Η Κίνα πραγματοποίησε ένα τολμηρό υπόγειο επίτευγμα, χρησιμοποιώντας μια μηχανή διάνοιξης σηράγγων (TBM) αξίας εκατομμυρίων δολαρίων για να ανακτήσει το “δίδυμό” της που είχε ακινητοποιηθεί κάτω από τον μεγαλύτερο ποταμό της χώρας. Η συνάντηση των δύο TBM πραγματοποιήθηκε με μόλις 2 χιλιοστά κατακόρυφο σφάλμα και μηδενική οριζόντια απόκλιση κάτω από τον πυθμένα του ποταμού Γιανγκτσέ, θέτοντας νέα πρότυπα ακρίβειας στη βαθιά υπόγεια μηχανική, σύμφωνα με κρατικά μέσα ενημέρωσης την Τετάρτη.
Αυτή η επιτυχία έσωσε ένα μεγάλο έργο που διαφορετικά θα μπορούσε να είχε εγκαταλειφθεί. Τον Φεβρουάριο του 2023, μια απρόσμενη βλάβη απείλησε να θέσει εκτός πορείας τη σήραγγα Jiangyin-Jingjiang Yangtze River Tunnel, μήκους 6,4 χιλιομέτρων, ένα σημαντικό έργο υποδομής στην ανατολική επαρχία Jiangsu της Κίνας, σχεδιασμένο να συνδέει δύο βιομηχανικές ζώνες με διπλή αυτοκινητόδρομο έξι λωρίδων. Στη μέση της διάνοιξης, σε βάθος 54 μέτρων, μια τεράστια μηχανή διάνοιξης ασπίδας διαμέτρου 16 μέτρων (STM, μια παραλλαγή της TBM) ακινητοποιήθηκε απότομα.
Χωρίς δυνατότητα επισκευής ή οπισθοχώρησης της STM και υπό συντριπτική υδροστατική πίεση, η μηχανή αξίας 50 εκατομμυρίων δολαρίων ουσιαστικά ενταφιάστηκε, φέρνοντας όλο το έργο σε ακινησία. Το περιστατικό συνέβη ακριβώς κάτω από τον κύριο πλωτό διάδρομο του ποταμού Γιανγκτσέ. Η υδροστατική πίεση σε αυτό το σημείο του εδάφους προσεγγίζει τα 0,76 megapascals – μια μέτρηση έντονης μηχανικής καταπόνησης – ασκώντας στη ασπίδα της μηχανής περίπου 76.000 κιλά (77 τόνους) δύναμης ανά τετραγωνικό μέτρο.
Μετά από εκτεταμένες συζητήσεις υπό την καθοδήγηση πολλών μελών της Κινεζικής Ακαδημίας Μηχανικών, αναπτύχθηκε ένα πρωτοφανές σχέδιο διάσωσης. Η ομάδα ανέπτυξε μια δεύτερη μηχανή διάνοιξης ασπίδας για να σκάψει από την αντίθετη κατεύθυνση για μια επιτόπια σύνδεση στη μέση του ποταμού. Για να ασφαλιστεί η περιοχή, χρησιμοποιήθηκε προηγμένη τεχνολογία παγώματος εδάφους, δημιουργώντας ένα παγοφράγμα με θερμοκρασία μείον 13 βαθμούς Κελσίου για τη σταθεροποίηση ολόκληρης της ζώνης σύνδεσης.
«Η μεγαλύτερη πρόκληση ήταν να διασφαλιστεί ότι η νέα STM θα μπορούσε να πλοηγηθεί στην ακριβή θέση μέσα στο περιβάλλον υψηλής πίεσης, πλούσιο σε νερό και ρευστό αμμώδες στρώμα», δήλωσε ο Yao Zhanhu της China First Highway Engineering Co στην επίσημη εφημερίδα Science and Technology Daily στις 7 Ιανουαρίου. Έξι μήνες μετά την αποτυχία, η δεύτερη STM ξεκίνησε την αργή της πορεία από την απέναντι όχθη προς την ακινητοποιημένη μηχανή στη σήραγγα.
Για να επιτευχθεί η απαιτούμενη ακρίβεια, η ομάδα ανέπτυξε ένα σύστημα οπτικής καθοδήγησης σε πραγματικό χρόνο. Κάμερες και αισθητήρες στην STM συνέλεγαν δεδομένα διάνοιξης και περιβαλλοντικές πληροφορίες για να επιτρέψουν την ολοκληρωμένη παρακολούθηση. Για την παρακολούθηση της θέσης και του προσανατολισμού της STM σε πραγματικό χρόνο, η ομάδα βασίστηκε σε προηγμένες τεχνολογίες τοπογράφησης, συμπεριλαμβανομένων των συνολικών σταθμών – ηλεκτρονικών/οπτικών οργάνων που χρησιμοποιούνται για τοπογραφικές εργασίες και κατασκευές.
Στις 21 Ιουλίου του περασμένου έτους, οι δύο STM διαμέτρου 16 μέτρων συνδέθηκαν με επιτυχία στον πυθμένα του ποταμού Γιανγκτσέ, επιτυγχάνοντας σχεδόν τέλεια ευθυγράμμιση. Η οριζόντια απόκλιση στην ένωση ήταν 0 χιλιοστά και η κατακόρυφη απόκλιση ήταν 2 χιλιοστά – πολύ εντός της σχεδιαστικής ανοχής των 10 εκατοστών και ξεπερνώντας όλες τις προσδοκίες.
Η επιτυχής σύνδεση ήταν μόνο το πρώτο βήμα. Η δεύτερη φάση περιλάμβανε το πάγωμα της ζώνης σύνδεσης. Με τις δύο STM να περιβάλλονται από υδροκορεσμένο έδαφος και το πλήρες βάρος του ποταμού Γιανγκτσέ από πάνω, η σταθεροποίηση της διεπαφής ήταν κρίσιμη για την αποτροπή κατάρρευσης. Το στρώμα στο σημείο της βλάβης αποτελούνταν από λεπτή άμμο, έναν εξαιρετικά διαπερατό σχηματισμό υψηλής πίεσης. Μια ρωγμή θα είχε πλημμυρίσει τη σήραγγα και τον εξοπλισμό.
«Ένας από τους καλύτερους τρόπους ελέγχου του νερού είναι το πάγωμά του», σύμφωνα με τον Chen Xiangsheng της Κινεζικής Ακαδημίας Μηχανικών. Ο Chen, υπεύθυνος για τη μηχανική και το πρωτόκολλο ασφαλελούς τεχνητής παγοποίησης εδάφους, πρότεινε μια μέθοδο «τσιμέντο πρώτα, μετά πάγωμα». Η ομάδα χρησιμοποίησε σωλήνες ψύξης ως άξονες διάτρησης, συνδυάζοντας διάτρηση, έγχυση τσιμέντου και πάγωμα. Οι εργάτες τρύπησαν 363 σωλήνες από το εσωτερικό των STM για να εγχύσουν τσιμέντο στο έδαφος. Στη συνέχεια, εγκατέστησαν σωλήνες ψύξης, δημιουργώντας ένα παγωμένο τοίχο εδάφους πάχους 3,9 μέτρων με μέση θερμοκρασία μείον 13 βαθμούς για την ασφάλιση της κατασκευαστικής άρθρωσης.
Το τελευταίο κρίσιμο βήμα ήταν η αποσυναρμολόγηση των τεράστιων STM. Μπλοκαρισμένες κεφάλι με κεφάλι, δεν μπορούσαν να αποσυρθούν άθικτες. Κάθε μηχανή 16 μέτρων κόπηκε σε περίπου 2.000 κομμάτια, το καθένα βάρους περίπου ενός τόνου. Με το εξωτερικό στρώμα παγωμένο, όλη η κοπή και ο χειρισμός έπρεπε να γίνουν χειροκίνητα για να αποφευχθούν οι ανισορροπίες θερμοκρασίας, και η χρήση μεγάλων μηχανημάτων ήταν απαγορευμένη. Κατά την αποσυναρμολόγηση, σκυρόδεμα αντλήθηκε στον εξωτερικό δακτύλιο της σήραγγας για μόνιμη σταθεροποίηση.
Στις 26 Μαρτίου του περασμένου έτους, δύο χρόνια μετά το περιστατικό, η κύρια επένδυση των άκρων σύνδεσης ολοκληρώθηκε πλήρως και τα συνεργεία από τις δύο κατευθύνσεις συναντήθηκαν. Και στα τέλη Νοεμβρίου, το υποβρύχιο τμήμα σύνδεσης της σήραγγας Jiangyin-Jingjiang Yangtze River Tunnel ολοκληρώθηκε επίσημα, ολοκληρώνοντας πέντε χρόνια κατασκευής της κύριας δομής της σήραγγας. Η σήραγγα αναμένεται να ανοίξει πλήρως στα μέσα του τρέχοντος έτους. Κατασκευασμένη σύμφωνα με πρότυπα αυτοκινητοδρόμου με διπλές λωρίδες έξι λωρίδων, θα είναι η σήραγγα με τη μεγαλύτερη διάμετρο στην Κίνα και, μετά την ολοκλήρωσή της, η πιο ανθεκτική στην πίεση νερού.