Tunnel di canali e ferrovie
Poiché il tunnel limitato nel Medioevo era principalmente per l’ingegneria mineraria e militare, il prossimo grande progresso fu quello di soddisfare le crescenti esigenze di trasporto in Europa nel 17 ° secolo. Il primo di molti tunnel principali fu il Canal du Midi (noto anche come Languedoc) in Francia, costruito nel 1666-81 da Pierre Riquet come parte del primo canale che collegava l’Atlantico e il Mediterraneo. Con una lunghezza di 515 piedi e una sezione trasversale di 22 per 27 piedi, ha coinvolto quello che è stato probabilmente il primo grande uso di esplosivi in lavori pubblici tunneling, polvere da sparo collocato in fori praticati da trapani a mano in ferro. Un tunnel di canale notevole in Inghilterra era il tunnel del canale di Bridgewater, costruito nel 1761 da James Brindley per trasportare il carbone a Manchester dalla miniera di Worsley. Molti altri tunnel del canale sono stati scavati in Europa e in Nord America nel 18 ° e all’inizio del 19 ° secolo. Sebbene i canali cadessero in disuso con l’introduzione delle ferrovie intorno al 1830, la nuova forma di trasporto produsse un enorme aumento del tunneling, che continuò per quasi 100 anni mentre le ferrovie si espandevano nel mondo. Molto pioneer ferrovia tunneling sviluppato in Inghilterra. Un tunnel di 3,5 miglia (il Woodhead) della ferrovia Manchester-Sheffield (1839-45) è stato guidato da cinque alberi fino a 600 piedi di profondità. Negli Stati Uniti, il primo tunnel ferroviario era una costruzione di 701 piedi sulla Allegheny Portage Railroad. Costruito nel 1831-33, era una combinazione di sistemi di canali e ferrovie, trasportando chiatte di canali su una vetta. Sebbene i piani per un collegamento di trasporto da Boston al fiume Hudson avessero inizialmente richiesto un tunnel per il canale da passare sotto le montagne del Berkshire, nel 1855, quando fu avviato il Tunnel di Hoosac, le ferrovie avevano già stabilito il loro valore, e i piani furono cambiati in una ferrovia a doppio binario con 24 per 22 piedi e 4,5 miglia Le stime iniziali prevedevano il completamento in 3 anni; 21 erano effettivamente necessari, in parte perché la roccia si è rivelata troppo dura per la perforazione a mano o per una sega elettrica primitiva. Quando lo stato del Massachusetts ha finalmente assunto il progetto, lo ha completato nel 1876 a cinque volte il costo originariamente stimato. Nonostante le frustrazioni, il tunnel Hoosac ha contribuito notevoli progressi nel tunneling, tra cui uno dei primi usi della dinamite, il primo uso di cottura elettrica di esplosivi, e l’introduzione di trapani elettrici, inizialmente a vapore e in seguito ad aria, da cui alla fine si sviluppò un’industria ad aria compressa.
Contemporaneamente, attraverso le Alpi venivano avviati tunnel ferroviari più spettacolari. Il primo di questi, il Tunnel del Mont Cenis (noto anche come Fréjus), ha richiesto 14 anni (1857-71) per completare la sua lunghezza di 8,5 miglia. Il suo ingegnere, Germain Sommeiller, introdusse molte tecniche pionieristiche, tra cui carrozze di perforazione montate su rotaia, compressori d’aria idraulici e campi di costruzione per lavoratori completi di dormitori, alloggi familiari, scuole, ospedali, un edificio ricreativo e officine di riparazione. Sommeiller ha anche progettato un trapano ad aria che alla fine ha permesso di spostare il tunnel avanti al ritmo di 15 piedi al giorno ed è stato utilizzato in diversi tunnel europei successivi fino sostituito da trapani più durevoli sviluppati negli Stati Uniti da Simon Ingersoll e altri sul tunnel Hoosac. Poiché questo lungo tunnel era guidato da due intestazioni separate da 7,5 miglia di terreno montuoso, le tecniche di rilevamento dovevano essere perfezionate. La ventilazione divenne un problema importante, che fu risolto con l’uso di aria forzata da ventilatori alimentati ad acqua e un diaframma orizzontale a metà altezza, formando un condotto di scarico in cima al tunnel. Il Monte Cenis fu presto seguito da altre importanti gallerie ferroviarie alpine: la 9-mile St. Gotthard (1872-82), che introdusse locomotive ad aria compressa e subì gravi problemi con l’afflusso di acqua, la roccia debole e gli appaltatori falliti; la 12-mile Simplon (1898-1906); e la 9-mile Lötschberg (1906-11), su una continuazione settentrionale della linea ferroviaria del Sempione.
Quasi 7.000 piedi sotto la cresta della montagna, Simplon ha incontrato grandi problemi da roccia altamente stressata che vola via dalle pareti in raffiche di roccia; alta pressione in scisti deboli e gesso, che richiede rivestimento in muratura di 10 piedi di spessore per resistere alle tendenze di gonfiore nelle aree locali; e da acqua ad alta temperatura (130° F ), Guida Simplon come due gallerie parallele con frequenti collegamenti trasversali notevolmente aiutato ventilazione e drenaggio.
Lötschberg fu teatro di un grave disastro nel 1908. Quando una rotta stava passando sotto la valle del fiume Kander, un improvviso afflusso di acqua, ghiaia e roccia rotta riempì il tunnel per una lunghezza di 4.300 piedi, seppellendo l’intero equipaggio di 25 uomini. Sebbene un pannello geologico avesse predetto che il tunnel qui sarebbe stato in solida roccia molto al di sotto del fondo del riempimento della valle, successive indagini hanno mostrato che la roccia si trovava a una profondità di 940 piedi, così che a 590 piedi il tunnel ha sfruttato il fiume Kander, permettendo a esso e al suolo del riempimento della valle di riversarsi nel tunnel, creando un’enorme depressione, o affondare, in superficie. Dopo questa lezione sulla necessità di una migliore indagine geologica, il tunnel è stato reindirizzato a circa un miglio (1,6 chilometri) a monte, dove ha attraversato con successo la valle di Kander in sound rock.
La maggior parte dei tunnel di roccia a lunga distanza ha riscontrato problemi con gli afflussi d’acqua. Uno dei più noti è stato il primo tunnel giapponese Tanna, guidato attraverso il picco Takiji nel 1920. Gli ingegneri e gli equipaggi hanno dovuto far fronte a una lunga serie di afflussi estremamente grandi, il primo dei quali ha ucciso 16 uomini e sepolto altri 17, che sono stati salvati dopo sette giorni di tunnel tra i detriti. Tre anni dopo un altro grande afflusso annegò diversi lavoratori. Alla fine, gli ingegneri giapponesi hanno colpito l’espediente di scavare un tunnel di drenaggio parallelo per l’intera lunghezza del tunnel principale. Inoltre, hanno fatto ricorso al tunneling ad aria compressa con scudo e blocco dell’aria, una tecnica quasi inaudita nel tunneling di montagna.