টিবিএম-এর জন্য কাটার প্রতিস্থাপনের নীতি

১. উচ্চ-তাপমাত্রা প্রতিরোধী কাটার

TBM (টানেল বোরিং মেশিন) খনন প্রক্রিয়া চলাকালীন, ডিস্ক কাটার শিলার সাথে ঘর্ষণের কারণে ঘর্ষণজনিত তাপ উৎপন্ন করে। এর ফলে এর অভ্যন্তরীণ তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়, যার ফলে তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট এবং অসম তাপীয় প্রসারণ ঘটে। শিলার বিরুদ্ধে কাটারের অবিরাম ঘূর্ণায়মান চাপ অভ্যন্তরীণ পর্যায়ক্রমিক তাপীয় চাপ এবং বিকৃতি সৃষ্টি করে। এটি অত্যন্ত সহজে কাটারের ক্লান্তিজনিত ক্ষতির দিকে পরিচালিত করে, যার ফলে কাটার রিং ভেঙে যায়। একই সাথে, পর্যায়ক্রমিক তাপীয় চাপ এবং বিকৃতির দ্বারা কাটার রিংয়ের পৃষ্ঠ স্তরে উৎপন্ন মাইক্রো-ফাটলও কাটার রিংয়ের ক্ষয় ত্বরান্বিত করবে। অধিকন্তু, তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে বিয়ারিং এবং সিলের মতো অভ্যন্তরীণ উপাদানগুলির কার্যক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত হবে। এর ফলে লুব্রিকেটিং অয়েলের সান্দ্রতা হ্রাস পায়, যা সম্ভাব্য লুব্রিকেন্ট ব্যর্থতার দিকে পরিচালিত করতে পারে, কাটারের ভার বহন ক্ষমতা হ্রাস করে এবং এর পরিষেবা জীবন হ্রাস করে। উচ্চ-তাপমাত্রা প্রতিরোধী কাটারগুলির উচ্চ-তাপমাত্রা প্রতিরোধ ক্ষমতা প্রাথমিকভাবে কাটারের অভ্যন্তরীণ ফ্লোটিং সিল এবং লুব্রিকেটিং মিডিয়ার উচ্চ-তাপমাত্রা সক্ষমতার উপর নির্ভর করে।

২. উচ্চ জলচাপ প্রতিরোধী কাটার

সাম্প্রতিক বছরগুলিতে ভূগর্ভস্থ স্থানের ব্যাপক উন্নয়নের সাথে সাথে, শিল্ড টানেলিং কার্যক্রম ধীরে ধীরে বৃদ্ধি পেয়েছে, বিশেষত নদী-পারাপার এবং সমুদ্র-পারাপার টানেলের ক্ষেত্রে। বর্তমানে, গভীর-সমাহিত, উচ্চ-জলচাপ শিল্ড কার্যক্রম—যেমন শিজিয়াং টানেল, উহান সানইয়াং রোড টানেল, শানতৌ বে টানেল এবং মাওয়ান টানেল—এ সর্বোচ্চ জলচাপ ১০ বার ছাড়িয়ে গেছে। প্রচলিত ডিস্ক কাটারের চাপ পার্থক্য ক্ষমতা ৩ বার। উচ্চ-জলচাপ পরিবেশে কাজ করার সময়, উচ্চ-চাপ প্রতিরোধী কাটার ব্যবহার করতে হবে। উচ্চ-জলচাপ পরিবেশের জন্য উপযুক্ত কাটারের প্রধানত কাটারের সিলিং কার্যক্ষমতার উচ্চ স্থিতিশীলতা প্রয়োজন বাহ্যিক উচ্চ-চাপ পরিস্থিতিতে স্বাভাবিক কার্যক্রম নিশ্চিত করতে। মূল লক্ষ্য হলো উচ্চ-জলচাপ পরিবেশে ডিস্ক কাটারের সিলিং প্রযুক্তিতে breakthroughs করা।

২.১ উচ্চ জলচাপ ডিস্ক কাটারের নীতি

কাটার শ্যাফটের কেন্দ্রে একটি গহ্বর তৈরি করা হয়, যা ডিস্ক কাটারের অভ্যন্তরের সাথে সংযুক্ত থাকে। একই সময়ে, গহ্বরের ভিতরে একটি চলনশীল পিস্টন স্থাপন করা হয়। যখন ডিস্ক কাটার উচ্চ-জল-চাপের পরিবেশে কাজ করে, তখন অভ্যন্তরীণ বাতাসের আয়তন সামঞ্জস্য করে কাটারের অভ্যন্তরীণ চাপ পরিবর্তন করা হয়। এটি খনন কার্যক্ষেত্রের পরিবেশগত চাপের সাথে একটি গতিশীল ভারসাম্য অর্জন করে, যা কাটারের ঘূর্ণনের কার্যক্ষম স্থিতিশীলতা নিশ্চিত করে। গ্যাসের PVT (চাপ-আয়তন-তাপমাত্রা) বৈশিষ্ট্য অনুসারে, কাটারের অভ্যন্তরীণ আয়তন সামঞ্জস্য করে ডিস্ক কাটারের প্রয়োজনীয় অভ্যন্তরীণ চাপ পাওয়া যায়। এটি নিশ্চিত করে যে কাটারের ভিতরে এবং বাইরের মধ্যে চাপের পার্থক্য সিলের চাপ পার্থক্য ধারণক্ষমতার সীমা অতিক্রম না করে। এই ধরনের ডিস্ক কাটার ইনস্টল করার সময়, সাধারণত কাটারের অভ্যন্তরীণ গহ্বর সম্পূর্ণরূপে লুব্রিকেটিং তেল দিয়ে পূর্ণ করার প্রয়োজন হয়।

২.২ উচ্চ জলচাপ ডিস্ক কাটারের প্রকারভেদ

উচ্চ জল-চাপ ডিস্ক কাটার প্রধানত দুই ধরনের হয়: চলমান পিস্টন ধরন এবং ফুলানো ব্লাডার ধরন। চলমান পিস্টন ধরন সর্বোচ্চ ৬ বার অভ্যন্তরীণ চাপ তৈরি করতে পারে। ফ্লোটিং সিলের ৩ বারের নিরাপদ চাপ পার্থক্য সহ্য করার ক্ষমতার সাথে মিলিত হয়ে, এই ধরনের উচ্চ জল-চাপ ডিস্ক কাটার ৯ বার পর্যন্ত খনন অবস্থার পরিবেশগত প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে পারে।

২.৩ উচ্চ জলচাপ-অত্যন্ত ভেদ্য স্তরে চাপের অধীনে চেম্বার খোলার প্রযুক্তি

নদী ও সমুদ্র অতিক্রমকারী শিল্ড টানেলে, যখন শিল্ড মেশিন বন্ধ করা হয়, তখন এটি প্রায়শই উচ্চ জলচাপ (>0.5 MPa) এবং উচ্চ ভেদ্যতা (ভেদ্যতা সহগ >10⁻² cm/s) সম্পন্ন জটিল স্তরে অবস্থান করে। এই ধরনের স্তরে বায়ুমণ্ডলীয় চেম্বার খোলার কাজের উপযোগী পরিস্থিতি থাকে না। তাই, চাপের অধীনে চেম্বারের ভিতরে হস্তক্ষেপমূলক কাজ এড়ানো অসম্ভব। চাপের অধীনে কাটার পরিবর্তন উচ্চ ঝুঁকিপূর্ণ, ধীরগতির এবং কর্মীদের জন্য উল্লেখযোগ্য স্বাস্থ্যঝুঁকি সৃষ্টি করে। চাপের অধীনে চেম্বার হস্তক্ষেপকে দুটি ভাগে ভাগ করা যায়: প্রচলিত সংকুচিত বায়ু কাজ এবং চাপের অধীনে স্যাচুরেশন ডাইভিং কাজ। প্রথমটি অগভীর গভীরতা, তুলনামূলকভাবে কম চাপ এবং স্বল্প কাজের সময়কালের পরিস্থিতির জন্য উপযুক্ত। দ্বিতীয়টি অধিক গভীরতা, উচ্চ বায়ুচাপ এবং দীর্ঘ কাজের সময়কালের পরিস্থিতির জন্য উপযুক্ত।

২.৩.১ চাপের অধীনে প্রচলিত সংকুচিত বায়ু চেম্বার হস্তক্ষেপ

নানজিং ইয়াংজি নদী টানেল হলো চীনের একটি আদর্শ প্রাথমিক প্রকল্প যা প্রচলিত সংকুচিত বায়ু চেম্বার খোলার এবং চাপের মধ্যে কাটার পরিবর্তন প্রযুক্তি গ্রহণ করেছিল। যখন শিল্ডটি নদীর তলদেশে ৫৩.২৫ মিটার গভীরতায় পৌঁছায়, তখন কাটারহেড এবং কাটারগুলিতে গুরুতর ক্ষয় ঘটে, যার ফলে আরও খনন অসম্ভব হয়ে পড়ে। সংকুচিত বায়ু পরিচালনার সময় স্তরের গ্যাস-নিরোধকতা নিশ্চিত করার জন্য, প্রকল্পটি প্রথমে প্রচুর পরিমাণে কম-ঘনত্ব, কম-সান্দ্রতার বিশুদ্ধ বেন্টোনাইট স্লারি খনন মুখে প্রবেশ করতে দেয়। তারপর, চাপ চেম্বারের ভিতরের স্লারিটি বেন্টোনাইট এবং কাদামাটির মিশ্র স্লারি দিয়ে প্রতিস্থাপিত করা হয় যাতে একটি ঘন, গ্যাস-নিরোধক স্লারি কেক তৈরি হয়। স্লারি কেক তৈরি হওয়ার পরে, স্লারির স্তর ৩ মিটার কমানো হয় এবং সংকুচিত বায়ু দিয়ে প্রতিস্থাপিত করা হয়। কাটারগুলি প্রতিস্থাপনের আগে, অপারেটররা চাপ বৃদ্ধির জন্য ম্যান লকে প্রবেশ করেন এবং পরবর্তীতে স্লারি চেম্বারের ভিতরে কাটার প্রতিস্থাপনের কাজ সম্পাদন করেন। প্রতিটি সেশনের জন্য কার্যকর পরিচালনার সময় ছিল ৪৫ থেকে ৬০ মিনিট, যার কার্যকারিতা প্রায় ৫০%।

এছাড়াও, বায়ুচাপযুক্ত পরিস্থিতিতে অপারেটরদের মধ্যে ডিকম্প্রেশন সিকনেস (ব্যারোট্রমা/বেন্ডস) প্রতিরোধ ও চিকিৎসা এই প্রযুক্তির আরেকটি মূল বিষয়। যেহেতু চাপের অধীনে চেম্বার খোলার মাধ্যমে কাটার প্রতিস্থাপনের জন্য প্রতিটি কাজের সময় অপারেটরদের একটি প্রেসারাইজেশন প্রক্রিয়া (সাধারণত ১০–২০ মিনিট) সম্পন্ন করতে হয়, তাই কাটারহেড ও কাটার পরিদর্শন ও প্রতিস্থাপন শেষ করার পর বের হওয়ার আগে তাদের ম্যান লক-এর ভিতরে একটি ডিকম্প্রেশন প্রক্রিয়া (সাধারণত ২–৩ ঘণ্টা) সম্পন্ন করতে হয়। ঘন ঘন প্রেসারাইজেশন ও ডিকম্প্রেশন প্রক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যাওয়া সহজেই অপারেটরদের মধ্যে ডিকম্প্রেশন উপসর্গ সৃষ্টি করতে পারে। তাই, প্রচলিত সংকুচিত বায়ু চেম্বার খোলা ও কাটার পরিবর্তন প্রযুক্তি বেশি কাজের চাপযুক্ত কাটার প্রতিস্থাপন কার্যক্রমের জন্য খুব একটা উপযুক্ত নয়।

২.৩.২ চাপের অধীনে স্যাচুরেশন ডাইভিং চেম্বার হস্তক্ষেপ

কাটার প্রতিস্থাপন স্যাচুরেশন ডাইভিংয়ের মাধ্যমে করার জন্য শিল্ড মেশিনে বিশেষ সরঞ্জাম প্রয়োজন, যেমন একটি স্যাচুরেশন হাইপারবারিক লিভিং চেম্বার এবং একটি পার্সোনেল ট্রান্সফার লক (শাটল)। কাটার প্রতিস্থাপনের সময়কালে, অপারেটরদের শুধুমাত্র একবার প্রেসারাইজেশন প্রক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যেতে হয়। তারা হাইপারবারিক লিভিং চেম্বারে বিশ্রাম ও অপেক্ষা করেন এবং কাটারহেড খনন মুখের সামনে কাজ সম্পাদন করেন। কাজ শেষ হওয়ার পর, তাদের একইভাবে শুধুমাত্র একবার ডিকম্প্রেশন প্রক্রিয়ার মধ্য দিয়ে বায়ুমণ্ডলীয় চাপে ফিরে আসতে হয়। তাই, প্রচলিত কম্প্রেসড এয়ার কাটার প্রতিস্থাপনের তুলনায়, স্যাচুরেশন ডাইভিং কাটার প্রতিস্থাপন উচ্চতর জল ও মৃত্তিকা চাপযুক্ত স্তরের জন্য উপযুক্ত। একই সাথে, এটি একাধিক প্রেসারাইজেশন ও ডিকম্প্রেশনের প্রয়োজনীয়তা দূর করে, কাজের দক্ষতা উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করে। কাটার প্রতিস্থাপন কার্যক্রমের জন্য স্যাচুরেশন ডাইভিং ব্যবহার করার সময়, একটি একক কার্য শিফট ৬ থেকে ৮ ঘণ্টা পর্যন্ত স্থায়ী হতে পারে। কাজের দক্ষতা চাপের অধীনে প্রচলিত কার্যক্রমের তুলনায় ৮ থেকে ১০ গুণ বেশি। furthermore, স্যাচুরেশন চেম্বার প্রায় ৩ সপ্তাহ ধরে কর্মীদের accommodate করতে পারে, যা ডিকম্প্রেশন সিকনেসে আক্রান্ত হওয়ার সম্ভাবনা কার্যকরভাবে হ্রাস করে।