बोगदा उभारणीचा आधुनिक तंत्रज्ञानाविष्कार

आज भारतात अनेक ठिकाणी रस्ते आणि रेल्वे, मेट्रो प्रकल्पांसाठी बोगद्यांतून जाणार्‍या मार्गांचा पर्याय अवलंबिला जातो. शहरांच्या उदरातून धावणार्‍या या बोगद्यांच्या उभारणीसाठीचे तंत्रज्ञान नेमके कोणते, याचा आढावा घेणारा लेख...

बई-अहमदाबाद बुलेट ट्रेन प्रकल्पाने बीकेसी आणि ठाणेदरम्यानच्या २१ किमी लांबीच्या समुद्राखालील बोगद्याचा ‘ब्रेक-थ्रू’ पूर्ण करत एक महत्त्वाचा टप्पा गाठला आहे. या प्रकल्पातील सात किमी लांबीचा समुद्राखालील बोगदा हा भारतातील पहिला समुद्राखालून जाणारा बोगदा आहे, तर मुंबई सागरी किनारा मार्ग प्रकल्पात चौपाटीखालून जाणारा बोगदा उभारण्यात आला आहे. मुंबई आणि पुणे या दोन्ही शहरांत आता भूमिगत मेट्रो प्रकल्प मार्ग सुरू झाले आहेत. हे मेट्रो मार्ग शहरातून वाहणार्‍या नद्यांच्या पात्राखालून जाणारे आहेत. मुंबई-पुणे मिसिंग लिंक प्रकल्पात लोणावळा तलावाखालून जाणारा सर्वाधिक रुंदीचा बोगदा आहे. लोणावळा तलावाच्या तळाखाली जवळपास ५०० ते ६०० फूट अंतरावर हा बोगदा आहे, अशा रितीने विविध प्रकल्पांत आज भूमिगत मार्ग उभारणीला चालना दिली जात आहे.

आज अनेक देशांचे उद्दिष्ट आर्थिकदृष्ट्या अविकसित प्रदेशांमध्ये रस्ते आणि पायाभूत सुविधांचा विकास वाढवून आर्थिक विकासाला चालना देणे आहे. लोक आणि मालवाहतुकीच्या कार्यक्षम वाहतुकीतील गतिशीलता प्रत्यक्ष आणि अप्रत्यक्ष मार्गाने आर्थिक आणि सामाजिक प्रगतीमध्ये महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावते. वाहतूक प्रकल्पांबाबतचे निर्णय नियोजन, प्राधान्यक्रम, निधी आणि अंमलबजावणी यांसह अनेक टप्प्यांवर घेतले जातात. प्रभावी निर्णय घेण्यासाठी आणि योग्य संसाधन वाटपासाठी पायाभूत सुविधांच्या पर्यायांचे अचूक आणि संरचित मूल्यांकन आवश्यक आहे. जास्त भांडवली खर्च आणि देखभालीच्या अतिरिक्त पातळीमुळे, पूल, व्हायाडट आणि रस्त्यांसह इतर महामार्ग संरचना पर्यायांच्या तुलनेत अमेरिकेत लक्षणीयरित्या बोगदे बांधले गेले आहेत. कोणत्याही बांधकाम प्रकल्पाप्रमाणे, बोगदा बांधणीचा खर्च मुख्यत्वे प्रकल्पासमोरील जोखमींवर अवलंबून असतो.
कंत्राटदाराला जमीन उत्खनन करण्यासाठी, बोगदा बांधण्यासाठी आणि बांधकाम साहित्य खरेदी करण्यासाठी मोठ्या प्रमाणात संसाधने खर्च करावी लागतात. भूपृष्ठावरील परिस्थिती जोखीम आणि अनिश्चिततेवर लक्षणीय परिणाम करते, ज्यामुळे खर्च वाढतो. गर्दीची जागा, नुकसान होण्याची शयता असलेल्या इमारतींच्या जवळ, मर्यादित व्यवहार्य पर्याय आणि उपयुक्ततेसारख्या अडथळ्यांमुळे उच्च शहरीकरण झालेले महानगरीय क्षेत्र सामान्यतः या खर्चात आणखी भर घालतात. तरीसुद्धा, बोगद्यांच्या रचना इतर सामान्यतः वापरल्या जाणार्‍या महामार्ग संरचना पर्यायांपेक्षा लक्षणीय आर्थिक, सामाजिक आणि पर्यावरणीय फायदे देतात. कारण, भूमिगत वाहतूक कॉरिडोरवरील जमीन आर्थिक विकास आणि समुदाय विकास किंवा मनोरंजनासाठी उपलब्ध राहते. व्यावहारिकदृष्ट्या विचार केल्यास बोगदा बांधण्याचे फायदे स्वस्त पर्यायी महामार्ग संरचना बांधून वाचलेल्या किमतीपेक्षा जास्त असू शकतात.

प्राचीन काळ ते मध्ययुग आणि आधुनिक काळापर्यंत बोगदा बांधकामात आकर्षक प्रगती दिसून येते. आधुनिक बोगद्याच्या बांधकामात कार्यक्षम आणि टिकाऊ भूमिगत मार्ग तयार करण्यासाठी प्रगत अभियांत्रिकी यंत्रे आणि तंत्रज्ञानाचा वापर केला जातो. मऊ मातीपासून घन कठीण खडकापर्यंत बोगदे खोदले जातात. पृष्ठभागाची स्थिती, बोगद्याची लांबी, खोली आणि इतर घटकांवर आधारित पद्धती बदलतात. प्राथमिक बोगद्याच्या बांधकाम तंत्रांमध्ये कट-अ‍ॅण्ड-कव्हर आणि इतर बांधकाम पद्धतींचा समावेश आहे.

अलीकडच्या दहा वर्षांत भारतात बोगद्यांच्या बांधकामाला वेग आला आहे. रस्ते आणि रेल्वे कनेटिव्हिटी सुधारण्यावर वाढता भर, अनेक नवीन शहरी जलद वाहतूक व्यवस्थांचा उदय आणि पाणीपुरवठा आणि सांडपाणी व्यवस्था, जलविद्युत प्रकल्प इत्यादी श्रेणी सुधारित करण्याची गरज हे या क्षेत्रातील मागणी वाढवणारे प्रमुख घटक आहेत. ‘इंडिया इन्फ्रास्ट्रचर रिसर्च’ने ट्रॅक केलेल्या प्रकल्पांनुसार, मे २०२४ पर्यंत भारतात ३ हजार, ४०० किमीपेक्षा जास्त लांबीचे १ हजार, ४७० हून अधिक पूर्ण झालेले आणि कार्यरत बोगदे आहेत. क्षेत्रनिहाय विश्लेषण असे दर्शविते की, जलविद्युत क्षेत्रात १ हजार, १०० किमीपेक्षा जास्त लांबीचे पूर्ण झालेले बोगदे आहेत, त्यानंतर मेट्रो रेल्वे ८४० किमीपेक्षा जास्त, सिंचन प्रकल्पात ५५० किमीपेक्षा जास्त, रेल्वे प्रकल्पात ५०० किमीपेक्षा जास्त, पाणी आणि सांडपाणी विभागात २६० किमीपेक्षा जास्त आणि रस्ते मार्गात १२० हून अधिक बोगद्यांचा समावेश आहे.

कट-अ‍ॅण्ड-कव्हर

ही पद्धत उथळ बोगद्यांसाठी योग्य आहे. त्यात खंदक खोदणे, त्यामध्ये बोगदा बांधणे आणि नंतर तो पुन्हा झाकणे समाविष्ट आहे. ही तुलनेने सोपी पद्धत आहे, परंतु त्यामुळे पृष्ठभागावर लक्षणीय व्यत्यय येऊ शकतो.

ड्रिल-अ‍ॅण्ड-ब्लास्ट

ही पद्धत सामान्यतः कठीण खडकांच्या संरचनेत वापरली जाते. यामध्ये कठीण खडकांना छिद्र पाडणे, ते स्फोटकांनी भरणे, हे खडक फोडण्यासाठी चार्जेसचा स्फोट करणे आणि नंतर कचरा काढून टाकणे समाविष्ट आहे. ही एक बहुमुखी पद्धत आहे, परंतु यातून मोठा ध्वनी आणि कंपने निर्माण होऊ शकतात. यामध्ये स्फोट करताना काळजीपूर्वक व्यवस्थापन आवश्यक आहे.

टनेल बोरिंग मशीन्स (टीबीएम)

‘टीबीएम’ ही एक मोठी, दंडगोलाकार मशीन्स आहेत. जी कटिंग हेड फिरवून बोगदे खोदतात. ही पद्धती विशेषतः लांब, सरळ बोगद्यांसाठी उपयुक्त आहे. यातून पृष्ठभागावरील अडथळा किंवा व्यत्यय कमी होतो. ‘टीबीएम’ विविध प्रकारांमध्ये येतात, ज्यामध्ये ‘अर्थ प्रेशर बॅलन्स टीबीएम’ आणि ‘बेंटोनाईट शिल्ड टीबीएम’ यांचा समावेश आहे. हे ‘टीबीएम’ पृष्ठभाग आणि जमिनीच्या परिस्थितीवर अवलंबून असतात.

प्लाझ्मा बोरिंग तंत्रज्ञान

सॅन फ्रान्सिस्को येथील स्टार्टअप अर्थग्रिड खडक आणि माती कापण्यासाठी उच्च-ऊर्जा प्लाझ्माचा वापर करत एका नव्या तंत्रज्ञानाचा शोध लावला आहे, ज्यामुळे भूमिगत उत्खननात क्रांतिकारी ठरेल. प्लाझ्मा टनेल-बोरिंग तंत्रज्ञानामध्ये खडक फोडण्यासाठी, वितळण्यासाठी आणि बाष्पीकरण करण्यासाठी अतिउष्ण, आयनीकृत वायू प्लाझ्मा वापरला जातो. तीव्र उष्णतेमुळे खडक वितळतो आणि परिणामी बाष्पीभवन झालेले पदार्थ व्हॅयूम सिस्टमद्वारे काढले जातात किंवा स्थिर काचेसारख्या पदार्थात घट्ट होऊ दिले जातात. विकासात्मक आणि अत्यंत प्राथमिक टप्प्यात असताना, हे तंत्रज्ञान पारंपरिक उत्खनन पद्धतींना अधिक कार्यक्षम पर्याय म्हणून प्रस्तावित केले गेले आहे. पारंपरिक पद्धती दहा मीटर प्रतिदिन वेगाने बोगदा उत्खनन करत असेल, तर प्लाझ्मा बोरिंग तंत्रज्ञान १०० मी. प्रतिदिवस वेगाने उत्खनन करते.

न्यू ऑस्ट्रियन टनेलिंग पद्धत

न्यू ऑस्ट्रियन टनेलिंग पद्धतीमध्ये हळूहळू बोगदा खोदणे आणि बोगद्याला आधार देण्यासाठी सभोवताली असणार्‍या जमिनीतील नैसर्गिक बळाचा वापर करणे समाविष्ट आहे. हे काम अत्यंत काळजीपूर्वक देखरेख आणि लवचिक प्रणालींवर अवलंबून असते. ज्यामुळे भूपृष्ठाच्या परिस्थितीशी जुळवून घेण्यास सक्षम बनते. गेल्या तीन दशकांपासून रस्ते, रेल्वे आणि भुयारी मार्गांवरील बोगद्यांमध्ये ‘न्यू ऑस्ट्रियन टनेलिंग मेथड’ (एनएटीएम) पद्धती वापरात आहेत. ‘एनएटीएम’ पद्धतीच्या अंमलबजावणीची आणि प्रगतीची गती आणि सुरक्षितता वाढवते. याचसोबत बोगद्याच्या प्रतिमीटर लांबी बोगदा बांधकाम खर्चाच्या बाबतीत ‘एनएटीएम’ पद्धत पारंपरिक पद्धतीपेक्षा २६ टक्क्यांनी अधिक किफायतशीर आहे.

इमर्ज्ड ट्यूब

पाण्यातील भूमिगत बोगद्याच्या बांधकाम पद्धतीमध्ये पाण्याखाली बांधलेल्या काँक्रीटने भरलेल्या स्टील घटकांचा वापर करून पाण्यात बुडणारी एक ट्यूब बसवणे समाविष्ट आहे. हे भाग एकाच ठिकाणी पूर्वनिर्मित केले जातात, बोगद्याच्या ठिकाणी नेले जातात आणि आहे त्या स्थितीत पाण्यात सोडले जातात. नंतर ते सतत बोगद्याची रचना तयार करण्यासाठी एकमेकांशी जोडले जातात. या बोगद्यांचा वापर सामान्यतः नदी ओलांडण्यासाठी किंवा बेटांमधील पाण्याखालील क्रॉसिंगसाठी केला जातो. ते पर्यावरणीय प्रभाव आणि आसपासच्या भागात व्यत्यय कमी करून एक स्थिर आणि टिकाऊ मार्ग प्रदान करतात. हे बोगदा बांधकाम तंत्रज्ञान सागरी परिसंस्थांना कमीत कमी त्रास होऊन पाण्याखालील मार्ग तयार करण्यासाठी ओळखले जाते. अचूक अभियांत्रिकी आणि स्थापना प्रक्रिया पाण्याचे प्रवाह आणि भूकंपीय क्रियाकलाप यांसारख्या पर्यावरणीय शक्तींना तोंड देतात. याव्यतिरिक्त, या बोगद्यांमध्ये प्रगत वॉटरप्रूफिंग आणि गंज संरक्षण उपाय असतात, जे आव्हानात्मक परिस्थितीतही पाण्याखाली वर्षानुवर्षे सुस्थितीत राहतात.

शिल्ड टनेलिंग

शिल्ड टनेलिंग पद्धत ही एक भूमिगत उत्खनन पद्धत आहे, ज्यामध्ये धातूच्या कवचासह शिल्ड मशीनचा वापर करून जमिनीचे उत्खनन केले जाते. शिल्ड मशीन जमिनीचे उत्खनन, राडारोडा काढून टाकणे, सेगमेंट असेंब्ली, मशीन अ‍ॅडव्हान्समेंट आणि इतर ऑपरेशन्स पूर्ण करते. शिल्ड टनेलिंग पद्धत सामान्यतः कमकुवत रचनेत बोगदा बांधण्यासाठी योग्य आहे. यातील कवच खोदलेल्या गुहेसाठी तात्पुरता आधार म्हणून काम करते, सभोवतालच्या जमिनीचा दाब सहन करते आणि भूजल शिल्ड मशीनपासून दूर ठेवते.