Складнощі тунелебудування та технології майбутнього, які можуть покращити цей процес

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:

«Втрачають людей і техніку в промислових масштабах»: навіщо російські війська риють тунелі під Авдіївкою

Коло Авдіївки не вщухають бої – російські війська продовжують спроби оточити місто. Це, зокрема, підтверджують і в Генштабі. А прокремлівські пабліки поширюють відео з російськими прапорами на Авдіївському териконі. Головні зусилля російських військ спрямовані на взяття Авдіївки в оточення – для цього намагаються захопити кілька населених пунктів, розташованих на флангах, у тому числі Степове, Бердичі та Північне.

Саму Авдіївку та її околиці українські війська утримують із 2014 року. В місті, де до початку повномасштабної війни жило близько 25 тисяч людей, залишаються близько 1600 жителів. Їм допомагають волонтери та місцева адміністрація.

Про ситуацію у найгарячішій точці російсько-української війни Радіо Свобода розпитало Антона Коцуконя, речника 110 ОМБр імені генерал-хорунжого Марка Безручка.

Дивіться у програмі Свобода Live:

– Яка ситуація на авдіївському напрямку і, зокрема, в Авдіївці ? Як вона змінилася за останню добу?

– Ситуація продовжує бути напруженою. Росіяни продовжують свої намагання ходити в атаки. Нині вони використовують трішки менше бронетехніки, більше залучають до штурмів саме особовий склад. Але щоразу отримують по зубах, несуть величезні втрати.

І щодня ходять, і ось так намагаються.

– Є така думка, і це не не просто думка, а військові в цьому запевняють, що Авдіївський напрямок найбільш укріплений із 2014 року. Скажіть, будь ласка, за яких обставин українським військовим доведеться його залишити? Чи це абсолютно неможлива ситуація за будь-яких обставин?

– Я думаю це питання більше до якихось аналітиків. Про те що ви сказали – це дійсно правда. Що Авдіївка і взагалі весь цей напрямок він дуже суттєво укріплений. Починаючи з 14-го року тут будувалися фортифікаційні споруди, і це все нам зараз дуже допомагає тримати рубежі.

Хлопцям на нулі допомагають. Власне в тому числі і через це вдається так ефективно відбивати ворожі навали, вдається так ефективно їх нищити, нищити особовий склад та техніку.

– А що ви можете про тактику російських військових розповісти? Поруч зі мною моя колега Євгенія Китаїва, і вона щойно повернулась зі сходу. Вона нам розповідає, що, виявляється, у російських військових там є цілі підрозділи, які риють тунелі. Мені здається, що ви в коментарях, або хтось із вашої бригади, іноземній пресі говорили про те, що це якась нова тактика на Авдіївському напрямку, коли риють ці тунелі під землею. Розкажіть про це, і можливо ще якісь особливості підходу з боку російських військових. Що вони роблять на цьому напрямку?

– З приводу тактики бойових дій після 13-го числа, після того як хлопці Сил оборони України, які тримають напрямок, завдали величезних втрат ворогові в техніці і особовому складі, вони почали менше застосовувати бронетехніку. Кидають її виключно туди, де, умовно кажучи, формують головні ударні кулаки. Де для них, можливо, більш пріоритетні місця. На решті ділянок більше бережуть техніку і кидають саме особовий склад.

З приводу цих тунелів. Так, з’явилася ця новинка. З однієї сторони ніби як маскується їх пересування.

Напевно, хочуть поближче до наших позицій випірнути. Часом порівнюють нашою війну з Першою світовою, і тоді ж було розповсюджена така от історія.

І от зараз росіяни також от так от діють – риють тунелі.

– А наскільки великі за чисельністю чи за якістю резерви російської армії, які були кинуті на цю ділянку фронту?

– Тут стоїть як мінімум три їхні кадрові бригади, підкріплені підрозділами «Шторм-Z».

Враховуючи що вони намагаються наступати щодня, а людей у них вистачає для цих дій, тож резерви вони тут накопичили величезні: і в особовому складі, і в силах і засобах відповідно.

– Наскільки це підготовлені війська?

Ну, як і всюди – різні є.

Але ворога не можна недооцінювати. Кожен ворог має зброю, він ходить, він стріляє, тобто кожен ворог небезпечний.

Ворога недооцінювати не можна.

– А є у вас пояснення, чому раптом всередині жовтня російські військові почали ось так потужно і масово штурмувати саме Авдіївський напрямок? Наприклад, ваші колеги-військові, які теж перебувають на Авдіївському напрямку, пояснюють це якимись політичними причинами та мотивами. Що Путіну треба перемога до Нового року, чи до виборів, припустимо. Чи є ще якісь військові обґрунтування, чому вони зараз взялися за Авдіївку?

– З приводу прив’язки до часу, напевно, тут дійсно причини більш політичні. А з приводу військової точки зору в них є мета оточити Авдіївку.

Для них склалася така ситуація, що уже місто у напівкільці, і в них є мета, поставлена командуванням, щоб вони його оточили. Спочатку перерізали логістичні шляхи постачання, і потім оточили. І зараз вони намагаються щось робити.

– Наскільки вони близькі до того щоб перерізати шляхи постачання? Або які там є ризики взагалі?

– Ви можете побачити по цифрах, скільки окупантів щодня нищать наші оборонці, і вони дуже далекі від своєї мети.

– Сьогодні російські провоєнні пабліки поширювали відео з російським триколором на Авдіївському териконі, за який останні дні йдуть бої. Чи можете ви його верифікувати, що це за кадри, де це відбувається, що це за зона? Тому що дуже багато дезінформації шириться, але якогось офіційного підтвердження чи спростування цим кадрам немає.

– За терикон єдине що можу сказати, що за нього тривають тяжкі бої. А з приводу прапорів: знаєте, росіяни дуже люблять кудись забігти, щось кудись заштрикнути, сфотографувати, і потім всюди це відео чи фотографії шерити. Там тривають бої.

– Це якась сіра зона, куди, як ви кажете, можуть забігти як хтось з однієї сторони, так і з іншої, щось зробити і вибігти? Вибачте, що я так спрощую, але це для розуміння людям, які не дотичні до війська.

– Чесно кажучи, я це відео в перший раз побачив.

Тому я не знаю за яких обставин воно було зроблено. Я просто кажу, що росіяни люблять такі речі. Десь поставити свій прапор, сфотографувати. Їх там може і не бути, але як в таких пропагандистських цілях це може бути зроблено.

– Дозвольте по ситуації в самому місті. Нещодавно голова Авдіївської військової адміністрації Віталій Барабаш сказав, що через постійний обстріл дороги, яка веде до Авдіївки, ускладнюється евакуація і постачання гуманітарної допомоги. Але попри це є приблизно 1600 людей, які продовжують залишатися в місті. Чи розумієте ви чому люди не їдуть і наскільки ви часто стикаєтеся з цим? Що вони вам розповідають?

– У кожного якась своя історія. Хтось не хоче кидати будинок, хтось каже, що у них немає грошей орендувати житло в інших, безпечніших містах. І в кожного якась своя історія. Але безпекова ситуація в місті напружена.

Знайти цілий будинок у місті – справа абсолютно нереальна. Дуже багато будинків, в які влучали російські керовані авіабомби, стоять без окремих під’їздів.

Тобто був п’ятипід’їздний будинок, а зараз він чотирьохпід’їзний. Тому що один під’їзд зруйнований зверху і донизу. В таких умовах, під щоденними обстрілами, там живуть цивільні, не хочуть виїжджати.

– За вашими прогнозами, чи якось може кардинально змінитися ситуація на Авдіївському напрямку до кінця року?

– З прогнозами краще звернутись до аналітиків.

– Але вони, на відміну від вас, не там. А ви там.

– Прогноз – дуже невдячна справа. Тут нічого розповісти не зможемо.

– Тоді таке питання, наскільки можливо на нього відповісти: що заважає українським силам на Авдіївському напрямку різко або доволі швидко переламати ситуацію на свою користь? Зараз така ситуація, коли російські війська активно штурмують, а українська армія активно обороняється. Але, наскільки я розумію, задача максимум, по-перше, утримати оборону. А по-друге піти далі, там вже далі шлях на Донецьк. Що заважає кардинально переламати ситуацію на свою користь?

– Це війна, і хтось наступає, а хтось обороняється. Якщо подивитися на цифри, росіяни тут уже поклали близько п’яти тисяч людей особового складу, та наші сили оборони вивели з ладу більше 100 одиниць бронетехніки.

Якщо подивитися на цифри, то про яку перевагу можна говорити? Вони тут втрачають просто в промислових масштабах своїх і людей і техніку, які наші сили оборони нищать.

– Чи можете ви зараз говорити про те, з якими труднощами там стикаються українські військові? Можливо, про те, чого не вистачає? Чи це секретна інформація?

– Труднощі – це кількість росіян. Їх дуже багато. Вони ходять у ці «м’ясні штурми», і їх просто кількісно дуже багато. Це от найголовніша складність.