টানেল বোরিং মেশিন: এই দৈত্যাকার মেশিনগুলি কীভাবে মাটির নিচে টানেল খনন করে

একটি টানেল বোরিং মেশিন কি এবং কেন আমরা সেগুলি ব্যবহার করব?

একটি টানেল বোরিং মেশিন - সাধারণত TBM হিসাবে সংক্ষেপে এবং কখনও কখনও একটি টানেলিং বোরিং মেশিন বা আন্ডারগ্রাউন্ড বোরিং মেশিন নামে পরিচিত - একটি বৃত্তাকার ক্রস-সেকশন সহ মাটি, শিলা বা মিশ্র স্থল অবস্থার মাধ্যমে টানেল খননের জন্য ডিজাইন করা প্রকৌশল সরঞ্জামের একটি বিশাল অংশ। পুরানো ড্রিল-এবং-ব্লাস্ট পদ্ধতির বিপরীতে, যা বিস্ফোরক ব্যবহার করে শিলাকে ভেঙে দেয় এবং তারপরে ম্যানুয়ালি ধ্বংসাবশেষ সাফ করে, একটি টিবিএম কেটে, খনন করে এবং প্রায়শই একই সাথে একটি অবিচ্ছিন্ন অপারেশনে টানেলকে লাইন করে। ফলাফল হল একটি মসৃণ, আরও কাঠামোগতভাবে সামঞ্জস্যপূর্ণ টানেল যা আশেপাশের স্থল এবং পৃষ্ঠের অবকাঠামোতে অনেক কম ব্যাঘাত সহ উত্পাদিত হয়।

TBM টানেলিং এর আবেদন দ্রুত গতির বাইরে যায়। শহুরে পরিবেশে - যেখানে একটি টানেল ঘনভাবে নির্মিত আশেপাশের, লাইভ পাতাল রেল লাইন, বা গুরুত্বপূর্ণ ইউটিলিটিগুলির নীচে দিয়ে যেতে পারে - একটি টানেল বোরিং মেশিনের নিয়ন্ত্রিত, কম কম্পন খনন প্রায়শই একমাত্র কার্যকর বিকল্প। প্রচলিত ব্লাস্টিং অগ্রহণযোগ্য পৃষ্ঠের বসতি এবং কাছাকাছি ভবনগুলির কাঠামোগত ক্ষতির কারণ হবে। টিবিএমগুলি কাট-এন্ড-কভার নির্মাণ পদ্ধতির চেয়ে অনেক বেশি গভীরতায়ও কাজ করতে পারে, যা ইঞ্জিনিয়ারদের উপরের রাস্তার দৃশ্যকে ছিঁড়ে না ফেলে সোজা, সর্বোত্তম পথে টানেলগুলিকে রুট করার অনুমতি দেয়। এই সুবিধাগুলি মেট্রো রেল ব্যবস্থা, হাইওয়ে টানেল, জল সরবরাহ এবং পয়ঃনিষ্কাশন টানেল এবং বিশ্বব্যাপী শহরগুলিতে ক্রমবর্ধমানভাবে, কেবল এবং ইউটিলিটি করিডোরের জন্য টানেলিং বোরিং মেশিনকে প্রভাবশালী প্রযুক্তিতে পরিণত করেছে।

আধুনিক টিবিএমগুলি তাদের নিজস্বভাবে ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের অসাধারণ কীর্তি। বিশ্বের বৃহত্তম টানেল বোরিং মেশিনের মাথা কাটার ব্যাস 17 মিটারের বেশি - একটি চারতলা বিল্ডিংয়ের চেয়েও চওড়া লম্বা - এবং 7,000 মেট্রিক টন ওজনের উপরে। এমনকি একটি মাঝারি আকারের TBM একটি স্ট্যান্ডার্ড মেট্রো টানেলের জন্য ব্যবহৃত হয় (সাধারণত 6-9 মিটার ব্যাস) কাজ সাইটে পাঠানো শত শত নির্ভুল-ইঞ্জিনীয়ার উপাদান থেকে একত্রিত হয় এবং লঞ্চ শ্যাফ্টে ভূগর্ভে একত্রিত হয়। মেশিনগুলি মাটি খনন, লুণ্ঠন অপসারণ, গ্রাউন্ড সাপোর্ট এবং কংক্রিট আস্তরণ স্থাপনকে একটি একক চলন্ত উত্পাদন লাইনে একীভূত করে যা মাটির অবস্থা এবং মেশিনের প্রকারের উপর নির্ভর করে প্রতিদিন 10-30 মিটার অগ্রসর হয়।

কিভাবে একটি টানেল বোরিং মেশিন আসলে কাজ করে: মূল মেকানিক্স

একটি টিবিএম কীভাবে কাজ করে তা বোঝার জন্য এর প্রধান কার্যকারী সিস্টেমগুলির দিকে তাকানো প্রয়োজন, যার প্রতিটি টানেলিং প্রক্রিয়াতে একটি গুরুত্বপূর্ণ এবং পরস্পর নির্ভরশীল ভূমিকা পালন করে। যদিও বিভিন্ন TBM প্রকারগুলি গ্রাউন্ড সাপোর্ট এবং লুণ্ঠন অপসারণকে ভিন্নভাবে পরিচালনা করে (পরবর্তী বিভাগে কভার করা হয়েছে), মৌলিক কাটিং এবং অগ্রগতি মেকানিক্স বেশিরভাগ মেশিন পরিবারে ভাগ করা হয়।

কাটারহেড

কাটারহেড কোন ব্যবসা শেষ হয় টানেল বোরিং মেশিন - একটি বৃহদায়তন ঘূর্ণায়মান ডিস্ক বা স্পোক স্ট্রাকচার যা কাটিং টুল দিয়ে খোদাই করে যা খনন করা মাটির সাথে সরাসরি যোগাযোগ করে। রক টানেলিং-এ, কাটারহেড ডিস্ক কাটার বহন করে: শক্ত ইস্পাত চাকা, সাধারণত 432-483 মিমি (17-19 ইঞ্চি) ব্যাস, যেটি প্রচণ্ড জোরের শক্তির অধীনে পাথরের মুখের বিপরীতে গড়িয়ে যায়। ডিস্ক কাটার শিলা স্ক্র্যাপ না; পরিবর্তে, তারা এটিকে কম্প্রেসিভ লোডিংয়ের মাধ্যমে চূর্ণ করে, সংলগ্ন কাটার ট্র্যাকের মধ্যে মাইক্রো-ফ্র্যাকচারের একটি নেটওয়ার্ক তৈরি করে যা শিলার চিপগুলিকে মুক্ত করে দেয়। এই চিপ-জেনারেশন প্রক্রিয়া, যাকে "চিপ-এন্ড-ক্র্যাক" মেকানিজম বলা হয়, এটি সরাসরি ঘর্ষণ থেকে অনেক বেশি শক্তি-দক্ষ এবং এটিই শক্ত শিলায় TBM টানেলিংকে কার্যকর করে তোলে। নরম মাটি এবং মিশ্র অবস্থায়, কাটারহেড পরিবর্তে ড্র্যাগ বিট, স্ক্র্যাপার এবং মাটি কাটার দাঁত বহন করে যা এটিকে পিষে ফেলার পরিবর্তে উপাদানগুলিকে ছেদন এবং অপসারণ করে।

কাটারহেডটি বৈদ্যুতিক ড্রাইভ মোটরগুলির একটি রিং দ্বারা ঘোরানো হয় - সাধারণত মেশিনের আকারের উপর নির্ভর করে 4 থেকে 20 মোটরের মধ্যে - এর পরিধির চারপাশে সাজানো হয় এবং রিডাকশন গিয়ারবক্সের মাধ্যমে সংযুক্ত থাকে। ঘূর্ণন গতি সাধারণত ধীর হয়: বড় মেশিনের জন্য 1-6 RPM, যেহেতু একটি বড় কাটারহেডের বাইরের রিম ইতিমধ্যেই উচ্চ রৈখিক গতিতে ভ্রমণ করছে এমনকি খুব কম RPM-তেও। একটি বড় হার্ড-রক টিবিএম-এ মোট ইনস্টল করা কাটারহেড ড্রাইভ পাওয়ার 5,000 কিলোওয়াট-এর বেশি হতে পারে - প্রায় ছয়টি ফর্মুলা 1 ইঞ্জিন একই সাথে চলমান, কিন্তু গতির পরিবর্তে ধীর ঘূর্ণন ঘূর্ণন ঘূর্ণন ঘূর্ণন শক্তি হিসাবে প্রয়োগ করা হয়।

থ্রাস্ট এবং গ্রিপার সিস্টেম

শুধুমাত্র কাটারহেড ঘোরানো একটি সুড়ঙ্গ খনন করে না — ডিস্ক কাটারগুলিকে কার্যকর করার জন্য মেশিনটিকে অবশ্যই প্রচণ্ড শক্তি দিয়ে কাটারহেডটিকে পাথরের মুখে ঠেলে দিতে হবে। এটি মেশিনের মূল অংশের চারপাশে সাজানো হাইড্রোলিক থ্রাস্ট সিলিন্ডারগুলির একটি সিস্টেমের মাধ্যমে সম্পন্ন করা হয়। একটি বৃহৎ শিলা TBM-এর উপর মোট থ্রাস্ট ফোর্স সাধারণত 20,000 থেকে 60,000 kN পর্যন্ত হয়ে থাকে — যা 2,000 থেকে 6,000 মেট্রিক টন ওজনের সমান যা টানেলের মুখের বিরুদ্ধে চাপ দেয়। বিরুদ্ধে ধাক্কা, মেশিন থেকে ধাক্কা কিছু প্রয়োজন. হার্ড রক টিবিএম-এ, এটি গ্রিপার প্যাড দ্বারা সরবরাহ করা হয়: বড় হাইড্রোলিক সিলিন্ডার যা মেশিনের বডি থেকে পার্শ্বীয়ভাবে প্রসারিত হয় এবং থ্রাস্ট সিলিন্ডারগুলি কাটারহেডকে অগ্রসর করার সময় মেশিনটিকে দৃঢ়ভাবে নোঙর করার জন্য যথেষ্ট শক্তি দিয়ে টানেলের দেয়ালের বিরুদ্ধে চাপ দেয়। একবার মেশিনটি এক স্ট্রোকের দৈর্ঘ্য (সাধারণত 1.5-2 মিটার) অগ্রসর হলে, গ্রিপারগুলি ছেড়ে যায়, মেশিনের পিছনের অংশটি সামনের দিকে টেনে নেওয়া হয়, গ্রিপারগুলি নতুন অবস্থানে পুনরায় যুক্ত হয় এবং পরবর্তী থ্রাস্ট স্ট্রোক শুরু হয়। এই ক্রমটি টানেলিং অপারেশন জুড়ে ক্রমাগত পুনরাবৃত্তি হয়।

লুণ্ঠন অপসারণ (মাক হ্যান্ডলিং)

টানেলের মুখ থেকে কাটা উপাদান - যাকে টানেলিং পরিভাষায় "মাক" বলা হয় - অবিচ্ছিন্নভাবে কাটারহেড থেকে সরাতে হবে এবং পৃষ্ঠে পরিবহন করতে হবে। বেশিরভাগ টিবিএম-এ, আঁচিল কাটারহেডের খোলা অংশে পড়ে এবং মেশিনের মাঝখান দিয়ে চলমান বেল্ট পরিবাহক দ্বারা তোলা হয়। এই প্রধান পরিবাহক আঁচিলকে ট্রেলিং কনভেয়রগুলির একটি সিরিজে বা রেল-মাউন্ট করা আঁচিলের গাড়িতে স্থানান্তরিত করে যা এটিকে টানেলের মধ্য দিয়ে লঞ্চ শ্যাফ্টে নিয়ে যায়, যেখানে এটিকে পৃষ্ঠে তুলে নিয়ে যাওয়া হয়। গড়ে, একটি মাঝারি আকারের মেট্রো টিবিএম মিশ্র মাটিতে খনন করে প্রতিদিন 300-600 ঘনমিটার আঁচিল উৎপন্ন করে — একটি উল্লেখযোগ্য লজিস্টিক চ্যালেঞ্জ যার জন্য সুপরিকল্পিত পৃষ্ঠ নিষ্পত্তি অপারেশন প্রয়োজন যা টানেলিংয়ের সমান্তরালে চলছে।

টানেল লাইনিং ইনস্টলেশন

কাটারহেডের ঠিক পিছনে, বেশিরভাগ আধুনিক টিবিএম মেশিনের অগ্রগতির সাথে সাথে একটি স্থায়ী টানেল লাইনিং স্থাপন করে। স্ট্যান্ডার্ড পদ্ধতিতে প্রিকাস্ট কংক্রিট সেগমেন্ট ব্যবহার করা হয় - সাধারণত প্রতি রিংয়ে ছয় থেকে আটটি বাঁকা সেগমেন্ট, এবং একটি ছোট "কী" সেগমেন্ট - যা একটি স্বয়ংক্রিয় সেগমেন্ট ইরেক্টর আর্ম দ্বারা অবস্থানে তোলা হয় এবং একটি সম্পূর্ণ রিং গঠনের জন্য একত্রে বোল্ট করা বা গ্যাসকেট করা হয়। প্রতিটি রিং মেশিনের শেষ থ্রাস্ট স্ট্রোকের দ্বারা তৈরি স্থানটিতে ইনস্টল করা হয় এবং মেশিনটি পরবর্তী স্ট্রোকে অগ্রসর হওয়ার সাথে সাথে সম্পূর্ণ রিংটি স্থায়ী টানেলের কাঠামোগত শেল হয়ে ওঠে। এই সমন্বিত আস্তরণের ইনস্টলেশনটি টিবিএম-এর সবচেয়ে বড় দক্ষতার সুবিধাগুলির মধ্যে একটি: টানেলটি মূলত মেশিনের পিছনে সম্পূর্ণ হয় যখন এটি অগ্রসর হয়, ন্যূনতম ফলো-আপ কাজের প্রয়োজন হয়।

টানেল বোরিং মেশিনের প্রধান প্রকার এবং প্রতিটি কখন ব্যবহার করা হয়

যেকোন টানেলিং প্রকল্পে একটি টিবিএম টাইপ নির্বাচন সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ ইঞ্জিনিয়ারিং সিদ্ধান্তগুলির মধ্যে একটি। স্থল অবস্থার সম্মুখীন হওয়ার জন্য ভুল মেশিনের প্রকারের ফলে ধীরগতির অগ্রগতি, মেশিনের ক্ষতি, স্থল বসতি বা গুরুতর ক্ষেত্রে, টানেল ধসে পড়তে পারে। প্রধান TBM পরিবারগুলিকে প্রাথমিকভাবে আলাদা করা হয় কীভাবে তারা কাটারহেডের আগে ভূমি পরিচালনা করে এবং ভূগর্ভস্থ জলের চাপ নিয়ন্ত্রণ করে:

ওপেন-ফেস (গ্রিপার) টিবিএম — হার্ড রকের জন্য সেরা

ওপেন-ফেস বা গ্রিপার টিবিএম হল আসল টিবিএম ডিজাইন এবং স্থিতিশীল শক্ত পাথরের অবস্থার জন্য পছন্দের মেশিন হিসাবে রয়ে গেছে যেখানে টানেলের মুখ স্ব-সহায়ক এবং ভূগর্ভস্থ জলের চাপ নিয়ন্ত্রণযোগ্য। নাম অনুসারে, টানেলের মুখ খোলা - কাটারহেড এবং খনন করা মাটির মধ্যে কোনও চাপযুক্ত সমর্থন ব্যবস্থা নেই। এই সরলতা গ্রিপার টিবিএমগুলিকে উপযুক্ত পরিস্থিতিতে দ্রুত এবং আরও সাশ্রয়ী করে তোলে: পরিচালনার জন্য চাপের ব্যবস্থা ছাড়াই, কাটারহেডের রক্ষণাবেক্ষণ অ্যাক্সেস সহজ, অগ্রিম হার বেশি এবং মেশিনগুলি যান্ত্রিকভাবে সহজ। পাহাড়ী ভূখণ্ডে জল সরবরাহের টানেল, রেলওয়ে টানেল এবং জলবিদ্যুৎ প্রকল্পগুলির জন্য এগুলি আদর্শ পছন্দ - এমন অ্যাপ্লিকেশন যেখানে মেশিনটি তার ড্রাইভের বেশির ভাগ সময় ব্যয় করবে উপযুক্ত শিলায়। সীমাবদ্ধতা সমানভাবে স্পষ্ট: নরম মাটি, স্যাচুরেটেড মৃত্তিকা বা মিশ্র অবস্থায়, একটি খোলা মুখ TBM নিরাপদে টানেলের মুখকে সমর্থন করতে পারে না, এটি শহুরে প্রকল্পগুলির জন্য অনুপযুক্ত করে তোলে যেখানে স্থল বসতি পৃষ্ঠের কাঠামোকে ক্ষতিগ্রস্ত করবে।

আর্থ প্রেসার ব্যালেন্স (EPB) TBM — নরম গ্রাউন্ড এবং শহুরে সেটিংসের জন্য সেরা

আর্থ প্রেসার ব্যালেন্স TBM হল বিশ্বব্যাপী শহুরে মেট্রো এবং অবকাঠামো সুড়ঙ্গের জন্য সর্বাধিক ব্যবহৃত মেশিনের ধরন। এটি কাটারহেড চেম্বার - কাটারহেড এবং এটির পিছনে একটি বাল্কহেড প্লেটের মধ্যবর্তী স্থান - ফোম, পলিমার বা জল ব্যবহার করে সঠিক সামঞ্জস্যের জন্য খনন করা মাটি দিয়ে ভরাট করে নরম-গ্রাউন্ড সমর্থন সমস্যার সমাধান করে। এই শর্তযুক্ত আঁচিল এমন একটি চাপে রক্ষণাবেক্ষণ করা হয় যা টানেলের মুখে পৃথিবী এবং ভূগর্ভস্থ জলের চাপের ভারসাম্য বজায় রাখে, মুখের পতন রোধ করে এবং মাটির গতিবিধি কমিয়ে দেয়। চাপযুক্ত আঁচিল একটি স্ক্রু কনভেয়ারের মাধ্যমে চেম্বার থেকে বের করা হয়, যা লক্ষ্য মুখের চাপ বজায় রাখতে উপাদান অপসারণের হার নিয়ন্ত্রণ করে। ইপিবি টিবিএম কাদামাটি সমৃদ্ধ মাটি, বেলে মাটি এবং মাঝারি ভূগর্ভস্থ জলের চাপ সহ মিশ্র মাটিতে বিশেষভাবে কার্যকর। লন্ডন, নিউ ইয়র্ক, টোকিও, বেইজিং এর মতো শহরগুলিতে এবং গত 30 বছরের কার্যত প্রতিটি প্রধান শহুরে টানেলিং প্রকল্পে মেট্রো রেল নির্মাণের জন্য তারা প্রভাবশালী মেশিনের ধরন।

স্লারি শিল্ড (মিক্সশিল্ড) TBM - জল-স্যাচুরেটেড এবং মোটা গ্রাউন্ডের জন্য সেরা

স্লারি শিল্ড টিবিএম চাপযুক্ত বেন্টোনাইট স্লারি - জল এবং কাদামাটির একটি তরল মিশ্রণ - শর্তযুক্ত আঁচিলের পরিবর্তে টানেলের মুখকে সমর্থন করার জন্য ব্যবহার করে। স্লারি চাপের মধ্যে কাটারহেড চেম্বারটি পূরণ করে এবং টানেলের মুখে একটি ফিল্টার কেক তৈরি করে যা সমর্থন চাপকে মাটিতে প্রেরণ করে। খননকৃত উপাদান স্লারির সাথে মিশে যায় এবং একটি স্লারি পাইপলাইনের মাধ্যমে তরল সাসপেনশন হিসাবে টানেলের বাইরে পাম্প করা হয়, একটি পৃষ্ঠ বিভাজন প্ল্যান্টে নিয়ে যাওয়া হয় যেখানে কঠিন পদার্থগুলি সরানো হয় এবং পরিষ্কার করা স্লারি পুনরায় ব্যবহারের জন্য মেশিনে ফেরত দেওয়া হয়। এই স্লারি সার্কিট পদ্ধতিটি EPB-এর তুলনায় আরও জটিল এবং ব্যয়বহুল কিন্তু ইপিবি-এর লড়াইয়ের ক্ষেত্রে এটি উৎকৃষ্ট: উচ্চ ভূগর্ভস্থ জলের চাপ সহ অত্যন্ত ভেদ্য নুড়ি এবং বালি, পাথরের সাথে মিশ্র মাটি এবং জলের নীচে টানেল ক্রসিং। লন্ডনের ক্রসরেল প্রকল্প, ডেনমার্ক এবং সুইডেনের মধ্যে Øresund টানেল এবং হংকং-ঝুহাই-ম্যাকাউ ব্রিজ টানেল সবই তাদের সবচেয়ে চ্যালেঞ্জিং আন্ডারওয়াটার বা উচ্চ-জল-চাপ বিভাগের জন্য স্লারি শিল্ড মেশিন ব্যবহার করেছে।

মাল্টি-মোড TBM - পরিবর্তনশীল গ্রাউন্ডের জন্য নমনীয়তা

টানেলিং বোরিং মেশিনগুলির একটি ক্রমবর্ধমান বিভাগ হল রূপান্তরযোগ্য বা মাল্টি-মোড TBM, যা অপারেটিং মোডগুলির মধ্যে পরিবর্তন করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে — সাধারণত EPB এবং ওপেন-ফেস, অথবা EPB এবং স্লারি শিল্ডের মধ্যে — যেহেতু টানেলের সারিবদ্ধতার সাথে স্থল পরিস্থিতি পরিবর্তিত হয়। এই মেশিনগুলি একক-মোড মেশিনের তুলনায় আরও জটিল এবং বেশি ব্যয়বহুল কিন্তু প্রকল্পগুলির জন্য অপরিহার্য হতে পারে যেখানে টানেলটি তার দৈর্ঘ্য বরাবর নাটকীয়ভাবে ভিন্ন ভূতত্ত্বের মধ্য দিয়ে যেতে হবে। একটি সাধারণ দৃশ্যকল্প হল একটি টানেল যা নরম শহুরে মাটিতে শুরু হয়, একটি জল বহনকারী বালি স্তরের মধ্য দিয়ে স্থানান্তরিত হয় এবং তারপরে উপযুক্ত শিলায় প্রবেশ করে - একটি ক্রম যা যেকোনো একক-মোড মেশিনকে চ্যালেঞ্জ করবে। মাল্টি-মোড ক্ষমতা একটি মেশিনকে মেশিন নিষ্কাশন এবং প্রতিস্থাপন মধ্য-টানেলের অব্যবহারিক বিকল্প ছাড়াই সম্পূর্ণ ড্রাইভটি সম্পূর্ণ করতে দেয়।

এক নজরে TBM প্রকার: পাশাপাশি তুলনা

একটি টিবিএম কত দ্রুত অগ্রসর হতে পারে তা নির্ধারণ করে এমন মূল বিষয়গুলি

অগ্রিম হার — প্রতিদিন বা প্রতি শিফটে মিটারে পরিমাপ করা হয় — যে কোনও টিবিএম টানেলিং প্রকল্পের জন্য প্রাথমিক উৎপাদন মেট্রিক, এবং এটি প্রকল্পের খরচ এবং সময়সূচীর উপর ব্যাপক প্রভাব ফেলে। যাইহোক, অগ্রিম হার কেবল মেশিনের শক্তি বা আকারের একটি ফাংশন নয়। এটি একাধিক ভেরিয়েবলের মিথস্ক্রিয়া থেকে ফলাফল, যার মধ্যে অনেকগুলি প্রকল্প দলের নিয়ন্ত্রণের বাইরে:

• শিলার শক্তি এবং ঘর্ষণ: হার্ড রক টানেলিং-এ, শিলার সংকোচনশীল শক্তি এবং খনিজ উপাদানের ঘর্ষণীয়তা (বিশেষত কোয়ার্টজ বিষয়বস্তু) অনুপ্রবেশ হার এবং ডিস্ক কাটার জীবনের প্রাথমিক নির্ধারক। অত্যন্ত শক্ত এবং ঘষিয়া তুলিয়া ফেলিতে সক্ষম গ্রানাইট কাটার প্রতি কাটার লাইফকে 20 মিটার অগ্রিমের কম কমাতে পারে, ঘন ঘন কাটারহেড হস্তক্ষেপের প্রয়োজন যা উল্লেখযোগ্যভাবে নেট অগ্রিম হার হ্রাস করে। চুনাপাথর বা চকের মতো নরম শিলাগুলি অনেক বেশি অনুপ্রবেশ হার এবং দীর্ঘ কাটার জীবনকে অনুমতি দেয়।
• স্থল আচরণ এবং মুখের স্থায়িত্ব: অস্থিতিশীল স্থল অবস্থা — চলমান বালি, কাদামাটি, বা ত্রুটিযুক্ত শিলা অঞ্চল — নিরাপদে পরিচালনা করার জন্য হস্তক্ষেপ, স্থল চিকিত্সা বা কম অগ্রিম গতির প্রয়োজন হতে পারে। চরম ক্ষেত্রে, টিবিএম আটকে যেতে পারে বা "আটকে" পড়ে যেতে পারে, এমন একটি দৃশ্য যা সমাধান করতে কয়েক সপ্তাহ বা মাস লাগতে পারে এবং এটি টিবিএম টানেলিংয়ের সবচেয়ে ব্যয়বহুল ঝুঁকিগুলির একটিকে উপস্থাপন করে।
• আঁচিল হ্যান্ডলিং ক্ষমতা: পৃষ্ঠ আঁচিল নিষ্পত্তি সিস্টেম মেশিনের খনন আউটপুট সঙ্গে রাখা আবশ্যক. আঁচিল পরিবহণে বাধা - পরিবাহক ক্ষমতার সীমা, রেল গাড়ির ঘাটতি বা সারফেস ডিসপোজাল লজিস্টিকসের মাধ্যমে - মেশিনের অর্জনযোগ্য অগ্রিম হারকে সরাসরি হ্রাস করে তা নির্বিশেষে এটি কতটা ভাল কাটছে।
• সেগমেন্ট সরবরাহ এবং ইনস্টলেশন সময়: টানেলের আস্তরণের প্রতিটি রিং অবশ্যই মেশিনে সরবরাহ করতে হবে এবং পরবর্তী থ্রাস্ট স্ট্রোক শুরু হওয়ার আগে ইনস্টল করতে হবে। সেগমেন্ট ডেলিভারিতে বিলম্ব, লঞ্চ শ্যাফ্টে ক্রেন সাইকেল, অথবা সেগমেন্টের সাথে গুণমানের সমস্যা সবই নেট অগ্রিম হার কমিয়ে দেয়। উচ্চ-সম্পাদক TBM প্রকল্পগুলি সেগমেন্ট লজিস্টিক চেইন অপ্টিমাইজ করার জন্য প্রচুর পরিমাণে বিনিয়োগ করে।
• রক্ষণাবেক্ষণ এবং ডাউনটাইম: টিবিএমগুলি চব্বিশ ঘন্টা একাধিক শিফটে কাজ করে, তবে তাদের জন্য নির্ধারিত রক্ষণাবেক্ষণের হস্তক্ষেপ প্রয়োজন - কাটারহেড পরিদর্শন, কাটার পরিবর্তন, তৈলাক্তকরণ, সিস্টেম চেক - যেগুলি অবশ্যই উত্পাদন সময়সূচীর মধ্যে অন্তর্ভুক্ত করা উচিত। যান্ত্রিক ব্যর্থতার জন্য অপরিকল্পিত ডাউনটাইম হল প্রধান পরিবর্তনশীল যা ভাল-পারফর্ম করা TBM ড্রাইভগুলিকে সমস্যাগ্রস্তদের থেকে আলাদা করে।

সারা বিশ্বে টানেল বোরিং মেশিনের প্রধান অ্যাপ্লিকেশন

টানেল বোরিং মেশিনগুলি প্রতিটি মহাদেশে (অ্যান্টার্কটিকা ব্যতীত) এবং অ্যাপ্লিকেশন প্রকারের একটি অসাধারণ পরিসর জুড়ে কাজ করছে। সাম্প্রতিক দশকগুলিতে TBM প্রকল্পগুলির স্কেল এবং বৈচিত্র্য ভূগর্ভস্থ অবকাঠামোর জন্য ক্রমবর্ধমান চাহিদা এবং চ্যালেঞ্জিং পরিস্থিতিগুলি পূরণের জন্য TBM প্রযুক্তির ক্রমবর্ধমান পরিপক্কতা উভয়ই প্রতিফলিত করে।

আরবান মেট্রো এবং র‍্যাপিড ট্রানজিট টানেল

বিশ্বব্যাপী টিবিএম ব্যবহারের সবচেয়ে বড় একক বিভাগ হল শহুরে মেট্রো রেল টানেলিং। বিশ্বের প্রতিটি বড় মেট্রোর সম্প্রসারণ — লন্ডনের এলিজাবেথ লাইন (ক্রসরাইল) থেকে বেইজিংয়ের ক্রমাগত সম্প্রসারিত পাতাল রেল নেটওয়ার্ক, সিডনির মেট্রো টানেল থেকে রিয়াদের নতুন মেট্রো সিস্টেম পর্যন্ত — প্রাথমিকভাবে EPB টানেল বোরিং মেশিনের উপর নির্ভর করে টুইন টানেল ট্রেন স্টেশনের মধ্যে তৈরি করতে। এলিজাবেথ লাইন প্রকল্পটি একাই বিশ্বের সবচেয়ে ঘন নির্মিত শহরগুলির একটির নীচে 42 কিলোমিটারের বেশি নতুন টানেলের বিরক্তিকর আটটি টিবিএম ব্যবহার করেছে, অনেক অঞ্চলে 5 মিলিমিটারেরও কম জায়গায় বসতি স্থাপন করা হয়েছে। নিয়ন্ত্রণের এই স্তরটি অন্য কোন খনন পদ্ধতির সাথে সহজভাবে অর্জনযোগ্য নয়।

হাইওয়ে এবং রোড টানেল

রোড টানেলিং ক্রমবর্ধমানভাবে বড় ব্যাসের টিবিএম ব্যবহার করে যা একটি একক বোরে দুই থেকে চার লেনের ট্রাফিক বহন করার জন্য যথেষ্ট বড় টানেল খনন করতে সক্ষম। সিয়াটলে SR 99 আলাস্কান ওয়ে ভায়াডাক্ট রিপ্লেসমেন্ট টানেল, 2019 সালে সম্পন্ন হয়েছিল, বার্থা ব্যবহার করেছিল — সেই সময়ে 17.5 মিটার ব্যাসের বিশ্বের বৃহত্তম TBM — শহরের কেন্দ্রের নীচে একটি দুই-স্তরের হাইওয়ে টানেল বোরতে। রোড টিবিএমগুলিকে অবশ্যই মেট্রো টানেলের চেয়ে অনেক বড় ক্রস-সেকশন খনন করতে হবে, যার জন্য উল্লেখযোগ্যভাবে উচ্চ থ্রাস্ট ফোর্স, বড় কাটারহেড এবং আরও শক্তিশালী ড্রাইভ সিস্টেম প্রয়োজন। বড় রাস্তার টানেলের জন্য প্রিকাস্ট কংক্রিট অংশগুলির প্রতিটির ওজন 10-15 টন হতে পারে এবং মেশিনের মধ্যে উদ্দেশ্য-নির্মিত উত্তোলন এবং ইমারত সরঞ্জাম প্রয়োজন।

জল সরবরাহ, নর্দমা, এবং ইউটিলিটি টানেল

জলের অবকাঠামো সুড়ঙ্গগুলি টিবিএমগুলির জন্য প্রাচীনতম এবং সবচেয়ে সামঞ্জস্যপূর্ণ প্রয়োগের ক্ষেত্রগুলির মধ্যে একটি। ডিপ-রক ওয়াটার সাপ্লাই টানেল — উপযুক্ত বেডরকের মাধ্যমে 50-200 মিটার গভীরতায় বোরড — শহরগুলিকে ভূপৃষ্ঠের পরিখার ব্যাঘাত ছাড়াই দীর্ঘ দূরত্বে জল সরানোর অনুমতি দেয়। লন্ডনের টাইডওয়ে টানেল, বর্তমানে টেমস নদীর তলদেশে একটি 25-কিলোমিটার সম্মিলিত নর্দমা ওভারফ্লো টানেল, 65 মিটার পর্যন্ত গভীরতায় চক এবং কাদামাটির মাধ্যমে বোর করার জন্য তিনটি টিবিএম ব্যবহার করে। শিকাগোর ডিপ টানেল প্রকল্প, এখন পর্যন্ত নির্মিত সবচেয়ে বড় টানেল সিস্টেমগুলির মধ্যে একটি, সম্মিলিত নর্দমা ওভারফ্লো স্টোরেজ এবং বন্যা নিয়ন্ত্রণের জন্য 175 কিলোমিটারের বেশি টানেল বোর করার জন্য TBM ব্যবহার করেছে। ছোট ব্যাসে, মাইক্রোটানেলিং মেশিন - মূলত ক্ষুদ্রাকৃতির TBM গুলি ভিতরে কর্মীদের ছাড়াই দূরবর্তীভাবে চালিত হয় - খোলা কাটা ট্রেঞ্চিং ছাড়াই শহুরে এলাকায় ইউটিলিটি পাইপ এবং নালীগুলি ইনস্টল করে।

রেল এবং উচ্চ-গতির রেল টানেল

পর্বতমালার মধ্য দিয়ে দূর-দূরত্বের রেল টানেল ইতিহাসের সবচেয়ে চ্যালেঞ্জিং এবং পালিত TBM প্রকল্পগুলির প্রতিনিধিত্ব করে। সুইজারল্যান্ডের Gotthard বেস টানেল - বিশ্বের দীর্ঘতম রেলওয়ে টানেল 57 কিলোমিটার - 2016 সালে 17 বছর নির্মাণের পর একাধিক TBM ব্যবহার করে সম্পন্ন হয়েছিল যা হার্ড গ্রানাইট, স্কিস্ট এবং একাধিক ফল্ট জোন সহ সুইস আল্পসের সম্পূর্ণ ভূতাত্ত্বিক জটিলতার মধ্য দিয়ে যেতে হয়েছিল। ইংল্যান্ড এবং ফ্রান্সের সংযোগকারী চ্যানেল টানেলটি ইংলিশ চ্যানেলের নীচে তিনটি টানেল (দুটি চলমান টানেল এবং একটি পরিষেবা টানেল) বহন করতে 11 টিবিএম ব্যবহার করেছিল। জাপানের চুও শিনকানসেন ম্যাগলেভ লাইনের মতো চলমান প্রকল্পগুলির মধ্যে রয়েছে কঠিন পর্বত ভূতত্ত্বের মাধ্যমে 25 কিলোমিটারের বেশি প্রসারিত টানেল, টিবিএম প্রযুক্তিকে নতুন সীমান্তে ঠেলে দেওয়া।

টানেল বোরিং মেশিন প্রজেক্টের আসল খরচ: সংখ্যাগুলি কী চালিত করে

TBM টানেলিং ব্যয়বহুল — প্রায়শই অসাধারণভাবে তাই — এবং খরচের কারণ কী তা বোঝা প্রকল্পের মালিক এবং প্রকৌশলীদেরকে টিবিএম টানেলিং সঠিক পছন্দ বনাম কাট-এন্ড-কভার বা ড্রিল-এবং-ব্লাস্ট নির্মাণের মতো বিকল্পগুলি সম্পর্কে সচেতন সিদ্ধান্ত নিতে সাহায্য করে৷

উন্নত দেশগুলিতে সাধারণ TBM টানেলের খরচ মেট্রো-আকারের টানেলের জন্য প্রতি কিলোমিটারে USD $50 মিলিয়ন থেকে $300 মিলিয়ন, ব্যাস, ভূতত্ত্ব, নগর জটিলতা এবং দেশ-নির্দিষ্ট শ্রম ও বস্তুগত খরচের উপর ভিত্তি করে উল্লেখযোগ্য পরিবর্তন সহ। এই পরিসংখ্যানগুলি বেশি — তবে তাদের অবশ্যই বিকল্পগুলির সম্পূর্ণ খরচের সাথে তুলনা করা উচিত, যার মধ্যে রয়েছে পৃষ্ঠের বিঘ্নের খরচ, সম্পত্তির প্রভাব এবং গভীর অবকাঠামো নির্মাণের প্রিমিয়াম যা একটি আধুনিক শহরের দুষ্প্রাপ্য স্থানকে গ্রাস করে না।

জিওটেকনিক্যাল ইনভেস্টিগেশন: কেন গ্রাউন্ড নলেজ টিবিএম টানেলিং-এ সবকিছু

কোনো একক ফ্যাক্টর TBM প্রকল্পের সাফল্য বা ব্যর্থতার উপর যন্ত্রটি নির্বাচন করার আগে পরিচালিত জিওটেকনিক্যাল তদন্তের গুণমানের চেয়ে বেশি প্রভাব ফেলে না। স্থল হল TBM-এর মাধ্যম, এবং মাটিতে বিস্ময় — অপ্রত্যাশিত ত্রুটি, জলের চাপে আকস্মিক পরিবর্তন, অন্যথায় নরম মাটিতে বোল্ডার, বা ভেঙে যাওয়া মিশ্র মুখের অবস্থা — হল বেশিরভাগ প্রধান TBM প্রকল্পের বিলম্ব, খরচ ওভাররান এবং নিরাপত্তা সংক্রান্ত ঘটনার মূল কারণ।

একটি TBM টানেলের জন্য একটি বিস্তৃত ভূ-প্রযুক্তিগত তদন্তের মধ্যে সাধারণত সারিবদ্ধভাবে নিয়মিত বিরতিতে বোরহোল ড্রিলিং অন্তর্ভুক্ত থাকে (শহুরে প্রকল্পগুলির জন্য প্রায়ই প্রতি 50-100 মিটার), শক্তি, ঘর্ষণ, ব্যাপ্তিযোগ্যতা এবং অন্যান্য বৈশিষ্ট্যগুলির জন্য শিলা ও মাটির নমুনার পরীক্ষাগার পরীক্ষা, ভূগর্ভস্থ জলের চাপ সনাক্তকরণ, জরিপ করা জরিপ, জরিপ পরিমাপ এবং জরিপ পর্যবেক্ষণ। গহ্বর, বা বোরহোলের মধ্যে অসঙ্গতি। খরচ হওয়া সত্ত্বেও - একটি পুঙ্খানুপুঙ্খ ভূ-প্রযুক্তিগত তদন্ত প্রোগ্রাম মোট প্রকল্প ব্যয়ের 1-3% প্রতিনিধিত্ব করতে পারে - অভিজ্ঞ টানেলিং ইঞ্জিনিয়াররা সর্বজনীনভাবে এটিকে একটি TBM প্রকল্পে ব্যয় করা সেরা অর্থ হিসাবে বিবেচনা করে। নির্মাণের আগে গ্রাউন্ড ইনভেস্টিগেশনে বিনিয়োগ করা প্রতিটি ডলার সাধারণত দশ বা ততোধিক ডলারের মূল্য হয় যা নির্মাণের সময় এড়িয়ে যাওয়া দাবি এবং বিলম্বে সংরক্ষণ করা হয়।

জিওটেকনিক্যাল বেসলাইন রিপোর্ট (জিবিআর) - একটি নথি যা ঠিকাদারের টিবিএম নির্বাচন এবং মূল্য নির্ধারণের স্থল আচরণের জন্য চুক্তির রেফারেন্স শর্তগুলিকে প্রতিষ্ঠিত করে - যে কোনও টিবিএম প্রকল্পের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ চুক্তির নথিগুলির মধ্যে একটি। বেসলাইন অতিক্রমকারী শর্তগুলি মালিক এবং ঠিকাদারের মধ্যে চুক্তিভিত্তিক ঝুঁকি ভাগাভাগি প্রক্রিয়াকে ট্রিগার করে। পুঙ্খানুপুঙ্খ তদন্তের ভিত্তিতে বেসলাইন সঠিক হওয়া, একটি ন্যায্য এবং সফল প্রকল্পের জন্য মৌলিক।

উদ্ভাবন টানেল বোরিং মেশিনের ভবিষ্যত গঠন করে

1950 এবং 1960 এর দশকে প্রথম সফল মেশিনগুলির পর থেকে TBM প্রযুক্তি উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত হয়েছে এবং উদ্ভাবনের গতি ধীর হওয়ার পরিবর্তে ত্বরান্বিত হচ্ছে। বেশ কিছু উন্নয়নশীল এলাকায় টানেলিং বোরিং মেশিনের পরবর্তী প্রজন্মকে সংজ্ঞায়িত করার সম্ভাবনা রয়েছে:

• রিয়েল-টাইম কাটারহেড পর্যবেক্ষণ এবং ভবিষ্যদ্বাণীমূলক রক্ষণাবেক্ষণ: আধুনিক টিবিএম ইতিমধ্যেই কয়েকশ সেন্সর বহন করে যা কম্পন, ঘূর্ণন সঁচারক বল, থ্রাস্ট, তাপমাত্রা এবং রিয়েল টাইমে স্থল চাপ পর্যবেক্ষণ করে। পরবর্তী ধাপ হল AI এবং মেশিন লার্নিংকে একীভূত করা যাতে এটি ঘটার আগে কাটার পরিধান এবং ব্যর্থতার পূর্বাভাস দেওয়া হয়, যাতে রক্ষণাবেক্ষণের হস্তক্ষেপগুলি প্রতিক্রিয়াশীল না হয়ে পরিকল্পনা করা যায়। এটি অপরিকল্পিত ডাউনটাইম কমিয়ে মেশিনের প্রাপ্যতা এবং অগ্রিম হারকে নাটকীয়ভাবে উন্নত করার সম্ভাবনা রয়েছে।
• স্বায়ত্তশাসিত এবং দূরবর্তীভাবে পরিচালিত TBM: যদিও টিবিএম টানেলিংয়ের সম্পূর্ণ অটোমেশন একটি দীর্ঘমেয়াদী লক্ষ্য রয়ে গেছে, বৃহত্তর অটোমেশনের দিকে উল্লেখযোগ্য পদক্ষেপ ইতিমধ্যেই চলছে। স্বয়ংক্রিয় সেগমেন্ট ইরেক্টর, জিপিএস-ভিত্তিক নির্দেশিকা সিস্টেম, এবং আধা-স্বায়ত্তশাসিত থ্রাস্ট ম্যানেজমেন্ট এখন উন্নত মেশিনে স্ট্যান্ডার্ড। বেশ কিছু নির্মাতারা ন্যূনতম অপারেটরের হস্তক্ষেপের সাথে বর্ধিত অপারেশনে সক্ষম মেশিনগুলি তৈরি করছে, টানেলের ভিতরে প্রয়োজনীয় কর্মী সংখ্যা কমিয়েছে এবং নিরাপত্তার উন্নতি করছে।
• বিকল্প কাটিয়া প্রযুক্তি: প্রচলিত ডিস্ক কাটারগুলি তাদের কঠিনতম শিলার প্রকারগুলিকে দক্ষতার সাথে ভেদ করার ক্ষমতা সীমিত। কাটারহেডের আগে লেজার, মাইক্রোওয়েভ, প্লাজমা এবং উচ্চ-চাপের জলের জেট প্রি-কন্ডিশনিং নিয়ে গবেষণা চলছে, খননের জন্য প্রয়োজনীয় শক্তি হ্রাস করা এবং TBMs অর্থনৈতিকভাবে কাজ করতে পারে এমন স্থল অবস্থার পরিসর বাড়ানোর লক্ষ্য নিয়ে।
• অ-বৃত্তাকার TBM ক্রস-সেকশন: স্ট্যান্ডার্ড টিবিএমগুলি বৃত্তাকার টানেল তৈরি করে, তবে অনেক অবকাঠামো অ্যাপ্লিকেশন - বিশেষ করে রাস্তার টানেল এবং সম্মিলিত ইউটিলিটি গ্যালারীগুলি - আয়তক্ষেত্রাকার বা ঘোড়ার শু-আকৃতির ক্রস-সেকশনগুলি থেকে উপকৃত হবে যা উপলব্ধ স্থানকে আরও দক্ষতার সাথে ব্যবহার করে। জাপান এবং চীনে বেশ কিছু পরীক্ষামূলক অ-বৃত্তাকার TBM তৈরি এবং পরীক্ষা করা হয়েছে, এবং যদিও প্রযুক্তিটি এখনও মূলধারার নয়, এটি শিল্পের জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ সীমান্তের প্রতিনিধিত্ব করে।
• রিং-বাই-রিং বাধা ছাড়াই অবিরাম টানেলিং: TBM অগ্রিমের বর্তমান স্টপ-স্টার্ট সাইকেল (থ্রাস্ট স্ট্রোক, তারপর সেগমেন্ট রিং ইনস্টল করতে থামুন, তারপর আবার শুরু করুন) মেশিনের নেট অগ্রিম হারকে সাধারণত তাত্ত্বিক সর্বাধিকের 50-70% পর্যন্ত সীমাবদ্ধ করে। ক্রমাগত টানেলিং সিস্টেম নিয়ে গবেষণা - যেখানে পর্যায়ক্রমে না হয়ে মেশিনের অগ্রগতির সাথে সেগমেন্টগুলি একযোগে ইনস্টল করা হয় - নাটকীয়ভাবে উত্পাদনশীলতা উন্নত করার সম্ভাবনা রয়েছে, যদিও ইঞ্জিনিয়ারিং চ্যালেঞ্জগুলি উল্লেখযোগ্য৷