Tünel Mühendisliğinin Gelişimi
National Geographic kanalının mühendisliğin sınırlarının zorlandığı olayları anlatan “Big Bigger Biggest” belgesel serisinden çok ilgi çekici bir bölüm izledim. Belgeselde Gotthard Base Tüneli’nin yapım aşamasında çıkan problemleri çözmeye yönelik inşa edilmiş altı başyapıt anlatılıyordu. Ben de bunlardan birinde gördüğüm uygulamanın ilham noktasını size aktaracağım.
Gotthard Base Tüneli
İsviçre Alpleri’nin derinliklerinde milyonlarca tonluk kayaların altında mühendisler teknolojik bir başyapıt inşa ettiler: Gotthard Base Tüneli. Bu tünel, dudak uçuklatan 57 km’lik uzunlukla dünyanın en uzun tüneli olarak tünel mühendisliğinin zirvesine yerleşmiştir. Her gün iki bin işçi İsviçre Alpleri’nin karanlık oyuklarına indi. İnsanoğlunun doğuştan gelen yeraltına inme korkusunu görmezden gelerek devasa bir mühendislik projesini tamamlamak için ısıyı ve tozu cesaretle karşıladılar. Görevleri orta Avrupa’daki en büyük trafik sorunlarını çözecek bir tünel inşa etmekti. Alpler’den geçen sadece dört tane yol vardı ve hepsi kötü bir şekilde tıkalıydı ancak İsviçreliler bu tıkanıklığı aşmak üzerelerdi. En büyük şehirleri Zürich’i kuzey İtalya’daki Milano’ya bağlamak istiyorlardı. Hızlı trenler 2017’den itibaren 200 km’lik yolu bir uçaktan daha hızlı kat ediyorlar ama bunu gerçekleştirmek için İsviçreliler çok büyük bir engelin üstünden gelmek zorundaydı: 2 km yüksekliğe ulaşan Gotthard dağ kütlesini delip geçmek. Bunu yapabilecek biri varsa o da İsviçrelilerdi zira tünel açma işini bir sanata dönüştürmüşlerdi.
15 yıl boyunca insanlar ve makineler başyapıtları Gotthard Base Tüneli’ni inşa etmek için gece gündüz çalıştı. Gotthard Base Tünelinin nasıl bu kadar büyük olabileceğini anlamak için zamanda geriye gitmemiz gerek. 19. yüzyılda Londralı mühendisler Thames Nehri’nin altında dünyanın ilk su altı tünelini yapmak istediler ama öncelikle nehrin ağırlığının tüneli sıkıştırmasını önlemeleri gerekiyordu. Londra’nın trafik sorunları yeni değildi, 200 yıl önce çok kötüydü. 1800’lü yıllarda Londra, dünyanın kilometrelerce uzunluktaki en yoğun limanıydı. Britanya baskın bir imparatorluk gücüydü o zamanlar.
Tüm ticaretin çoğu Londra limanından geçiyordu. Londra’da nehri geçen yirmi kadar uzun direkli gemi yığılırdı. Mallarınızı bir taraftan diğerine taşımanızın bir at arabasına koyup İskoçya’ya taşımanızdan daha uzun sürmesi aslında çok kötüydü. Sorun Thames’in üzerindeki köprülerin kötü bir şekilde tıkanması ve yeni köprülerin yapılma şansının bulunmamasıydı.
Bir yakadan diğerine geçmek istediğinizde köprüyü kullanmak mantıklı değildi çünkü yüksek direkli deniz araçlarının köprünün altından geçişi için köprünün çok yukarıya kalkması gerekiyordu ve bu durum yaklaşma rampalarında kilometrelerce kuyruk oluşturuyordu. Çözüm, bir köprü değildi. Bir gün Marc Brunel adındaki bir Fransız bir fikir ortaya attı: Thames’in altında bir tünel. Brunel böyle bir tünel kazmanın tehlikelerle dolu olduğunun farkındaydı zira Thames’in altındaki toprak son derece aldatıcıydı.
Thames Nehri’ni bir akvaryumda modellediğimizi düşünürsek bu akvaryumun oldukça bulanık olduğunu ve tabanında alüvyon kumları, çakılları ve bunlara benzer şeyler olduğunu görürüz. Bunun altında bir kil tabakası var bu tabaka tünel açmak için çok uygun zira ulaşmak istediğimiz tabaka. Bir tünel kazıcı için zor olan bu düzgün tünel galerisinin içinde kalmaktır. Çok dışına çıkarsanız başınız derttedir. Eğer sadece düz giderseniz suyun çıkacağını görürsünüz. Thames Nehrine hoş geldiniz.
Marc Brunel bir çözüm bulduğunu düşünür. Olağan dışı bir yerden ilham almıştır. Chatham tersanesinde ahşapların bulunduğu bir alanda çalışıyordu. Gemiler ahşaptan yapılıyordu ve gemi kurtçuğu denilen bir yumuşakçanın kerestenin içinde yol açtığını fark etti. Bu gemi kurtçuğunun bunu nasıl yaptığına, tünelin arkasını nasıl kapatmadığına hayret etti. Gemi kurtçuğu kafasında kabuklar bulunan bir deniztarağıdır. Kabuklarının tırtıklı kenarları aracılığıyla ilerlerken en sert ahşabı bile kesip içinden geçebilir. Ancak bir sorun vardır ki o da ıslak ahşap zamanla şişer, bu tüneli kapatıp kurtçuğu sıkıştırabilir. Gemi kurtçuğunun bunu engellemek için zekice bir numarası vardır. Gemi kurtçuğu, yumuşak vücudunun çevresinde sertleşerek koruyucu bir kabuğa dönüşen sümüksü bir madde salgılayarak ilerlerken tünelin çökmesini engeller.
Brunel’in ve zaman içinde birçok insanın yaptığı kendininkilere çok benzeyen bir sorun bulup anahtar parçaları kopyaladıklarında çözümü başka bir yerde kullanabileceklerini keşfetmekti. Brunel burada gemi kurtçuğunun bu sorunu nasıl çözdüğünü gördü ve kendi problemine uyarladı. Kurtçuk arkasından kendini sıkıştırmak isteyen bir şeyin içinde tünel açıyordu. Marc Brunel onun hilesini daha geniş ölçekte kullanan bir makine yapar. Buna tünel ilerleme siperi adını verir. Makine her biri bir döşeyici taşıyan 36 demir çerçeveden yapılmıştır. Ahşap levhalar onları kararsız çalışma alanında korur. Her seferinde bir levhayı kaldırırlar ve 10 cm’lik çamur kazarlar. Bütün bir çamur tabakasını kaldırdıklarında çerçeveyi ileri itmek için bocurgatlar[1] kullanırlar. Bu desteksiz çamurdan oluşan bir boşluk ortaya çıkarır. Brunel, tıpkı gemi kurtçuğu gibi çökmeden hemen önce geçidi kaplar, iki yollu sağlam bir tünel açmak için tuğla ve ekstra güçlü çimento kullanır. Bu makine Thames’in altında tünel açmak için anahtar olur.
Brunel’in Thames Tüneli günümüze kadar ayakta kaldı ancak işçilerin onu inşa ederken katlandıkları dehşetten hiçbir iz taşımamaktadır. İşçiler her gün Rotherhithe şaftından aşağıya iniyorlardı muhtemelen merdivenlerle sipere tırmanıp kazma ve küreklerini alıp çalışmaya başlıyorlardı. Başlangıçta oldukça sorunsuzdu, siperi kullanmayı çözüyorlardı. Tünelin ilk kısmında toprak o kadar kötü değildi ama orta kısımlara gittiklerinde herhalde iş tehlikeli bir hal aldı özellikle de nehrin altına girdiklerinde. Brunel’in siperi tünelin çökmesini önleyebilir ama o dönemde açık bir lağım olan Thames Nehri’nin altındaki pisliğe karşı hiçbir koruma sağlayamaz. İşçiler her seferinde sadece 2 saat çalışabiliyorlardı çünkü Thames Nehri’nin dibinde çürüyen pislikten metan gazı yayılıyordu. İşçilerden bazıları hastalanıyordu bu yüzden geri götürülüyorlardı. Kendilerine geldiklerinde bir başka vardiyaya başlıyorlardı. Umutsuz bir durum yani kazdıkları şey o kadar korkunçtu ki tırnaklarını çürütüyordu.
Brunel’in ekibinin büyük çabalarla 12 yılda inşa ettiği tünelden geçmek bugün 45 saniye sürüyor ve bu tüneli onun mekanik yumuşakçasına borçluyuz. Peki ya sırada ne var, gelecekte hangi tüneller kaç saniyede geçilecek veya insanoğlu bir gün evrenin henüz keşfedilmemiş yerlerine ışık hızında seyahat edebileceği ışık tünelleri inşa edebilecek mi?
[1] Ağır yükleri yukarı kaldırmakta kullanılan, manivela ile döndürülen ve döndürüldükçe, kaldırılmakta olan şeyin bağlı bulunduğu urganı kendi üzerine saran dolap.
Kaynak
National Geographic Big Bigger Biggest Tunnels adlı belgeselini aşağıdaki adresten izleyebilirsiniz.
