Как стартапы делают строительство туннелей быстрее и дешевле

Недавно в Лондоне была открыта ветка пригородной железной дороги Elizabeth Line. Для ее строительства использовали машины, каждая из которых весила более 1 тысячи то и рыла туннели свыше 7 м в диаметре.

Но у британского стартапа hyperTunnel есть другие идеи. Он предлагает использовать роботов длиной около 3 м в форме полуцилиндров, которые будут перемещаться под землей по предварительно просверленным трубам. Диаметр труб составит около 250 мм, и они будут повторять очертания стен будущего туннеля.

Оказавшись внутри, боты будут использовать роботизированную руку, увенчанную фрезерной головкой, чтобы проникнуть в окружающую землю и вырезать небольшие пустоты, которые затем будут заполнены бетоном или каким-либо другим прочным материалом. Шаг за шагом будет образовываться структура нового туннеля.

Компания даже представила 3D-анимацию с роботами, работающими на воображаемом подземном сооружении гигантских размеров. Но это было бы скорее похоже на строительство туннелей в обратном направлении. Применение традиционного туннелепроходческого комплекса (ТПК) требует сначала выкопать яму, а затем добавить опоры или стены, чтобы укрепить ее.

«Мы прокладываем туннель в земле, а затем выкапываем яму», — говорит Лейн-Нотт. Как только конструкция построена, материал, заполняющий камеру туннеля, можно извлечь.

Одно из преимуществ этого, по его мнению, заключается в том, что в целом используется меньше строительных материалов. Наружная толщина конструкции может варьироваться в соответствии с фактической геологией и давлением, окружающим туннель в любой заданной точке.

Эксперты согласны с тем, что отрасль нуждается в технологических решениях для снижения затрат и повышения эффективности. Сейчас могут потребоваться годы, чтобы спроектировать и построить туннелепроходческую машину, а затем наконец прорыть туннель с ее помощью.

Появляется целый ряд новых компаний, обещающих изменить ситуацию — от Boring Company Илона Маска до hyperTunnel и проектов, разрабатывающих новые высокотемпературные методы взрывания самых прочных пород на Земле.

«Многое происходит, и я думаю, что это хорошо, потому что тоннелестроение должно совершенствоваться», — говорит Жасмин Амберг, менеджер проекта Amberg Engineering, компании по подземному строительству, основанной ее дедом. По ее мнению, этот бизнес должен стать более быстрым и экологичным.

• Недавно после 10 лет работы Китай завершил строительство железнодорожного туннеля длиной в 20 км в горах Лунмэнь.
• В Великобритании существует железнодорожный проект HS2, который соединит Лондон с городами и поселками на севере страны и будет включать более 100 км туннелей вдоль предполагаемого маршрута.
• А Питер Вестербака, который раньше работал на Rovio, разработчика Angry Birds, разработал амбициозный план строительства подводного туннеля между Финляндией и Эстонией.

Это лишь несколько примеров.

Амберг прогнозирует, что в будущем спрос на подземную инфраструктуру будет расти — не в последнюю очередь для того, чтобы защититься от повышения температуры над землей из-за изменения климата. «Может быть, не так уж и плохо иметь место, где у нас более постоянная температура», — говорит она.

Туннели нужны не только для транспортировки. Трой Хелминг, основатель и CEO стартапа EarthGrid из Сан-Франциско, подчеркивает, что линии электропередач необходимо прокладывать под землей. К этому и стремится его компания. Он отмечает, что подавляющее большинство кабелей в США и Канаде находятся над землей, что делает их уязвимыми для ураганов и штормов, а также, все чаще, лесных пожаров.

«Наш план состоит в том, чтобы проложить суперсеть по всей Северной Америке», — говорит он, показывая карту с планом сети, простирающейся от восточного побережья США до Тихого океана, и будущими морскими ветряными электростанциями на западе. Этот план может способствовать соединению разрозненной энергосистемы США — и, возможно, однажды даже распространиться на Европу, чтобы задействовать там огромный потенциал морской ветроэнергетики.

Одно из препятствий — чрезвычайно прочные породы, например гранит и кварцит, что может сделать традиционные методы трудными или невозможными. Хелминг делает ставку на технологию плазменной резки, которая нагревает породу примерно до 6000°C, разбивая ее вдребезги. Он предполагает, что в результате получится создавать туннели в твердых породах в 100 раз быстрее, чем при использовании современных технологий.

EarthGrid разрабатывает прототип робота с пятью плазменными горелками, который, по словам Хелминга, должен быть готов к испытаниям в марте 2023 года. Компания также намерена завершить свой первый небольшой коммерческий проект к концу этого года.

Хелминг отмечает, что в случае EarthGrid туннели будут иметь форму не круга, а скорее подковы — представьте квадрат с аркой наверху вместо плоского потолка. Так, по его мнению, будет легче устанавливать кабельные стойки, а в более крупных транспортных туннелях — укладывать дорожное покрытие на плоской поверхности туннеля.

Конкурирующая компания Petra также стремится бурить твердые породы, используя силу тепла, хотя и с помощью устройства термической резки, в котором используется перегретая жидкость, а не плазменная горелка. По словам CEO и сооснователя Кима Абрамса, идея состоит в том, чтобы относительно легко справиться с тяжелыми геологическими условиями.

Читайте по теме:

Масштабное мышление: почему стартапы решаются строить гигафабрики

Скандинавский путь: как Осло делает стройплощадки тихими и экологичными

«Только на прошлой неделе мы закончили рыть туннель диаметром 34 фута и 30 дюймов в граните», — говорит она, добавляя, что компания надеется начать коммерческие операции в следующем году. И она упоминает, что компания также работает над отдельным решением для решения другой проблемы — чрезвычайно мягкой или заболоченной почвы, которая часто встречается под прибрежными городами и вблизи них.

Однако Амберг отмечает, что этим технологиям еще предстоит доказать свою эффективность в масштабе. Она называет концепцию hyperTunnel интересной, но добавляет, что не уверена, как роботы будут справляться с более сложными геологическими условиями или заболоченными грунтами.

Цзянь Чжао — профессор кафедры гражданского строительства Университета Монаш в Австралии. Он и его коллеги исследовали использование лазерных, микроволновых и гидроабразивных технологий высокого давления, в частности, для бурения туннелей. Он сомневается, что теплового метода Petra будет достаточно для крупных проектов по прокладке туннелей, но, возможно, его получится совместить с механическими раскопками.

«Посевное финансирование, ангельские инвестиции и все остальное, чтобы стимулировать некоторые из этих инноваций, я думаю, это фантастика», — говорит Майкл Муни, профессор кафедры подземного строительства и прокладки туннелей Grewcock в Горной школе Колорадо.

Он согласен с тем, что экспертное общество еще сошлось во мнении, будут ли новые технологии пользоваться масштабным коммерческим успехом, но он подчеркивает, что более быстрые и дешевые методы очень востребованы в отрасли.

Он также утверждает, что Boring Company, которая разрабатывает свой собственный вид ТПК для запуска с поверхности, также внедрила инновации в коммерческом смысле, поскольку планирует стандартизировать устройства для бурения туннелей во всех проектах.

Наконец, Амберг упоминает, что по всему миру существует множество существующих туннелей, которые устаревают и требуют технического обслуживания и ремонта. Для эффективного выполнения этой работы требуются новые технологии.

HyperTunnel — одна из компаний, нацеленных на такие рынки. Лейн-Нотт говорит, что его роботы смогут быстро спускаться по трубам для обслуживания внешней структуры подземных туннелей без необходимости останавливать автомобильное или железнодорожное движение внутри. И этот процесс уже начинается.

Лейн-Нотт добавляет, что Network Rail, которая владеет и управляет большей частью железнодорожной сети Великобритании, привлекла hyperTunnel к реализации проекта в этом направлении.

Это небольшой шаг вперед к будущему, когда тысячи роботов будут трудиться вместе, создавая огромные подземные сооружения — то, что он называет «силой роя».

Вне зависимости от того, какая технология получит распространение, наше будущее полно туннелей. Время покажет, кто и как будет их выкапывать.

Источник.

Фото на обложке: Stor24 / Shutterstock