Đường hầm qua eo biển Manche

  Đường hầm qua eo biển Manche

Địa chất

Mặt cắt địa chất dọc theo đường hầm như được xây dựng. Đa số chiều dài đường hầm được đào xuyên qua một vỉa (lớp) đá marl.
Việc đào hầm thành công đòi hỏi sự thấu hiểu về địa hình và địa chất và việc lựa chọn lớp đá tốt nhất để đường hầm đi xuyên qua. Nhìn chung địa chất khu vực này gồm các tầng đá tuổi Creta có hướng cắm về phía đông bắc, là một phần của rìa bắc của vòm Wealden-Boulonnais, có các đặc điểm như sau:
* Theo quan sát của Verstegan năm 1698, vách đá phấn ở cả hai bên Eo biển đều liên tục, và không có đứt gãy lớn;
* Các vách gồm bốn tầng chính, các trầm tích biển đã có từ 90–100 triệu năm trước; lớp đá phấn dễ thấm qua ở trên và ở giữa phủ lên trên một lớp đá có độ thấm thấp và cuối cùng là lớp đất sét dày không thấm nước. Một địa tầng cát, glauconitic marl (tortia), nằm giữa đá marl và lớp đất sét;
* Một lớp đá phấn - marl dày 25–30 mét (82–98 ft) (tiếng Pháp: craie bleue) ở dưới cùng của lớp thứ 3 có lẽ là môi trường tốt nhất để đào hầm. Lớp đá có chứa đất sét khoảng 30–40% làm tăng khả năng chống thấm và vì thế khá dễ để đào với cường độ chịu lực tối thiểu. Lý tưởng nhất đường hầm phải được đào ở đáy 15m của đá marl trên lớp đá sét với lượng nước thấm từ các đứt gãy và khe nứt là nhỏ nhất, nhưng điều này sẽ làm tăng áp lực lên tuyến đường hầm khi các vật liệu trương nở và mềm ra khi ẩm.

Ở phía Anh góc cắm của các tầng đá chưa tới 5°, tuy nhiên ở phía Pháp con số này lên tới 20°. Các khe nứt và đứt gãy có ở cả hai phía Anh và Pháp. Ở phía Anh chỉ có những đứt gãy nhỏ có độ dịch chuyển chưa tới 2m. Ở phía Pháp độ dịch chuyển lên tới 15m xuất hiện trong nếp lồi Quenocs. Các đứt gãy có chiều rộng hạn chế, được lắp đầy bởi canxit, pyrit và đất sét. Độ dốc lớn và đứt gãy khiến việc chọn tuyến đường phía Pháp bị hạn chế. Để tránh nhầm lẫn, các mẫu vi hóa thạch được sử dụng để phân tầng lớp đá malk. Ở phía Pháp, đặc biệt là khu vực gần bờ biển, các đá phấn cứng hơn, giòn hơn và nứt nẻ nhiều hơn phía Anh. Điều này khiến nhiều kỹ thuật đào hầm đã được áp dụng riêng biệt bên phía Anh và phía Pháp.

Tuy nhiên, không có tai biến địa chất nào lớn xảy ra, các trầm tích đệ Tứ trong thung lũng Fosse Dangaered dưới biển và trượt đất Castle Hill ở phía Anh cũng là vấn đề cần quan tâm. Theo cuộc khảo sát địa vật lý năm 1964–1965, Fosse Dangaered là một hệ thống thung lũng được lắp đầy rộng đến 80 m bên dưới đáy biển, cách đoạn đường hầm 500 m về phía nam và nằm ở khoảng giữa. Cuộc khảo sát năm 1986 cho thấy một nhánh cắt qua tuyến đường nhầm, và vì thế tuyến đường hầm có thể phải được dời về phía bắc và ở sâu hơn. Nhà ga phía Anh phải đặt trong khu Castle Hill, đây là khu vực gồm phần đỉnh của các khối đá thuộc phần dưới của lớp đá phấn, glauconitic marl đã bị trượt. Khu vực này đã được ổn định bằng tường chắn và hệ thống thoát nước sườn. Các hầm dịch vụ là các hầm dẫn hướng được thi công trước các hầm chính nhằm xác định rõ điều kiện địa chất như các khu vực có đá bị cà nát và các đới có khả năng thấm nước cao. Việc thăm dò dã được tiến hành trong các hầm dịch vụ một cách chi tiết hơn theo chiều đứng và chiều ngang.

Khảo sát
Công việc đo độ sâu đáy biển và lấy mẫu được Thomé de Gamond tiến hành vào khoảng năm 1833–1867 cho thấy rằng độ sâu đáy biển tối đa là 55 m và địa tầng là liên tục. Công tác khảo sát cũng được tiến hành liên tục trong vài năm sau đó gồm 166 lỗ khoan dưới biển và 70 lỗ khoan trên bờ và hơn 4.000 km tuyến khảo sát địa vật lý biển. Surveys were undertaken in 1958–59, 1964–65, 1972–74 và 1986–88.

Cuộc khảo sát năm 1958–1959 phục vụ cho việc thiết kế các ống chìm và cầu cũng như việc đào hầm, do đó một khu vực rộng được khảo sát. Vào lúc này, việc khảo sát địa vật lý biển cho các dự án kỹ thuật còn rất sơn khai do việc định vị thiếu chính xác và độ phân giải của các mặt cắt địa chấn thấp. Các cuộc khảo sát năm 1964-1965 tập trung vào tuyến đường phía bắc của phía bờ biển Anh ở cảng Dover gồm 70 lổ khoan cho thấy một khu vực có lớp đá phong hóa phát triển sâu và độ thấm cao nằm ở phía nam của cảng Dover.

Theo các kết quả của các cuộc khảo sát trước, một cuộc khảo sát năm 1972-1972 sâu về phía nam của tuyến đường đã được tiến hành và tuyến đường được xác định là khả thi. Thông tin về dự án được hầm cũng đã loan tới công trình trước khi hủy bỏ năm 1975. Ở phía Pháp tại Sangatte, một hầm sâu có các lối vào đã được thực hiện. Ở phía Anh tại Shakespeare Cliff, chính phủ cho phép đào một hầm dài 250 m vớo đường kính 4,5 m. Việc chỉnh đường hầm theo thực tế, phương pháp đào và chống đỡ về cơ bản thực hiện giống như năm 1975. Trong cuộc khảo sát năm 1986–1997, các phát hiện trước đó đã được gia cố và lớp sét glaut, môi trường đào hầm và đá phấn marl chiếm 85%, tuyến đường đã được khảo sát. Các kỹ thuật địa vật lý dùng trong ngành dầu khí cũng được sử dụng để khảo sát.

Đào hầm
Mặt cắt ngang tiêu biểu của đường hầm. Thể hiện đường nối giữa các đường hầm cho xe lửa bằng ống dẫn hoạt động bằng piston, cần thiết để duy trì áp lực sau mỗi lần tàu chạy.

Việc đào hầm giữa Anh và Pháp là một thách thức lớn về kỹ thuật, với chỉ một công trình trước đó là Đường hầm Seikan dưới biển tại Nhật Bản. Một nguy cơ nghiêm trọng là đường hầm ngầm có thể bị rò nước bởi áp lực từ phía trên tại những khu vực có điều kiện địa chất yếu. Đường hầm cũng gặp phải một trở ngại khác ở thời điểm đó - là công trình do tư nhân đầu tư, việc thu hồi vốn sớm rất quan trọng.

Mục tiêu là xây dựng: hai đường hầm đường sắt có đường kính 7.6m, cách nhau 30m, một đường hầm dịch vụ có đường kính 4.8m giữa hai đường hầm chính; các đôi đường nối đường kính 3.3m nối giữa hai hầm đường sắt với hầm dịch vụ ở khoảng cách mỗi 375m; các ống dẫn hoạt động bằng piston đường kính 2m nối các hầm đường sắt ở khoảng cách mỗi 250m; hai hầm vượt dưới biển để nối các hầm đường sắt. Hầm dịch vụ luôn được thi công trước các hầm chính ít nhất 1km để xác định chính xác điều kiện địa chất, kinh nghiệm đào hầm xuyên đá đã có từ công nghiệp khai mỏ. Các hầm vượt dưới biển là một vấn đề kỹ thuật phức tạp. Hầm của Pháp dựa theo Đường hầm Núi Baker ở Mỹ. Hầm của Anh được đào từ hầm dịch vụ trước hai hầm chính để tránh chậm trễ.

Các đốt hầm đúc sẵn trong máy đào hầm chính (TBM) được sử dụng, nhưng các giải pháp khách nhau được áp dụng phía Anh và phía Pháp. Ở phía Pháp đốt neoprene bắt bu lông bằng thép đúc hay bê tông cốt thép và gắn bằng vữa được sử dụng. Ở phía Anh yêu cầu chính là tốc độ, và việc liên kết các đốt hầm bằng thép đúc chỉ được thực hiện ở những nơi có điều kiện địa chất kém. Trong các hầm phía Anh tám đốt hầm cộng một đốt chính được áp dụng; ở phía pháp cứ năm đốt lại có một đốt chính. Ở phía Pháp một hố có đường kính 55m, sâu 75m được đào tại Sangatte làm điểm tiếp cận. Ở phía Anh một khu vực công trường nằm dưới 140m từ đỉnh Vách Shakespeare, và biện pháp đào hầm mới của Áo (NATM) ban đầu được áp dụng ở lớp đá marl tại đây. Ở phía Anh các đường hầm trên đất liền được đào từ Vách Shakespeare, cùng nơi với đường hầm biển, không phải từ Folkestone. Khu vực ở dưới vách không đủ lớn cho tất cả các máy đào, và dù có những lo ngại về môi trường, đất đào ra được đổ phía sau một đê biển bằng bê tông, với điều kiện đổ đá trong một đầm kín để tránh bột đá phát tán rộng. Vì hạn chế về không gian, nhà máy bê tông đúc sẵn được đặt trên Đảo Grain ở cửa sông Thames.

Ở phía Pháp, vì độ thấm nước lớn hơn, các máy đào hầm cân bằng áp lực đất với các kiểu mở và đóng được sử dụng. Các máy đào hầm ở chế độ đóng trong 5km đầu nhưng sau đó hoạt động ở chế độ mở, đào xuyên qua vỉa đá marl. Nó làm giảm thiểu tác động tới đất và cho phép chống lại được áp lực nước lớn hơn, và cũng làm giảm nhu cầu nhét vữa phía trước đường hầm. Phía Pháp cần 5 máy đào hầm: hai máy chính đào dưới biển, một máy đào trên đất liển (khoảng cách ngắn 3 km trên đất liền cho phép một chiếc máy đào hầm hoàn thành đường hầm đầu tiên và sau đó quay đầu đào tiếp hầm thứ hai), và hai máy đào hầm dịch vụ. Ở phía Anh điều kiện địa chất đơn giản hơn cho phép sử dụng các máy đào hầm mở có tốc độ nhanh hơn. Sáu máy được sử dụng, tất cả đều bắt đầu đào từ Vách Shakespeare, ba máy đào hầm dưới biển và ba máy đào hầm trên đất liển. Khi đường hầm dưới biển gần hoàn thành các máy đào hầm của Anh đào nghiêng xuống dưới và chôn chặt cách đường hầm. Các máy đào hầm của Pháp sau đó sẽ hoàn thiện đường hầm và được dỡ ra. Một đường ray khổ 900 mm được dùng bên phía Anh khi xây dựng.
Trái với các máy của Anh, được gọi tên theo số đơn giản, các máy đào hầm của Pháp đều được đặt tên phụ nữ: Brigitte, Europa, Catherine, Virginie, Pascaline, Sesverine.

Thiết kế đường sắt và rolling stock
Bên trong Eurotunnel Shuttle, một tàu shuttle. Với các toa tàu lớn nhất thế giới, tàu shuttle vận chuyển các phương tiện giữa hai ga đầu cuối của đường hầm.

Có ba hệ thống thông tin trong hầm: concession radio (CR) cho các phương tiện di chuyển và người bên trong vùng quy định của đường hầm (ga đầu cuối, đường hầm, hầm bờ biển); track-to-train radio (TTR) để truyền dữ liệu và thông tin giữa các đoàn tàu và trung tâm điều khiển đường sắt, radio nội bộ của tàu (SIR) cho việc liên lạc giữa các lái tàu shuttle và với hành khách qua radio trên ô tô. Toàn bộ dịch vụ trong đường hầm đều chạy điện, chia đều từ phía nguồn của Anh và Pháp. Năng lượng được truyền tới các đầu máy thông qua đường dây phía trên (dây tiếp nối) ở điện thế 25 kV 50 Hz}}. Một hệ thống tín hiệu cabin được sử dụng cung cấp thông tin trực tiếp tới các lái tàu trên một màn hình hiển thị. Có hệ thống bảo vệ tàu hoả tự động (ATP) để dừng tàu nếu tốc độc khác biệt với số chỉ thị trên màn hình trong cabin. TVM430, như được sử dụng trên LGV Nord, được dùng trong đường hầm. Tốc độ tối đa cho phép là 160 km/h. Hệ thống thám sát của American Sonneville International Corporation được sử dụng trong hầm; ballasted track bị bỏ bởi những cản trở bảo dưỡng và nhu cầu ổn định hình học. Hệ thống Sonneville có các đường ray UIC60 ở cấp 900A nằm trên tấm đệm EVA vi rỗng, được bắt chặt vào bê tông.

Ban đầu 38 đầu máy Le Shuttle được bố trí, làm việc theo cặp với một ở mỗi đầu cuối của một tàu shuttle. Các tàu shuttle có hai nửa riêng biệt: một và hai tầng. Mỗi nửa có hai toa chất tải/dỡ tải và 12 toa chở. Ban đầu Eurotunnel đặt hàng 9 tàu shuttle. 46 đầu máy Class 92 để kéo hàng và những chuyến tàu chở khách xuyên đêm được đặt hàng, chúng có thể chạy bằng điện xoay chiều từ dây dẫn trên nóc và từ điện một chiều từ ray thứ ba. Các tàu chở hàng cũng có hai nửa, mỗi nửa có một toa chất tải, một toa dỡ tải và 14 toa chở. Có một toa dịch vụ phía sau đầu máy. Eurotunnel ban đầu đặt hàng 6 tàu chở hàng. 31 tàu Eurostar, dựa trên TGV của Pháp, được sản xuất hợp với khổ đường của Anh, và với nhiều biến đổi tăng cường độ an toàn bên trong đường hầm, với quyền sở hữu được phân chia giữa British Rail, Công ty Đường sắt Quốc gia Pháp và Công ty Đường sắt Quốc gia Bỉ. British Rail đã đặt hàng thêm 7 chiếc cho các dịch vụ phía bắc London.

Một tỷ lệ lớn đường ray phía nam London sử dụng một đường ray thứ ba cấp điện một chiều 750 V DC cho đầu máy; tuy nhiên từ khi High Speed 1 khai trương không cần phải sử dụng hệ thống đường ray thứ ba cho bất kỳ phần nào của hành trình bằng Eurostar nữa. High Speed 1, đường hầm và đường tới Paris sử dụng năng lượng từ dây diện phía trên ở điện thế 25 kV 50 Hz. Các tuyến đường sắt ở Brussels cũng được cấp điện từ dây dẫn phía trên, nhưng ở điện thế 3000 V DC.

Tríc tại nguồn Wikipedia tiếng Việt