சாதனைப் படைக்கும் கடலடி ரயில் சுரங்கத்திற்காக முதல் மும்மக் கலப்பு வாயு அமைப்பைப் பயன்படுத்தும் சீனப் பொறியாளர்கள்

அலைகளுக்குக் கீழே ஒரு திருப்புமுனை

பூமியில் மிக நீளமான கடலடி அதிவேக ரயில் சுரங்கமாக உருவாகவுள்ள 16.18 கிலோமீட்டர் நீள ஜிந்தாங் கடலடி சுரங்கத்தின் கட்டுமானத்துக்கு ஆதரவாக, சீனா முதன்முறையாக மும்மக் கலப்பு வாயு கேடயச் சுரங்கத் தோண்டும் அமைப்பைப் பயன்படுத்தியுள்ளது. உள்நாட்டிலேயே உருவாக்கப்பட்ட இந்தத் தொழில்நுட்பம், பாரம்பரிய வரம்புகளைப் பெருமளவு மீறும் அழுத்தங்களிலும் தொழிலாளர்கள் பாதுகாப்பாகப் பணியாற்ற வழிவகுக்கிறது; இது நிலத்தடி பொறியியலில் ஒரு முக்கிய முன்னேற்றமாகும். சுரங்கத்தின் Zhoushan பகுதியிலுள்ள பிரிவில் இந்த அமைப்பு செயல்பாட்டுக்கு வந்துள்ளது. ரயில்வே கட்டுமானத்தில் இதுவரை எதிர்கொள்ளப்பட்ட மிகக் கடினமான நிலைகளில் சிலவற்றை அங்குள்ள குழுவினர் சந்திக்கின்றனர். ஹீலியம், நைட்ரஜன், ஆக்சிஜன் ஆகியவற்றைத் துல்லியமான விகிதங்களில் கலப்பதன் மூலம், ஆழ்கடல் ஆய்வுகளில் வழக்கமாக எதிர்கொள்ளப்படும் அளவுக்கு நீர் மற்றும் மண் அழுத்தம் உள்ள சூழலிலும் மனிதர்கள் உயிர்வாழவும் விழிப்புடன் இருக்கவும் இந்தக் கருவி உதவுகிறது.

மிக நீளமான கடலடி அதிவேக ரயில் சுரங்கத்தின் உட்புறம்

கிழக்கு சீனாவின் Zhejiang மாகாணத்தில், பரபரப்பான நீர்வழியின் குறுக்கே Ningbo நகரையும் Zhoushan நகரையும் ஜிந்தாங் சுரங்கம் இணைக்கும். கட்டி முடிக்கப்பட்டதும், 16.18 கிலோமீட்டர் நீளமுள்ள இந்தப் பாதை, உலகின் மிக நீளமான கடலடி அதிவேக ரயில் சுரங்கம் என்ற சாதனையைப் படைக்கும். நீளத்திலும் சிக்கல்தன்மையிலும் ஏற்கெனவே உள்ள கடலடி ரயில் பாதைகளை இது வெகுவாக விஞ்சும். Zhoushan தீவுக்கூட்ட நகரத்தை நிலப்பகுதியுடன் மேலும் நெருக்கமாக இணைக்கும் பெரிய போக்குவரத்து வலையமைப்பின் முக்கியப் பகுதியாக இந்தத் திட்டம் அமைகிறது. புவியியல் தனிமை காரணமாக, பயணிகளுக்கும் சரக்குப் போக்குவரத்துக்கும் நீண்டகாலமாகச் சவாலாக இருந்துள்ளது இந்த நகரம்.

Zhoushan பகுதியில் உள்ள கட்டுமானக் குழுக்கள் 6,270 மீட்டர் நீளமுள்ள கேடயச் சுரங்கத் தோண்டும் பிரிவுக்குப் பொறுப்பாக உள்ளன. கடலடிப் பாறை அடுக்குகளின் மாறுபட்ட புவியியல் அமைப்புகளைக் கடந்து, பல மாதங்கள் தொடர்ந்து தோண்ட வேண்டிய தூரம் இது. கேடய இயந்திரங்கள், சுரங்கத் தோண்டும் இயந்திரங்கள் அல்லது TBM-கள் என்றும் அழைக்கப்படுகின்றன. இவை வட்ட வடிவப் பாதைகளைத் தோண்டியபடியே இடிந்து விழுவதைத் தடுக்கும் ஆதரவுக் கட்டமைப்புகளையும் பொருத்துகின்றன. இந்தப் பிரம்மாண்ட இயந்திரங்கள் சுழலும் வெட்டுத் தலைகளைக் கொண்டு பாறைகளையும் படிவுகளையும் அரித்துத் தோண்டுகின்றன. ஆனால், வெட்டுக் கருவிகள் தேய்ந்து போவதால் அவற்றைத் தொடர்ந்து ஆய்வு செய்யவோ மாற்றவோ வேண்டும். நீர்மட்டத்துக்குக் கீழே ஆழத்தில் உள்ள அழுத்த அறைக்குள் இந்தப் பராமரிப்புப் பணிகளைச் செய்வது, சிவில் பொறியியலின் மிக ஆபத்தான வேலைகளில் ஒன்றாகும்.

பாரம்பரிய முறைகள் ஏன் வரம்பை எட்டுகின்றன

மிக அதிக அழுத்தமுள்ள அறைகளில் பணியாற்றுவது, கேடயச் சுரங்கத் தோண்டும் துறையின் மிகக் கடுமையான சவால்களில் ஒன்றாகும். பல தசாப்தங்களாக, அகழ்வுப் பகுதியில் நீர் புகாமல் தடுக்கவும், வெட்டுத் தலைக்குப் பராமரிப்பு செய்யத் தொழிலாளர்கள் உள்ளே செல்லவும் அழுத்தப்பட்ட காற்று அமைப்புகளைப் பயன்படுத்தி வந்துள்ளனர். வழக்கமான அழுத்தப்பட்ட காற்று முறைகளுக்கான பாதுகாப்பு அழுத்த வரம்பு 0.5 மெகாபாஸ்கல் என அங்கீகரிக்கப்பட்டுள்ளது. இந்த வரம்பைத் தாண்டினால், அழுத்தக் குறைவு நோய் மற்றும் பிற உடலியல் பாதிப்புகளின் அபாயம் வேகமாக அதிகரித்து, மனிதர்கள் உள்ளே செல்வது மிக ஆபத்தானதாகிவிடும்.

ஆனால், ஜிந்தாங் சுரங்கம் இந்தப் பழைய வரம்புகளை மீறுகிறது. அதன் மிக ஆழமான பகுதி கடல் மட்டத்திலிருந்து 78 மீட்டர் கீழே உள்ளது; அங்கு நீர் மற்றும் மண்ணின் கூட்டு அழுத்தம் 0.85 மெகாபாஸ்கலை எட்டுகிறது. இந்த அழுத்தத்தைப் புரிந்துகொள்ள, ஒரு யுவான் நாணயத்தைவிடச் சிறிய பரப்பில் சுமார் 30 கிலோகிராம் எடை அழுத்துவதாகக் கற்பனை செய்யுங்கள். வழக்கமான அழுத்தப்பட்ட காற்று நடைமுறைகளைப் பயன்படுத்தி இந்த அழுத்தத்தைத் தொழிலாளர்கள் தாங்குவது சாத்தியமற்றது. எனவே, உயிர் ஆதரவு மற்றும் அழுத்த மேலாண்மைக்கு முற்றிலும் வேறுபட்ட அணுகுமுறை தேவைப்பட்டது.

ஆழ்கடல் அனுபவத்திலிருந்து பெறப்பட்ட தீர்வு

இந்தக் கடும் தடையை எதிர்கொண்ட கட்டுமானக் குழு, வழக்கமான சுரங்கத் தொழில்நுட்பத்தை நாடாமல் ஆழ்கடல் மூழ்குதலை முன்மாதிரியாகக் கொண்டது. நிறைவூட்ட மூழ்குதல் மற்றும் கலப்பு வாயு சுவாச அமைப்புகள், சாதாரண அழுத்தப்பட்ட காற்று உயிருக்கு ஆபத்தாகும் கடல் ஆழங்களில் வணிகரீதியாகப் பணியாற்ற மூழ்குநர்களுக்கு நீண்டகாலமாக உதவி வருகின்றன. கடலுக்கு அப்பால் உள்ள எண்ணெய்த் தளத்தில் கட்டமைப்பைப் பழுதுபார்க்கும் தொழிலாளராக இருந்தாலும், நிலத்தடியில் நூற்றுக்கணக்கான மீட்டர் ஆழத்தில் சுரங்க வெட்டுத் தலத்தின் தேய்ந்த பாகங்களை மாற்றும் தொழிலாளராக இருந்தாலும், ஒரே உடலியல் விதிகளே பொருந்தும். இந்தக் கடல்சார் கொள்கைகளைப் பொறியாளர்கள் சுரங்கக் கட்டுமானத்துக்கென வடிவமைக்கப்பட்ட ஹீலியம், நைட்ரஜன், ஆக்சிஜன் அடங்கிய மும்மக் கலப்பு வாயு அமைப்பாக மாற்றியமைத்தனர்.

இந்த அமைப்பில் ஹீலியமே முக்கிய மாற்றத்தை ஏற்படுத்துகிறது. சாதாரண காற்றின் பெரும்பகுதியான நைட்ரஜனைப் போலல்லாமல், ஹீலியம் குறைந்த அடர்த்தியைக் கொண்டது; திசுக்களுக்குள் வேகமாகப் பரவுகிறது. மிகுந்த அழுத்தத்தில், வழக்கமான சுவாச வாயுவிலுள்ள நைட்ரஜன் ஆபத்தான அளவில் ரத்தத்தில் கரைந்து, நைட்ரஜன் போதையை ஏற்படுத்தும். சில நேரங்களில் ‘ஆழத்தின் பரவசம்’ என்று அழைக்கப்படும் இந்த நிலை, சிந்தனைத் தெளிவைக் குலைத்து எதிர்வினை வேகத்தைக் குறைக்கிறது. நிலத்தடியில் நூற்றுக்கணக்கான மீட்டர் ஆழத்தில் குழப்பமடைந்த தொழிலாளர், தனக்கும் சக ஊழியர்களுக்கும் ஆபத்தாக இருக்கலாம். ஆக்சிஜனை அதிகப் பகுதி அழுத்தத்தில் நீண்ட நேரம் சுவாசிப்பதும் நச்சுத்தன்மையை ஏற்படுத்தும். இந்த இரண்டு பிரச்சினைகளையும் ஹீலியம் தவிர்க்கிறது. ஆழ்கடல் தரையை ஒத்த சூழலில் பணியாற்றும் தொழிலாளர்களின் மனத் தெளிவையும் உடலியல் நிலைத்தன்மையையும் பேணும் பாதுகாப்பான ஊடகமாக அது விளங்குகிறது.

மூழ்குதல் தொழில்நுட்பத்தைச் சுரங்கத் தோண்டுதலுக்குப் பயன்படுத்துவது, உள்கட்டமைப்புப் பொறியியலில் வளர்ந்து வரும் போக்கைப் பிரதிபலிக்கிறது. பல்வேறு துறைகளுக்கிடையே தீர்வுகள் அதிகளவில் பகிரப்படுகின்றன. கடலுக்கு அப்பால் உள்ள எண்ணெய்த் தளங்களில் பணியாற்றும் மூழ்குநர்களுக்குப் பயன்படும் தொழில்நுட்பத்தை, கவனமாக மாற்றியமைத்தால், நிலத்தடியில் நூற்றுக்கணக்கான மீட்டர் ஆழத்தில் பணியாற்றும் ரயில்வே கட்டுமானக் குழுக்களையும் பாதுகாக்க முடியும். கடல்சார் அறிவியலும் சிவில் பொறியியலும் இணையும் இந்தப் போக்கு, உலகெங்கும் கடலோரப் பகுதிகளில் உருவாகும் அடுத்த தலைமுறை நிலத்தடித் திட்டங்களை வரையறுக்கக்கூடும்.

மும்மக் கலப்பு வாயு அமைப்பு எவ்வாறு செயல்படுகிறது

புதிய கருவி என்பது வண்டியில் வைக்கப்பட்ட சில வாயு உருளைகள் மட்டுமல்ல. இதில் வாயு கலப்புக்கான ஒரு தொகுதி, வாயு விநியோகத்துக்கான மற்றொரு தொகுதி என இரண்டு முக்கியப் பகுதிகள் உள்ளன. இவற்றுடன், வாயுப் பகிர்வு மையங்கள், விநியோக மையங்கள், தனிப்பட்ட சுவாசக் கருவிகள் உள்ளிட்ட 113 சிறப்பு துணைத் தொகுதிகளும் இணைக்கப்பட்டுள்ளன. இந்தத் தொகுதிமுறை வடிவமைப்பு, அழுத்த அறைக்குள் இருக்கும் ஒவ்வொரு தொழிலாளருக்கும் வழங்கப்படும் வாயுக் கலவையைத் துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்த உதவுகிறது.

0.5 முதல் 1 மெகாபாஸ்கல் வரையிலான அழுத்தத்தில் இந்த அமைப்பு பணிகளை ஆதரிக்க முடியும். இந்த உச்ச வரம்பு, ஜிந்தாங் சுரங்கத்தில் பதிவாகும் அதிகபட்ச அழுத்தமான 0.85 மெகாபாஸ்கலைவிடவும் அதிகம்; இதனால் எதிர்காலத்தில் இன்னும் சவாலான திட்டங்களுக்கும் பாதுகாப்பு இடைவெளி கிடைக்கிறது. வெட்டுத் தலத்தில் நிலவும் சுற்றுப்புற அழுத்தத்துக்கு ஏற்ப, ஹீலியம், நைட்ரஜன், ஆக்சிஜன் ஆகியவற்றின் விகிதங்களை வாயுக் கலப்பு நெறிமுறைகள் நிகழ்நேரத்தில் மாற்றியமைக்கின்றன. இதனால், சுரங்கம் எந்த ஆழத்தில் சென்றாலும் தொழிலாளர்களுக்கு உகந்த சுவாசக் கலவை கிடைப்பது உறுதிசெய்யப்படுகிறது.

ஒவ்வொரு பாகமும் அரிக்கும் தன்மை கொண்ட உப்புநீர் சூழல், சுரங்கத் தோண்டும் இயந்திரத்தின் தொடர்ச்சியான அதிர்வு, மிகை அழுத்த நிலைகளின் இயந்திர அழுத்தம் ஆகியவற்றைத் தாங்க வேண்டும். ஏதேனும் ஒரு துணைத் தொகுதியில் கோளாறு ஏற்பட்டாலும், ஒட்டுமொத்தக் குழுவின் உயிர் ஆதரவு பாதிக்கப்படாத வகையில் பொறியாளர்கள் மாற்றுப் பாதுகாப்பு அமைப்புகளை வடிவமைத்துள்ளனர். அறைக்குள் நுழையாமலேயே, மேற்பரப்பிலுள்ள குழுக்கள் வாயு ஓட்ட விகிதங்கள், அழுத்த நிலைகள், ஒவ்வொரு தொழிலாளரின் முக்கிய உடல்நலக் குறியீடுகள் ஆகியவற்றைக் கண்காணிக்க தொலைநிலைக் கண்காணிப்பு உதவுகிறது.

கடும் சூழல்களில் தொழிலாளர்களைப் பாதுகாத்தல்

அழுத்தமுள்ள அகழ்வுப் பகுதிக்குள் மனிதர்கள் செல்லும்போது, பாதுகாப்பே முதன்மையான கவலையாக உள்ளது. அதிக அழுத்தமுள்ள சூழலில் நைட்ரஜன் போதை மிகவும் நுட்பமாக உருவாகும் ஆபத்துகளில் ஒன்று. அழுத்தத்தின் கீழ் இந்தச் செயலற்ற வாயு நரம்புத் திசுக்களில் கரைந்து, மது போதை போன்ற அறிகுறிகளை ஏற்படுத்துகிறது. நைட்ரஜன் போதையால் பாதிக்கப்பட்ட தொழிலாளர், அளவுக்கு மீறிய உற்சாகத்தையோ குழப்பத்தையோ உணரலாம்; இதனால் வழக்கமான பராமரிப்புப் பணியே உயிருக்கு ஆபத்தானதாக மாறும். ஹீலியம் இத்தகைய போதை விளைவை ஏற்படுத்தாது. அதனால்தான் ஆழ்கடல் மூழ்குநர்களும் இப்போது சுரங்கத் தொழிலாளர்களும் அதைப் பயன்படுத்துகின்றனர்.

ஆக்சிஜன் நச்சுத்தன்மையும் மற்றொரு ஆபத்தாகும். உயிர்வாழ ஆக்சிஜன் அவசியம் என்றாலும், அதிகரித்த பகுதி அழுத்தத்தில் அதை நீண்ட நேரம் சுவாசிப்பது நுரையீரலையும் மத்திய நரம்பு மண்டலத்தையும் பாதிக்கக்கூடும். ஆக்சிஜனை ஹீலியத்துடன் நீர்த்துக் கலந்து, கலவையின் விகிதத்தைத் துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம், கடுமையான உடல் உழைப்புக்குத் தேவையான வாயுவை வழங்கியபடியே நச்சுத்தன்மை ஏற்படுத்தும் அளவுக்குக் குவிவதை மும்மக் கலப்பு அமைப்பு தடுக்கிறது.

அழுத்தக் குறைப்பு நடைமுறைகளையும் கவனமாகக் கையாள வேண்டும். ஒரு பணிநேரத்தை முடித்ததும், உடலில் கரைந்துள்ள வாயுக்கள் படிப்படியாக வெளியேறுவதற்கு, தொழிலாளர்கள் பல்வேறு அழுத்த நிலைகளைக் கடந்து மேலே வர வேண்டும். விரைவாக அழுத்தம் குறைந்தால், ரத்தத்தில் குமிழ்கள் உருவாகி அழுத்தக் குறைவு நோய் ஏற்படும். இது வலிமிக்க, உயிருக்கு ஆபத்தான நிலையாகும். ஒவ்வொரு பணிநேரத்திலும் உடலில் சேர்ந்துள்ள வாயுவின் அளவுக்கு ஏற்ப வடிவமைக்கப்பட்ட கட்டுப்படுத்தப்பட்ட அழுத்தக் குறைப்பு அட்டவணைகளை இந்தக் கலப்பு வாயு அமைப்பு ஆதரிக்கிறது.

உலகளாவிய உள்கட்டமைப்புக்கு இதன் பொருள்

சீனாவின் இந்த மும்மக் கலப்பு வாயு கேடயச் சுரங்கத் தோண்டும் அமைப்பு வெற்றிகரமாகப் பயன்படுத்தப்பட்டிருப்பது, உலகெங்கிலும் உள்ள உள்கட்டமைப்புத் திட்டங்களுக்குப் படிப்பினைகளை வழங்குகிறது. Tokyo முதல் New York வரையிலான கடலோர நகரங்கள், நீர்வழிகளுக்குக் கீழே போக்குவரத்து வலையமைப்புகளை விரிவுபடுத்த வேண்டிய அழுத்தத்தை அதிகரித்துவருகின்றன. ஆனால், முன்மொழியப்படும் பல பாதைகளிலும் Ningbo-Zhoushan வழித்தடத்துக்குக் கீழே உள்ளதைப் போன்ற புவியியல் நிலைமைகள் காணப்படுகின்றன. 1 மெகாபாஸ்கல் வரையிலான அழுத்தத்தில் பாதுகாப்பாகப் பணியாற்றும் திறன், இதுவரை சாத்தியமில்லாத பாதைகளையும் பரிசீலிக்க வாய்ப்பளிக்கிறது. பயண நேரத்தையும் சுற்றுச்சூழல் பாதிப்பையும் குறைக்கும் வகையில், இன்னும் ஆழமான, நேரடியான பாதைகளைப் பொறியாளர்கள் திட்டமிட முடியும்.

உள்நாட்டளவில், இந்தப் புதிய கண்டுபிடிப்பு, பெரிய அளவிலான சுரங்கத் தோண்டுதலில் சீனப் பொறியாளர்களின் முன்னணிப் பங்கை வலுப்படுத்துகிறது. பூமியில் மிகவும் லட்சியமான நிலத்தடி போக்குவரத்து அமைப்புகளில் சிலவற்றை ஏற்கெனவே அந்த நாடு இயக்கிவருகிறது. கடலடி ரயில் பாதை மேம்பாட்டைத் தடுத்து வந்த முக்கிய இடையூறை இந்தத் தொழில்நுட்பம் நீக்குகிறது. பிற துறைகளுக்கும் இதனால் பலன் கிடைக்கலாம். நிலத்தடி சுரங்கத் தொழில், கடலடிக் கம்பி நிறுவுதல், அறிவியல் துளையிடும் திட்டங்கள் ஆகிய அனைத்திலும் மிகை அழுத்தச் சூழல்கள் உள்ளன; அங்கு கலப்பு வாயு உயிர் ஆதரவு பயனுள்ளதாக அமையக்கூடும்.

ஜிந்தாங் சுரங்கத்தைப் பொறுத்தவரை, தொழிலாளர் பாதுகாப்பைத் தியாகம் செய்யாமல், 6,270 மீட்டர் நீளமுள்ள Zhoushan பகுதியின் பணிகளைத் திட்டமிட்ட காலத்துக்குள் முன்னெடுக்க இந்த அமைப்பு உதவுகிறது. சுரங்கம் கட்டி முடிக்கப்பட்டதும், நிலப்பகுதிக்கும் தீவுக்கூட்டத்துக்கும் இடையிலான பயண நேரம் வெகுவாகக் குறையும். இதன் மூலம் Zhejiang மாகாணம் முழுவதும் பொருளாதார ஒருங்கிணைப்பும் சுற்றுலாவும் மேம்படும்.

சுருக்கமாக

• Zhejiang மாகாணத்தில் உள்ள ஜிந்தாங் கடலடி சுரங்கத் திட்டத்தில், உள்நாட்டிலேயே உருவாக்கப்பட்ட முதல் மும்மக் கலப்பு வாயு கேடயச் சுரங்கத் தோண்டும் அமைப்பைச் சீனா செயல்பாட்டுக்குக் கொண்டுவந்துள்ளது.
• 16.18 கிலோமீட்டர் நீளமுள்ள இந்தச் சுரங்கம், Ningbo நகரையும் Zhoushan நகரையும் இணைத்து, பூமியின் மிக நீளமான கடலடி அதிவேக ரயில் சுரங்கமாக உருவாகும்.
• பாரம்பரிய அழுத்தப்பட்ட காற்று முறைகளின் வரம்பு 0.5 மெகாபாஸ்கல். ஆனால், ஜிந்தாங் சுரங்கத்தின் மிக ஆழமான பகுதி கடல் மட்டத்துக்கு 78 மீட்டர் கீழே 0.85 மெகாபாஸ்கல் அழுத்தத்தை எட்டுகிறது.
• அதிக அழுத்தச் சூழலில் பணியாற்றும்போது நைட்ரஜன் போதையையும் ஆக்சிஜன் நச்சுத்தன்மையையும் தடுக்கவும், பாதுகாப்பான சுவாசச் சூழலை உருவாக்கவும் புதிய அமைப்பு ஹீலியம், நைட்ரஜன், ஆக்சிஜன் ஆகியவற்றைக் கலக்கிறது.
• ஆழ்கடல் மூழ்குதல் தொழில்நுட்பங்களை மாற்றியமைத்துப் பொறியாளர்கள் இந்த அமைப்பை உருவாக்கியுள்ளனர். 113 ஒருங்கிணைந்த துணைத் தொகுதிகள் மூலம், 0.5 முதல் 1 மெகாபாஸ்கல் வரையிலான அழுத்தத்தில் பணிகளை இது ஆதரிக்கிறது.