Hur bygger man egentligen en tunnel under havet?

Men bakom dessa gigantiska tunnelbyggen finns avancerad ingenjörskonst och flera väletablerade byggmetoder. I den här artikeln besöker vi några av världens längsta undervattenstunnlar, lär oss mer om bygg- och anläggningsmetoder och får en inblick i några vilda framtidsidéer för kommande undervattenstunnlar.

Byggmetoder – från grävning till sänktunnel

Det finns flera avancerade tekniker för att ta sig fram under vattenmassorna. Beroende på markförhållanden, djup, klimat och syftet med tunneln väljer ingenjörer mellan olika metoder som var och en kräver extrem precision. Här är en genomgång av de mest använda byggteknikerna.

1.    Tunnelborrmaskiner (TBM)

Tunga maskiner som gradvis borrar fram tunneln i berg eller mark. Material transporteras ut bakom och tunneln förstärks med betongelement. Denna metod användes till stora delar av Channel Tunnel och för vissa delar av Seikan-tunneln.

Så här går det till:

• Först gör man geotekniska undersökningar av havsbottnens struktur: finns det hårt berg, mjuk lera, kalksten?
• Man börjar ofta från land, det vill säga man borrar sig in horisontellt från en kust, djupt ner under havsbottnen.
• TBM:n (en enorm roterande maskin, ibland upp till 100 meter lång) gräver sig sakta fram genom jorden under vattnet.
• Den skär genom materialet och lägger samtidigt ut betongsegment bakom sig, så att väggarna i tunneln förstärks direkt.
• Allt det grävda materialet förs ut bakom maskinen via transportband eller vagnar.

Tunneln byggs djupt under havet, ofta 50–100 meter under havsbottnen, där trycket är högt men stabilt.

2.    Sänktunnel (immersed tube) – när man bygger färdiga delar ovan jord

Prefabricerade betongrör byggs på torrdocka, förseglas och flyttas till havsbotten. Där sänks de ned i en muddrad grav, sammanfogas med packningar och täcks med skyddande fyllning.

Så här går det till:

• Man bygger färdiga tunnelrör i betong på land.
• Samtidigt gräver man ett dike på havets botten, oftast med hjälp av mudderverk.
• När rören är klara förseglas de, transporteras ut i vattnet och sänks försiktigt ner i diket med hjälp av kablar och pråmar.
• Varje rördel fogas samman med nästa under vatten, med hjälp av vattentäta fogar och tryckkompensation.
• När alla delar är på plats fyller man diket med sand eller grus som skydd och lägger ibland ett skyddande lager sten ovanpå.

Denna metod används ofta i grundare vatten, där det är svårt eller dyrt att borra, som i Venedig, Hongkong eller delar av Öresundsförbindelsen.

3.    Drill & blast (sprängning)

Drill and Blast är en klassisk metod inom tunnelbyggande – särskilt vanlig i bergiga miljöer eller vid mindre tunnelprojekt. Det är den metod som bland annat använts vid Seikan-tunneln i Japan och i flera svenska infrastrukturprojekt.

Så här går det till:

1. Man börjar med att borra ett stort antal djupa hål i bergväggen i tunnelns riktning. Dessa borrhål placeras i ett specifikt mönster (ett så kallat laddmönster) som bestäms av bergtyp och tunneldesign.
2. Därefter fylls hålen med kontrollerade mängder sprängämne, ofta nitroglykolbaserade emulsionssprängmedel. Sladdar och tändare ansluts för exakt tändsekvens.
3. Sprängningen sker i en kontrollerad följd, ofta på natten för att minimera störningar. Bergmassan lossnar och bildar en "salva", som sedan ska röjas.
4. Efter att dammet lagt sig, körs lastmaskiner eller grävmaskiner in och transporterar bort det sprängda berget.
5. De blottade tunnelväggarna förstärks omedelbart med bergbultar, sprutbetong (shotcrete) och ibland stålnät eller förankringar – beroende på bergets stabilitet.
6. Processen upprepas 3–5 meter åt gången, vilket gör det till en långsammare metod jämfört med TBM – men ofta billigare i berg.

The Chunnel – ett ingenjörsmästerverk

Channel Tunnel – i folkmun kallad The Chunnel – är en av världens mest ikoniska undervattenstunnlar. Den förbinder Folkestone i Storbritannien med Coquelles i Frankrike via tre parallella tunnlar som löper under engelska kanalen. Två huvudtunnlar för trafik och en central servicetunnel gör den till ett tekniskt och logistiskt underverk.

Idén om en tunnel under engelska kanalen väcktes redan i början av 1800-talet, i en tid då både Storbritannien och Frankrike upplevde ett teknologiskt uppsving, särskilt inom järnväg, industri och ingenjörskonst. Redan 1802 presenterade den franske ingenjören Albert Mathieu-Favier ett förslag om en tunnel mellan länderna – med hästdragna vagnar, upplysta av oljelampor och med ett stopp mitt i för luftväxling. Hans vision inkluderade även en konstgjord ö som ventilationsstation mitt i kanalen. Motiven var både praktiska och politiska:

• Ekonomiskt ville man förenkla handeln mellan två av Europas viktigaste industrinationer.
• Militärt sågs en tunnel som ett sätt att skapa stabilare diplomatiska relationer efter Napoleonkrigen.
• Tekniskt låg järnvägen i sin linda, men snabbt växande och det fanns en optimism om att nästan allt var möjligt med tillräcklig vilja och teknik.

Under 1800-talet kom över 100 olika förslag från ingenjörer, entreprenörer och arkitekter, men alla avvisades förr eller senare – ofta på grund av säkerhets- och försvarsfrågor. Många i Storbritannien fruktade att en tunnel skulle göra det lättare för Frankrike (eller någon annan makt) att invadera. Det politiska klimatet, särskilt under världskrigen, gjorde att planerna lades på hyllan.

Först när relationerna mellan Storbritannien och Frankrike förbättrades under andra halvan av 1900-talet och den tekniska kapaciteten förbättrats avsevärt, blev idén åter seriös. Det dröjde dock ända till 1986 innan en överenskommelse mellan länderna signerades – ett ögonblick som alltså fullbordade en idé som hade legat och grott i nästan två sekel.

Arbetet bedrevs från två håll: brittiska sidan borrade sig fram genom krita, medan franska sidan arbetade genom kalksten. Trots minutiösa geologiska förberedelser var marken förrädisk. För att undvika ras och vattenintrång användes avancerade tunnelborrmaskiner (TBM) med roterande sköldar som samtidigt kunde förstärka väggarna med betongsegment.

Men det fanns också en mörkare sida av projektet. Tio personer omkom under byggtiden – åtta på den brittiska sidan och två på den franska. De flesta olyckor berodde på tunga maskiner, rasrisk och brister i arbetsmiljöskydd, vilket väckte stark kritik från fackföreningar och säkerhetsorganisationer. I efterhand har Chunnel-projektet blivit en symbol för behovet av bättre säkerhetsrutiner vid stora internationella anläggningsarbeten.

Trots det blev The Chunnel ett banbrytande genombrott. Idag kan tågresenärer åka mellan London och Paris på 35 minuter under havet, tack vare det snabbgående Eurostar-tåget. För bilister erbjuder Eurotunnel Le Shuttle en möjlighet att köra ombord sina fordon på tåg, vilket gör det möjligt att färdas under havet utan att lämna bilen.

Seikan-tunneln – världens längsta undervattenstunnel

Japan har sin egen gigant: Seikan Tunnel, mellan ön Hokkaido och Honshū:

• Totalt 53,85 kilometer lång, med cirka 23,3 kilometer under havsbotten.
• Drivs 100 meter under havsbottnen – och 240 meter under havsytan.
• Byggdes 1972–1988 med en kombination av TBM på land, sprängning och NATM i berg under Tsugarusundet.
• Vid hot om brand eller vattenläckage finns nödstationer och evakueringsvägar var 600 – 1 000 meter.

Krävs bygglov även för tunnlar?

För stora anläggningar som tunnlar finns särskilda regler. Till skillnad från vanliga bygglov kräver tunnlar enligt Boverkets PBL‑regler ofta en särskild anläggningstillstånd, men en kontrollplan är fortfarande nödvändig om det finns krav på kontrollansvarig för tekniska egenskapskrav.

Det innebär att även vid tunnelbyggen måste:

• Tekniska kontroller planeras och dokumenteras enligt kontrollplanens blankett.
• Eventuella ändringar i projektet, som ändring bygglov, återspeglas i planen.
• Utredning av fuktsäkerhet, geoteknisk stabilitet och säkerhet ingår.

Framtidens undervattenstunnlar

Framöver finns stora planer på nya, futuristiska tunnlar:

• Bohai‑tunneln (Kina): Bohai-tunneln är ett ambitiöst kinesiskt megaprojekt som planeras sträcka sig över 100 kilometer och förbinder Beijing med Shandong-provinsen, delvis under Bohai-bukten. Tunneln skulle bli världens längsta undervattensjärnvägstunnel och möjliggöra höghastighetståg mellan norra och östra Kina på under tre timmar. Projektet har diskuterats i över ett decennium och är ett tydligt exempel på Kinas vilja att driva gränserna för infrastruktur.
• Öresundsförbindelse II: som ska komplettera befintliga utbytet mellan Sverige och Danmark med ytterligare tunnelsträcka.
• Hyperloop-tunnlar. Hyperloop-tunnlar är ett framtidskoncept där kapslar med passagerare färdas genom nästan lufttomma rör med hjälp av magnetisk levitation. Genom att minska luftmotståndet kan hastigheter på över 1 000 km/h uppnås. Det finns idéer om att bygga dessa rör under havet för att koppla samman kontinenter på bara några timmar – till exempel mellan USA och Europa eller mellan Japan och Sydkorea. Tekniken är fortfarande på teststadiet, men lockar investerare och forskare världen över.

Sammanfattning

Att bygga en tunnel under havet är en komplex ingenjörsutmaning som kräver olika tekniker beroende på geologi och syfte, från tunnelborrmaskiner djupt under havsbottnen till sänkta betongrör på botten. Genom exempel som The Chunnel och Seikan-tunneln ser vi hur idéer från 1800-talet förverkligats i gigantiska infrastrukturprojekt. Och framtiden? Den rymmer ännu mer visionära lösningar – som Hyperloop under hav och världens längsta järnvägstunnel i Kina.