ببینید؛ مهندسی بی‌نهایت: دکل عظیم Troll A؛ بزرگ‌ترین سازه بتنی ساخت بشر
کیلومترها دورتر از سواحل غرب نروژ، جایی که آب‌های سرد دریای شمال بی‌وقفه می‌خروشند، یک غول مهندسی به نام دکل Troll A قرار دارد. این سازه که ۴۷۲ متر از بستر دریا بالا آمده است، با برج‌های نمادین پتروناس مالزی که تنها ۴۵۱٫۹ متر ارتفاع دارند، رقابت می‌کند. سازه‌ای که نماد جاه‌طلبی‌های بشر به شمار می‌رود، جرمی تقریباً یک و نیم برابر پل گلدن‌گیت در سان فرانسیسکو دارد.
برای سال‌ها، Troll A، عنوان بلندترین و سنگین‌ترین شیء جابه‌جاشده در سطح زمین را در اختیار داشت؛ رکوردی که به شجاعت سازندگان آن اشاره دارد. امروز، بازدیدکنندگانی که به عرشهی آن نگاه می‌کنند، تنها بخش کوچکی از شکوه آن را می‌بینند، چرا که بیشتر این سازه‌ی عظیم در عمق یخ‌زده‌ی دریا غرق شده و مانند یک غول ساکت از بستر دریا سر برآورده است.
Troll A که زمانی بزرگ‌ترین دکل فراساحلی بود، با دکل جدیدتر روسی Berkut به حاشیه رانده شد. البته این امر از عظمت Troll A نمی‌کاهد، زیرا ابعاد بی‌نظیر آن هنوز به شکلی باورنکردنی وسیع است. سفر این دکل، از محل ساخت تا جایگاه فعلی آن در میدان‌های گازی ترول، داستانی از نوآوری، دقت و تاب‌آوری را بیان می‌کند.
استخراج گاز از میدان ترول در سال ۱۹۹۵ آغاز شد و منابعی را آزاد کرد که پیش‌بینی می‌شود با نرخ فعلی استحصال، تا ۷۰ سال آتی نیاز اروپا را تأمین کند. در قلب این عملیات، دکل Troll A قرار دارد که در میان همتایانش، Troll B و Troll C، به‌عنوان یک نگهبان عظیم ایستاده است.
هرکدام از دکل‌های Troll نقش مشخصی در استخراج گاز از گنجینه‌ی مدفون زیر دریای شمال ایفا می‌کنند
میدان‌های گاز ترول از سوی سه دکل، خدمات‌رسانی می‌شوند که به‌طور خلاقانه A، B و C نام‌گذاری شده‌اند. شاید فکر کنید که Troll A با مقیاس عظیم خود اولین دکل بوده که به بهره‌برداری رسید است، اما تاریخ روایت متفاوتی دارد.
اگرچه دکل Troll B پس از Troll A ساخته شد، فعالیت خود را زودتر از بقیه آغاز کرد و در سال ۱۹۹۵ به بهره‌برداری رسید. درست یک سال بعد، طراحی Troll A تکمیل شد، اما به‌دلیل طراحی بلندپروازانه‌ی خود که برای انجام سخت‌ترین عملیات استخراج میدان‌های گاز طراحی شده بود، مدت‌زمان بیشتری را در آزمایش‌های پیش از بهره‌برداری گذراند.
دریای شمال میزبان مهربانی نیست. آب‌های آن با امواج ۳۰ متری، طوفان‌های شدید و سرمای سوزناک در تلاطم است. این تلاطم، گودال‌هایی در بستر دریا ایجاد می‌کند که بقای سازه‌ها را در معرض خطر قرار می‌دهند. مهندسان نروژی که پیشتاز در مهندسی فراساحلی هستند، ویژگی‌های خاص دریای شمال را به خوبی می‌شناسند.
در ۲۷ مارس ۱۹۸۰، دکل حفاری «الکساندر کییلند» که ۳۲۰ کیلومتر شرق داندی در اسکاتلند قرار داشت، به‌دلیل شکستگی در پایه‌های پشتیبان، فروریخت. این فاجعه، ۱۲۳ نفر از ۲۱۲ سرنشین را به کام مرگ فرستاد. تحقیقات بعدی نشان داد که فروریختن الکساندر کییلند به‌دلیل درزی رخ داده بود که در نتیجه‌ی فشار مداوم امواج، رشد کرده بود. نتایج این تحقیق، نیاز به مواد مقاوم و انعطاف‌پذیر و سیستم‌های ایمنی اضافی را آشکار ساخت.
دو مرحله‌ی در نظر گرفته‌شده در ساخت عرشه و پایه‌ها در طرح دکل Troll A
ساخت پایه‌ها با روش قالب‌های لغزنده: یک سمفونی بتنی
ساخت چهار پایه‌ی عظیم Troll A یکی از پرچالش‌ترین مراحل این پروژه بود. هر پایه، با استفاده از تکنیک قالب‌های لغزنده (Slip forming) ساخته شد. روش مذکور از زمان‌های معرفی در مینه‌سوتا در سال ۱۸۹۹ به طرز چشمگیری تکامل یافته است که در ابتدا برای ساخت سیلوهای بتنی گندم توسعه یافت، اما به‌تدریج به استانداردی برای ساخت سازه‌ها تبدیل شد.
در روش تکنیک قالب‌های لغزنده، ایجاد یک پوشش یکنواخت و آب‌بند ضروری است
برای Troll A، قالب‌های لغزنده تنها به‌معنای بتن‌ریزی در یک قالب نبود؛ بلکه یک عملیات دقیق و ۲۴ ساعته در نظر گرفته می‌شد که هر پایه را فقط طی ۱۰۰ روز به‌طور پیوسته، می‌ساخت. مهندسان، فرایندی مستمر را مدیریت کردند که نیازمند زمان‌بندی دقیق و پایداری بی‌وقفه‌ای بود. این روش شامل قرار دادن قالب‌های عظیم در اطراف ناحیه‌ای بود که قرار بود بتن پایه ریخته شود.
هنگامی که بتن به‌آهستگی و با سرعت حدود پنج سانتی‌متر هر ۲۰ دقیقه ریخته می‌شد، قالب‌ها به آرامی و با ثبات بالا می‌رفتند. جرثقیل‌ها در عملی هماهنگ، قالب‌ها را بالا می‌بردند تا اطمینان حاصل شود که بتن همواره در یک قالب در حال حرکت به‌طور مداوم محصور می‌شود. این فرایند تا زمانی که تمام ارتفاع پایه تکمیل می‌شد، ادامه داشت.
برنامه‌ریزی این عملیات نیازمند شبیه‌سازی‌های دقیق و توسعه‌ی پروتکل‌های اضطراری در صورت بروز مشکلات مکانیکی یا محیطی بود، به‌طوری‌که هر مانع احتمالی از قبل پیش‌بینی و حل می‌شد.
بتن انعطاف‌پذیر: قدرت و تاب‌آوری در کنار هم
در محیطی که دریای شمال با امواج خود به ساختارهای موجود فشار می‌آورند، دوام بتن اهمیت خود را نمایان می‌کند. مهندسان در هنگام مطالعه‌ی چالش‌های محیطی، متوجه شدند که پایه‌های بتنی تحت نیروهای پیش‌بینی‌نشده‌ای قرار خواهند گرفت. برای ساخت دکل Troll A، استفاده از بتن معمولی، کافی نبود؛ بنابراین، مهندسان به استفاده از مفهوم بتن انعطاف‌پذیر روی آوردند؛ ماده‌ای که استحکام بتن را با تاب‌آوری فولاد ترکیب می‌کند.
سازه باید طوری طراحی می‌شد که علاوه بر مقاومت در برابر نیروی وزن زیاد خود، در مقابل تنش‌های محیطی نیز منعطف باشد
برای مقابله با این نیروها، مخلوط بتن به‌گونه‌ای طراحی شد که انعطاف‌پذیری بالایی داشته باشد و درعین‌حال امکان تغییر شکل کنترل‌شده‌ای را فراهم کند. چنین تعادلی بین سختی و انعطاف‌پذیری حیاتی بود. اگر بتن بیش‌ازحد سفت می‌بود، پایه‌ها، تحت فشار ضربه‌ای ترک می‌خوردند؛ اما اگر خیلی انعطاف‌پذیر می‌بودند، دیگر پشتیبانی لازم را برای ساختار فوقانی دکل فراهم نمی‌کردند.
بتنی که برای ساخت پایه‌های دکل Troll A استفاده شد، ترکیبی معمولی نبود. فرمولاسیون این بتن باید به‌طور خاص برای بارگذاری‌های دینامیکی و بی‌وقفه‌ی ناشی از ضربه‌های امواج متوالی طراحی می‌شد. مهندسان محاسبه کردند که هر پایه، به‌طور تقریبی در طول عمر پیش‌بینی‌شده‌ی ۷۰ ساله، برخورد حدود ۱۸۰ میلیون موج را تجربه خواهد کرد. این ضربات مکرر نیاز به ماده‌ای داشت که با جذب انرژی امواج، مانع از ایجاد ترک و آسیب در سازه شود.
یکی از جذاب‌ترین جنبه‌های طراحی پایه‌ها، گنجاندن اتصالی کمربندی در میانه‌ی ارتفاع و جعبه‌بندی در قسمت پایین است. این ویژگی‌ها برای اطمینان از توزیع یکنواخت نیروهای ناشی از امواج، در نظر گرفته شده‌اند. اتصال کمربندی پایه‌ها به‌عنوان یک سیستم پشتیبانی جانبی عمل می‌کند که با اثرات ارتعاش‌های هم‌فرکانس که می‌توانند باعث تقویت تنش‌ها در سازه و ایجاد خستگی در طول زمان شوند، مقابله می‌کند. جعبه‌بندی نیز همانند یک گره اتصال عمل می‌کند که چهار سازه‌ی جداگانه را به هم پیوند می‌دهد. این ارتباط متقابل نه‌تنها تمامیت کلی دکل را تقویت می‌کند، بلکه اطمینان می‌دهد که بارهای دینامیکی واردشده از سوی دریا به‌طور مساوی تقسیم شوند.
یکی از ویژگی‌های نوآورانه‌ی طراحی پایه‌های Troll A، گنجاندن آسانسور در پایه‌ها است. این آسانسور که می‌تواند در مدت ۹ دقیقه به بستر دریا برسد، به‌عنوان یک نقطه‌ی دسترسی حیاتی برای نگهداری و بازرسی پمپ‌های زیرآبی که برای استخراج گاز ضروری هستند، عمل می‌کند.
برای تضمین حداکثر کنترل و کاهش هرگونه خطر از شکست ساختاری، مهندسان دکل Troll A استراتژی جدیدی را طراحی کردند که شامل غرق کردن پایه‌ها در آب می‌شد تا از ارتفاع دکل کاسته شود. شناورسازی کنترل‌شده به مهندسان این امکان را داد تا توزیع وزن ساختار را به‌طور دقیق مدیریت کنند و نصب عرشه با جرثقیل‌های کوتاه‌تری قابل انجام باشد.
با پر کردن پایه‌ها از آب، تیم مهندسی قادر به ایجاد محیطی پایدار و پیش‌بینی‌پذیر بودند که خطر حرکت‌های ناگهانی و کنترل‌نشده را به حداقل می‌رساند. در این مرحله، سیستم‌های حسگر دقیق و نظارت بلادرنگ برای اندازه‌گیری فشار، تراز و نرخ جریان آب به کار گرفته شد. این داده‌ها به مهندسان این امکان را داد تا تغییرات مورد نیاز را در حین عملیات انجام دهند و هر حرکت را به‌طور حساب‌شده کنترل کنند.
نصب عرشهی فوقانی که ساخته‌ی هیتاچی بود، با شناور کردن پایه‌ها در آب دریا صورت گرفت
پس از انجام و تثبیت شناوری پایه‌ها، عرشهی فوقانی با کمک چند جرثقیل هماهنگ، در موقعیت خود و تنها چند متر بالاتر از لبه‌های بالایی پایه‌ها قرار گرفت. در این نقطه، عملیات به یک فرایند تدریجی و دقیق تبدیل شد: آب از پایه‌ها به‌طور کنترل‌شده‌ای تخلیه شد تا پایه‌ها به‌طور تدریجی بالا بروند تا دکل از موانع طبیعی کف بستر دریا، مانند صخره‌ها عبور کند.
فرایند تخلیه‌ی آب به‌صورت سانتی‌متر به سانتی‌متر انجام شد؛ یک عملیات با دقت بسیار بالا که امکان اتصال دقیق پایه‌ها به عرشهی فوقانی را فراهم کرد. مهندسان از جک‌های هیدرولیکی و وینچ‌های هماهنگ برای اطمینان از حفظ تراز کامل پایه‌ها با عرشهی فوقانی استفاده کردند. تمام مرحله‌ی اتصال با دقتی بی‌نظیر انجام شد؛ به‌طوری‌که تیم مهندسی می‌توانست با اطمینان ادعا کند که تمام موانع احتمالی به‌طور سیستماتیک پیش‌بینی و از آن‌ها اجتناب شده است.
تمام این فرایند نه‌تنها به تکنولوژی‌های پیشرفته‌ی هیدرولیکی و پمپاژ نیاز داشت، بلکه رعایت دقیق یک توالی از عملیات‌ها که به‌طور کامل تمرین شده بودند نیز الزامی بود. طرح‌های اضطراری برای پیش‌بینی مشکلات احتمالی مانند تغییرات فشار آب یا واکنش‌های ساختاری غیرمنتظره آماده شده بود تا در صورت بروز مشکلات، به‌طور مؤثر واکنش نشان داده شود.
سفر به سرنوشت
با اتصال بی‌نقص عرشهی فوقانی به پایه‌های عظیم، دکل Troll A یکی از چالش‌برانگیزترین سفرهای دریایی را تاریخ را آغاز کرد. این سازه‌ی عظیم ۱٫۲ میلیون تنی، سفر هفت‌روزه و ۲۰۰ کیلومتری خود را از روستای کوچک واتس در نروژ به مقصد نهایی در میدان‌های گازی ترول آغاز کرد. عملیات کشش این دکل، یک کلاس درس در زمینه‌ی لجستیک دریایی بود، که به تلاش هماهنگ ده کشتی یدک‌کش قدرتمند نیاز داشت تا غول عظیم دکلی را به‌طور ایمن هدایت کنند.
عملیات کشش با چالش‌هایی مواجه بود که نیازمند نوآوری‌های فناورانه و مهارت‌های استثنایی در دریا بود
با توجه به جرم عظیم دکل و شرایط متغیر محیطی در دریای شمال، یدک‌کش‌ها به سیستم‌های موقعیت‌یابی دینامیکی و کنترل‌های ناوبری مجهز شده بودند. این سیستم‌ها به‌طور پیوسته جریان‌های اقیانوسی، الگوهای باد و ارتفاع امواج را زیر نظر داشتند، به‌طوری‌که خدمه می‌توانستند فوراً، تنظیمات لازم را انجام دهند و جهت حرکت درست را حفظ کنند. در طول سفر، هر کشتی یدک‌کش به‌طور استراتژیک در جای خود قرار گرفته بود تا نیروهای کشش به‌طور یکنواخت در سراسر ساختار تقسیم شوند تا از ایجاد هرگونه تنش اضافی جلوگیری شود.
Troll A برای مقاومت در برابر امواج بی‌وقفه‌ی دریای شمال طراحی شده است و دوام، ویژگی اصلی این دکل در نظر گرفته می‌شود.
باوجود دستاوردهای مهندسی بی‌شمار، Troll A کمتر در کانون توجه قرار دارد، زیرا اهمیت آن اغلب تحت‌الشعاع سازه‌های معماری‌ها پرزرق‌وبرق‌تر، قرار می‌گیرد. این گمنامی در تضاد با نقش دکل به‌عنوان یکی از ارکان شبکه‌ی انرژی اروپا است که به‌طور بی‌صدا گاز را از طریق خطوط لوله به میلیون‌ها مصرف‌کننده منتقل می‌کند.
غول خاموش در دریای شمال
دکل Troll A، که ساخت آن پنج سال به طول انجامید، یک سمفونی از نوآوری‌ها بود: ساخت آن روی زمین با استفاده از پایه‌های بتنی از نوع قالب‌های لغزنده، تقویت‌شده با فولاد برای انعطاف‌پذیری در برابر امواج دریای شمال. این پروژه‌ی ۶۵۰ میلیون دلاری دکلی را به وجود آورد که در برابر سرمای شدید دریای شمال تاب آورد. طراحی این سازه به گونه‌ای است که حداقل تا سال ۲۰۶۶ قادر به فعالیت خواهد بود.
تأثیر دکل Troll A از ظاهر بتنی آن فراتر می‌رود و نقشی کلیدی در تأمین گاز اروپا ایفا می‌کند. از سال ۱۹۹۵ تاکنون، این دکل، گاز را از عمق ۱۴۰۰ متری در زیر دریا استخراج می‌کند و از طریق خط لوله‌های انتقال به اروپا می‌رساند. در سال ۲۰۰۸، این پلتفرم روزانه ۱۲۰ میلیون متر مکعب گاز از میدان ترول استخراج کرد و اگرچه امروزه ظرفیت آن به ۳۶ میلیارد متر مکعب در سال محدود شده، تولید آن همچنان حیاتی باقی مانده است.
در میان امواج سرد و بادهای طوفانی، Troll A مانند غولی خاموش ایستاده و گواهی است بر مهندسی بی‌نهایت و نبوغ انسانی. داستان آن، از آزمایش‌های اولیه‌ی تقویت بتن در قرن نوزدهم تا حمل‌ونقل عظیم در دریای شمال، نمونه‌ای برجسته از پیشرفت مهندسی است: یک غول میلیارد دلاری که حضور بی‌صدایش، تضمین‌کننده‌ی امنیت انرژی اروپا است.
منبع: خبرآنلاین
منبع: faradeed-238576