تونل گوتارد (Gotthard Base Tunnel) طولانی‌ترین و عمیق‌ترین تونل ریلی جهان است که در زیر ماسيف گوتارد در آلپ‌های سوئیس ساخته شده است. این تونل که در ژوئن 2016 افتتاح شد، بخشی از پروژه جدید راه‌آهن آلپ (NRLA) است و برای افزایش ظرفیت حمل‌ونقل ریلی بین شمال و جنوب اروپا طراحی شده است. تونل گوتارد با طول 57.09 کیلومتر، امکان حمل قطارهای باری سنگین‌تر و سریع‌تر را فراهم کرده و زمان سفر مسافری بین زوریخ و میلان را حدود یک ساعت کاهش داده است. این تونل با هدف انتقال بار از جاده به ریل، کاهش اثرات زیست‌محیطی و بهبود ایمنی در مسیرهای آلپی ساخته شد.
تاریخچه شکل‌گیری ایده تونل گوتارد
ایده ساخت تونل پایه گوتارد به سال 1947 بازمی‌گردد، زمانی که مهندس سوئیسی کارل ادوارد گرونر طرح اولیه‌ای برای یک تونل پایه دوطبقه (ریلی و جاده‌ای) از آمستگ تا بیاسکا ارائه کرد. در دهه 1960، دولت سوئیس کمیته‌ای برای بررسی امکان‌سنجی این پروژه تشکیل داد، اما رکود اقتصادی دهه 1970 و اختلاف‌نظرها مانع پیشرفت شد. در سپتامبر 1992، رأی‌دهندگان سوئیسی با 64 درصد آرا پروژه NRLA را تأیید کردند که شامل تونل گوتارد و تونل لوتشبرگ بود. قانون حفاظت از آلپ در فوریه 1994 نیز بر انتقال بار از جاده به ریل تأکید کرد. کارهای مقدماتی و اکتشافی در سال 1996 آغاز شد و ساخت اصلی در نوامبر 1999 شروع شد.
موقعیت جغرافیایی و طول تونل
تونل گوتارد در مرکز آلپ‌های سوئیس، بین ارستفلد در کانتون اوری (شمال) و بودیو در کانتون تیسینو (جنوب) قرار دارد. این تونل ماسيف گوتارد را در عمق حداکثر 2450 متر زیر سطح زمین طی می‌کند. طول کل تونل 57.09 کیلومتر است و دو لوله موازی تک‌مسیره دارد که از طریق 176 گذرگاه عرضی (هر 325 متر) به هم متصل هستند. ارتفاع ورودی شمالی در ارستفلد 460 متر و ورودی جنوبی در بودیو 312 متر بالای سطح دریا است، با حداکثر ارتفاع داخلی 549 متر. این تونل بخشی از کریدور حمل‌ونقل روتردام-جنوا است.
ویژگی‌های ژئوتکنیکی مسیر تونل
مسیر تونل گوتارد با تنوع زمین‌شناختی پیچیده‌ای مواجه بود، از گرانیت سخت تا فیليت‌ها و شيست‌های نرم در مناطق اورسرن-گارورا و تاوتشر. بررسی‌های اولیه شامل حفاری‌های آزمایشی، اندازه‌گیری دما و مطالعات لرزه‌ای بود که نشان داد منطقه پیورامولده (Piora Mulde) از دولومیت مرمر بدون فشار آب تشکیل شده است. فشار کوه تا 2300 متر، دمای سنگ تا 46 درجه سانتی‌گراد و تنوع سنگ‌ها (مانند گنيس ارستفلد و لوکوماگنو) چالش‌های اصلی بودند. در برخی مناطق، سنگ‌های نرم مانند کره، حفاری را کند کردند، در حالی که در مناطق سخت‌تر، سرعت حفاری بهبود یافت.
نوع ماشین‌های حفاری استفاده‌شده
حفاری تونل گوتارد عمدتاً با چهار ماشین حفاری تونل TBM از نوع Herrenknecht Gripper انجام شد، هر یک با طول بیش از 441 متر و قطر سر حفاری 9.58 متر. این ماشین‌ها برای سنگ‌های سخت طراحی شده بودند و با فشار هیدرولیکی و بازوهای گریپر به دیواره‌ها متصل می‌شدند. در مناطق سنگ نرم مانند فیليت، از روش انفجار (Drill-and-Blast) برای حدود 25 درصد پروژه استفاده شد. TBMها روزانه تا 40 متر در سنگ سخت پیش می‌رفتند، در حالی که در مناطق نرم پیشرفت به نیم متر در روز کاهش یافت. مواد حفاری‌شده (28.7 میلیون تن) به بتن برای پوشش داخلی تونل تبدیل شد.
مراحل مختلف حفاری و اجرای پروژه
ساخت تونل گوتارد در پنج بخش (ارستفلد، آمستگ، سدرون، فایدو و بودیو) با کنسرسیوم‌های مختلف انجام شد. کارهای مقدماتی در سال 1996 با حفاری شفت‌های دسترسی آغاز شد. حفاری اصلی از نوامبر 1999 شروع شد و در مارس 2011 با تکمیل لوله غربی به پایان رسید. اولین مرحله در لوله شرقی در اکتبر 2010 و در لوله غربی در مارس 2011 رخ داد. هر بخش شامل شفت‌های دسترسی، پایگاه‌های لجستیکی و کارخانه‌های بتن بود. پس از حفاری، نصب پوشش بتنی، ریل‌ها و سیستم‌های برقی تا سال 2016 ادامه یافت. پروژه در 17 سال تکمیل شد.
طول و قطر دقیق هر بخش از تونل
تونل گوتارد از دو لوله موازی تشکیل شده است: لوله شرقی و غربی، هر یک 57.09 کیلومتر طول. بخش‌های اصلی شامل: ارستفلد (7.8 کیلومتر، لوله شرقی و غربی)، آمستگ (11.3 کیلومتر)، سدرون (8.6 کیلومتر شرقی، 8.7 کیلومتر غربی)، فایدو (13.4 کیلومتر شرقی، 13.6 کیلومتر غربی) و بودیو (15.9 کیلومتر) است. قطر داخلی هر لوله 7.76 متر و قطر حفاری 9.2 متر است. 176 گذرگاه عرضی (325 متر فاصله) با طول کل 151.84 کیلومتر تونل و شفت‌ها را تشکیل می‌دهند. ایستگاه‌های چندمنظوره در سدرون و فایدو برای توقف اضطراری طراحی شدند.
ساختار دوبخشی تونل برای عبور قطارها
تونل گوتارد دارای دو لوله تک‌مسیره موازی است که هر یک برای حرکت قطار در یک جهت طراحی شده‌اند. این ساختار ایمنی را افزایش داده و امکان تخلیه اضطراری را از طریق 176 گذرگاه عرضی فراهم می‌کند. فاصله بین لوله‌ها به‌طور متوسط 40 متر (حداکثر 70 متر) است. دو ایستگاه چندمنظوره (MFS) در سدرون و فایدو امکان تغییر مسیر قطارها را فراهم می‌کنند. این طراحی با حذف شیب‌های تند (حداکثر 1.25 درصد)، امکان حمل قطارهای باری تا 4000 تن را فراهم کرده و سرعت قطارهای مسافری را تا 249 کیلومتر در ساعت افزایش داده است.
سیستم ریلی و خطوط نصب‌شده در تونل
سیستم ریلی تونل گوتارد شامل 290 کیلومتر ریل و 380,000 تراورس (Sleeper) است که برای قطارهای باری و مسافری با سرعت بالا طراحی شده‌اند. ریل‌ها از نوع استاندارد gauge (1435 میلی‌متر) هستند و با بالاست بتنی نصب شده‌اند. در ایستگاه‌های چندمنظوره، سیستم‌های تغییر مسیر (Track Switching) امکان انعطاف در عملیات را فراهم می‌کنند. ریل‌ها برای تحمل بارهای سنگین (تا 4000 تن) و سرعت‌های بالا (تا 249 کیلومتر در ساعت) طراحی شده‌اند. این سیستم ظرفیت 260 قطار باری و 65 قطار مسافری روزانه را پشتیبانی می‌کند.
سیستم برق‌رسانی و سیگنالینگ
سیستم برق‌رسانی تونل از خطوط هوایی 15 کیلوولت (16.7 هرتز) برای قطارهای الکتریکی استفاده می‌کند که با استانداردهای سوئیسی سازگار است. این سیستم توسط ترانسفورماتورهای نصب‌شده در ایستگاه‌های سدرون و فایدو پشتیبانی می‌شود. سیگنالینگ مبتنی بر سیستم کنترل قطار اروپایی (ETCS) سطح 2 است که امکان کنترل دقیق حرکت قطارها و افزایش ایمنی را فراهم می‌کند. سیستم‌های ارتباطی و سیگنالینگ با کابل‌های فیبر نوری و تجهیزات نظارتی در مرکز کنترل ادغام شده‌اند تا عملیات بلادرنگ را مدیریت کنند.
طراحی سیستم تهویه در تونل
سیستم تهویه تونل گوتارد برای مدیریت دما (تا 46 درجه سانتی‌گراد) و کیفیت هوا طراحی شده است. هر لوله دارای سیستم تهویه محوری است که از طریق شفت‌های دسترسی در سدرون و فایدو هوا را تأمین می‌کند. فن‌های پرقدرت در ایستگاه‌های چندمنظوره جریان هوا را تنظیم می‌کنند. در شرایط عادی، تهویه طبیعی از حرکت قطارها (اثر پیستون) کافی است، اما در مواقع اضطراری، فن‌ها دود و گرما را به خارج هدایت می‌کنند. سیستم‌های خنک‌کننده آب نیز برای تجهیزات الکتریکی استفاده می‌شوند.
نحوه مدیریت آتش‌سوزی و دود در مواقع اضطراری
برای مدیریت آتش‌سوزی، تونل گوتارد مجهز به سیستم‌های تشخیص دود و آتش در هر دو لوله است. در صورت آتش‌سوزی، فن‌های تهویه دود را به سمت شفت‌های خروجی هدایت می‌کنند. ایستگاه‌های چندمنظوره سدرون و فایدو به‌عنوان پناهگاه‌های اضطراری با سیستم‌های تهویه فشار مثبت عمل می‌کنند. حسگرهای حرارتی و دوربین‌های نظارتی به مرکز کنترل متصل هستند تا واکنش سریع را ممکن کنند. تمرین‌های اضطراری منظم و هماهنگی با خدمات آتش‌نشانی محلی ایمنی را تضمین می‌کنند. یک پناهگاه کاتولیک برای سنت باربارا نیز به‌عنوان یادبود کارگران درگذشته در تونل نصب شده است.
سیستم فرار اضطراری و دسترسی‌های جانبی
تونل گوتارد دارای 176 گذرگاه عرضی (هر 325 متر) است که دو لوله را برای تخلیه اضطراری متصل می‌کنند. این گذرگاه‌ها به‌عنوان مسیرهای فرار عمل کرده و به ایستگاه‌های چندمنظوره سدرون و فایدو متصل هستند. شفت‌های دسترسی در آمستگ، سدرون و فایدو امکان ورود تیم‌های امدادی و تخلیه مسافران را فراهم می‌کنند. هر ایستگاه چندمنظوره دارای پناهگاه‌های فشار مثبت برای 60 نفر است. درب‌های مقاوم در برابر آتش و سیستم‌های ارتباطی اضطراری در سراسر تونل نصب شده‌اند تا در مواقع بحرانی عمل کنند.
سرعت حرکت قطارها در تونل گوتارد
حداکثر سرعت مجاز برای قطارهای مسافری در تونل گوتارد 249 کیلومتر در ساعت است، اما برای ایمنی، معمولاً با سرعت 200 کیلومتر در ساعت حرکت می‌کنند، که زمان عبور از ارستفلد به بودیو را به 20 دقیقه کاهش می‌دهد. قطارهای باری با حداقل سرعت 100 کیلومتر در ساعت حرکت می‌کنند تا ظرفیت حمل‌ونقل بهینه شود. این سرعت‌ها امکان جابجایی 260 قطار باری و 65 قطار مسافری روزانه را فراهم کرده و زمان سفر زوریخ به میلان را به 2 ساعت و 40 دقیقه کاهش داده است.
عملکرد تونل در شرایط زمستانی
تونل گوتارد به دلیل قرار گرفتن در عمق زیاد (تا 2450 متر)، از شرایط آب‌وهوایی سطحی مانند برف و یخبندان تأثیر نمی‌پذیرد. مسیرهای ورودی در ارستفلد و بودیو با سیستم‌های گرمایشی ریل و تجهیزات برف‌روبی مجهز شده‌اند تا عملکرد در زمستان تضمین شود. آزمایش‌ها در مسیرهای آلپی نشان داده که تونل حتی در دماهای زیر صفر (تا -40 درجه سانتی‌گراد) عملکرد پایداری دارد. سیستم‌های نظارتی بلادرنگ نیز شرایط ریل و تجهیزات را در زمستان پایش می‌کنند.
هزینه نهایی ساخت و تحلیل اقتصادی
هزینه نهایی تونل گوتارد 12.2 میلیارد فرانک سوئیس (حدود 12 میلیارد دلار) بود که شامل 9.4 میلیارد فرانک برای تونل اصلی و 2.24 میلیارد فرانک برای تونل مرتبط سنری بود. این هزینه‌ها به دلیل شرایط زمین‌شناختی غیرمنتظره و نیاز به فناوری‌های پیشرفته از برآورد اولیه (6 میلیارد فرانک) بیشتر شد. با این حال، پروژه در زمان‌بندی و بودجه نهایی تکمیل شد. از نظر اقتصادی، تونل با افزایش ظرفیت حمل بار (40 میلیون تن سالانه) و کاهش زمان سفر، هزینه‌های لجستیکی را کاهش داده و به اقتصاد اروپا کمک کرده است. بازگشت سرمایه از طریق کاهش ترافیک جاده‌ای و عوارض کامیون‌ها پیش‌بینی می‌شود.
مقایسه تونل گوتارد با تونل‌های مهم دیگر جهان
تونل گوتارد با 57.09 کیلومتر طول، از تونل سیکان ژاپن (53.9 کیلومتر) و تونل کانال انگلیس-فرانسه (50.5 کیلومتر) طولانی‌تر است. برخلاف تونل سیکان که برای قطارهای پرسرعت طراحی شده، گوتارد برای هر دو نوع قطار باری و مسافری بهینه شده است. تونل کانال با عمق کمتر (250 متر) در مقایسه با عمق 2450 متری گوتارد، چالش‌های ژئوتکنیکی کمتری داشت. تونل لوتشبرگ (34.6 کیلومتر) نیز بخشی از NRLA است اما ظرفیت کمتری نسبت به گوتارد دارد. گوتارد با طراحی دو لوله و سیستم‌های ایمنی پیشرفته، استاندارد جدیدی در مهندسی تونل ایجاد کرده است.
