Nag-deploy ang mga Chinese Engineer ng Kauna-unahang Sistemang Ternary Mixed Gas para sa Riles sa Ilalim ng Dagat na Magtatakda ng Rekord

Isang Mahalagang Tagumpay sa Ilalim ng Karagatan

Nag-deploy ang China ng kauna-unahang sistemang ternary mixed gas shield tunneling upang suportahan ang pagtatayo ng Jintang undersea tunnel, isang 16.18 kilometrong riles na magiging pinakamahabang daanan ng high-speed railway sa ilalim ng dagat sa mundo. Dahil sa teknolohiyang binuo sa bansa, ligtas na makagagawa ang mga manggagawa sa presyong higit na lampas sa tradisyonal na limitasyon, isang malaking pagsulong sa inhinyeriya sa ilalim ng lupa. Sinimulan nang gamitin ang sistema sa seksiyon ng lagusan sa panig ng Zhoushan, kung saan hinaharap ng mga tauhan ang ilan sa pinakamahihirap na kondisyong naranasan sa pagtatayo ng riles. Sa maingat na paghahalo ng helium, nitrogen at oxygen, napapanatili ng kagamitan ang buhay at pagiging alerto ng tao sa kapaligirang umaabot sa mga antas na karaniwang iniuugnay sa malalim na karagatan, sa halip na sa paghuhukay ng lagusan.

Sa Loob ng Pinakamahabang High-Speed Rail Tunnel sa Ilalim ng Dagat

Iuugnay ng Jintang tunnel ang Ningbo at Zhoushan sa isang abalang daluyan ng tubig sa silangang lalawigan ng Zhejiang sa China. Kapag natapos, hawak ng 16.18 kilometrong lagusan ang pandaigdigang rekord bilang pinakamahabang high-speed rail tunnel sa ilalim ng dagat, na higit na mahaba at mas masalimuot kaysa sa mga kasalukuyang riles sa ilalim ng dagat. Mahahalagang bahagi ito ng mas malawak na network ng transportasyon na idinisenyo upang higit na pag-ugnayin ang kalupaan at Zhoushan, isang kapuluang lungsod na matagal nang nagdudulot ng hamon sa paglalakbay ng mga pasahero at pagdadala ng kargamento dahil sa lokasyon nito.

Responsable ang mga construction team sa panig ng Zhoushan sa 6,270 metrong seksiyong huhukayin gamit ang shield tunneling, isang distansiyang nangangailangan ng ilang buwang tuluy-tuloy na paghuhukay sa iba-ibang uri ng lupa sa ilalim ng seabed. Naghuhukay ng pabilog na lagusan ang mga shield machine, na tinatawag ding tunnel boring machine o TBM, habang sabay na naglalagay ng mga estrukturang pampatibay upang maiwasan ang pagguho. Umaasa ang malalaking makinang ito sa umiikot na mga ulo ng pamutol upang durugin ang bato at latak, ngunit napupudpod ang mga pamutol at kailangang regular na siyasatin o palitan. Kabilang sa mga pinakamapanganib na trabaho sa inhinyeriyang sibil ang pagsasagawa ng maintenance sa loob ng silid na may presyon, sa ilalim ng waterline.

Bakit Hindi Na Sapat ang mga Tradisyonal na Paraan

Isa sa pinakamabibigat na hamon sa industriya ng shield tunneling ang pagpapatakbo sa mga silid na may napakataas na presyon. Sa loob ng ilang dekada, umasa ang mga tauhan sa mga sistemang compressed air upang pigilan ang pagpasok ng tubig sa silid ng paghuhukay habang pumapasok ang mga manggagawa para kumpunihin ang ulo ng pamutol. Kinikilala ang 0.5 megapascals bilang limitasyon sa kaligtasan ng mga karaniwang paraang gumagamit ng compressed air. Lampas sa antas na ito, matinding tumataas ang panganib ng decompression sickness at iba pang pisyolohikal na panganib, kaya lubhang mapanganib ang pagpasok ng tao.

Gayunman, nilalampasan ng Jintang tunnel ang mga dating hangganang ito. Nasa 78 metro sa ilalim ng antas ng dagat ang pinakamalalim na bahagi nito, kung saan umaabot sa 0.85 megapascals ang pinagsamang presyon ng tubig at lupa. Upang mailarawan ang lakas nito, isipin ang bigat na humigit-kumulang 30 kilo na dumidiin sa lawak na hindi lalampas sa isang yuan coin. Hindi kakayanin ng mga manggagawa ang ganitong tindi ng presyon gamit ang karaniwang mga protokol para sa compressed air. Kinailangan ng proyekto ang isang ganap na naiibang paraan ng pagsuporta sa buhay at pamamahala ng presyon.

Pag-angkop sa Teknolohiya ng Malalim na Karagatan

Sa harap ng matinding hamong ito, hindi sa karaniwang teknolohiya sa pagmimina tumingin ang construction team kundi sa pagsisid sa malalim na karagatan. Matagal nang nagbibigay-daan ang saturation diving at mga sistemang gumagamit ng pinaghalong gas para sa paghinga upang makapagtrabaho ang mga komersiyal na diver sa lalim ng dagat kung saan nakamamatay ang simpleng compressed air. Pareho ang mga tuntuning pisyolohikal, mag-aayos man ang isang manggagawa ng imprastraktura sa offshore oil platform o magpapalit ng pudpod na piyesa sa ulo ng pamutol ng lagusan na daan-daang metro sa ilalim ng lupa. Iniangkop ng mga inhinyero ang mga prinsipyong pandagat na ito upang lumikha ng sistemang ternary mixed gas na helium, nitrogen at oxygen na sadyang idinisenyo para sa pagtatayo ng lagusan.

Helium ang sangkap na nagdudulot ng malaking pagbabago. Di-gaya ng nitrogen, na bumubuo sa karamihan ng karaniwang hangin, mababa ang densidad ng helium at mabilis itong kumakalat sa mga tisyu. Sa ilalim ng matinding presyon, nagdudulot ang karaniwang gas na hinihinga ng pag-ipon ng mapanganib na dami ng nitrogen sa daluyan ng dugo. Maaari itong humantong sa narcosis, na kung minsan ay tinatawag na rapture of the deep, isang kondisyong nagpapalabo sa paghatol at nagpapabagal sa reaksiyon. Mapanganib sa sarili at sa mga kasamahan ang isang manggagawang nalilito sa daan-daang metro sa ilalim ng lupa. Nagiging nakalalason din ang oxygen kapag matagal itong nilalanghap sa mataas na bahagyang presyon. Naiiwasan ng helium ang dalawang problemang ito at nagbibigay ng mas ligtas na daluyan na tumutulong panatilihing malinaw ang isip at matatag ang kalagayang pisyolohikal ng mga manggagawa habang nagtratrabaho sila sa mga kondisyong tulad ng nasa sahig ng malalim na karagatan.

Bahagi ng lumalawak na kalakaran sa inhinyeriya ng imprastraktura ang pag-angkop ng teknolohiya sa pagsisid para sa paghuhukay ng lagusan, kung saan lalong nagmumula sa iba-ibang larangan ang mga solusyon. Sa maingat na pagbabago, maaaring gamitin sa pagprotekta sa mga construction crew ng riles na daan-daang metro sa ilalim ng lupa ang teknolohiyang angkop para sa mga diver sa offshore oil rig. Maaaring hubugin ng pagsasanib na ito ng agham pandagat at inhinyeriyang sibil ang susunod na henerasyon ng mga proyektong nasa ilalim ng lupa sa mga baybaying rehiyon sa buong mundo.

Paano Gumagana ang Ternary Mixed Gas System

Hindi lamang basta hanay ng mga silindro ng gas sa isang kariton ang bagong kagamitan. Binubuo ito ng dalawang pangunahing module: isa para sa paghahalo ng gas at isa para sa suplay nito. Sinusuportahan ang mga ito ng 113 espesyal na submodule, kabilang ang mga hub para sa pamamahagi at suplay ng gas, at mga indibidwal na aparatong panghinga. Dahil sa modular na disenyo nito, tumpak na nakokontrol ang halo ng gas na ibinibigay sa bawat manggagawa sa loob ng silid na may presyon.

Kaya ng sistema na suportahan ang mga operasyon sa presyong mula 0.5 hanggang 1 megapascal. Lampas ang pinakamataas na limitasyong ito maging sa 0.85 megapascals na pinakamataas na presyon sa Jintang tunnel, kaya may karagdagang panangga ito para sa mas mahihirap pang proyekto sa hinaharap. Inaayos ng mga algorithm sa paghahalo ng gas nang real time ang proporsiyon ng helium, nitrogen at oxygen upang tumugma sa presyon sa paligid ng mukha ng pamutol. Tinitiyak nito na pinakamainam ang halo ng gas na hinihinga ng mga manggagawa, gaano man kalalim ang lagusan.

Kailangang kayanin ng bawat piyesa ang kinakaing-alat na tubig-dagat, tuluy-tuloy na pagyanig mula sa makinang naghuhukay at mekanikal na puwersa sa mga kondisyong may napakataas na presyon. Nagdisenyo ang mga inhinyero ng mga kalabisan o redundant na sistemang pangkaligtasan upang hindi malagay sa panganib ang suporta sa buhay ng buong grupo kapag pumalya ang alinmang submodule. Sa pamamagitan ng remote monitoring, nasusubaybayan ng mga pangkat sa ibabaw ng lupa ang daloy ng gas, antas ng presyon at mga vital sign ng bawat manggagawa nang hindi sila pumapasok sa silid.

Pagprotekta sa mga Manggagawa sa Matitinding Kondisyon

Kaligtasan ang pangunahing alalahanin tuwing pumapasok ang mga tao sa isang silid ng paghuhukay na may presyon. Isa sa pinakamapanlinlang na banta sa kapaligirang may mataas na presyon ang nitrogen narcosis. Natutunaw ang inert na gas na ito sa mga tisyu ng nerbiyos dahil sa presyon at nagdudulot ng mga sintomas na kahawig ng pagkalasing sa alak. Maaaring makaramdam ng matinding saya o malito ang manggagawang may narcosis, kaya nagiging nakamamatay na sugal ang karaniwang maintenance. Hindi nagdudulot ng ganitong epekto ang helium, kaya ginagamit ito ng mga diver sa malalim na karagatan at ngayon ay ng mga manggagawa sa lagusan.

Panganib din ang oxygen toxicity. Bagaman mahalaga ang oxygen sa buhay, maaaring mapinsala nito ang mga baga at central nervous system kapag matagal itong nilalanghap sa mataas na bahagyang presyon. Sa paghahalo ng oxygen sa helium at maingat na pagkontrol sa proporsiyon ng halo, pinipigilan ng ternary system ang mapanganib na pag-ipon ng oxygen habang nagbibigay pa rin ng sapat na gas para masuportahan ang mabigat na pisikal na trabaho.

Kailangan ding maingat na pamahalaan ang mga protokol sa decompression. Pagkatapos ng kanilang shift, kailangang dumaan ang mga manggagawa sa sunod-sunod na antas ng presyon upang unti-unting makalabas sa katawan ang mga natunaw na gas. Kapag masyadong mabilis ang decompression, nabubuo ang mga bula sa dugo at nagkakaroon ng decompression sickness, isang masakit at posibleng nakamamatay na kondisyon. Sinusuportahan ng mixed gas system ang mga kontroladong iskedyul ng decompression na iniangkop sa dami ng gas na naipon sa bawat shift.

Epekto Nito sa Pandaigdigang Imprastraktura

May mga aral para sa mga proyekto ng imprastraktura sa buong mundo ang matagumpay na pag-deploy ng sistemang ternary mixed gas shield tunneling ng China. Nahaharap sa lumalaking pangangailangang palawakin ang mga network ng transportasyon sa ilalim ng mga daluyan ng tubig ang mga baybaying lungsod mula Tokyo hanggang New York. Gayunman, maraming posibleng ruta ang may kondisyong heolohikal na kahawig ng nasa ilalim ng koridor ng Ningbo-Zhoushan. Dahil kaya nang magtrabaho nang ligtas sa presyong hanggang 1 megapascal, nagiging posible ang mga rutang dati'y hindi maisasagawa. Maaari nang pag-isipan ng mga inhinyero ang mas malalim at mas tuwirang mga ruta na magpapabawas sa oras ng biyahe at pinsala sa kapaligiran.

Sa loob ng bansa, lalo pang pinatitibay ng inobasyon ang nangungunang papel ng mga inhinyerong Tsino sa malawakang paghuhukay ng lagusan. Pinatatakbo na ng bansa ang ilan sa pinakamalalaking sistemang pangtransportasyon sa ilalim ng lupa sa mundo, at inaalis ng teknolohiyang ito ang isang malaking balakid sa pagpapaunlad ng mga riles sa ilalim ng dagat. Maaari ring makinabang ang iba pang sektor. Maaaring maging kapaki-pakinabang ang suportang pangbuhay na gumagamit ng pinaghalong gas sa pagmimina sa ilalim ng lupa, paglalagay ng kable sa ilalim ng dagat at mga proyektong siyentipikong pagbabarena, na pawang may mga kapaligirang may napakataas na presyon.

Para sa Jintang tunnel, tinitiyak ng sistema na maipagpapatuloy ayon sa iskedyul ang 6,270 metrong seksiyon sa Zhoushan nang hindi isinasakripisyo ang kaligtasan ng mga manggagawa kapalit ng progreso. Kapag natapos, lubhang paiikliin ng lagusan ang oras ng biyahe sa pagitan ng kalupaan at ng kapuluan, at susuporta ito sa integrasyong pang-ekonomiya at turismo sa Lalawigan ng Zhejiang.

Buod

• Sinimulan nang gamitin ng China ang kauna-unahang sistemang ternary mixed gas shield tunneling na binuo sa bansa sa proyekto ng Jintang undersea tunnel sa Lalawigan ng Zhejiang.
• Magiging pinakamahabang high-speed rail tunnel sa ilalim ng dagat sa mundo ang 16.18 kilometrong lagusan, na mag-uugnay sa Ningbo at Zhoushan.
• Hanggang 0.5 megapascals lamang ang limitasyon ng mga tradisyonal na paraang gumagamit ng compressed air, ngunit umaabot sa 0.85 megapascals ang presyon sa pinakamalalim na bahagi ng Jintang tunnel, 78 metro sa ilalim ng antas ng dagat.
• Naghahalo ang bagong sistema ng helium, nitrogen at oxygen upang lumikha ng mas ligtas na kondisyon sa paghinga at maiwasan ang nitrogen narcosis at oxygen toxicity sa mga operasyong may napakataas na presyon.
• Inangkop ng mga inhinyero ang teknolohiya sa pagsisid sa malalim na karagatan upang mabuo ang sistema. Sinusuportahan nito ang mga operasyon sa presyong 0.5 hanggang 1 megapascal sa pamamagitan ng 113 pinagsama-samang submodule.