नर्मदा पुल की 'वेल फाउंडेशन' केस स्टडी, जिसे मुंबई – अहमदाबाद हाई स्पीड रेल (MAHSR) प्रोजेक्ट के लिए बनाया जा रहा है, इस रिपोर्ट का मुख्य केंद्र है। भारत का बुलेट ट्रेन प्रोजेक्ट, या MAHSR, एक बहुत बड़ा इंफ्रास्ट्रक्चर प्रोजेक्ट है जिसका मकसद भारत में रेल परिवहन को पूरी तरह से बदल देना है। इस प्रोजेक्ट के तहत 508 किलोमीटर लंबी एक हाई-स्पीड (320 km/h) डबल-ट्रैक रेलवे लाइन बनाई जानी है, जो भारत के दो सबसे बड़े शहरों – अहमदाबाद और मुंबई – को आपस में जोड़ेगी। इस प्रोजेक्ट में सबसे लंबा नदी पुल (गुजरात में) – नर्मदा पुल – 'वेल फाउंडेशन' तकनीक का इस्तेमाल करके बनाया जा रहा है।

1.26 किलोमीटर लंबे नर्मदा नदी पुल में कुल 22 'वेल फाउंडेशन' हैं।

इस पुल की मुख्य विशेषताएं इस प्रकार हैं:

• स्थान: भरूच, गुजरात के पास
• स्पैन (Span): 21 × 60 m (3 × 60 m का लगातार स्पैन)
• बाहरी व्यास: 10 m
• आंतरिक व्यास: 7.0 m और 7.6 m
• स्टेनिंग की मोटाई: 1.2 m और 1.5 m
• नींव की गहराई: 51 m से 77 m
• स्काउर लेवल: -19 m से -32 m
• फाउंडिंग लेवल: -36.00 m से -70.00 m

झुकाव एवं विस्थापन

कुएं की नींव का झुकाव उसकी निर्धारित ऊर्ध्वाधर स्थिति से विचलन है, जो विभिन्न कारकों जैसे असमान मिट्टी या चट्टान की स्थिति, खुदाई के दौरान आने वाली बाधाओं या अन्य अप्रत्याशित चुनौतियों के कारण होता है।

कुएं की नींव में विस्थापन का तात्पर्य खुदाई प्रक्रिया के दौरान कुएं की संरचना के क्षैतिज संचलन या पार्श्व समायोजन से है।

झुकाव को कुएं के अक्ष के अनुदिश दोनों विपरीत सतहों पर निश्चित गेज चिह्नों पर स्तरों की जाँच करके मापा जाता है। स्तरों में अंतर अक्ष के अनुदिश झुकाव निर्धारित करता है। इसे स्तर में अंतर और कुएं के व्यास के अनुपात के रूप में दर्शाया जाता है।

किसी भी कुएं का झुकाव 100 (ऊर्ध्वाधर) में 1 (क्षैतिज) से अधिक नहीं होना चाहिए, और कुएं के आधार पर विस्थापन किसी भी दिशा में 150 मिमी से अधिक नहीं होना चाहिए।

निर्माण उद्योग में झुकाव/खिसकाव को ठीक करने के लिए अपनाए जाने वाले आम तरीके नीचे दिए गए हैं:

a)    एक्सेन्ट्रिक ग्रैबिंग।
b)    एक्सेन्ट्रिक स्टैटिक लोडिंग (केंटलेज)
c)    वॉटर जेटिंग।
d)    कुएं को खींचना।
e)    कुएं को स्ट्रट लगाना।
f)    जैक की मदद से कुएं को धकेलना।

MAHSR नर्मदा वेल फाउंडेशन की हमारी मौजूदा केस स्टडी में, साइट की स्थितियों के कारण, केंटलेज तरीके से संतोषजनक नतीजे नहीं मिल रहे थे, क्योंकि कुएं को नीचे धकेलने के लिए जितनी ताकत की ज़रूरत थी, वह केंटलेज तरीके से लगाए जा सकने वाले व्यावहारिक स्टैटिक लोड से कहीं ज़्यादा थी।

कुएं को नीचे धकेलने के लिए ज़रूरी ताकत (Sinking Effort) की गणना

कुएं को नीचे धकेलने के लिए ज़रूरी ताकत का इस्तेमाल इन चीज़ों से होने वाले प्रतिरोध का मुकाबला करने के लिए किया जाता है:
a)    कुएं की बाहरी सतह पर लगने वाला स्किन फ्रिक्शन (घर्षण)
b)    उत्प्लावन बल (Buoyancy force)

स्किन फ्रिक्शन की गणना इस तरह की जा सकती है:

जहाँ     F = स्किन फ्रिक्शन (त्वचा घर्षण) t/m² में
Ka = सक्रिय पृथ्वी दबाव गुणांक
ɸ = मिट्टी के कतरन प्रतिरोध का कोण (डिग्री में)
C = अनकन्फाइंड कम्प्रेसिव स्ट्रेंथ (असीमित संपीड़न शक्ति) का आधा। 
Z = स्कॉर लेवल (कटाव स्तर) के नीचे नींव की गहराई (m में)
γ = मिट्टी का घनत्व t/m³ में।

मिट्टी के प्रकार के आधार पर, स्किन फ्रिक्शन (F) के मान नीचे दी गई सीमाओं में हो सकते हैं:

कड़ी और नरम चिकनी मिट्टी     = 0.73 से 2.93 t/m²
चिकनी मिट्टी                             = 4.88 से 19.53 t/m²
बहुत नरम चिकनी मिट्टी            = 1.23 से 3.42 t/m²
घनी रेत               = 3.42 से 6.84 t/m²
घनी बजरी            = 4.88 से 9.76 t/m²

हमारे केस-स्टडी में; रेत और चिकनी मिट्टी की परतों को ध्यान में रखते हुए, गणना में स्किन फ्रिक्शन 4.7 t/sqm माना गया है।

आम तौर पर, सिंकिंग एफर्ट (धँसाने का प्रयास) केवल कुएँ के अपने वज़न से ही मिलता है। स्किन फ्रिक्शन को कम करने के लिए, कुएँ को धँसाते समय एयर जेटिंग और वॉटर जेटिंग जैसी विधियों का उपयोग किया जाता है।

सिंकिंग एफर्ट इन स्रोतों से प्राप्त होता है:

a)    कुएँ का अपना वज़न
b)    एयर/वॉटर जेटिंग (स्किन फ्रिक्शन में कमी या उत्प्लावकता के कारण)
c)    बाहरी बल, जैसे कि केंटलेज / जैक डाउन।

अतः, सिंकिंग एफर्ट की गणना इस प्रकार की जा सकती है:

निम्नलिखित को ध्यान में रखते हुए,

• ✓ उत्प्लावकता (Buoyancy) = कुएँ (Well) के भार का (1000/2500) भाग।
• ✓ स्किन फ्रिक्शन (Skin Friction) = 4.7 टन/वर्गमीटर × कुएँ का सतही क्षेत्रफल।
• ✓ एयर/वॉटर जेटिंग द्वारा बाहरी बल की आवश्यकता में लगभग 50% की कमी मानी गई है।

आवश्यक बाह्य सिंकिंग प्रयास (External Sinking Effort) की गणना

विभिन्न गहराइयों के लिए आवश्यक सिंकिंग प्रयास की गणना नीचे सारणीबद्ध की गई है:
(ये गणनाएँ अनुमानित हैं तथा इनके लिए कोई सटीक सैद्धांतिक आधार उपलब्ध नहीं है।)

उपरोक्त सारणी से यह देखा जा सकता है कि 30 मीटर से अधिक गहराई पर आवश्यक सिंकिंग प्रयास 1000 MT से अधिक हो जाता है, इसलिए पारंपरिक केंटलेज (Kentledge) विधि अपर्याप्त प्रतीत हुई। अतः वांछित सिंकिंग प्रयास प्राप्त करने हेतु ‘केंटलेज विधि के साथ मृदा एंकर (Soil Anchors) का उपयोग करते हुए जैक-डाउन विधि (Jack-Down Method)’ अपनाने का निर्णय लिया गया।

एयर जेटिंग की व्यवस्था

a)    कवर ज़ोन पर 25mm व्यास का PVC पाइप क्षैतिज रूप से लगाया जा रहा है, ताकि एयर जेटिंग में आसानी हो और कुएँ की सतह का स्किन फ्रिक्शन (सतही घर्षण) कम हो सके। इसे कुएँ की स्टेइनिंग (दीवार) की एक छोड़कर एक परत में लगाया जाता है।
b)    हर क्षैतिज परत के लिए ऊर्ध्वाधर कनेक्शन, डाली गई स्टेइनिंग से कम से कम 1m ऊपर रखा जाएगा, ताकि कंप्रेस्ड हवा आसानी से पहुँच सके।
c)    नीचे की प्लगिंग (bottom plugging) के बाद, पाइप में सीमेंट वाले ग्राउट से प्रेशर ग्राउटिंग की जाएगी।

वॉटर जेटिंग की व्यवस्था

a)    मिट्टी और कठोर ज़मीन (strata) से कुएँ को नीचे उतारने (sinking) में मदद के लिए वॉटर जेटिंग का इस्तेमाल किया जा सकता है।

b)    वॉटर जेटिंग के लिए, 40mm - 50mm व्यास के ज़रूरी संख्या में स्टील के पाइप कुएँ की स्टेइनिंग में लगाए जाएँगे, जिन्हें कुएँ की परिधि (घेरे) के चारों ओर बराबर दूरी पर रखा जाएगा।

c)   स्टील का पाइप, स्टेइनिंग की हर डाली गई परत (lift) के ऊपरी हिस्से से लगभग 1m ऊपर रखा जाएगा।
d)    वॉटर जेटिंग की व्यवस्था को आसान बनाने के लिए, पाइप कुएँ के कर्ब (curb) के बीच से गुज़र सकता है।

जैक-डाउन विधि में, कुएँ के एक तरफ (झुकाव के विपरीत दिशा में) 1200 MT (या उससे अधिक) तक का भार डाला जाता है। इससे एक 'मोमेंट' (घूर्णन बल) पैदा होता है, जो कुएँ को तल के नीचे एक बिंदु पर घुमाता है; इसमें कठोर मिट्टी की परत एक 'आधार' (fulcrum) का काम करती है (चित्र 5, 7 और 8 देखें)।

निर्माण प्रक्रिया:

a) पहला कदम कुएँ की परिधि के बाहर 'ग्राउंड एंकर' (जमीन में गाड़े जाने वाले लंगर) लगाना है (चित्र 5)। आस-पास की मिट्टी में ग्राउंड एंकरों की संख्या, स्थान और गहराई इतनी होनी चाहिए कि वे 'स्किन फ्रिक्शन' (सतह के घर्षण) के माध्यम से आवश्यक प्रतिरोधक बल उत्पन्न कर सकें।

b) आवश्यक व्यास के छेद (होल) ड्रिल किए जाएँगे, और उनके साथ केसिंग भी लगाई जाएगी; इन छेदों को कुएँ के 'फाउंडिंग लेवल' (नींव के स्तर) से भी नीचे की गहराई तक ले जाया जाएगा (चित्र 7 और 8)।

c) छेदों को आवश्यक गहराई तक ड्रिल करने के बाद, पर्याप्त व्यास और क्षमता वाले HT स्ट्रैंड्स (तारों) को वांछित लंबाई में काटा जाएगा और छेदों के अंदर उतारा जाएगा।

d) इसके बाद, छेदों में सीमेंट की घोल (slurry) भरी जाएगी, जिसमें 'नॉन-श्रिंक एडिटिव' (सिकुड़न रोकने वाला पदार्थ) मिला हुआ हो।

e) स्टील से बने भारी-भरकम 'प्रेशराइजेशन गर्डर्स' को कुएँ की दीवार (steining) पर रखे 'स्टूल्स' के ऊपर रखा जाएगा। इन्हीं गर्डर्स के सहारे, ग्राउंड एंकरों से जुड़े हाइड्रोलिक जैक दबाव डालकर कुएँ को नीचे की ओर धकेलेंगे (चित्र 4 और 6)।

f) हाइड्रोलिक जैक की क्षमता इतनी होनी चाहिए कि वे कुएँ को नीचे धकेलने (sinking) के लिए आवश्यक बल लगा सकें।

g) अलग-अलग जैक पर दबाव इस तरह से डाला जाएगा कि कुएँ पर लगने वाला बाहरी बल, उसके झुकाव (tilt) की दिशा के ठीक विपरीत दिशा में लगे।

a) मौजूदा झुकाव की विपरीत दिशा में झुकाव को ठीक करने के लिए केंटलेज (Kentledge) की व्यवस्था की जाएगी।

b) जिस कुएँ को ठीक करना है, उसके चारों ओर 75 mm का स्लिंग रैप लगाया जाएगा, और इसे पुली व्यवस्था के ज़रिए पास के किसी कुएँ से जोड़ा जाएगा। झुके हुए कुएँ को शीव पुली सिस्टम का इस्तेमाल करके खींचा जाएगा, जिसके लिए पास के कुएँ से प्रतिक्रिया (reaction) ली जाएगी।

c) वही स्लिंग, पुली से गुज़रने के बाद, एक मैकेनिकल क्रेन के घूमने वाले ड्रम से जोड़ी जाएगी, जो खींचने वाली ताकत लगाएगी। लगभग एक-चौथाई भार क्रेन (18 T) द्वारा और तीन-चौथाई भार पास के कुएँ (54 T) द्वारा उठाया जाएगा (चित्र 9 और 10)।

d) साथ ही, झुकाव की विपरीत दिशा में एक गड्ढा (sump) बनाया जाएगा, ताकि कुआँ नीचे धँस सके और झुकाव को ठीक किया जा सके।

e) गड्ढा बनाने के बाद, कुएँ की पकड़ की लंबाई (grip length) को कम करने के लिए बाहरी तरफ ग्रैबिंग की जाएगी, जिससे कुएँ के और नीचे धँसने में आसानी होगी।

f) ज़रूरत के हिसाब से, एयर जेटिंग और वॉटर जेटिंग का काम साथ-साथ किया जाएगा।

g) जब ऊपर बताई गई सभी गतिविधियाँ एक साथ की जाएँगी, तो कुएँ का झुकाव तय सीमा (tolerance limits) के अंदर ठीक हो जाएगा।

खैर, कुआँ नंबर 9 का झुकाव 1:25 था। केंटलेज विधि का उपयोग करने पर झुकाव में कोई सुधार नहीं हुआ।
जैसा कि ऊपर बताया गया है, एक सटे हुए कुएँ से एंकर करके कुएँ को खींचने की योजना बनाई गई थी (चित्र 9), और इसके परिणाम बहुत उत्साहजनक रहे। दो महीनों के भीतर, लगभग 5.0 मीटर नीचे जाने पर, झुकाव सुधरकर 1:140 (1:25 से) हो गया। तारीख के अनुसार झुकाव में हुए सुधार की जानकारी संलग्न तालिका में दी गई है। इस तरीके को अपनाया जा सकता था क्योंकि पास वाले कुएँ को छेड़ा नहीं गया था और उसे इतनी गहराई तक उतारा गया था कि वह ज़रूरत के हिसाब से प्रतिक्रिया बल (reaction force) को संभाल सके।

कुआँ संख्या 09 के लिए समय के साथ झुकाव में सुधार

कुओं में झुकाव (tilt) को ठीक करने के कई तरीके उपलब्ध हैं, जैसे कि एक्सेंट्रिक ग्रैबिंग, केंटलेज, आदि। लेकिन HSR नर्मदा पुल के निर्माण में, कुछ खास उपाय किए गए हैं, जैसे कि कुएं के धंसने की प्रक्रिया को बेहतर बनाने के लिए एयर जेटिंग और वॉटर जेटिंग की व्यवस्था। साथ ही, झुकाव को ठीक करने के लिए आस-पास के कुओं से मिलने वाले रिएक्शन की मदद से (केंटलेज के साथ) पीछे खींचने (pulling back) के तरीके का बहुत प्रभावी ढंग से इस्तेमाल किया गया है। कुएं को नीचे धंसाने के लिए जैक-डाउन व्यवस्था का उपयोग—उन जगहों पर जहाँ धंसाने के लिए पर्याप्त बल उपलब्ध नहीं होता—इस पुल के निर्माण में अपनाया गया एक नया और अनोखा तरीका है। यह पेपर केवल कुएं की नींव से जुड़ी अलग-अलग अपनाई गई योजनाओं में इस्तेमाल किए गए सिद्धांतों पर चर्चा करता है; यहाँ दिए गए विवरण केवल इस खास साइट के लिए ही हैं और किसी भी दूसरी साइट पर, बिना उचित तकनीकी विश्लेषण और अध्ययन के, इनका पालन नहीं किया जाना चाहिए।

संदर्भ [1] दस्तावेज़ संख्या 2005/CE-I/BR-II/8, दिनांक 8 जून, 2005, श्री RR जरुहर, सदस्य (इंजीनियरिंग), रेलवे बोर्ड एवं पदेन सचिव, भारत सरकार, रेल मंत्रालय, नई दिल्ली-110001 की ओर से।