Schleusen des Panamakanals - Panama Canal locks

Abfolge von Schleusen und Passagen, die ein Schiff beim Durchqueren des Panamakanals passiert .
Die Gatun-Schleusen blicken nach Norden in Richtung Atlantik .

Die Schleusen des Panamakanals ( spanisch : Esclusas del Canal de Panamá ) sind ein Schleusensystem , das Schiffe bis zu 26 Meter auf die Haupthöhe des Panamakanals und wieder nach unten hebt . Der ursprüngliche Kanal hatte insgesamt sechs Stufen (drei nach oben, drei nach unten) für die Durchfahrt eines Schiffes. Die Gesamtlänge der Schleusenstrukturen einschließlich der Zufahrtswände beträgt mehr als 3 km. Die Schleusen waren eine der größten Ingenieurarbeiten, die jemals durchgeführt wurden, als sie 1914 eröffnet wurden. Bis zum Hoover-Damm in den 1930er Jahren wurde keine andere Betonkonstruktion vergleichbarer Größe ausgeführt .

Es gibt zwei unabhängige Transitspuren, da jede Schleuse doppelt gebaut ist. Die Größe der ursprünglichen Schleusen begrenzt die maximale Größe der Schiffe, die den Kanal durchqueren können. Diese Größe ist als Panamax bekannt . Der Bau des Erweiterungsprojekts für den Panamakanal , zu dem ein dritter Satz von Schleusen gehörte, begann im September 2007, wurde im Mai 2016 abgeschlossen und am 26. Juni 2016 in Betrieb genommen. Die neuen Schleusen ermöglichen den Transit größerer neuer Panamax- Schiffe mit größeren Schleusen Ladekapazität als die vorherigen Schleusen waren handhabbar.

Design

Insgesamt gibt es zwölf Schlösser. Ein zweistufiger Flug in Miraflores und ein einziger Flug in Pedro Miguel heben Schiffe vom Pazifik bis zum Gatun-See . dann senkt ein dreifacher Flug in Gatun sie auf die atlantische Seite. Alle drei Sperrsätze sind gepaart. Das heißt, an jeder der drei Schleusenstellen gibt es zwei parallele Schleusenflüge. Dies ermöglicht es im Prinzip Schiffen, gleichzeitig in entgegengesetzte Richtungen zu fahren; Große Schiffe können im Culebra Cut jedoch nicht sicher mit Geschwindigkeit überqueren. In der Praxis fahren Schiffe eine Zeit lang in eine Richtung und dann in die andere, wobei beide "Spuren" der Schleusen jeweils in eine Richtung verwendet werden.

24-Stunden-Zeitraffer der oberen Kammer der Miraflores-Schleusen

Die Schleusenkammern sind 33,53 m breit und 320 m lang und haben eine nutzbare Länge von 305 m. Diese Abmessungen bestimmen die maximale Größe von Schiffen, die den Kanal nutzen können. Diese Größe ist als Panamax bekannt. Der Gesamtlift (der Betrag, um den ein Schiff angehoben oder abgesenkt wird) in den drei Stufen der Gatun-Schleusen beträgt 25,9 m (85 Fuß). Der Auftrieb der zweistufigen Miraflores-Schleusen beträgt 16 m. Die einstufigen Pedro Miguel-Schleusen haben eine Hubhöhe von 9,4 m. Der Auftrieb in Miraflores variiert tatsächlich aufgrund der extremen Gezeiten auf der pazifischen Seite zwischen 13 m bei extremer Flut und 20 m bei extremer Flut. Gezeitenunterschiede auf der atlantischen Seite sind sehr gering.

Die Schleusenkammern sind massive Betonkonstruktionen. Die Seitenwände sind an den Basen 14 bis 17 m dick; Nach oben, wo weniger Kraft erforderlich ist, verjüngen sie sich schrittweise auf 2,4 m. Die Mittelwand zwischen den Kammern ist 18 m dick und beherbergt drei Galerien, die sich über die gesamte Länge erstrecken. Der niedrigste davon ist ein Entwässerungstunnel; darüber befindet sich eine Galerie für elektrische Verkabelung; und nach oben ist ein Durchgang, der es den Bedienern ermöglicht, Zugang zu den Schleusenmaschinen zu erhalten.

Befüllen und Entleeren

Jede Schleusenkammer benötigt 101.000 m 3 Wasser, um sie von der abgesenkten in die angehobene Position zu füllen. Die gleiche Menge Wasser muss aus der Kammer abgelassen werden, um sie wieder abzusenken. Eingebettet in den Seitenwänden und in der Mitte sind drei große Wasserabzugskanäle , die zu transportieren Wasser aus dem See in die Kammern verwendet werden , um sie zu erhöhen, und aus jeder Kammer nach unten auf den nächsten oder auf das Meer, um sie zu senken. Diese Durchlässe beginnen bei einem Durchmesser von 6,71 m (22 Fuß) und haben einen Durchmesser von 5,49 m (18 Fuß), der groß genug ist, um einen Zug aufzunehmen. Von diesen Hauptdurchlässen zweigen Querdurchlässe ab, die unter den Schleusenkammern zu Öffnungen in den Böden führen. In jeder Kammer befinden sich vierzehn Querdurchlässe mit jeweils fünf Öffnungen. Sieben Querdurchlässe von den Hauptdurchlässen der Seitenwand wechseln sich mit sieben vom Mittelwanddurchlass ab.

Das Wasser wird durch die Schwerkraft bewegt und durch riesige Ventile in den Durchlässen gesteuert. Jeder Querdurchlass wird unabhängig gesteuert. Eine Schließkammer kann in nur acht Minuten gefüllt werden. Während dieses Vorgangs treten erhebliche Turbulenzen in der Schleusenkammer auf.

Tore

Die Tore der Gatun-Schleusen öffnen sich für ein Kreuzfahrtschiff, das zum karibischen Ende des Kanals fährt. Die Tore an beiden Enden der oberen Kammer sind aus Sicherheitsgründen verdoppelt.
Miraflores sperrt

Die Tore, die die Kammern in jedem Schleusenflug trennen, müssen ein beträchtliches Wassergewicht zurückhalten und sowohl zuverlässig als auch stark genug sein, um Unfällen standzuhalten, da der Ausfall eines Tors eine katastrophale Wasserflut stromabwärts auslösen könnte.

Diese Tore sind riesig und je nach Position zwischen 14,33 und 24,99 m hoch. Sie sind 2,13 m dick. Die höchsten Tore befinden sich aufgrund des großen Gezeitenbereichs in Miraflores . Die schwersten Blätter wiegen 662 t (730 kurze Tonnen; 652 lange Tonnen); Die Scharniere selbst wiegen jeweils 16,7 t (36.817 lb). Jedes Tor hat zwei Blätter mit einer Breite von 19,81 m (65 Fuß), die sich einer "V" -Form mit dem Punkt stromaufwärts nähern. Diese Anordnung hat den Effekt, dass die Kraft des Wassers von der höheren Seite die Enden der Tore fest zusammendrückt. Die Tore können nur geöffnet werden, wenn im Betriebszyklus der Wasserstand auf beiden Seiten gleich ist.

Die ursprüngliche Tormaschinerie bestand aus einem riesigen Antriebsrad, das von einem Elektromotor angetrieben wurde und an dem eine Pleuelstange befestigt war, die wiederum an der Mitte des Tors befestigt war. Diese Mechanismen wurden mit hydraulischen ersetzt Streben beginnend im Januar 1998 nach 84 Jahren Dienst. Die Tore sind hohl und schwimmfähig, ähnlich wie der Rumpf eines Schiffes, und so gut ausbalanciert, dass zwei Motoren mit 19 kW (25 PS) ausreichen, um jedes Torblatt zu bewegen. Wenn ein Motor ausfällt, kann der andere das Tor immer noch mit reduzierter Geschwindigkeit betreiben.

Jede Kammer enthält auch ein Paar Hilfstore, mit denen die Kammer in zwei Teile geteilt werden kann. Diese Konstruktion ermöglicht den Transport kleinerer Schiffe, wie z. B. Kanalschlepper, ohne die volle Wassermenge zu verbrauchen. Die Hilfstore wurden ursprünglich eingebaut, da die überwiegende Mehrheit aller Schiffe des frühen 20. Jahrhunderts weniger als 183 m lang war und daher nicht die gesamte Länge der Schleusenkammer benötigte. Diese Tore werden heute nur noch selten benutzt. Stattdessen werden kleine Boote wie Ausflugsboote, Schlepper und Yachten in Gruppen übergeben.

Maultiere

Ein Maultier in Aktion an den Miraflores-Schleusen.

Von Anfang an wurde es als wichtiges Sicherheitsmerkmal angesehen, dass Schiffe mit elektrischen Lokomotiven, den sogenannten Mulas ( Maultieren , benannt nach den Tieren, die traditionell zum Überqueren der Landenge von Panama verwendet werden), an den Schleusenwänden durch die Schleusenkammern geführt werden. Diese Maultiere werden zur Steuerung von Seite zu Seite und zum Bremsen in den Schleusen verwendet, die im Vergleich zu modernen Schiffen eng sind. Die Vorwärtsbewegung in und durch die Schleusen wird tatsächlich von den Schiffsmotoren und nicht von den Maultieren bereitgestellt. Ein Schiff, das sich den Schleusen nähert, fährt zuerst an die Führungswand heran, die eine Verlängerung der Mittelwand der Schleusen darstellt, wo es von den Maultieren an der Wand unter Kontrolle gebracht wird, bevor es in die Schleuse fährt. Während es sich vorwärts bewegt, werden zusätzliche Linien zu Maultieren an der anderen Wand geführt. Bei großen Schiffen befinden sich zwei Maultiere auf jeder Seite am Bug und zwei auf jeder Seite am Heck - insgesamt acht, was eine präzise Kontrolle des Schiffes ermöglicht.

Die Maultiere selbst laufen auf Zahnstangen mit einer breiten Spurweite von 5 Fuß , auf die sie ausgerichtet sind . Die Traktion erfolgt durch elektrischen Strom, der über eine dritte Schiene auf der Landseite unter der Oberfläche verlegt wird. Jedes Maultier hat eine leistungsstarke Winde , die vom Fahrer bedient wird. Diese werden verwendet, um zwei Kabel aufzunehmen oder auszuzahlen, damit das Schiff in der Schleuse zentriert bleibt, während es von Kammer zu Kammer bewegt wird. Bei einem Freiraum von nur 60 cm (2 Fuß) auf jeder Seite eines Schiffes sind seitens der Bediener erhebliche Fähigkeiten erforderlich.

Kleinere Schiffe, wie kleine Ausflugsboote und private Yachten, werden als Handleinen- Transits verwendet, bei denen Festmacherleinen an den Schleusenwänden manuell von Leinenführern auf dem Schiff gehandhabt werden.

Sicherheitsvorrichtungen

Ein Ausfall der Schleusentore - beispielsweise verursacht durch ein außer Kontrolle geratenes Schiff, das gegen ein Tor stößt - könnte eine Flut auf dem Land stromabwärts der Schleusen auslösen, wenn der See über den Schleusen ( Gatun-See oder Miraflores-See ) durch das Schleusensystem abfließt. Eine zusätzliche Vorsichtsmaßnahme dagegen ist gegeben, indem die Tore an beiden Enden der oberen Kammer in jedem Schleusenflug verdoppelt werden. Daher gibt es in jedem Schleusenflug immer mindestens zwei Tore, an denen der höhere Wasserstand nicht stromabwärts passieren könnte. Die zusätzlichen Tore sind 21 m von den Betriebstoren entfernt.

Kotflügelkette (um 1938)

Ursprünglich waren die Schleusen auch mit Kettenbarrieren versehen, die über die Schleusenkammern gespannt waren, um zu verhindern, dass ein Schiff außer Kontrolle geriet und ein Tor rammte, und die in den Schleusenboden abgesenkt wurden, damit das Schiff passieren konnte. Diese Kotflügelketten verfügten über ausgefeilte Bremsmechanismen, mit denen ein Schiff mit bis zu 10.000 Tonnen sicher gestoppt werden konnte. Angesichts der genauen Kontrolle der Schiffe durch die Maultiere war es jedoch sehr unwahrscheinlich, dass diese Ketten jemals benötigt würden. Bei vielen modernen Kanalbenutzern mit einem Gewicht von über 60.000 Tonnen und den Kosten für deren Wartung wurden die Kotflügelketten 1976 reduziert und 1980 endgültig entfernt.

Darüber hinaus hatte das ursprüngliche Design der Schleusen noch ein weiteres Sicherheitsmerkmal, Notfall Dämme , die über die Schleusen am oberen Ende eines jeden Fluges geschwungen werden können. Diese bestanden aus schwingenden Brücken, von denen die Träger auf den Schleusenboden abgesenkt wurden; Stahlrollläden könnten dann über diese Träger gefahren werden, um den Wasserfluss zu blockieren. Bei Tag und Nacht wurden monatliche Übungen durchgeführt, um sicherzustellen, dass diese Dämme im Notfall eingesetzt werden konnten.

In den späten 1930er Jahren wurden die ursprünglichen Dämme durch neue Dämme ersetzt, die entweder hydraulisch oder durch Druckluft aus Schlitzen im Boden der Schleusenkammern herausgehoben wurden. Die neuen Dämme wurden Ende der 1980er Jahre stillgelegt, und heute sind keine Notdämme vorhanden.

Kontrollen

Da die gesamte Schleusenausrüstung elektrisch betrieben wird, kann der Vorgang des Verriegelns eines Schiffes nach oben oder unten von einem zentralen Kontrollraum aus gesteuert werden, der sich an der Mittelwand des oberen Schleusenfluges befindet. Die Steuerungen wurden von Anfang an so konzipiert, dass das Risiko von Bedienungsfehlern minimiert wird. Sie enthalten ein vollständiges Modell der Schlösser mit beweglichen Komponenten, die den Zustand der realen Schleusentore und Ventile widerspiegeln. Auf diese Weise kann der Bediener genau sehen, in welchem ​​Zustand sich die Schlösser und Wasserventile befinden.

In die Steuerungen sind mechanische Verriegelungen eingebaut, um sicherzustellen, dass keine Komponente bewegt werden kann, während sich eine andere in einem falschen Zustand befindet. Sie öffnen beispielsweise den Abfluss und füllen gleichzeitig die Ventile einer Verriegelungskammer.

Konstruktion

Gatun Locks im Bau, um 1913
Die mittlere Wand von Gatun schließt sich während des Baus im Jahr 1910. Der Mann, der unter und rechts vom Durchlass steht, zeigt die Skala.
Die Hauptdurchlassformen sind hier während des Baus im Vordergrund zu sehen; dahinter sieht man die hoch aufragenden Mauerformen.

Der Bau der Schleusen begann mit dem ersten Beton, der am 24. August 1909 in Gatun von der in Philadelphia ansässigen Firma Day & Zimmermann (früher bekannt als Dodge & Day) verlegt wurde.

Die Gatun-Schleusen sind in einen Schnitt in einem Hügel am See eingebaut, der die Ausgrabung von 3.800.000 Kubikmetern Material, hauptsächlich Fels, erforderte. Die Schlösser selbst bestanden aus 1.546.100 m 3 Beton.

Die Menge an Material, die für den Bau der Schlösser benötigt wurde, erforderte umfangreiche Maßnahmen für den Umgang mit Stein und Zement. Stein wurde von Portobelo zu den Schleusen von Gatun gebracht, während bei den Arbeiten auf der pazifischen Seite Stein aus Ancon Hill verwendet wurde.

Für den Transport von Beton in den Bau in Gatun wurden riesige Freileitungen gebaut. An den Ufern des Kanals wurden 26 m hohe Türme errichtet, und zwischen ihnen wurden Kabel aus 6 cm Stahldraht gespannt, um die Schleusen zu überspannen. Auf diesen Kabeln verlaufende Eimer beförderten jeweils bis zu sechs Tonnen Beton in die Schleusen. Elektrische Eisenbahnen wurden gebaut, um Stein, Sand und Zement von den Docks zu den Betonmischmaschinen zu bringen, von wo aus eine andere elektrische Eisenbahn zwei 6-Tonnen-Eimer gleichzeitig zu den Seilbahnen beförderte. Bei den kleineren Konstruktionen in Pedro Miguel und Miraflores wurden in ähnlicher Weise Kräne und Dampflokomotiven eingesetzt.

Beton wird normalerweise in Schalungen geformt , temporären Strukturen, die dem Beton beim Abbinden Form geben. Für eine einfache Konstruktion würden diese normalerweise aus Holz bestehen, aber die Größe der Schlösser erforderte außergewöhnliche Formen.

Die Formen für die Wände bestanden aus Türmen, die mit verspannten vertikalen Blechen mit einer Dicke von 19 cm (7,5 Zoll) versehen waren und auf Schienen montiert waren, damit die Schlösser abschnittsweise gebaut werden konnten. Ein Abschnitt der Sperre würde hinter das Formular gegossen, und wenn es festgelegt wurde, würde das Formular verschoben, um den nächsten Abschnitt auszuführen. Jeder der zwölf Türme war 24 m hoch und 11 m breit. Die Formen für die Durchlässe bestanden aus Stahl und waren zusammenklappbar, so dass sie entfernt und bewegt werden konnten, nachdem jeder Abschnitt des Durchlasses abgebunden war. Insgesamt gab es 33 Formen für die Mittel- und Seitenwanddurchlässe mit einer Länge von jeweils 3,7 m und 100 kleinere Formen für die seitlichen Durchlässe.

Die pazifischen Schleusen wurden zuerst fertiggestellt - der Einzelflug 1911 in Pedro Miguel und im Mai 1913 in Miraflores .

Der Seeschlepper Gatun , ein Schlepper am Atlantik, der zum Ziehen von Lastkähnen verwendet wurde, führte am 26. September 1913 die erste Versuchsverriegelung der Gatun-Schleusen durch. Die Verriegelung verlief einwandfrei, obwohl alle Ventile manuell gesteuert wurden, da die zentrale Steuerplatine noch nicht bereit war.

Karte

Luftaufnahme von Gatun Locks, Panamakanal. Oben warten mehrere Schiffe am Gatun-See , um die Schleusen zu überqueren. Unten befindet sich der Ausgangskanal zum Atlantik ( Karibisches Meer ). Links von den vorhandenen Schleusen befindet sich der Baubereich für die neuen Schleusen mit Wassersparkammern im Rahmen des Panama-Kanal-Erweiterungsprojekts, das im Juni 2016 für den Verkehr freigegeben wurde.
Panamakanal
km
mi
Atlantischer Ozean
0
Atlantischer Eingang,
Manzanillo Bay Wellenbrecher Eingang
8.7
5.4
Hafen von Colón (Cristóbal)
Colón, Kreuzfahrtterminal, MIT , Freihandelszone , Flughafen
Hafen von Cristóbal ,
Atlantischer Passagierbahnhof
1.9
1.2
Gatun Schlösser
3 Kammern, +26 m
neue Agua Clara Schlösser
(3 Kammern; jeweils mit 3 Wassersparbecken)
Gatun Dam ,
Wasserkraft des Flusses Chagres (22,5 MW), Überlauf
24.2
15.0
Gatun See
Gatún Fluss , Damm, Monte Lirio Brücke
8.5
5.3
Gamboa
Chagres River ,
mit Wasserkraft (36 MW)
12.6
7.8
Culebra Cut
(Gaillard Cut)
1.4
0,9
Pedro Miguel Schlösser
1 Kammer, +9,5 m (31 ft)
neue Cocoli Locks
(3 Kammern; jeweils mit 3 Wassersparbecken)
1.7
1.1
Miraflores See
1.7
1.1
Miraflores Schlösser
2 Kammern, +16,5 m (54 ft); Überlauf
13.2
8.2
Hafen von Balboa
Diablo, Passagierbahnhof Corozal, Flughafen , Bahnterminal
Balboa
 
gesamt
77.1
47.9
Pazifischer Eingang
Pazifik See
Legende
Schiffbarer Kanal
(maximaler Tiefgang: 12,0 m)
Nicht schiffbares Wasser
Dock, Industrie- oder Logistikbereich
Wasserflussrichtung
Panamakanalbahn
(Passagierstation, Frachtstation)
Stadt, Dorf oder Stadt

Verweise

  1. ^ FAQ der Panamakanalbehörde

Externe Links

Medien im Zusammenhang mit Panama-Kanal-Sperren bei Wikimedia Commons