हांगकांग का समुद्र के नीचे का राजमार्ग बनाने वाली विशाल सुरंग खोदने की मशीन

समुद्र के नीचे सड़क का निर्माण

27 दिसंबर, 2020 को हांगकांग ने एक नई तरह की जीवनरेखा खोली। तुएन मुन–चेक लैप कोक लिंक का उत्तरी संपर्क समुद्र तल को काटते हुए उत्तर-पश्चिमी न्यू टेरिटरीज़ को हांगकांग अंतरराष्ट्रीय हवाई अड्डे और हांगकांग–झुहाई–मकाऊ पुल से जोड़ता है। इस परियोजना के केंद्र में हेरेंकनेख्ट मिक्सशील्ड S-880 थी, जो एक सुरंग खोदने वाली मशीन है और जिसका नाम छिन लियांग्यू रखा गया था। 17.63 मीटर के शील्ड व्यास वाली यह मशीन अब भी शील्ड व्यास के आधार पर दुनिया की सबसे बड़ी सुरंग खोदने वाली मशीन का गिनीज़ वर्ल्ड रिकॉर्ड रखती है। यह फुटबॉल मैदान से भी लंबी, अधिकतर जहाज़ों से भारी थी और ऐसे दबावों में काम करने के लिए बनाई गई थी, जो सामान्य उपकरणों को कुचल सकते हैं। इससे खोदी गई सुरंग अब हांगकांग की सबसे गहरी, सबसे लंबी और सबसे चौड़ी पानी के नीचे की सड़क सुरंग है। यह 9 किलोमीटर लंबे मार्ग का हिस्सा है, जिसकी लागत लगभग HK$18.2 अरब, यानी करीब US$2.3 अरब रही।

यह परियोजना केवल रिकॉर्ड बनाने के लिए नहीं थी। यह उस शहर की जरूरत का जवाब थी, जिसे ज़मीन, समुद्र और हवाई मार्ग के बीच बेहतर संपर्क चाहिए था। कुल लगभग 5 किलोमीटर लंबी पानी के नीचे की दोहरी सुरंग को जहाज़ों के मार्गों, समुद्र तल की नरम कीचड़ और संवेदनशील तटीय पारिस्थितिकी के नीचे से गुजरना था। पुराने तरीकों से ऐसी सुरंग बनाने का मतलब होता बड़े पैमाने पर ड्रेजिंग, समुद्री यातायात में बाधा और पर्यावरण को लेकर वर्षों तक टकराव। इसका समाधान जर्मनी में बनी एक ऐसी मशीन थी, जो आगे बढ़ते हुए खुदाई कर सकती थी, ज़मीन को स्थिर रख सकती थी और सुरंग की लाइनिंग भी लगा सकती थी।

मशीन इतनी बड़ी क्यों होनी ज़रूरी थी

17.63 मीटर की शील्ड चुनने की वजह केवल इंजीनियरिंग की महत्वाकांक्षा नहीं, बल्कि खुद ज़मीन थी। तुएन मुन और चेक लैप कोक के बीच समुद्र तल के नीचे 30 मीटर तक समुद्री निक्षेप और जलोढ़ चिकनी मिट्टी मौजूद है। ये मिट्टियां बेहद नरम और पानी से संतृप्त हैं, जिससे सुरंग खोदना अस्थिर हो जाता है। कुछ जगहों पर आधारशिला समुद्र तल से करीब 90 मीटर नीचे है। पारंपरिक सुरंग खोदने वाली मशीन को पानी के रिसाव और मिट्टी धंसने की समस्या से जूझना पड़ता। परियोजना के लिए मिक्सशील्ड डिज़ाइन की जरूरत थी, ऐसी मशीन जो नियंत्रित घोल और संपीड़ित हवा के मिश्रण से खुदाई वाले मुख पर दबाव संतुलित कर सके।

मशीन का आकार यातायात की मांग से भी तय हुआ। प्रस्तावित सुरंग का आंतरिक व्यास 15.6 मीटर होना था, ताकि हर दिशा में राजमार्ग की दो लेन, साथ ही सुरक्षा के लिए जगह, वेंटिलेशन डक्ट, विद्युत प्रणालियां और रखरखाव मार्ग समा सकें। सुरंग खोदने वाली मशीन आगे बढ़ते हुए पहले से तैयार कंक्रीट लाइनिंग खंड लगाती है, इसलिए सुरंग का बाहरी व्यास उसके आंतरिक व्यास से बड़ा होना चाहिए। लाइनिंग रिंगों की मोटाई, टेल स्किन और कटर हेड को जोड़ने पर आवश्यक शील्ड व्यास 17.63 मीटर हो गया। यह भूमिगत गोलाई में घूमती छह मंज़िला इमारत की ऊंचाई के लगभग बराबर है। छिन लियांग्यू का आकार इसी बनावट के अनुरूप तय किया गया था।

मिक्सशील्ड समुद्र तल को कैसे थामे रखता है

सुरंग खोदने वाली मशीन को अक्सर एक विशाल ड्रिल कहा जाता है, लेकिन S-880 एक चलती-फिरती पनडुब्बी फैक्टरी की तरह काम करती थी। इसके अगले हिस्से में घूमता हुआ कटर हेड सुरंग के मुख से मिट्टी और चट्टान खुरचता था। कटर हेड के पीछे मशीन में खुदाई कक्ष था, जो बेंटोनाइट घोल, यानी मिट्टी जैसे गाढ़े तरल, और संपीड़ित हवा की परत से भरा रहता था। घोल सुरंग के मुख पर दबाव डालकर समुद्री पानी और कीचड़ को मशीन में घुसने से रोकता था। घोल के ऊपर मौजूद संपीड़ित हवा ऑपरेटरों को उस दबाव पर बारीकी से नियंत्रण देती थी। कटर हेड आगे बढ़ता तो खुदाई से निकला मलबा घोल में मिल जाता और पाइपलाइनों से सतह पर बने पृथक्करण संयंत्र तक पंप किया जाता। वहां मशीनें मिट्टी के कण अलग करतीं और साफ बेंटोनाइट को वापस भूमिगत भेज देतीं।

मशीन का अगला हिस्सा धरती को थामे रहता था, जबकि पिछला हिस्सा सुरंग की लाइनिंग लगाता था। एक रोबोटिक सेगमेंट इरेक्टर घुमावदार कंक्रीट खंडों को उठाकर रिंगों में लगाता था, जो सुरंग की दीवारें बनाती थीं। हर रिंग आसपास की ज़मीन को सहारा देती और एक चिकना बेलनाकार ढांचा तैयार करती, जिसमें बाद में सड़कें, लाइटें और वेंटिलेशन लगाए जाने थे। इस प्रक्रिया के लिए हर प्रणाली का तालमेल से आगे बढ़ना ज़रूरी था: दबाव, पंपिंग, घोल का रसायन, हाइड्रोलिक बल, खंडों की आपूर्ति और सर्वेक्षण। किसी एक हिस्से की गति धीमी पड़ती, तो पूरा काम रुक जाता। इस एकीकृत व्यवस्था ने एक मशीन को पूरी उत्पादन-श्रृंखला में बदल दिया।

समुद्र के नीचे काम करने का भारी दबाव

खुदाई वाले मुख पर जलस्थैतिक दबाव 5 बार तक पहुंचा, जो समुद्र तल पर वायुमंडलीय दबाव का पांच गुना है। यह उतना ही दबाव है, जितना एक गोताखोर को करीब 50 मीटर गहराई पर महसूस होता है। हांगकांग सरकार की समाचार सेवा की एक आधिकारिक रिपोर्ट में परिस्थितियों का वर्णन इस तरह किया गया:

तुएन मुन-चेक लैप कोक सुरंग का सबसे गहरा हिस्सा समुद्र तल से लगभग 60 मीटर नीचे है, और विशेषज्ञ हाइपरबैरिक कर्मचारियों को सतह के मुकाबले करीब छह गुना अधिक दबाव का सामना करना पड़ा।

कटर के मुख पर दबाव कायम रखते हुए कर्मचारियों को सुरक्षित रखने के लिए S-880 में एयरलॉक कक्ष थे। इन सीलबंद हिस्सों से कर्मचारी सामान्य वायुमंडलीय दबाव से चरणबद्ध तरीके से दबावयुक्त खुदाई कक्ष में जा सकते थे। काटने वाले औज़ारों का रखरखाव, निरीक्षण और मरम्मत करने के लिए प्रशिक्षित कर्मचारियों को दबावयुक्त क्षेत्र में जाना पड़ता था। वहां उन्हें हाइपरबैरिक चिकित्सा के सख्त प्रोटोकॉल का पालन करना और धीरे-धीरे दबाव कम करना होता था, ताकि डिकंप्रेशन सिकनेस से बचा जा सके। दबाव के संपर्क में रहने का समय सीमित था और काम के लिए चिकित्सकीय निगरानी ज़रूरी थी। इन परिस्थितियों ने सुरंग के सामान्य रखरखाव को गोताखोरी जैसे काम में बदल दिया।

सतह पर लौटे बिना आकार बदलना

परियोजना का सबसे असामान्य अध्याय खुदाई के शुरुआती 650 मीटर के बाद आया। उत्तरी प्रवेश संरचना के लिए 17.6 मीटर व्यास वाली सुरंग चाहिए थी, इसलिए छिन लियांग्यू ने पूरी क्षमता के आकार से काम शुरू किया। उस हिस्से के बाद पानी के नीचे का शेष मार्ग 14 मीटर व्यास में बनाया जा सकता था। मशीन को सतह तक खींचकर ले जाने और दूसरी सुरंग खोदने वाली मशीन शुरू करने के बजाय इंजीनियरों ने S-880 को सुरंग के भीतर ही रूपांतरित किया। 17.6 मीटर वाली शील्ड के बाहरी हिस्से हटाए गए, आंतरिक प्रणालियों को नए सिरे से व्यवस्थित किया गया और मशीन के समुद्र तल के नीचे रहते हुए 14 मीटर की नई शील्ड लगाई गई।

सुरंग के भीतर शील्ड का आकार घटाना बेहद दुर्लभ है। यह काम समुद्र के दबाव में, सीमित जगह पर और दिन के उजाले तक सीधी पहुंच के बिना करना पड़ा। रूपांतरण पूरा होने के बाद वही मशीन सुरंग के शेष हिस्से की खुदाई करती रही और उसके साथ दूसरी 14 मीटर की हेरेंकनेख्ट मशीन भी काम कर रही थी। दोनों मशीनों ने 27 फरवरी, 2019 को आर-पार खुदाई पूरी की। 17.63 मीटर वाले हिस्से की खुदाई 25 मार्च से 3 नवंबर, 2015 के बीच हुई थी, जिसके बाद रूपांतरण किया गया। इस प्रक्रिया को एक ऐसी प्रगति के रूप में दर्ज किया गया, जिसका इस्तेमाल उन भावी परियोजनाओं में किया जा सकता है जहां एक ही खुदाई मार्ग में अलग-अलग व्यास की सुरंगें चाहिए।

क्रॉस पैसेज में नवाचार

दो नलिकाओं वाली सड़क सुरंगों में आमतौर पर क्रॉस पैसेज, यानी दोनों मुख्य सुरंगों के बीच बने छोटे संपर्क गलियारे, चाहिए होते हैं। इनसे निकासी और रखरखाव संभव होता है। तुएन मुन–चेक लैप कोक लिंक में ऐसे 57 गलियारे बनाए जाने थे। इनके स्थान पर दबाव 5.8 बार तक पहुंचा, जो उस 3.6 बार की सीमा से अधिक था, जिस पर हेरेंकनेख्ट दबावयुक्त कक्ष में काम के लिए पेशेवर गोताखोरों के इस्तेमाल की सलाह देता है। पानी के नीचे बनी कुछ सुरंगों में पारंपरिक तरीका मिट्टी को जमाना रहा है। इस तकनीक में मिट्टी के पानी को जमा कर ज़मीन स्थिर की जाती है। नरम और पानी से संतृप्त समुद्री मिट्टी में यह तरीका धीमा और जोखिमभरा होता।

इसके बजाय टीम ने 3.6 मीटर की एक मिनी-स्लरी सुरंग खोदने वाली मशीन का इस्तेमाल किया। इतने अधिक दबाव में क्रॉस पैसेज बनाने के लिए यह दुनिया में पहली बार किया गया था। छोटी मशीन ने दोनों मुख्य नलिकाओं के बीच की दीवारों में सुरंग बनाई, जबकि आसपास की घोल प्रणाली दबाव को नियंत्रित रखती थी। इस समाधान से मिट्टी जमाने की जरूरत नहीं पड़ी, निर्माण का समय घटा और ऐसे माहौल में जोखिम सीमित रहा जहां समुद्री पानी, नरम चिकनी मिट्टी और अत्यधिक दबाव मिलकर काम करने की जगह को खतरनाक बना रहे थे।

गति, पुरस्कार और पर्यावरणीय लाभ

जटिलता के बावजूद S-880 ने तेज़ी से काम किया। एक दिन में इसकी अधिकतम प्रगति 30 मीटर तक पहुंची और एक सप्ताह का रिकॉर्ड 167.2 मीटर रहा। ये आंकड़े सिर्फ मशीन की ताकत नहीं, बल्कि कंक्रीट खंडों, बेंटोनाइट और अतिरिक्त पुर्जों की निरंतर आपूर्ति बनाए रखने के लिए ज़रूरी तालमेल भी दिखाते हैं। अमेरिकन सोसाइटी ऑफ मैकेनिकल इंजीनियर्स के रिकॉर्ड के मुताबिक, मशीन की शक्ति 5,600 किलोवाट थी और यह पानी से संतृप्त मिट्टी तथा चट्टान में प्रतिदिन करीब 30 मीटर आगे बढ़ सकती थी।

इंटरनेशनल टनलिंग एंड अंडरग्राउंड स्पेस एसोसिएशन ने निर्माण के दौरान इस्तेमाल किए गए तकनीकी नवाचारों के लिए 2019 में परियोजना को ITA टनलिंग अवॉर्ड दिया। एक और पुरस्कार-विजेता समाधान उत्तरी प्रवेश संरचनाओं में इस्तेमाल की गई कैटरपिलर कॉफरडैम प्रणाली थी, जो बेहद नरम मिट्टी में पारंपरिक डायाफ्राम दीवार का विकल्प बनी। पर्यावरण से जुड़े लाभ भी उतने ही महत्वपूर्ण थे। हांगकांग हाईवे विभाग ने इंजीनियरिंग पर एक आलेख में लिखा:

पारंपरिक इमर्स्ड ट्यूब पद्धति के बजाय सुरंग खोदने वाली मशीनों के इस्तेमाल से लगभग 1.1 करोड़ घन मीटर समुद्री तलछट की ड्रेजिंग और निपटान से बचा जा सका। यह मात्रा करीब 4,900 मानक स्विमिंग पूलों की क्षमता के बराबर है। इससे चीनी सफेद डॉल्फ़िन और अन्य समुद्री जीवों पर प्रभाव कम करने में मदद मिली।

उसी आधिकारिक टिप्पणी में कहा गया कि इस पद्धति से उर्मस्टन रोड पर भारी समुद्री यातायात में बाधा कम हुई और हवाई अड्डे को बिजली देने वाली मौजूदा समुद्र-तलीय केबलों का मार्ग बदलने की जरूरत भी नहीं पड़ी। उत्तरी संपर्क 27 दिसंबर, 2020 को यातायात के लिए खुला, जबकि दक्षिणी संपर्क 2018 में ही खुलना शुरू हो गया था। इससे यह मार्ग हांगकांग–झुहाई–मकाऊ पुल के बड़े नेटवर्क से जुड़ गया।

एक ऐसा रिकॉर्ड जो अब भी अपने दौर की पहचान है

S-880 छिन लियांग्यू अब हर तकनीकी श्रेणी में सबसे शक्तिशाली मशीन नहीं है। हाल के वर्षों में चीन और अन्य देशों में अधिक धक्का देने की क्षमता, अधिक स्वचालन या अलग तरह के कटर हेड वाली नई सुरंग खोदने वाली मशीनें सामने आई हैं। लेकिन गिनीज़ अब भी शील्ड व्यास का रिकॉर्ड छिन लियांग्यू को देता है, और इसने जो परियोजना पूरी की, वह असाधारण बनी हुई है। बहुत कम मशीनों ने एक ही लगातार खुदाई अभियान में इतना बड़ा व्यास, समुद्र के नीचे इतना गहरा दबाव और सुरंग के भीतर शील्ड का रूपांतरण एक साथ संभव किया है।

यह मशीन तटीय शहरों में बुनियादी ढांचे के निर्माण के तरीके में आए व्यापक बदलाव का भी प्रतीक है। बंदरगाहों, हवाई अड्डों और महानगरीय क्षेत्रों में भीड़ बढ़ने के साथ योजनाकार नए मार्गों के लिए ज़मीन के नीचे और पानी के भीतर देख रहे हैं। S-880 जैसी विशाल मशीनें पुराने तरीकों की तुलना में सतह पर कम बाधा डालकर, कम ड्रेजिंग के साथ और पारिस्थितिकी पर कम असर के साथ ऐसे मार्ग बनाने में मदद करती हैं। ये महंगी हैं, बहुत ऊर्जा लेती हैं और तकनीकी रूप से चुनौतीपूर्ण हैं, लेकिन निर्माण स्थलों से अधिक तटरेखा ढके बिना क्षमता बढ़ाने का रास्ता देती हैं।

छिन लियांग्यू का नाम मिंग राजवंश के एक चीनी सेनापति के नाम पर रखा गया था। उनका जन्म 1574 में हुआ था और वे साहस व निष्ठा के लिए जाने जाते थे। यह नाम सुरंग निर्माण की उस लंबी परंपरा के अनुरूप है जिसमें बड़ी सुरंग खोदने वाली मशीनों को महिलाओं के नाम दिए जाते हैं। यह प्रथा उन्नीसवीं सदी से चली आ रही है। इस मायने में यह मशीन हांगकांग के नीचे चट्टानों में अतीत और भविष्य, दोनों को लेकर चली।

मुख्य बातें

• हेरेंकनेख्ट मिक्सशील्ड S-880 छिन लियांग्यू के नाम शील्ड व्यास के आधार पर दुनिया की सबसे बड़ी सुरंग खोदने वाली मशीन का गिनीज़ वर्ल्ड रिकॉर्ड है। इसका व्यास 17.63 मीटर है।
• इस मशीन ने तुएन मुन–चेक लैप कोक लिंक की 5 किलोमीटर लंबी दोहरी पानी के नीचे की सुरंग खोदी, जो दिसंबर 2020 में खुली।
• परियोजना की लागत लगभग HK$18.2 अरब थी। यह अब हांगकांग की सबसे गहरी, सबसे लंबी और सबसे चौड़ी पानी के नीचे की सड़क सुरंग है।
• मिक्सशील्ड तकनीक ने नरम, पानी से संतृप्त समुद्री तल की मिट्टी में दबाव नियंत्रित करने के लिए बेंटोनाइट घोल और संपीड़ित हवा का इस्तेमाल किया।
• काम 5.8 बार तक के दबाव में हुआ। रखरखाव दलों के लिए हाइपरबैरिक प्रोटोकॉल और एयरलॉक कक्षों की जरूरत पड़ी।
• इंजीनियरों ने मशीन को सुरंग के भीतर ही 17.6 मीटर से 14 मीटर में बदला। सुरंग के भीतर शील्ड का आकार घटाने का यह दुर्लभ उदाहरण है।
• 3.6 मीटर की मिनी-स्लरी TBM ने अधिक दबाव में 57 क्रॉस पैसेज बनाए। उद्योग में ऐसा पहली बार हुआ।
• परियोजना से करीब 1.1 करोड़ घन मीटर ड्रेजिंग कम हुई और समुद्री जीवों व जहाज़ों के मार्गों पर असर घटा।