تونل سیکان Seikan Tunnel طولانی‌ترین تونل زیرآبی جهان با طول کلی 53.85 کیلومتر است که جزایر هونشو و هوکایدو در ژاپن را از طریق تنگه تسوگارو به هم متصل می‌کند. این تونل ریلی با 23.3 کیلومتر بخش زیرآبی، در عمق 100 متر زیر بستر دریا و 240 متر زیر سطح دریا قرار دارد و به‌عنوان یکی از عمیق‌ترین تونل‌های حمل‌ونقل جهان شناخته می‌شود. این تونل که در 13 مارس 1988 افتتاح شد، بخشی از خط کایکیو (Kaikyō Line) شرکت راه‌آهن هوکایدو (JR Hokkaido) و شبکه شینکانسن هوکایدو است. نام “سیکان” از ترکیب حروف اول شهرهای آئوموری (Aomori) در هونشو و هاکوداته (Hakodate) در هوکایدو گرفته شده است. این پروژه عظیم، نمادی از نبوغ مهندسی ژاپن و توانایی غلبه بر چالش‌های طبیعی مانند زلزله و فشارهای هیدرواستاتیک است.
موقعیت جغرافیایی و مشخصات تونل
تونل سیکان در زیر تنگه تسوگارو، که جزایر هونشو و هوکایدو را از هم جدا می‌کند، قرار دارد. ورودی جنوبی تونل در نزدیکی شهر هامانا در prefecture آئوموری در هونشو و ورودی شمالی آن در نزدیکی یونوساتو در هوکایدو واقع شده است. این تونل با طول کلی 53.85 کیلومتر، شامل 23.3 کیلومتر بخش زیرآبی و 30.55 کیلومتر بخش زمینی است. مسیر تونل در عمق حداکثر 240 متر زیر سطح دریا قرار دارد و بستر آن در سنگ‌های آتشفشانی متراکم حفاری شده تا در برابر زلزله مقاوم باشد. تونل دارای دو ایستگاه زیرزمینی، تاپی‌کایتئی (Tappi-Kaitei) در هونشو و یوشیوکا‌کایتئی (Yoshioka-Kaitei) در هوکایدو است که در گذشته به‌عنوان ایستگاه‌های اضطراری و موزه فعالیت می‌کردند. این تونل از ریل دوگانه (dual-gauge) برای پشتیبانی از قطارهای شینکانسن (1435 میلی‌متر) و قطارهای باری (1067 میلی‌متر) استفاده می‌کند.
چرا تونل سیکان ساخته شد؟
نیاز به ساخت تونل سیکان از مشکلات حمل‌ونقل بین هونشو و هوکایدو ناشی شد. در دهه 1950، فری‌های عبوری از تنگه تسوگارو به دلیل شرایط جوی نامناسب، مانند طوفان‌ها، اغلب با خطر مواجه بودند. در سال 1954، طوفان ماری (Typhoon Marie) پنج کشتی فری را غرق کرد و منجر به مرگ 1430 نفر شد، که این فاجعه لزوم ایجاد راه ارتباطی ایمن‌تر را برجسته کرد. پیش‌بینی‌های ترافیکی در سال 1971 نشان داد که ظرفیت فری‌ها نمی‌تواند پاسخگوی افزایش تقاضای مسافر و بار باشد، به‌طوری که تعداد مسافران از 4 میلیون نفر در سال 1955 به 8 میلیون نفر در سال 1965 رسید. تونل سیکان به‌عنوان جایگزینی ایمن و کارآمد برای فری‌ها طراحی شد تا ارتباط ریلی پایدار و مقاوم در برابر آب‌وهوا بین دو جزیره برقرار کند.
تاریخچه طراحی تا بهره‌برداری
ایده ساخت تونل سیکان به سال 1939 بازمی‌گردد، زمانی که اولین طرح‌های مفهومی برای اتصال هونشو و هوکایدو مطرح شد. بررسی‌های زمین‌شناسی در سال 1946 آغاز شد و در سال 1953، تحقیقات دقیق‌تر روی بستر دریا انجام گرفت. در سال 1964، شرکت عمومی ساخت‌وساز راه‌آهن ژاپن (Japan Railway Construction Public Corporation) تأسیس شد و حفاری در همان سال آغاز گردید. ساخت تونل اصلی در سپتامبر 1971 شروع شد و در سال 1983، دو طرف تونل به هم متصل شدند. بخش زیرآبی در مارس 1985 تکمیل شد و سیستم ریلی برقی در سپتامبر 1986 نصب شد. تونل در 13 مارس 1988 افتتاح شد و در سال 2016، خدمات شینکانسن هوکایدو از طریق آن آغاز شد. این پروژه 24 سال طول کشید و یکی از طولانی‌ترین پروژه‌های زیرساختی ژاپن بود.
چالش‌های مهندسی در ساخت تونل سیکان
ساخت تونل سیکان با چالش‌های مهندسی متعددی مواجه بود. شرایط زمین‌شناسی ناپایدار تنگه تسوگارو، شامل سنگ‌های آتشفشانی و خاک‌های غیرقابل پیش‌بینی، استفاده از ماشین‌های حفاری تونل (TBM) را غیرممکن کرد. در نتیجه، حفاری با روش‌های سنتی مانند انفجار و حفاری دستی انجام شد. نشت آب دریا به داخل تونل، به‌ویژه در بخش زیرآبی، مشکل بزرگی بود که نیاز به سیستم‌های پیشرفته آب‌بندی و پمپاژ داشت. زلزله‌خیز بودن منطقه نیز چالش دیگری بود، زیرا تونل باید در برابر نیروهای لرزه‌ای قوی مقاوم می‌بود. در طول ساخت، 34 کارگر به دلیل حوادثی مانند ریزش تونل و سیل جان خود را از دست دادند. همچنین، بحران نفت 1973 هزینه‌ها و زمان‌بندی پروژه را تحت تأثیر قرار داد و باعث تأخیر شد.
تکنولوژی‌های استفاده‌شده در پروژه
ساخت تونل سیکان از فناوری‌های نوآورانه‌ای بهره برد. به دلیل ناپایداری زمین‌شناختی، حفاری پیشرفته افقی (horizontal advance boring) برای بررسی زمین پیش از حفاری اصلی استفاده شد. روش‌های تزریق گروت (grouting) برای تقویت خاک و جلوگیری از نشت آب دریا توسعه یافتند. تونل از روش تونل‌زنی اتریشی جدید (NATM) و انفجارهای کنترل‌شده برای حفاری استفاده کرد، زیرا ماشین‌های TBM برای شرایط زمین‌شناسی منطقه مناسب نبودند.
تونل‌های راهنما (pilot tunnels) و تونل‌های خدماتی (service tunnels) برای دسترسی کارگران و حمل مواد و همچنین برای تعمیر و نگهداری آینده ساخته شدند. برای نصب ریل، از ریل‌های جوش‌خورده پیوسته (continuous welded rail) به طول 52 کیلومتر استفاده شد که لرزش‌ها را کاهش داد. این فناوری‌ها برای اولین بار در مقیاس بزرگ در این پروژه آزمایش شدند و بعدها در پروژه‌های دیگر جهانی شدند.
سیستم‌های تهویه و ایمنی
تونل سیکان مجهز به سیستم‌های تهویه و ایمنی پیشرفته‌ای است تا ایمنی مسافران و کارگران را تضمین کند. تونل خدماتی موازی با تونل اصلی، با اتصال‌های عرضی (cross-passages) هر 600 تا 1000 متر، برای دسترسی اضطراری و تعمیر و نگهداری ساخته شد. دو ایستگاه زیرزمینی تاپی‌کایتئی و یوشیوکا‌کایتئی مجهز به سکوهای 480 متری و اتاق‌های پناهگاه با ظرفیت 500 نفر هستند که در مواقع اضطراری مانند آتش‌سوزی یا زلزله استفاده می‌شوند. سیستم تهویه می‌تواند در شرایط اضطراری تغییر جهت دهد تا مسیرهای فرار از دود و گاز پاک بمانند. پمپ‌های تخلیه آب با ظرفیت 20 تن در دقیقه برای مدیریت نشت آب دریا نصب شده‌اند. همچنین، یک ماشین گشت‌زنی دو سرنشینه در راهروی بین ریل‌ها برای نظارت بر وضعیت تونل استفاده می‌شود.
مقاوم‌سازی تونل در برابر زلزله
منطقه تسوگارو به دلیل فعالیت لرزه‌ای بالا شناخته شده است، بنابراین تونل سیکان برای مقاومت در برابر زلزله‌های قوی طراحی شد. تونل در سنگ‌های آتشفشانی متراکم حفاری شد تا پایداری سازه‌ای افزایش یابد. مطالعات نشان داد که دامنه امواج زلزله در عمق تونل تنها 20 درصد دامنه سطح زمین است، که این امر خطر زلزله را کاهش می‌داد. در سال 1983، زلزله‌ای با قدرت 7.7 ریشتر در حین ساخت رخ داد، اما تونل آسیب ندید، که نشان‌دهنده طراحی مقاوم آن بود. پوشش تونل با حداقل 100 متر خاک طراحی شد تا در برابر فشارهای هیدرواستاتیک و نیروهای لرزه‌ای مقاومت کند. این اقدامات، همراه با استفاده از مواد انعطاف‌پذیر در ساختار تونل، ایمنی آن را در برابر زلزله‌های آینده تضمین کرد.
سیستم حمل‌ونقل در تونل Seikan
تونل سیکان برای حمل‌ونقل ریلی بین هونشو و هوکایدو طراحی شده و در حال حاضر میزبان حدود 50 قطار باری و 30 قطار شینکانسن در روز است. این تونل از ریل دوگانه پشتیبانی می‌کند که امکان عبور قطارهای شینکانسن با عرض 1435 میلی‌متر و قطارهای باری با عرض 1067 میلی‌متر را فراهم می‌کند. قطارهای باری عمدتاً محصولات کشاورزی مانند پیاز (60 درصد تولید هوکایدو) و سیب‌زمینی (40 درصد تولید هوکایدو) را حمل می‌کنند. خدمات شینکانسن از سال 2016 آغاز شد و جایگزین قطارهای مسافری معمولی شد. این تونل نقش مهمی در جابجایی کالاها و اتصال شهرهای بزرگ مانند آئوموری و هاکوداته ایفا می‌کند، اما به دلیل سرعت و هزینه کمتر سفرهای هوایی، تنها 10 درصد مسافران از آن استفاده می‌کنند.
مسیر عبوری قطارهای سریع‌السیر
تونل سیکان بخش مرکزی خط کایکیو به طول 87.8 کیلومتر است که از ناکا-اوگونی در آئوموری تا کیکونای در هوکایدو امتداد دارد. قطارهای شینکانسن هوکایدو با سرعت حداکثر 260 کیلومتر در ساعت از این تونل عبور می‌کنند و سفر بین توکیو و هاکوداته حدود 4 ساعت طول می‌کشد. مسیر تونل از زیر تنگه تسوگارو می‌گذرد و شامل دو ایستگاه زیرزمینی است که در گذشته برای خدمات مسافری استفاده می‌شدند، اما اکنون به‌عنوان موزه فعالیت می‌کنند. برنامه‌ریزی برای تمدید خط شینکانسن تا ساپورو تا سال 2031 در جریان است، که اهمیت تونل را افزایش خواهد داد. این تونل با ریل‌های جوش‌خورده پیوسته، تجربه سفری نرم و سریع را ارائه می‌دهد.
مقایسه با تونل مانش
تونل مانش (Channel Tunnel) بین بریتانیا و فرانسه، با طول کلی 50.45 کیلومتر و بخش زیرآبی 38 کیلومتر، در مقایسه با تونل سیکان (53.85 کیلومتر طول کلی و 23.3 کیلومتر زیرآبی) کوتاه‌تر است، اما بخش زیرآبی طولانی‌تری دارد. تونل سیکان عمیق‌تر (240 متر زیر سطح دریا) از تونل مانش (75 متر) است و برای قطارهای مسافری و باری طراحی شده، در حالی که تونل مانش برای قطارهای مسافری، باری و خودروها استفاده می‌شود. تونل سیکان با روش انفجار و NATM ساخته شد، اما تونل مانش از ماشین‌های TBM استفاده کرد. هزینه ساخت تونل سیکان حدود 7 میلیارد دلار بود، در حالی که تونل مانش حدود 9 میلیارد دلار هزینه داشت. تونل مانش به دلیل نزدیکی به بازارهای بزرگ اروپا، ترافیک بیشتری دارد.
هزینه نهایی پروژه
هزینه برنامه‌ریزی‌شده تونل سیکان 538.4 میلیارد ین (حدود 3.6 میلیارد دلار در آن زمان) بود، اما هزینه نهایی به 745.5 میلیارد ین (حدود 7 میلیارد دلار) رسید. کل پروژه خط تسوگارو، شامل تونل و خطوط اتصالی، 900 میلیارد ین هزینه داشت. این افزایش هزینه به دلیل چالش‌های مهندسی، مانند نشت آب و تأخیرهای ناشی از بحران نفت 1973، بود. هزینه‌های نگهداری تونل نیز بالا است و از سال 1999 تا 2018 حدود 30 میلیارد ین (286 میلیون دلار) صرف تعمیر و نگهداری شد. با این حال، این تونل با کاهش زمان سفر و افزایش ایمنی، بازگشت سرمایه اقتصادی قابل‌توجهی از طریق حمل بار داشته است.
مزایا و معایب تونل‌های زیرآبی
تونل‌های زیرآبی مانند سیکان مزایای متعددی دارند، از جمله امکان حمل‌ونقل پایدار در برابر شرایط جوی، مانند طوفان‌ها، و عدم اختلال در تردد کشتی‌ها در مقایسه با پل‌ها. این تونل‌ها همچنین انتشار کربن کمتری نسبت به هواپیماها دارند و برای حمل بارهای سنگین مناسب هستند. با این حال، معایب آن‌ها شامل هزینه‌های بالای ساخت و نگهداری، چالش‌های زمین‌شناسی پیچیده، و خطرات نشت آب و زلزله است. تونل سیکان با وجود هزینه‌های بالا، به دلیل رقابت با سفرهای هوایی ارزان‌تر، کمتر از ظرفیت خود برای حمل مسافر استفاده می‌شود، اما همچنان برای حمل بار حیاتی است.
مدت زمان عبور از تونل
مدت زمان عبور از تونل سیکان با قطارهای مگلو و شینکانسن حدود 20 تا 25 دقیقه است، بسته به سرعت و نوع قطار. کل سفر بین توکیو و هاکوداته از طریق این تونل حدود 4 ساعت طول می‌کشد، در حالی که سفر هوایی بین این دو شهر (با احتساب زمان دسترسی به فرودگاه) حدود 3.5 ساعت است. قطارهای باری با سرعت کمتر، زمان بیشتری برای عبور نیاز دارند. این مدت زمان نسبت به فری‌های قدیمی (بیش از 4 ساعت) به‌طور قابل‌توجهی کوتاه‌تر است و به بهبود کارایی حمل‌ونقل کمک کرده است.
خطرات احتمالی و مدیریت ریسک
تونل سیکان با خطرات متعددی مانند زلزله، نشت آب دریا، و آتش‌سوزی مواجه است. برای مدیریت این ریسک‌ها، تونل با پوشش 100 متری خاک و مواد مقاوم در برابر فشار هیدرواستاتیک طراحی شد. سیستم‌های پمپاژ آب با ظرفیت بالا برای جلوگیری از سیل نصب شدند. ایستگاه‌های اضطراری و اتاق‌های پناهگاه برای تخلیه در مواقع آتش‌سوزی یا زلزله طراحی شده‌اند. سیستم‌های نظارتی پیشرفته، از جمله ماشین گشت‌زنی، به‌طور مداوم وضعیت تونل را بررسی می‌کنند. تجربه زلزله 1983 نشان داد که طراحی تونل در برابر نیروهای لرزه‌ای مقاوم است. این اقدامات ریسک‌های عملیاتی را به حداقل رسانده‌اند.
درس‌هایی از ساخت تونل سیکان برای سایر کشورها
تونل سیکان درس‌های ارزشمندی برای پروژه‌های زیرساختی جهانی ارائه می‌دهد. بررسی‌های دقیق زمین‌شناسی پیش از ساخت، مانند حفاری پیشرفته افقی، برای کاهش عدم قطعیت‌های زمین‌شناختی ضروری است. استفاده از روش‌های انعطاف‌پذیر مانند NATM و گروتینگ برای مقابله با شرایط غیرقابل پیش‌بینی حیاتی است. طراحی مقاوم در برابر زلزله و سیستم‌های ایمنی پیشرفته، مانند ایستگاه‌های اضطراری و تهویه، برای ایمنی تونل‌های زیرآبی لازم هستند. مدیریت هزینه‌ها و زمان‌بندی پروژه نیز اهمیت دارد، زیرا تأخیرها و افزایش هزینه‌ها در پروژه‌های بزرگ رایج هستند. این درس‌ها در پروژه‌هایی مانند تونل مانش و پروژه‌های آینده مانند تونل زیرآبی پیشنهادی تنگه برینگ به کار گرفته شده‌اند.
منبع: ابرار صنعتی
