Ang Napakalaking Makina sa Paghuhukay ng Lagusan na Nagtayo ng Lansangang-Dagat sa Ilalim ng Tubig sa Hong Kong

Paggawa ng Lansangan sa Ilalim ng Dagat

Noong Disyembre 27, 2020, nagbukas ang Hong Kong ng isang bagong uri ng pangunahing daluyan. Binutas ng Hilagang Koneksiyon ng Tuen Mun–Chek Lap Kok Link ang ilalim ng dagat upang pagdugtungin ang hilagang-kanlurang New Territories, ang Hong Kong International Airport, at ang Hong Kong–Zhuhai–Macau Bridge. Nasa sentro ng proyektong ito ang Herrenknecht Mixshield S-880, isang makinang pambutas ng lagusan na pinangalanang Qin Liangyu. Taglay ang shield na may diyametrong 17.63 metro, hawak pa rin ng makina ang titulo sa Guinness World Records bilang pinakamalaking makinang pambutas ng lagusan batay sa diyametro ng shield. Mas mahaba ito kaysa larangan ng football, mas mabigat kaysa sa karamihan ng mga barko, at ginawa upang gumana sa ilalim ng presyur na dudurog sa karaniwang kagamitan. Ang lagusang hinukay nito ang pinakamalalim, pinakamahaba, at pinakamalapad na lagusang-daan sa ilalim ng tubig sa Hong Kong. Bahagi ito ng rutang 9 na kilometro na nagkakahalaga ng humigit-kumulang HK$18.2 bilyon, o mga US$2.3 bilyon.

Hindi lamang pagtatakda ng mga rekord ang layunin ng proyekto. Tugon ito sa pangangailangan ng lungsod para sa mas mahusay na ugnayan sa pagitan ng lupa, dagat, at himpapawid. Kinailangang dumaan ang kambal na lagusan, na may kabuuang habang humigit-kumulang 5 kilometro sa ilalim ng tubig, sa ilalim ng mga daanan ng barko, malambot na putik sa ilalim ng dagat, at sensitibong ekolohiya sa baybayin. Kung gagamit ng mas lumang mga pamamaraan sa paggawa ng ganitong lagusan, mangangailangan ito ng malawakang paghuhukay sa dagat, makaaabala sa trapikong pandagat, at magdudulot ng mga taon ng alitan hinggil sa kapaligiran. Ang naging sagot ay isang makinang ginawa sa Germany na kayang maghukay, magpatatag, at maglagay ng panloob na balot ng lagusan habang umuusad ito.

Bakit Kailangang Napakalaki ng Makina

Ang pagpili sa shield na may diyametrong 17.63 metro ay nakabatay sa mismong lupa, hindi lamang sa ambisyon ng mga inhinyero. Sa pagitan ng Tuen Mun at Chek Lap Kok, nagtatago sa ilalim ng dagat ang hanggang 30 metro ng mga deposito sa dagat at banlik na luwad na naipon mula sa agos ng tubig. Napakalambot at lubhang basa ng mga lupang ito, kaya hindi matatag ang paghuhukay ng lagusan. Sa ilang lugar, nasa humigit-kumulang 90 metro sa ilalim ng dagat ang batong-ugat. Mahihirapan ang karaniwang makinang pambutas ng lagusan laban sa pagpasok ng tubig at pagguho ng lupa. Kinailangan ng proyekto ang disenyong Mixshield, isang uri ng makina na nagbabalanse sa presyur sa harap ng paghuhukay gamit ang kontroladong halo ng putik na slurry at siksik na hangin.

Nagmumula rin sa pangangailangan ng trapiko ang laki nito. Kinailangan ng nakaplanong lagusan ang panloob na diyametrong 15.6 metro upang magkasya ang dalawang linya ng highway sa bawat direksiyon, pati espasyo para sa kaligtasan, mga duct ng bentilasyon, sistemang elektrikal, at daanan para sa pagmementena. Dahil naglalagay ang makinang pambutas ng lagusan ng mga paunang-gawang kongkretong segment habang umuusad ito, kailangang mas malaki ang panlabas na diyametro ng lagusan kaysa sa panloob. Kapag idinagdag ang kapal ng mga singsing na pambalot, ang panlabas na balat ng hulihan ng makina, at ang ulo ng pamputol, aabot sa 17.63 metro ang kailangang diyametro ng shield. Halos katumbas iyon ng taas ng anim na palapag na gusaling umiikot sa ilalim ng lupa. Sadyang itinakda ang sukat ng Qin Liangyu para sa ganitong hugis at laki.

Paano Pinipigilan ng Mixshield ang Pagpasok ng Tubig at Lupa

Madalas ilarawan ang makinang pambutas ng lagusan bilang isang dambuhalang barena, pero higit na kahawig ng isang pabrika sa loob ng gumagalaw na submarino ang S-880. Sa unahan nito, kinayod ng umiikot na ulo ng pamputol ang lupa at bato sa harap ng lagusan. Sa likod ng ulo ng pamputol, may silid-paghuhukay ang makina na puno ng bentonite slurry, isang malapot na likidong parang luwad, at unan ng siksik na hangin. Idiniin ng slurry ang harap ng lagusan upang hindi rumagasa sa makina ang tubig-dagat at putik. Nagbigay naman ng masusing kontrol sa presyur ang siksik na hanging nasa ibabaw ng slurry. Habang umuusad ang ulo ng pamputol, nahalo sa slurry ang nahukay na materyal at ibinomba sa mga tubo patungo sa planta ng paghihiwalay sa ibabaw. Doon inalis ng makinarya ang mga partikulo ng lupa at ibinalik sa ilalim ng lupa ang nilinis na bentonite.

Habang pinipigil ng unahan ng makina ang pagpasok ng lupa, inilalagay naman sa hulihan ang balot ng lagusan. Itinataas ng robotikong pangkabit ng mga segment ang mga pakurbang kongkretong segment at inaayos ang mga ito upang makabuo ng mga singsing na magiging dingding ng lagusan. Sinusuportahan ng bawat singsing ang nakapaligid na lupa at binubuo ang makinis na silindrong paglalagyan kalaunan ng mga kalsada, ilaw, at bentilasyon. Kinailangang sabay-sabay umusad ang lahat ng sistema: presyur, pagbomba, kemikal na timpla ng slurry, tulak na haydroliko, suplay ng mga segment, at pagsurbey. Kapag bumagal ang isang bahagi, titigil ang buong operasyon. Dahil sa pinagsamang paraang ito, naging ganap na linya ng produksyon ang iisang makina.

Matinding Presyur sa Paggawa sa Ilalim ng Dagat

Umabot sa 5 bar ang presyur hidrostatiko sa harap ng paghuhukay, katumbas ng limang ulit ng presyur ng atmospera sa antas ng dagat. Katulad ito ng presyur na mararanasan ng isang maninisid sa lalim na humigit-kumulang 50 metro. Ganito inilarawan ng isang opisyal na ulat ng Hong Kong Government News Service ang mga kondisyon:

Nasa humigit-kumulang 60 metro sa ilalim ng dagat ang pinakamalalim na bahagi ng Tuen Mun-Chek Lap Kok Tunnel, at nakaranas ang mga dalubhasang manggagawang pang-hiperbariko ng presyur na halos anim na ulit na mas mataas kaysa sa antas ng ibabaw.

Gumamit ang S-880 ng mga silid-pasukan ng hangin upang mapanatiling ligtas ang mga manggagawa habang pinananatili ang presyur sa ulo ng pamputol. Pinahintulutan ng mga selyadong kompartimentong ito ang mga tauhan na unti-unting lumipat mula sa normal na presyur ng atmospera patungo sa silid-paghuhukay na may mataas na presyur. Kinailangan ng pagmementena sa mga pamputol, inspeksiyon, at pagkukumpuni na pumasok sa sonang may presyur ang mga sinanay na manggagawa, sumunod sa mahihigpit na protokol ng medisina para sa trabahong hiperbariko, at dahan-dahang mag-dekompres upang maiwasan ang sakit na dulot ng mabilis na pagbabago ng presyur. Nilimitahan ang oras ng pagkakalantad sa presyur, at kinailangan ang pangangasiwang medikal. Dahil sa mga kondisyong ito, naging parang pagsisid ang karaniwang pagmementena ng lagusan.

Pagbabago ng Laki Nang Hindi Umaahon sa Ibabaw

Dumating ang pinakapambihirang yugto ng proyekto matapos mahukay ang unang 650 metro. Nangailangan ang istruktura ng hilagang pasukan ng lagusang may diyametrong 17.6 metro, kaya nagsimula ang Qin Liangyu sa buong laki nito. Pagkatapos ng bahaging iyon, maaari nang gawin ang natitirang ruta sa ilalim ng dagat gamit ang diyametrong 14 na metro. Sa halip na iahon ang makina at maglunsad ng ikalawang makinang pambutas, binago ng mga inhinyero ang S-880 sa loob mismo ng lagusan. Inalis ang mga panlabas na bahagi ng shield na may diyametrong 17.6 metro, inayos muli ang mga panloob na sistema, at ikinabit ang bagong shield na may diyametrong 14 na metro habang nanatili ang makina sa ilalim ng dagat.

Bihirang-bihira ang ganitong pagpapaliit ng shield sa loob ng lagusan. Kinailangang isagawa ang operasyon sa ilalim ng presyur ng dagat, sa masikip na espasyo at walang direktang daan patungo sa liwanag ng araw. Nang matapos ang pagbabago, ipinagpatuloy ng parehong makina ang paghuhukay sa natitirang bahagi ng lagusan, kasabay ng ikalawang Herrenknecht machine na may diyametrong 14 na metro. Nagtagpo ang paghuhukay ng dalawang makina noong Pebrero 27, 2019. Nahukay ang bahaging may diyametrong 17.63 metro mula Marso 25 hanggang Nobyembre 3, 2015, bago isinagawa ang pagbabago. Itinala ang prosesong ito bilang isang pagsulong na maaaring gamitin sa mga susunod na proyekto kung saan kailangan ang magkakaibang diyametro ng lagusan sa iisang paghuhukay.

Inobasyon sa mga Nagdurugtong na Pasilyo

Karaniwang nangangailangan ng mga nagdurugtong na pasilyo ang mga lagusang-daan na may dalawang tubo. Maliliit na pasilyo ang mga ito na nag-uugnay sa dalawang pangunahing lagusan upang makadaan ang mga tao sa oras ng paglikas at para sa pagmementena. Nangailangan ang Tuen Mun–Chek Lap Kok Link ng 57 ganitong pasilyo, at umabot sa 5.8 bar ang presyur sa mga lokasyong ito. Mas mataas iyon sa 3.6-bar na hangganan kung saan inirerekomenda ng Herrenknecht ang paggamit ng mga propesyonal na maninisid para sa trabahong ginagawa sa loob ng silid na may presyur. Sa ilang lagusan sa ilalim ng tubig, karaniwang ginagamit ang pagyeyelo ng lupa, isang paraang nagpapatatag sa lupa sa pamamagitan ng pagyeyelo sa tubig na taglay nito. Mabagal at mapanganib sana ang paraang iyon sa malambot at lubhang basang luwad sa ilalim ng dagat.

Sa halip, gumamit ang pangkat ng mini-slurry tunnel boring machine na may diyametrong 3.6 metro. Ito ang unang pagkakataon sa buong mundo na ginamit ang ganitong makina sa paggawa ng mga nagdurugtong na pasilyo sa gayong kataas na presyur. Bumasag ang maliit na makina sa mga dingding sa pagitan ng dalawang pangunahing tubo habang kinokontrol ng nakapaligid na sistema ng slurry ang presyur. Naiwasan ng solusyong ito ang pangangailangang magyelo ng lupa, pinaikli ang panahon ng konstruksiyon, at nilimitahan ang panganib sa isang kapaligirang mapanganib dahil sa pinagsamang tubig-dagat, malambot na luwad, at matinding presyur.

Bilis, Mga Gantimpala, at Mga Benepisyong Pangkapaligiran

Sa kabila ng pagiging masalimuot ng proyekto, mabilis umusad ang S-880. Umabot sa 30 metro ang pinakamalayo nitong nausad sa loob ng isang araw, at 167.2 metro naman ang lingguhang rekord nito. Sumasalamin ang mga bilang na ito hindi lamang sa lakas ng makina kundi pati sa koordinasyong panglohistikang kinailangan upang tuluy-tuloy na maihatid dito ang mga kongkretong segment, bentonite, at piyesang pamalit. Itinala ng American Society of Mechanical Engineers na may lakas na 5,600 kilowatt ang makina at kaya nitong umusad nang humigit-kumulang 30 metro bawat araw sa lupang lubhang basa at sa bato.

Tumanggap ang proyekto ng ITA Tunnelling Award noong 2019 mula sa International Tunnelling and Underground Space Association bilang pagkilala sa mga teknikal na inobasyong ginamit sa konstruksiyon. Isa pang nagwaging solusyon ang sistemang cofferdam na parang uod at ginamit sa mga istruktura ng hilagang pasukan. Nagbigay ito ng alternatibo sa karaniwang diaphragm wall sa napakalambot na lupa. Mahalaga rin ang mga benepisyong pangkapaligiran. Ganito ang isinulat ng Hong Kong Highways Department sa isang lathalaing pang-inhinyeriya:

Sa paggamit ng mga makinang pambutas ng lagusan sa halip na tradisyonal na paraang immersed tube, naiwasan ang paghuhukay at pagtatapon ng humigit-kumulang 11 milyong metro kubiko ng latak mula sa dagat. Katumbas ito ng kapasidad ng 4,900 karaniwang swimming pool, at nakatulong upang mabawasan ang epekto sa mga puting dolphin ng China at iba pang lamang-dagat.

Nakasaad din sa kaparehong opisyal na pahayag na nabawasan ng paraang ito ang pagkaantala sa mabigat na trapikong pandagat sa kahabaan ng Urmston Road at naiwasan ang pangangailangang ilihis ang mga umiiral na kable ng kuryente sa ilalim ng dagat na nagsusuplay sa paliparan. Binuksan sa trapiko ang hilagang koneksiyon noong Disyembre 27, 2020. Nagsimula namang magbukas ang katimugang koneksiyon noong 2018, kaya naiuugnay ang ruta sa mas malawak na network ng Hong Kong–Zhuhai–Macau Bridge.

Isang Rekord na Patuloy na Nagbibigay-Kahulugan sa Isang Panahon

Hindi na nangunguna ang S-880 Qin Liangyu sa bawat teknikal na kategorya. Lumitaw sa mga nakaraang taon ang mga bagong makinang pambutas ng lagusan mula China at iba pang bansa na may mas malakas na tulak, higit na awtomasyon, o ibang disenyo ng ulo ng pamputol. Gayunman, kinikilala pa rin ng Guinness ang Qin Liangyu bilang may rekord sa diyametro ng shield, at pambihira pa rin ang proyektong tinapos nito. Iilan lamang sa iba pang makina ang nakapagsama ng gayon kalaking diyametro, gayon kalalim na presyur sa ilalim ng dagat, at pagbabago ng shield sa loob ng lagusan sa iisang tuluy-tuloy na paghuhukay.

Kumakatawan din ang makina sa mas malawak na pagbabago sa paraan ng paggawa ng imprastraktura ng mga lungsod sa baybayin. Habang lalong nagsisiksikan ang mga daungan, paliparan, at kalakhang lungsod, tumitingin ang mga tagaplano sa ilalim ng lupa at dagat para sa mga bagong ruta. Pinahihintulutan ng mga dambuhalang makina gaya ng S-880 ang paggawa ng mga rutang ito nang mas kaunti ang abala sa ibabaw, paghuhukay sa dagat, at pinsala sa ekolohiya kaysa sa mga lumang pamamaraan. Mahal ang mga ito, malakas kumonsumo ng enerhiya, at mahirap patakbuhin sa teknikal na aspeto, ngunit nagbibigay ang mga ito ng paraan upang madagdagan ang kapasidad nang hindi nagtatayo ng mas maraming lugar ng konstruksiyon sa baybayin.

Mahahalagang Punto

• Hawak ng Herrenknecht Mixshield S-880 Qin Liangyu ang titulo sa Guinness World Records bilang pinakamalaking makinang pambutas ng lagusan batay sa diyametro ng shield nito na 17.63 metro.
• Hinukay ng makina ang kambal na lagusang-daan na may habang 5 kilometro sa ilalim ng tubig bilang bahagi ng Tuen Mun–Chek Lap Kok Link, na binuksan noong Disyembre 2020.
• Nagkakahalaga ang proyekto ng humigit-kumulang HK$18.2 bilyon at ito na ngayon ang pinakamalalim, pinakamahaba, at pinakamalapad na lagusang-daan sa ilalim ng tubig sa Hong Kong.
• Gumamit ang teknolohiyang Mixshield ng bentonite slurry at siksik na hangin upang kontrolin ang presyur sa malambot at lubhang basang lupa sa ilalim ng dagat.
• Isinagawa ang trabaho sa presyur na umabot sa 5.8 bar, kaya kinailangan ang mga protokol para sa trabahong hiperbariko at mga silid-pasukan ng hangin para sa mga tauhan ng pagmementena.
• Pinaliit ng mga inhinyero ang makina mula 17.6 metro tungo sa 14 na metro sa loob mismo ng lagusan, isang pambihirang pagpapaliit ng shield sa loob ng lagusan.
• Gumawa ang mini-slurry TBM na may diyametrong 3.6 metro ng 57 nagdurugtong na pasilyo sa ilalim ng mataas na presyur, isang kauna-unahan sa industriya.
• Nabawasan ng proyekto ang paghuhukay sa dagat nang humigit-kumulang 11 milyong metro kubiko at lumiit ang epekto nito sa mga lamang-dagat at daanan ng barko.