Будут ли стены туннеля прочнее, если они будут построены из вырезанных стен из гранитных блоков, армированных шнурами на основе углерода?

Нет, это не сработает.

Коэффициент теплового расширения гранита$7.9 - 8.4 \cdot 10^{-6} \ m/m K$, в то время как для углеродного волокна значение колеблется около$1.6 - 2.1 \cdot 10^{-6} \ m/m K$.

Для сравнения, у стали$11 - 12.5 \cdot 10^{-6} \ m/m K$и бетон$13 - 14 \cdot 10^{-6} \ m/m K$.

Таким образом, в то время как сталь и бетон хорошо приспосабливаются к изменению температуры благодаря их одинаковому расширению/сжатию, гранит и углеродное волокно не приспосабливаются, вызывая дополнительное напряжение в конструкции, что приводит к потере функциональной связи.

В итоге вы получите просверленные гранитные стены и свободные углеродные волокна, которые не помогут укрепить гранит.

Нет

• Гранит встречается не везде. Это не основное вещество, удаляемое из подавляющего большинства туннелей (только из большинства глубоких туннелей). Переход на гранит в качестве основного камня для туннелей означает добычу и транспортировку одного из самых тяжелых видов камня на планете. Это дорого.

• Это также означает резку, (точность!) формирование и (точность!) сверление одного из самых твердых видов камня на планете. Это тоже дорого. И в отличие от бетона непрерывной заливки, вы застряли с кирпичами или гранитными блоками. Независимо от того, как вы его закрепите, уже одно это является значительной слабостью (вспомните «землетрясение». Планета всегда движется).

• Залить жидкость, подходящую для вашей формы, намного проще, чем выдолбить одну из самых твердых пород, чтобы она подошла, и просверлить отверстия, которые должны выровняться и приспособиться к изгибам. Бетон легко транспортируется, дешев и универсален в применении. Гранит, по сути, не является ни тем, ни другим.

• Бетон армируется изнутри. Да, он трескается легче, чем гранит. Он даже сломается легче, чем гранит. Но именно использование железной арматуры является одновременно основной силой и основной слабостью, потому что металл со временем ржавеет и расширяется. Замена арматурного стержня некорродирующим веществом значительно улучшит ситуацию. (Я хотел бы поблагодарить @L.Dutch за ответ, который указывает, почему углеродное волокно не подходит для этой цели.)

• И это предполагает, что мы не придумаем, как заново изобрести римский бетон, который использовался для строительства гавани Себастос 2000 лет назад. Это все еще там. А римский бетон от природы водостойкий (он даже в морской воде становится прочнее).

Увлекательная статья Джонатана Шифмана « The Rock Solid History of Concrete » для Popular Mechanics. Я настоятельно рекомендую прочитать его.

И стоимость всегда является объектом

На методы строительства всегда влияет больше, чем используемые материалы, и стоимость любого метода строительства всегда будет основным фактором того, как что-то строится. Да, безопасность, использование и т. д. должны быть соблюдены. Но вы не тратите больше, чем нужно, чтобы что-то сделать. Через 150 лет (время, которое вы указываете в своем вопросе) есть много других вещей, которые потребуют замены. Сразу приходят на ум электрические, водопроводные и вентиляционные системы, транспортная платформа (автомобильная, железнодорожная и т. д.) — и это при условии, что потребность в туннеле существует через 150 лет. Система автомагистралей между штатами США не существовала до 1956 года (всего 63 года назад), и тем не менее за последние 25 лет дороги были обновлены, перепроектированы, перенаправлены и значительно перестроены. По всей стране есть неиспользуемые железнодорожные туннели. Есть неиспользованные, перепроектировали и перестроили туннели метро по всему миру. Возможно, единственный тип туннеля, который должен просуществовать более 150 лет, — это подземный акведук.

Удобство бетона делает почти невозможным его вытеснение из основного строительного материала в обозримом будущем. Новое изобретение римского бетона и армирование его чем-то другим, кроме железной арматуры, было бы гораздо более экономичным, практичным и вероятным будущим, чем использование гранита.

Конечно, было бы. Гранит имеет прочность на сжатие примерно 200 МПа, а бетон обычно 70 МПа (используя очень быстрый поиск в Google), так что одного этого достаточно, чтобы ответить на ваш вопрос.

Но зачем вам Гранит? Вам не нужно иметь самый прочный, лучший и дорогой материал для создания стены туннеля. Вам нужен материал, который позволит выполнить работу в соответствии с правилами техники безопасности, и вы хотите, чтобы он был дешевым, быстрым и простым в использовании.

Так что да, вы могли бы потратить в сто раз больше денег и сделать сверхпрочный туннель, покрыть его слоями материалов, чтобы защитить его от всего, что приведет к тому, что ваша цена взлетит до небес, а ваш проект будет отложен и в конечном итоге заброшен из-за стоимости и трудно работать с материалом. Или вы можете построить его в соответствии с установленными правилами безопасности, используя прочный и простой в использовании материал, который будет соответствовать стандартам безопасности и не будет обходиться в кругленькую сумму.

Другие ответы дают гораздо лучшую научную информацию, чем я, и, кажется, приходят к выводу, что ваше предложение не сработает. Я не собираюсь спорить ;-) Так как земля движется, вы можете просто получить «раскол» в туннеле на полпути вниз. Оба конца все еще полностью целы, но на полпути вниз есть «ступенька» в 1 метр из-за окружающего движения. Создание прочного туннеля может быть спорным вопросом, но давайте попробуем...

В вашем будущем мире могут быть световые сабли с ЧПУ, плазменные сверла и антигравитационные устройства, поэтому вы сможете обрабатывать и обрабатывать гранит намного проще, чем мы можем сегодня. В таком случае они могли бы использовать гранит при строительстве туннеля, возможно, в качестве начальной опоры вокруг пробуренного туннеля. Внутри проходит более обычная бетонная «труба», за которой следует декоративный внутренний слой мрамора (или гранита, если вам действительно нужно). Таким образом, вы могли бы получить прочный туннель со скромно гибким (и ремонтопригодным) внутренним пространством. У вас может быть даже воздушный зазор между слоями гранита и бетона в качестве пространства для движения. Я полагаю, вы могли бы добиться того же с двумя слоями бетона, но это не то, о чем вы просили.

В будущем получение этих материалов и их фрезерование или иная резка по размеру и форме будет намного дешевле, чем сегодня, и, возможно, эстетика будет важнее, чем сегодня. Может быть, станет возможным «жидкий гранит» или «жидкий мрамор», что-то вроде «литого камня», как мы имеем сегодня.

Что касается эстетики, викторианцы обычно добавляли декоративные украшения к своим зданиям и машинам и имели смысл «оставлять вещи для будущих поколений». Я бы предположил, что в нашем современном мире мы в значительной степени утратили это чувство, поскольку сейчас у нас гораздо более «одноразовая», краткосрочная, основанная на деньгах культура. Однако, если ваш будущий мир роет туннели, рассчитанные на несколько десятилетий или столетий использования, то они могут вернуться к такому мышлению. Если это так, то действия, которые не обязательно имеют логический или научный смысл, становятся более приемлемыми.