Treuliodd peirianwyr bron i 20 mlynedd yn adeiladu twnnel rheilffordd hiraf a dyfnaf y byd o dan yr eira-Gorchuddio Alpau'r Swistir

Ers diwedd yr Ail Ryfel Byd, roedd peirianwyr wedi breuddwydio am greu llwybr cyflymach trwy'r Alpau i wella cysylltiadau trafnidiaeth a hyrwyddo masnach rhwng gwahanol ranbarthau'r Swistir.

Cynigiodd peiriannydd Swistir Carl Eduard Gruner o Basel y syniad o adeiladu twnnel cludo cyflym o dan y Gotthard Massif. Mor gynnar â 1947, awgrymodd greu twnnel graddiant isel yn croesi gwaelod Gotthard.

Fodd bynnag, fel rhan o rwydwaith rheilffordd traws Alpaidd ehangach, ni chafodd y prosiect ei ystyried o ddifrif tan fwy na 40 mlynedd yn ddiweddarach, pan ddechreuwyd cynlluniau ar gyfer llwybr yn cysylltu Erstfeld yn y gogledd a Bodio yn y de.

Daeth y rheilffordd yn rhan o raglen AlpTransit, a gynlluniwyd i leihau tagfeydd ar ffyrdd mynydd, byrhau amser a chostau cludiant, a lleihau'r effaith amgylcheddol a achosir gan gludiant trwm.

Erbyn 1995, yn dilyn argymhellion gan Swiss Federal Railways (SBB), roedd y Swistir wedi datblygu cynlluniau ar gyfer dau dwnnel rheilffordd trac sengl 57 cilomedr rhwng Erstfeld a Bodio. Roedd y system yn cynnwys 180 o dramwyfeydd cysylltu a gorsafoedd amlswyddogaethol yn Sedrun a Faido.

Roedd cyfanswm y system dwnnel yn ymestyn dros 150 cilomedr, gyda haenau creigiau uwchben y rhannau dyfnaf yn cyrraedd bron i 2.5 cilometr o drwch.

Heriau Twnnel O dan yr Alpau

Ym 1998, ar ôl cyfres o ymchwiliadau daearegol, sefydlodd Rheilffyrdd Ffederal y Swistir AlpTransit Gotthard AG i oruchwylio adeiladu Twnnel Sylfaen Gotthard.

At ddibenion adeiladu, rhannwyd y ddau dwnnel trac sengl yn bum rhan.

Er bod eira yn gorchuddio'r copaon Alpaidd uchod, cyrhaeddodd tymheredd yn ddwfn o dan y ddaear 45 gradd, gan greu heriau peirianyddol sylweddol. Roedd yn rhaid i beirianwyr reoli oeri gweithwyr, systemau awyru, pwysedd dŵr tanddaearol uchel, a llwythi creigiau enfawr uwchben y twnnel.

Roedd y pwysau o'r creigiau o amgylch mor ddwys fel bod yr ardaloedd cloddio wedi profi anffurfiad difrifol. Gallai craig hollt iawn wthio i mewn, gan leihau'r trawstoriad twnnel ac effeithio ar sefydlogrwydd adeileddol.

Systemau Cymorth Dur ar gyfer Pwysedd Tanddaearol Eithafol

Er mwyn datrys yr heriau hyn, cyflwynodd tîm y prosiect dechnegau mwyngloddio uwch, gan gynnwys adrannau cymorth bwa dur gyda chymalau ffrithiant llithro.

Dyluniwyd y strwythurau cymorth dur hyn i addasu yn ôl lefelau llwyth manwl gywir ac ychydig yn anffurfio o dan bwysau cynyddol heb niweidio leinin y twnnel.

Ar gyfer prosiectau peirianneg tanddaearol sy'n agored i straen eithafol, mae perfformiad deunydd yn hollbwysig. Mae deunyddiau cryfder uchel fel Plât Dur Cryfder Uchel yn cael eu dewis yn gyffredin ar gyfer cymwysiadau strwythurol heriol oherwydd eu bod yn darparu gallu cario llwyth rhagorol a pherfformiad mecanyddol dibynadwy.

O'i gymharu â chynhalwyr traddodiadol, gall cydrannau dur peirianyddol amsugno anffurfiad a chynnal cyfanrwydd strwythurol o dan amodau tanddaearol newidiol.

“Mae gwasgu tir yn gofyn am systemau cymorth arbenigol o amgylch y twnnel,” esboniodd Ivor Thomas, rheolwr twnnel yn BAM Nuttall ac is-lywydd Cymdeithas Twnelu Prydain. "Mae'r bwâu llithro dur hyn wedi'u cynllunio'n ofalus i gynhyrchu heb effeithio ar gyfanrwydd leinin y twnnel."

Ar ôl goresgyn yr heriau technegol hyn, cwblhaodd y tîm adeiladu y datblygiad twnnel terfynol ym mis Hydref 2010, gan ddileu tua 28.2 miliwn o dunelli o graig a gloddiwyd ar ôl 11 mlynedd o dwnelu.

Traciau Rheilffordd Perfformiad Uchel

Fodd bynnag, nid oedd llwyddiant Twnnel Sylfaen Gotthard yn dibynnu ar gwblhau'r cloddiad yn unig. Heb system reilffordd o ansawdd uchel, ni allai'r twnnel gyflawni ei nod o gludo chwe thrên nwyddau a dau drên teithwyr yr awr i bob cyfeiriad.

Fel rhan o'r system reilffordd, defnyddiodd y llwybr cyfan 290 cilometr o reiliau dur pearlitig wedi'u trin â gwres a switshis perfformiad uchel.

Mae triniaeth wres yn newid microstrwythur dur, gan wella ymwrthedd yn erbyn traul, blinder cyswllt treigl, a diffygion eraill. Mae'r eiddo hyn yn arbennig o bwysig ar gyfer systemau rheilffordd sy'n gweithredu o dan gyflymder uchel a llwythi trwm.

Mae gofynion tebyg yn berthnasol i gymwysiadau diwydiannol lle defnyddir Plât Dur Gwisgo Gwrthiannol i wella bywyd y gwasanaeth o dan effaith dro ar ôl tro, ffrithiant a straen mecanyddol.

Mae gwres{0}}cynhyrchion dur wedi'u trin hefyd yn gwella diogelwch gweithredol, yn lleihau gofynion cynnal a chadw, ac yn ymestyn oes gwasanaeth seilwaith rheilffyrdd.

Dur Perfformiad Uchel ar gyfer Cludiant Trwm

Gan fod angen dibynadwyedd eithriadol ar bob rhan o'r prosiect, neilltuwyd cyflenwad o 18,000 tunnell o reiliau cryfder uchel a 43 switsh perfformiad uchel i voestalpine gwneuthurwr dur arbenigol.

“Mae’r cyflymderau uchaf a gyflawnir gan drenau teithwyr a nwyddau yn Nhwnnel Sylfaen Gotthard yn creu gofynion hynod o uchel ar gyfer ansawdd traciau rheilffordd a systemau newid,” meddai Franz Kainersdorfer, pennaeth voestalpine Metal Engineering.

Mae'r system reilffordd yn defnyddio rheiliau 120 metr safonol i wella diogelwch a lleihau nifer y pwyntiau weldio sy'n agored i niwed.

Er mwyn gweithgynhyrchu rheiliau sy'n gallu bodloni gofynion prosiectau fel Twnnel Sylfaen Gotthard, datblygwyd technolegau cynhyrchu a thrin gwres uwch i wella perfformiad dur.

Mae egwyddorion tebyg hefyd yn cael eu cymhwyso mewn gweithgynhyrchu dur diwydiannol modern, lle mae Carbon Steel Plate a deunyddiau dur perfformiad uchel eraill yn cael eu dewis yn ôl cryfder, gwydnwch ac amodau gweithredu.

Dyfodol Cymwysiadau Dur Perfformiad Uchel

Helpodd prosiect Twnnel Sylfaen Gotthard i yrru datblygiad cynhyrchion dur wedi'u trin â gwres y genhedlaeth nesaf.

Yn ddiweddarach, cyflwynodd voestalpine ddur wedi'i drin â gwres carbon uchel iawn wedi'i gynllunio i wella capasiti llwyth systemau cludo nwyddau cymysg a-trwm.

Honnodd y cwmni, o gymharu â rheiliau safonol wedi'u trin â gwres, y gallai'r cynhyrchion datblygedig hyn leihau costau cynnal a chadw yn sylweddol wrth ymestyn oes y gwasanaeth.

Mae prosiectau fel Twnnel Sylfaen Gotthard yn dangos pwysigrwydd dewis y deunyddiau dur cywir ar gyfer amgylcheddau eithafol.

O systemau cynnal twnnel tanddaearol i seilwaith rheilffyrdd cyflym, mae cynhyrchion dur datblygedig fel Plât Dur Cryfder Uchel, Plât Dur Gwisgo, a Chydrannau Dur Strwythurol arbenigol eraill yn parhau i gefnogi rhai o brosiectau peirianneg mwyaf heriol y byd.