عجلة فالكيرك

كانت القناتان اللتان تخدمهما العجلة متصلتين سابقًا بسلسلة من 11 هويسًا . ^{[ 1 ] [ 2 ]} مع فرق ارتفاع يبلغ 35 مترًا (115 قدمًا) ، كانت تتطلب 3500 طن (3400 طن إنجليزي؛ 3900 طن أمريكي) من الماء لكل دورة، وتستغرق معظم اليوم للمرور عبر سلسلة الهويسات. ^{[ 3 ]} 

بحلول ثلاثينيات القرن العشرين، أصبحت هذه الأقفال مهجورة، وتم تفكيكها عام ١٩٣٣. ^{[ ١ ] [ ٢ ]} أُغلقت قناة فورث وكلايد في نهاية عام ١٩٦٢، ^{[ ٤ ]} وبحلول منتصف سبعينيات القرن العشرين، رُدمت قناة الاتحاد من كلا طرفيها، وأصبحت غير سالكة بسبب وجود قنوات تصريف في موضعين، ومُدّت في أنابيب تحت مجمع سكني. ^{[ ٥ ]} تأسس مجلس الممرات المائية البريطاني ( BWB) في ١ يناير ١٩٦٣، وهو اليوم الذي أُغلقت فيه قناة فورث وكلايد، بهدف وضع استراتيجية شاملة لمستقبل القنوات في المملكة المتحدة. ^{[ ٤ ] [ ٥ ]}

في عام ١٩٧٦، قررت هيئة المياه البريطانية، بعد اجتماع مع المجالس المحلية، الحفاظ على ما تبقى من صلاحية قناة فورث وكلايد للملاحة، بعد أن تضررت بفعل مشاريع تطويرية مختلفة، وذلك من خلال بناء جسور جديدة ذات ارتفاع كافٍ للقوارب، والاستمرار في صيانة الأهوسة القائمة. ^{[ ٦ ]} ورُئي أن إعادة فتح القناة للملاحة البحرية مكلف للغاية في ذلك الوقت، ولكن لم تُفرض أي قيود إضافية على استخدامها. ^{[ ٦ ]} ووثّق تقرير مسح أُجري عام ١٩٧٩ وجود ٦٩ عائقًا أمام الملاحة، وطلب آراء عشرين جهة معنية لتقديم خطة فورث وكلايد المحلية (الموضوعية) في عام ١٩٨٠. ^{[ ٦ ]}

أدى قانون اليانصيب لعام 1993 إلى إنشاء لجنة الألفية لتوزيع الأموال التي جُمعت من بيع تذاكر اليانصيب على "أعمال خيرية" مختارة. ^{[ 7 ]} وفي عام 1996، بعد تجميع الأموال الكافية، دعت اللجنة إلى تقديم طلبات "لفعل أي شيء يرونه مناسبًا... لدعم قضايا جديرة بالاهتمام تُحيي ذكرى عام 2000 وبداية الألفية الجديدة". ^{[ 7 ]} وكان الشرط أن تموّل اللجنة ما لا يزيد عن نصف المشروع، على أن يغطي داعمو المشروع الرصيد المتبقي. ^{[ 7 ]}

وضعت هيئة مياه لندن البريطانية (BWB) خطة سابقة لإعادة فتح وصلة القناة، غطت الأعمال اللازمة بشكل شامل. ^{[ 7 ]} في عام 1994، أعلنت الهيئة عن نيتها التقدم بطلب للحصول على تمويل، والذي قُدِّم في عام 1995 نيابةً عن شراكة وصلة الألفية. ^{[ 8 ]} نصت الخطط على فتح القنوات بأبعادها التشغيلية الأصلية، مع ارتفاع 3 أمتار (9.8 قدم) فوق سطح الماء. وبلغت ميزانية المشروع الإجمالية 78 مليون جنيه إسترليني. ^{[ 9 ]} 

في 14 فبراير 1997، أعلنت المفوضية دعمها لمشروع "لينك" بتمويل قدره 32 مليون جنيه إسترليني، أي ما يعادل 42% من تكلفة المشروع. ^{[ 10 ]} وبلغت تكلفة "العجلة" وحوضها الملحق 17 مليون جنيه إسترليني، أي أكثر من خُمس الميزانية الإجمالية. ^{[ 11 ]} وكان لا بد من جمع 46 مليون جنيه إسترليني إضافية خلال العامين التاليين قبل بدء أعمال البناء، حيث ساهمت كل من هيئة مياه لندن، وسبعة مجالس محلية، ومؤسسة المشاريع الاسكتلندية ، وتبرعات خاصة، بالإضافة إلى 8.6 مليون جنيه إسترليني من الصندوق الأوروبي للتنمية الإقليمية . ^{[ 12 ]}

قدّم فريق مشروع موريسون-باشي سوليتانش المشترك تصميمه الأصلي، الذي كان يُشبه عجلة دوارة بأربع عربات، في عام ١٩٩٩. واتفق جميع الأطراف على أن التصميم عملي، ولكنه ليس تحفة فنية كما كانت هيئة الممرات المائية البريطانية تتطلع إليه. ^{[ ١٣ ] [ ١٤ ]} بعد طلب إعادة النظر، شكّلت هيئة الممرات المائية البريطانية فريقًا من ٢٠ مهندسًا معماريًا ومهندسًا. تحت قيادة توني كيتل من شركة RMJM للهندسة المعمارية ، تم ابتكار المفاهيم والصور الأولية بالاستناد إلى المفاهيم الميكانيكية التي اقترحها فريق التصميم من شركتي باترلي وإم جي بينيتس. كانت هذه فترة عمل مكثفة، حيث اكتمل التصميم النهائي في غضون ثلاثة أسابيع خلال صيف عام ١٩٩٩. ^{[ ١٥ ] [ ١٣ ] [ ١٦ ]} كان التصميم النهائي ثمرة جهد تعاوني بين هيئة الممرات المائية البريطانية، وشركات الاستشارات الهندسية أروب ، وباترلي للهندسة، وRMJM. ^{[ ١٢ ]}

قام كيتل بنمذجة مخططات أنظمة التروس التي طُرحت في التصاميم الأولية باستخدام مكعبات الليغو الخاصة بابنته البالغة من العمر ثماني سنوات . وعُرضت الرسومات والتصاميم الأولية على العملاء والممولين. ^{[ 15 ] [ 17 ]} صمّم مركز الزوار مهندس معماري آخر من شركة RMJM، وهو بول ستالان . ^{[ 18 ] [ 19 ]}

تشمل مصادر الإلهام للتصميم فأسًا سلتيكًا مزدوج الرأس ( فأسًا ملتحيًا )، ومروحة سفينة، وقفصًا صدريًا لحوت. ^{[ 20 ]} وصف كيتل العجلة بأنها "شيء جميل، عضوي، انسيابي، مثل عمود فقري سمكة"، ^{[ 17 ]} ووصفتها اللجنة الملكية للفنون الجميلة في اسكتلندا بأنها "شكل من أشكال النحت المعاصر". ^{[ 12 ]}

عُرضت نماذج ورسومات لعجلة فالكيرك في معرضٍ أُقيم عام ٢٠١٢ في متحف فيكتوريا وألبرت بلندن. ^{[ ٢١ ]} ومنذ عام ٢٠٠٧، تظهر عجلة فالكيرك على وجه سلسلة الأوراق النقدية الجديدة من فئة ٥٠ جنيهًا إسترلينيًا الصادرة عن بنك اسكتلندا . تُخلّد هذه السلسلة من الأوراق النقدية إنجازات الهندسة الاسكتلندية من خلال رسومات توضيحية لجسور في اسكتلندا، مثل جسر غلينفينان وجسر فورث . ^{[ ٢٢ ]}

في مارس 1999، قام دونالد ديوار ، وزير الدولة لشؤون اسكتلندا ، بوضع أول قطعة من العشب إيذاناً ببدء العمل في القفل رقم 31 على قناة فورث وكلايد. ^{[ 12 ]} وقد تم توظيف أكثر من 1000 شخص في بناء العجلة، ^{[ 23 ]} التي صُممت لتدوم لمدة 120 عاماً على الأقل. ^{[ 20 ] [ 24 ]}

تم بناء العجلة وتجميعها بالكامل في مصنع باترلي للهندسة في ريبلي، ديربيشاير . ثم فُكِّك الهيكل في صيف عام 2001، ونُقل على متن 35 شاحنة إلى فالكيرك، قبل إعادة تجميعه إلى خمسة أقسام على الأرض ورفعه إلى مكانه. ^{[ 25 ]} تطلّب بناء القناة حفر 250,000 متر ^مكعب (8,800,000 قدم مكعب ) ، ونفق قناة بطول 160 مترًا (520 قدمًا) وقطر 8 أمتار (26 قدمًا) ، وقنوات مائية بطول 20 مترًا (66 قدمًا) و 120 مترًا (390 قدمًا) ، وثلاث مجموعات من الأهوسة وعدد من الجسور، بالإضافة إلى 600 متر (2,000 قدم) من الطرق المؤدية إليها. ^{[ 3 ]} تم حفر نفق راف كاسل، الذي يبلغ طوله 180 مترًا (590 قدمًا)، على ثلاث مراحل، حيث تم حفر الربعين العلويين باستخدام حفارة قياسية قبل حفر النصف السفلي باستخدام آلة تسوية طرق معدلة على طبقات بسمك 100 ملم (4 بوصات) . كانت هذه التقنية أرخص بنسبة 15% وقللت من وقت بناء النفق بمقدار أسبوعين. ^{[ 15 ]}                 

كانت الأرض التي بُنيت عليها العجلة تُستخدم سابقًا كمنجم طين ناري مكشوف ، ومنجم فحم، ومصنع قطران ، مما أدى إلى تلوث القناة بالقطران والزئبق . [ ^{15 ] [ 26 ] لم} يُعتبر 20 مترًا (66 قدمًا) من الردم غير المتماسك الناتج عن عمليات التعدين، والذي يحتوي على صخور رملية كبيرة، أساسًا صلبًا كافيًا لحجم الهيكل، لذلك تم استخدام أساسات عميقة بثلاثين ركيزة خرسانية بطول 22 مترًا (72 قدمًا) مثبتة في الصخر الأساسي . ^{[ 15 ]}   

نتيجة لتغير الحمل أثناء دوران العجلة في اتجاهات متناوبة، تتعرض بعض الأجزاء لانعكاسات كاملة في الإجهاد . ولتجنب الإجهاد الذي قد يؤدي إلى تشققات، تم تثبيت الأجزاء بمسامير بدلاً من اللحام، باستخدام أكثر من 14000 مسمار و45000 ثقب. ^{[ 15 ] [ 20 ] [ 23 ]}

وُصفت القناة المائية، التي صممتها شركة أروب ، في البداية بأنها "غير قابلة للبناء"، ولكن تم تنفيذها في النهاية باستخدام حديد تسليح بقطر 40 مم (1.6 بوصة) . ^{[ 3 ] [ 27 ]} كما أظهرت المخططات الأصلية بناء القناة مباشرةً عبر جدار أنطونين ، ولكن تم تغيير ذلك بعد تقديم التماس لصالح إنشاء قفلين ونفق أسفل الجدار. ^{[ 14 ]}  

في 24 مايو 2002، افتتحت الملكة إليزابيث  الثانية عجلة فالكيرك ضمن احتفالاتها باليوبيل الذهبي . تأخر الافتتاح شهراً بسبب فيضان نجم عن قيام مخربين بفتح بوابات العجلة بالقوة. ^{[ 28 ]} وقد بلغت تكلفة إصلاح الأضرار 350 ألف جنيه إسترليني، حيث غمرت المياه البئر الجافة، مما أدى إلى تلف المعدات الكهربائية والهيدروليكية. ^{[ 28 ] [ 29 ]}

يبلغ قطر العجلة الإجمالي 35 مترًا (115 قدمًا) ، وتتكون من ذراعين متقابلين يمتدان 15 مترًا (49 قدمًا) خارج المحور المركزي، ويتخذان شكل فأس مزدوج الرأس مستوحى من الفن السلتي . ^{[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]} وترتبط مجموعتان من هذه الأذرع الفأسية الشكل بمحور مركزي قطره 3.8 متر (12 قدمًا) وطوله 28 مترًا (92 قدمًا) . ^{[ 33 ]} ويوجد بين طرفي الذراعين خزانان مملوءان بالماء ، متقابلان قطريًا، تبلغ سعة كل منهما 250,000 لتر (55,000 جالون إمبراطوري ؛ 66,000 جالون أمريكي ). ^{[ 23 ]}            

تحمل الصناديق الغاطسة، أو الجندولات، وزنًا إجماليًا قدره 500 طن (490 طنًا إنجليزيًا؛ 550 طنًا أمريكيًا) من الماء والقوارب، حيث يزن كل جندول 50 طنًا (49 طنًا إنجليزيًا؛ 55 طنًا أمريكيًا) . ^{[ 15 ]} ويُحرص على الحفاظ على مستويات المياه على كل جانب، ما يُوازن الوزن على كل ذراع. ووفقًا لمبدأ أرخميدس ، تُزيح الأجسام الطافية وزنها من الماء، لذا عندما يدخل القارب، يكون وزن الماء الخارج من الصندوق الغاطس مساويًا تمامًا لوزن القارب. ^{[ 23 ] [ 32 ]} ويحافظ نظام التحكم الحاسوبي على مستوى الموقع على مستويات المياه على كل جانب بفارق لا يتجاوز 37 ملم (1.5 بوصة) باستخدام أجهزة استشعار مستوى الماء، وبوابات آلية، ومضخات. ^{[ 15 ] [ 13 ]} يتطلب تشغيل عشرة محركات هيدروليكية 22.5 كيلوواط (30.2 حصان) ، وتستهلك هذه المحركات 1.5 كيلوواط ساعة (5100 وحدة حرارية بريطانية) لكل نصف دورة، وهو ما يعادل تقريبًا غلي ثمانية غلايات من الماء. ^{[ 15 ]}    

يبلغ عرض كل من الخزانين 6.5 متر (21 قدمًا) وطوله 21.3 مترًا (70 قدمًا) . ويتسع كل منهما لأربعة قوارب قناة يصل طول كل منها إلى 20 مترًا (66 قدمًا) . ^{[ 27 ]} ترفع العجلة أو تخفض القوارب مسافة إجمالية قدرها 24 مترًا (79 قدمًا) ، بينما يرفع أو يخفض قفلان لاحقان القوارب مسافة إضافية قدرها 11 مترًا (36 قدمًا) . ^{[ 34 ] [ 35 ]}     

تتطابق الأبواب المحكمة الإغلاق في كل طرف مع الأبواب الموجودة في الهيكل العلوي وحفرة الرصيف السفلي. ونظرًا لمحدودية المساحة، حيث أن استخدام باب مفصلي عادي سيقلل بشكل كبير من الطول المفيد للصندوق الغاطس، فقد تم اختيار أبواب مفصلية ترتفع عموديًا. ^{[ 36 ]} تُرفع هذه الأبواب من تجويف في قاعدة الصندوق الغاطس وتُشغل بواسطة رافعة هيدروليكية عند الرسو. ^{[ 36 ]}

بعد تحريك أذرع عجلة القيادة إلى الوضع الرأسي، يتم تفعيل آليات القفل. تشمل هذه الآليات دبابيس تثبيت بارزة في قواعد الصناديق الغاطسة، وملاقط هيدروليكية تُرفع لتثبيت الصناديق في مكانها. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم مجموعة من دبابيس التثبيت الأكبر حجمًا في الهيكل السفلي لتثبيت عجلة القيادة. على الرغم من محاذاة باب الصندوق الغاطس العلوي مع باب القناة المائية العلوية، إلا أن هناك فجوة بينهما. يحتوي باب القناة المائية العلوية على إطار مانع لتسرب الماء على شكل حرف U، يمكن تمديده للضغط على باب الصندوق الغاطس لسد الفجوة. يُضخ الماء إلى الفجوة حتى يصل إلى مستوى الماء المطلوب. بمجرد تساوي مستوى الماء في الفجوة، يُخفض الباب الموجود على جانب القناة المائية، ثم يُخفض الباب الموجود على جانب الصندوق الغاطس، مما يسمح بمرور القارب. في الاتجاه المعاكس، عندما يكون القارب داخل الصندوق الغاطس، يُرفع باب الصندوق الغاطس، ثم يُرفع باب القناة المائية العلوية. يُضخ الماء خارج الفجوة. ثم يُعاد تركيب مانع التسرب على شكل حرف U بالقرب من باب القناة العلوية. وأخيرًا، تُزال آليات القفل قبل تدوير العجلة. وتُجرى هذه العملية بشكل مماثل للباب الموجود في حوض القناة السفلي أيضًا. ^{[ 37 ]}

• الأبواب، وآليات القفل، والأختام
• 
  باب القناة المائية العلوي مزود بختم على شكل حرف U ونظام ضخ
• 
  تتضمن آليات القفل دبوس تثبيت في الأعلى ومشبك هيدروليكي في الأسفل
• 
  تثبيت مستقبلات الدبوس والمشبك على الكيسون (1 و2)، ومستقبل دبوس تثبيت العجلة (3).
• 
  من اليسار إلى اليمين: باب الصندوق (خلف السكة) محاذٍ لباب الحوض ولكن مع وجود فجوة، مانع التسرب على شكل حرف U ممتد، مملوء بالماء، والأبواب منخفضة.
• إنزال الأبواب عند حوض القناة السفلي

تقع منطقة الآلات التي تُشغّل العجلة في العمود الأخير من القناة المائية، وتضم سبع حجرات متصلة بسلالم. ^{[ 38 ]} ويمكن الوصول إليها عبر باب يقع على مستوى الأرض أو مدخل في منتصف البرج، مع وجود رافعة جسرية لتسهيل تركيب المعدات. ^{[ 38 ]}

يضم الطابق الأرضي محولات الطاقة اللازمة لتشغيل العجلة. عندما غمرت المياه العجلة على يد مخربين في أبريل 2002، امتلأت هذه الغرفة حتى مسافة 8 سم (3 بوصات) من قضبان التوزيع ذات الجهد 11 كيلوفولت . ^{[ 38 ]} في الطابق الأول يوجد مولد احتياطي ولوحة مفاتيح كهربائية في حال انقطاع التيار الكهربائي الرئيسي عن العجلة. ^{[ 38 ]} يضم الطابق الثاني مضختين هيدروليكيتين تُشغلان المحركات الهيدروليكية في الحجرة العلوية. ^{[ 38 ]} يتم تزويد المحور بالطاقة مباشرةً بواسطة 10 محركات هيدروليكية، والتي تعمل أيضًا كمكابح. يتصل بكل محرك نظام تروس بنسبة 100:1 لتقليل سرعة الدوران. ^{[ 38 ]}   

يجب أن تدور الصناديق الخرسانية مع العجلة للحفاظ على استوائها. وبينما يكون وزن الصناديق الخرسانية على المحامل كافياً عادةً لتدويرها، فإن آلية تروس تستخدم ثلاثة تروس كبيرة متطابقة الحجم متصلة بترسين أصغر حجماً تضمن دورانها بالسرعة الصحيحة تماماً والحفاظ على توازنها. ^{[ 39 ]}

يرتكز كل طرف من أطراف كل صندوق على عجلات صغيرة، تتحرك على قضبان مثبتة على الوجه الداخلي للثقوب التي يبلغ قطرها 8 أمتار (26 قدمًا) عند نهايات الأذرع. ^{[ 39 ]} يتم التحكم في الدوران بواسطة سلسلة من التروس: نمط متناوب من ثلاثة تروس حلقية قطرها 8 أمتار (26 قدمًا) وترسين وسيطين أصغر حجمًا، جميعها ذات أسنان خارجية، كما هو موضح في الصورة. ^{[ 39 ]} يُركّب الترس المركزي الكبير بشكل غير محكم فوق المحور عند طرفه المواجه لغرفة المحركات، ويُثبّت في مكانه لمنعه من الدوران. ^{[ 38 ] [ 39 ]} يُثبّت الترسان الأصغر حجمًا على كل ذراع من أذرع العجلة عند طرفها المواجه لغرفة المحركات. عندما تُدير المحركات المحور المركزي، تتأرجح الأذرع وتتعشق التروس الصغيرة مع الترس المركزي، مما يؤدي إلى دوران التروس الأصغر بسرعة أعلى من سرعة العجلة ولكن في نفس الاتجاه. تتعشق التروس الأصغر مع التروس الحلقية الكبيرة في نهاية الصناديق، مما يؤدي إلى دورانها بنفس سرعة العجلة ولكن في الاتجاه المعاكس. وهذا يلغي الدوران الناتج عن الأذرع ويحافظ على استقرار الصناديق واستوائها التام. ^{[ 39 ]}    

حوض الإرساء عبارة عن ميناء جاف يشبه الحوض العادي، معزول عن حوض القناة السفلي ببوابات محكمة الإغلاق، ويُحافظ على جفافه بواسطة مضخات المياه. ^{[ 20 ]} عندما تتوقف عجلة الإرساء وأذرعها في الوضع الرأسي، يُمكن للقوارب الدخول والخروج من الصندوق السفلي عند فتح البوابات دون إغراق حوض الإرساء. المساحة أسفل الصندوق فارغة. ^{[ 20 ] [ 27 ]}

بدون حوض الإرساء، ستغمر المياه في حوض القناة السفلي وأطراف أذرع العجلة في كل مرة تدور فيها العجلة. ^{[ 20 ]} وستجعل قوة الطفو للجزء السفلي من حوض الإرساء عملية تدوير العجلة أكثر صعوبة . ^{[ 20 ]}

يقع مركز الزوار على الجانب الشرقي من الحوض السفلي. ^{[ 12 ]} تنطلق رحلات القوارب على العجلة الدوارة مرة واحدة تقريبًا كل ساعة. ^{[ 40 ]} منذ افتتاح العجلة، زارها حوالي 5.5 مليون شخص ^{[ 41 ]} وقام 1.3 مليون شخص برحلة بالقارب، ويبلغ عدد زوار العجلة حوالي 400 ألف شخص سنويًا. ^{[ 42 ] [ 43 ]}

منظر بانورامي للعجلة والقناة المائية

• كروفورد، روبرت (2013). عن غلاسكو وإدنبرة . مطبعة جامعة هارفارد. ISBN 9780674070592.
• إنكوم (2009). ابتكارات في تصميم أقفال الملاحة . بيانك. رقم ISBN 9782872231751.
• باترسون، لين (2013). من البحر إلى البحر: تاريخ قنوات الأراضي المنخفضة والمرتفعات الاسكتلندية . دار نشر نيل ويلسون. رقم ISBN 9781906000349.
• الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين (2001). تاريخ وتراث الهندسة على الصعيد الدولي: تحسين الجسور حتى الذكرى المئوية والخمسين لتأسيس الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين  : وقائع المؤتمر الوطني الثالث لتاريخ وتراث الهندسة المدنية . الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين . ISBN 9780784405949.