У майбутньому потреба в трубопрохідних машинах тільки зростатиме: зміна клімату змушує задуматися про підземну інфраструктуру, а старі тунелі потребують обслуговування. Однак часто вони створюються під конкретний проєкт і дуже дорогі. Проєкти від Boring Company Ілона Маска до hyperTunnel пропонують свої рішення — від роботів до плазмового різання.
Нещодавно в Лондоні було відкрито гілку приміської залізниці Elizabeth Line. Для її будівництва використовували машини, кожна з яких важила понад 1000 тонн і рила тунелі понад 7 м в діаметрі.
Але британський стартап hyperTunnel має інші ідеї. Він пропонує використовувати роботів довжиною близько 3 м у формі напівциліндрів, які переміщатимуться під землею попередньо просвердленими трубами. Діаметр труб складе близько 250 мм, і вони повторюватимуть обриси стін майбутнього тунелю.
Опинившись усередині, роботи використовуватимуть роботизовану руку, увінчану фрезерною головкою, щоб проникнути в навколишню землю і вирізати невеликі отвори, які потім будуть заповнені бетоном або іншим міцним матеріалом. Крок за кроком утворюватиметься структура нового тунелю.
«Ми говоримо про тисячі роботів, — каже технічний директор hyperTunnel Патрік Лейн-Нотт. — Це дуже схоже на те, як працює колонія мурах чи термітів».
Компанія навіть представила 3D-анімацію з роботами, що працюють на уявній підземній споруді гігантських розмірів. Але це було б схоже на будівництво тунелів у зворотному напрямку. Застосування традиційного тунелепрохідницького комплексу (ТПК) вимагає спочатку викопати яму, а потім додати опори або стіни, щоб зміцнити її.
«Ми прокладаємо тунель у землі, а потім викопуємо яму, — говорить Лейн-Нотт. — Як тільки конструкція побудована, матеріал, що заповнює тунелеву камеру, можна витягти».
Одна з переваг цього, на його думку, полягає в тому, що в цілому використовується менше будівельних матеріалів. Зовнішня товщина конструкції може змінюватись відповідно до фактичної геології та тиску, що оточує тунель у будь-якій заданій точці.
Експерти згодні з тим, що галузь потребує технологічних рішень для зниження витрат та підвищення ефективності. Зараз можуть знадобитися роки, щоб спроєктувати та побудувати тунелепрохідницьку машину, а потім нарешті прорити тунель за її допомогою.
З’являється ціла низка нових компаній, що обіцяють змінити ситуацію — від Boring Company Ілона Маска до hyperTunnel і проєктів, що розробляють нові високотемпературні методи підривання найміцніших порід на Землі.
«Багато чого відбувається, і я думаю, що це добре, тому що тунелебудування має вдосконалюватися», — говорить Жасмін Амберг, менеджер проєкту Amberg Engineering, компанії з підземного будівництва, заснованої її дідом.
На її думку, цей бізнес має стати швидшим та екологічнішим.
При цьому нестачі в роботі немає.
- Нещодавно після 10 років роботи Китай завершив будівництво залізничного тунелю завдовжки 20 км у горах Лунмень.
- У Великобританії існує залізничний проєкт HS2, який з’єднає Лондон з містами та селищами на півночі країни та включатиме понад 100 км тунелів уздовж передбачуваного маршруту.
- Пітер Вестербака, який раніше працював на Rovio, розробника Angry Birds, розробив амбітний план будівництва підводного тунелю між Фінляндією та Естонією.
Це лише кілька прикладів.
Амберг прогнозує, що надалі попит на підземну інфраструктуру зростатиме — не в останню чергу для того, щоб захиститися від підвищення температури над землею через зміну клімату.
«Можливо, не так вже й погано мати місце, де у нас більш постійна температура», — каже вона.
Тунелі потрібні не лише для транспортування. Трой Хелмінг, засновник та CEO стартапу EarthGrid із Сан-Франциско, наголошує, що лінії електропередач необхідно прокладати під землею. До цього й прагне його компанія. Він зазначає, що переважна більшість кабелів у США та Канаді знаходяться над землею, що робить їх уразливими для ураганів та штормів, а також дедалі частіших лісових пожеж.
«Наш план полягає в тому, щоб прокласти супермережу по всій Північній Америці», — говорить він, показуючи карту з планом мережі, що простягається від східного узбережжя США до Тихого океану, і майбутніми вітряними електростанціями на заході. Цей план може сприяти з’єднанню розрізненої енергосистеми США — і, можливо, якось навіть поширитися на Європу, щоб залучити там величезний потенціал морської вітроенергетики.
«Це шалено і зухвало, і ми це знаємо», — говорить Хелмінг.
Одна з перешкод – надзвичайно міцні породи, наприклад граніт та кварцит, що може зробити традиційні методи важкими чи неможливими. Хелмінг робить ставку на технологію плазмового різання, яка нагріває породу приблизно до 6000 ° C, розбиваючи її вщент. Він припускає, що в результаті вийде створювати тунелі у твердих породах у 100 разів швидше, ніж під час використання наявних технологій.
EarthGrid розробляє прототип робота з п’ятьма плазмовими пальниками, який, за словами Хелмінга, має бути готовим до випробувань у березні 2023 року. Компанія також має намір завершити свій перший невеликий комерційний проєкт до кінця цього року.
Хелмінг зазначає, що у випадку EarthGrid тунелі матимуть форму не кола, а скоріше підкови — уявіть квадрат з аркою нагорі замість плоскої стелі. Так, на його думку, легше встановлювати кабельні стійки, а у більших транспортних тунелях — укладати дорожнє покриття на плоскій поверхні тунелю.
Компанія, що конкурує, Petra також прагне бурити тверді породи, використовуючи силу тепла, хоча і за допомогою пристрою термічного різання, в якому використовується перегріта рідина, а не плазмовий пальник. За словами CEO та співзасновника Кіма Абрамса, ідея полягає у тому, щоб відносно легко впоратися з важкими геологічними умовами.
«Тільки минулого тижня ми закінчили рити тунель діаметром 34 фути та 30 дюймів у граніті», — каже вона, додаючи, що компанія сподівається розпочати комерційні операції наступного року. І вона згадує, що компанія також працює над окремим рішенням для вирішення іншої проблеми — надзвичайно м’якого чи заболоченого ґрунту, який часто зустрічається під прибережними містами та поблизу них.
Однак Амберг зазначає, що цим технологіям ще доведеться довести свою ефективність у масштабі. Вона називає концепцію hyperTunnel цікавою, але додає, що не впевнена, як роботи будуть справлятися зі складнішими геологічними умовами або заболоченими ґрунтами.
Цзянь Чжао – професор кафедри цивільного будівництва Університету Монаш в Австралії. Він та його колеги досліджували використання лазерних, мікрохвильових та гідроабразивних технологій високого тиску, зокрема, для буріння тунелів. Він сумнівається, що теплового методу Petra буде достатньо для великих проєктів з прокладання тунелів, але, можливо, його вдасться поєднати з механічними розкопками.
«Посівне фінансування, ангельські інвестиції та інше, щоб стимулювати деякі з цих інновацій, я думаю, це фантастика», — каже Майкл Муні, професор кафедри підземного будівництва та прокладання тунелів Grewcock у Гірській школі Колорадо.
Він згоден з тим, що експертне суспільство ще не зійшлося на думці, чи нові технології користуватимуться масштабним комерційним успіхом, але він підкреслює, що швидші та дешевші методи дуже потрібні в галузі.
Він також стверджує, що Boring Company, яка розробляє свій власний вид ТПК для запуску з поверхні, також запровадила інновації у комерційному розумінні, оскільки планує стандартизувати пристрої для буріння тунелів у всіх проектах.
«Створення нового тунелепрохідницького комплексу для конкретного проекту щоразу ускладнює та збільшує витрати», — пояснює він.
Нарешті, Амберг згадує, що в усьому світі існує безліч тунелів, які старіють і вимагають технічного обслуговування і ремонту. Для ефективного виконання цієї роботи потрібні нові технології.
HyperTunnel — одна з компаній, орієнтованих на такі ринки. Лейн-Нотт каже, що його роботи зможуть швидко спускатися трубами для обслуговування зовнішньої структури підземних тунелів без необхідності зупиняти автомобільний або залізничний рух усередині. І цей процес уже розпочинається.
Лейн-Нотт додає, що Network Rail, яка володіє та керує здебільшого залізничною мережею Великобританії, залучила hyperTunnel до реалізації проекту в цьому напрямку.
Це невеликий крок уперед до майбутнього, коли тисячі роботів працюватимуть разом, створюючи величезні підземні споруди — те, що він називає «силою рою».
Незалежно від того, яка технологія набуде поширення, наше майбутнє повно тунелів. Час покаже, хто і як їх викопуватиме.
БІЛЬШЕ ЦІКАВОГО:
- Амбіції Boring Company Ілона Маска у Техасі: тунелі для автомобілів, людей і води
- Що відбувається на ринку вакуумного транспорту і за якими проектами варто стежити?
- Історія пневматичної пошти — того з чого зародилася ідея Hyperloop
Джерело: WIRED