Construction Sequence Optimization for Diaphragm Wall Obstruction Removal Using a Horizontal Full-Rotation Drilling Rig
यह शोध पत्र एक क्षैतिज पूर्ण-घूर्णन ड्रिलिंग रिग (horizontal full-rotation drilling rig) का उपयोग करके एक मौजूदा मेट्रो स्टेशन के नीचे डायफ्राम वॉल बाधाओं को हटाने के लिए एक निर्माण अनुक्रम अनुकूलन का प्रस्ताव और सत्यापन करता है, जो संख्यात्मक सिमुलेशन और क्षेत्र निगरानी के माध्यम से यह प्रदर्शित करता है कि यह विधि सीधे शील्ड कटिंग की तुलना में संरचनात्मक विरूपण को काफी कम करती है और विशिष्ट अंतराल समूह निर्माण अनुक्रम सबसे अनुकूल भू-स्थिरता परिणाम प्रदान करते हैं।
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हमारे शहरों के नीचे की भूमिगत दुनिया की कल्पना एक विशाल, हलचल भरी लाइब्रेरी के रूप में करें जहाँ ट्रेनें स्टैक्स (stacks) के बीच दौड़ती हुई किताबें हैं। कभी-कभी, एक पुराने, व्यस्त स्टेशन के ठीक नीचे एक नई ट्रेन लाइन बनाने की आवश्यकता होती है। लेकिन यहाँ एक समस्या है: वह पुराना स्टेशन भारी, कंक्रीट के "बुकएंड्स" (bookends) द्वारा थामे रखा गया है जिन्हें डायफ्राम वॉल्स (diaphragm walls) कहा जाता है, जो दशकों पहले स्टील बीम के साथ बनाए गए थे। इस नई सुरंग को बनाने के लिए, इन जिद्दी दीवारों को हटाना होगा। यदि आप उन्हें एक विशाल, शोर करने वाली मशीन (जैसे कि शील्ड टनलिंग रोबोट) से तोड़ने की कोशिश करते हैं, तो यह एक चॉकलेट बार को हथौड़े से तोड़ने जैसा है: आप काम तो पूरा कर लेते हैं, लेकिन आप पूरी लाइब्रेरी को हिला देते हैं, अलमारियों में दरारें डाल देते हैं और किताबों को गिराने का जोखिम उठाते हैं। दूसरी ओर, यदि आप उन्हें हाथ से छीलने या हटाने की कोशिश करते हैं, तो यह धीमा, खतरनाक और अव्यवस्थित होता है। इंजीनियरों ने इन दीवारों को हटाने का एक तरीका खोजने की तलाश की जो सटीक, शांत और इतना कोमल हो कि ऊपर सो रही ट्रेनों को परेशान न करे। यह "अवरोध हटाने" (obstruction removal) की चुनौती है: एक विशाल बाधा को पूरे पड़ोस को जगाए बिना कैसे हटाया जाए।
यह शोध पत्र एक चतुर नए समाधान की कहानी बताता है जिसका परीक्षण चीन के हांग्जो (Hangzhou) में किया गया था, जहाँ एक नए मेट्रो लाइन को एक मौजूदा स्टेशन के नीचे से गुजरने की आवश्यकता थी। शोधकर्ताओं ने एक "होरिजॉन्टल फुल-रोटेशन ड्रिलिंग रिग" (horizontal full-rotation drilling rig) का उपयोग करने का प्रस्ताव दिया, जो अनिवार्य रूप से एक विशाल, उच्च-तकनीकी ड्रिल है जो कंक्रीट की दीवार को एक बार में तोड़ने के बजाय उसे टुकड़ों में खाने के लिए क्षैतिज रूप से घूम सकती है। यह देखने के लिए कि क्या यह नया तरीका दीवार के माध्यम से सीधे शील्ड चलाने के पुराने तरीके से बेहतर है, टीम ने एक विशाल 3D कंप्यूटर सिमुलेशन (वास्तविक दुनिया का एक डिजिटल जुड़वां) बनाया ताकि यह देख सके कि जमीन और स्टेशन के साथ क्या होगा।
परिणाम काफी स्पष्ट थे। जब उन्होंने "डायरेक्ट शील्ड कटिंग" (direct shield cutting) के पुराने तरीके का अनुकरण किया, तो जमीन काफी हिली और धंसी, जिससे स्टेशन 3.6 मिमी तक हिल गया और दीवार स्वयं 3.9 मिमी खिसक गई। यह हथौड़े वाले दृष्टिकोण जैसा था: इसने काम तो किया, लेकिन इसने बहुत अधिक अनावश्यक हलचल पैदा की। इसके विपरीत, नई ड्रिलिंग विधि बहुत कोमल थी। कंप्यूटर मॉडल में, स्टेशन केवल 2.1 मिमी हिला, और दीवार केवल 2.7 मिमी खिसकी। व्यवधान बहुत केंद्रित था, जैसे एक शॉकवेव के बजाय एक लेजर बीम। सिमुलेशन ने दिखाया कि यह नई विधि स्टेशन के अधिकतम विरूपण (deformation) को लगभग 42% और दीवार को 31% तक कम कर सकती है, जो यह साबित करता है कि मौजूदा संरचनाओं को स्थिर रखने के लिए यह एक बहुत सुरक्षित दांव है।
लेकिन शोधकर्ता वहीं नहीं रुके। वे समझ गए कि ड्रिलिंग का "क्रम" (order) उतना ही मायने रखता है जितना कि आप क्या उपयोग करते हैं। कल्पना कीजिए कि आपके पास खाने के लिए कुकीज़ की एक पंक्ति है; क्या आप उन्हें ऊपर से नीचे की ओर खाते हैं, या नीचे से ऊपर की ओर? या क्या आप पहले हर दूसरी कुकी खाते हैं? टीम ने ड्रिलिंग छेदों के विभिन्न "खाने के क्रम" (eating orders) का परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि छेदों की एक एकल पंक्ति के भीतर, ऊपर-से-नीचे के बजाय नीचे-से-ऊपर की ओर ड्रिल करना थोड़ा बेहतर था, जिससे रिटेनिंग पाइल्स (मिट्टी को रोकने वाली सुरक्षा दीवारें) में कम हलचल हुई। जब बात पंक्तियों (rows) के क्रम की आई, तो उन्होंने बाएं-से-दाएं, दाएं-से-बाएं, या एक "इंटरवल" (interval) पैटर्न (पंक्तियों को छोड़ते हुए, जैसे A, फिर C, फिर E, फिर B, फिर D) करने की तुलना की। सिमुलेशन ने दिखाया कि "इंटरवल" विधि चैंपियन थी। कूद-कूद कर काम करने से, निर्माण दल को दीवार के अन-ड्रिल्ड (बिना ड्रिल किए गए) हिस्सों को अस्थायी सहारा देने की अनुमति मिली, जिससे तनाव एक ही दिशा में जमा नहीं हो सका। इस दृष्टिकोण ने जमीन के बैठने (settlement) और दीवार के विरूपण को सभी परीक्षणों में सबसे निचले स्तर पर रखा।
संक्षेप में, यह शोध पत्र सुझाव देता है कि व्यस्त स्टेशनों के नीचे इन कठिन भूमिगत दीवारों को हटाने के लिए, "स्मॉल-होल ड्रिलिंग" (small-hole drilling) विधि "बिग स्मैश" (big smash) विधि की तुलना में श्रेष्ठ है। यह यह भी सुझाव देता है कि इसे करने का सबसे अच्छा तरीका नीचे से ऊपर की ओर ड्रिल करना और सीधी रेखा में चलने के बजाय पंक्तियों को छोड़कर (skip करके) आगे बढ़ना है। हालांकि ये निष्कर्ष कंप्यूटर सिमुलेशन और फील्ड डेटा से आए हैं जो मॉडल से मेल खाते हैं, वे इंजीनियरों को शहर को ऊपर जगाए बिना नए टनल बनाने के लिए एक मजबूत रेसिपी प्रदान करते हैं।
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