavnet “Gabi 2” var i alt 441 meter lang og rådede over 5000 hestekræfter til at drive skærehovedet. Under udgravningen af det hårde alpemassiv blev hver af de 60 skæreskiver på tunnelboremaskinens roterende skærehoved udsat for et tryk på op til 27 tons.
Skærehovedets overflade er forsynet med et stort antal mindre og roterende skæreskiver, som kradser klippen i stykker, mens skærehovedet roterer.
Det afrevne klippemateriale falder ned på et transportbånd, som flytter skærverne bagud gennem tunnelboremaskinen, så de kan blive transporteret videre ud af tunnellen. Under skæreprocessen sørger vandstråler for at forhindre støvdannelse og giver køling til skærehovedet.
Et såkaldt grippersystem holder tunnelboremaskinen fast mod tunnellens sidevægge via hydrauliske donkrafte, som også kan skubbe skærehovedet fremad gennem bjerget.
En milepæl blev nået ved Gotthard Basistunnellen, da det første gang var muligt at tage et billede af borehovedet fra den anden side af tunnellen. Nu var der forbindelse hele vejen.
Undervejs kan tunnellen fores med armering og sprøjtebeton, eller der kan indsættes betonelementer for at fore tunnellen som et komplet betonrør. Da tunnelboremaskinerne var mest effektive, udgravede og sikrede de omkring 40 meter af Gotthard Basistunnellen om dagen.
Sikkerhed er i top
Akkurat som oversvømmelsen ved byggeriet af tunnellen under Themsen i 1828 har Gotthardtunnellen også oplevet katastrofer.
Den 24. oktober 2001 blev Gotthardtunnellens sektion til biltrafik arnested for en dødsbrand, der krævede 11 ofre. En lastbil brød i brand efter et sammenstød, og flammerne spredte sig over 300 meter gennem tunnellen.
VIDEO: Sådan fungerer tunnelboremaskinen
Borehovedet arbejder sig langsomt frem, mens jord bliver sendt bagud på slisker, og tunnellen bliver stabiliseret ved kæmpe rør.
I Gotthard Basistunnellen sørger to adskilte tunnelrør i hver sin køreretning for, at der ikke kan ske sammenstød mellem tog, der passerer hinanden.
Derudover er tunnellen forsynet med to ventilationsstationer og 24 ventilatorer, som sørger for at udskifte luften i tunnelrørene i tilfælde af en ulykke, hvor der fx udvikler sig røg efter en brand.
Hver tunnel er desuden udstyret med et vandcirkulationssystem, som opsamler snavs og giftige stoffer udskilt fra togene. Vandsystemet pumper fem liter vand i sekundet.
VIDUNDERET: Gotthard slanger sig 57 km gennem Alperne
Ingen andre tunneller i verden matcher Gotthard Basistunnellen, der skærer rejsetiden med tog fra Zürich til Milano ned med en time. Konstruktionen har taget 17 år. Ca. 50 passagertog og 260 godstog kører dagligt gennem Alperne.
1. 2300 meter under bjergets overflade
Gotthard Basistunnellen er 57 km lang, huser 308 km spor og ligger nogle steder 2300 meter under bjergets overflade. Det gør tunnellen til den længste togtunnel i verden og samtidig den, der ligger placeret dybest under Jordens overflade.
2. Parallelle spor giver sikkerhed
De nord- og sydgående togrør er adskilte fra hinanden for at fjerne risikoen for sammenstød mellem modgående tog. I nødsituationer bliver tog automatisk ledt hen til nødstationer, hvor passagererne evakueres over i det modsatte tunnelrør.
3. Nødstationer redder folk ud
Evakueringstog kan samle op til 1000 passagerer op på i alt fire nødstationer. Et centralt kontrolsystem registrerer automatisk røg ved hjælp af sensorer i tunnelrørene. Ved nødstationer åbner togdøre og døre til evakueringstunneller automatisk.
4. Ventilation tilfører frisk luft
24 jetmotorer ved tunnelindgangene forsyner tunnellerne med frisk luft – eller trækker luft ud ved ulykker for at bidrage til at slukke brande. Derudover sørger tunnellens ventilationssystem for at transportere brugt luft ud af tunnelrørene.
I tilfælde af en tunnelbrand bliver et tog i tunnellen automatisk ledt hen til den nærmeste nødstation – dem er der to af pr. tunnelrør – hvorfra passagererne kan evakueres over i det modsatte tunnelrør. Brandslukningstog med en besætning på fem mand kan inden for fem minutter være klar til at rykke ud for at slukke branden.
Desuden sørger 178 tværgående passager i tunnellen for, at passagererne kan krydse over i sikkerhed i det modsatte tunnelrør for hver 325 meter.
Dermed kan passagererne nyde turen gennem Gotthard Basistunnellen i vished om, at ingeniørerne også har tænkt på sikkerheden undervejs på rejsen gennem verdens længste togtunnel.