Για την κατασκευή υπόγειων σηράγγων , οι μηχανικοί χρησιμοποιούν μηχανές διάνοιξης ή αλλιώς TBM. Πρόκειται για μεγαθήρια που μοιάζουν με σωλήνα, οπλισμένα με μια τρομακτική σειρά από τροχούς κοπής στο ένα άκρο οι οποίες πολλές φορές κατασκευάζονται αποκλειστικά για ένα συγκεκριμένο έργο.
Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελούν τα TBM που χρησιμοποιήθηκαν στην εκσκαφή της σήραγγας για την γραμμή Elizabeth Line του Λονδίνου.
Τα μηχανήματα που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτό το έργο ζύγιζαν πάνω από 1.000 τόνους το καθένα και έκοψαν σήραγγες διαμέτρου άνω των 7 μέτρων κάτω από την πρωτεύουσα του Ηνωμένου Βασιλείου.
Ωστόσο, η βιομηχανία των εκσκαφών εξερευνά μίνι ρομπότ, πυρσούς πλάσματος και υπερθερμασμένο αέριο για να αντικαταστήσει τα τεράστια εκστατικά μηχανήματα που χρησιμοποιούνται τώρα.
Η Βρετανική startup hyper Tunnel προτείνει για το μέλλον πολύ μικρότερα ρομπότ σε σχήμα ημικύλινδρου μήκους περίπου 3 μέτρων, τα οποία που ζουμάρουν υπόγεια μέσω προ διατρυπημένων σωλήνων.
Αυτοί οι σωλήνες, περίπου 25 εκατοστά σε διάμετρο, θα ακολουθούν το περίγραμμα των τοιχωμάτων της προτεινόμενης σήραγγας. Μόλις μπουν μέσα τους, τα ρομπότ θα χρησιμοποιούν έναν ρομποτικό βραχίονα με μια κεφαλή φρεζαρίσματος για να διεισδύσουν στη γύρω γη και να χαράξουν μικρά κενά που στη συνέχεια θα γεμίσουν με σκυρόδεμα ή κάποιο άλλο ισχυρό υλικό. Κομμάτι-κομμάτι σαν αυτό, η δομή μιας νέας σήραγγας θα ενώνεται.
«Μιλάμε για χιλιάδες από αυτά», λέει ο διευθυντής μηχανικής του hyper Tunnel, Patrick Lane-Nott. «Όπως μια αποικία μυρμηγκιών ή τερμιτών λειτουργεί σε σμήνη».
Με την προτεινόμενη νέα τεχνική : «Βάζουμε τη σήραγγα στο έδαφος – και μετά σκάβουμε την τρύπα», λέει ο Lane-Nott. Μόλις κατασκευαστεί η δομή, το υλικό που γεμίζει τον θάλαμο της σήραγγας μπορεί να αφαιρεθεί. Ένα πλεονέκτημα αυτής της διαδικασίας, υποστηρίζει ο ίδιος, είναι η χρήση λιγότερου οικοδομικού υλικού, συνολικά. Αντί να τοποθετούνται τυποποιημένα τμήματα του τοίχου της σήραγγας σε όλο το μήκος του έργου, το εξωτερικό πάχος της κατασκευής θα μπορούσε να ποικίλλει ανάλογα με την πραγματική γεωλογία και τις πιέσεις που περιβάλλουν τη σήραγγα σε οποιοδήποτε δεδομένο σημείο. Οι ειδικοί στις σήραγγες συμφωνούν ότι η βιομηχανία φωνάζει για τεχνολογικές λύσεις που θα μειώσουν το κόστος και θα αυξήσουν την απόδοση. Μπορεί να χρειαστούν χρόνια για να σχεδιαστεί και να κατασκευαστεί ένα TBM και στη συνέχεια να σκάψει μια σήραγγα.
Τα τούνελ δεν είναι μόνο για μεταφορά. Ο Troy Helming, ιδρυτής και Διευθύνων Σύμβουλος της startup EarthGrid με έδρα το Σαν Φρανσίσκο, τονίζει την ανάγκη να τεθούν υπόγεια καλώδια ηλεκτρικού ρεύματος – αυτό στοχεύει να κάνει η εταιρεία του. Η συντριπτική πλειονότητα των καλωδίων μεταφοράς είναι πάνω από το έδαφος στις Ηνωμένες Πολιτείες και τον Καναδά, σημειώνει, αφήνοντάς τα εκτεθειμένα σε τυφώνες και άλλες καταιγίδες καθώς και, όλο και περισσότερο, σε δασικές πυρκαγιές.
«Το σχέδιό μας είναι να τοποθετήσουμε ένα υπερδίκτυο σε όλη τη Βόρεια Αμερική», λέει, προσφέροντας έναν χάρτη με χρωματιστές γραμμές που δείχνει το εν λόγω πλέγμα που εκτείνεται από την ανατολική ακτή μέχρι τον Ειρηνικό Ωκεανό και μελλοντικά υπεράκτια αιολικά πάρκα στα δυτικά. Είναι ένα σχέδιο που θα μπορούσε να βοηθήσει στη σύνδεση του κατακερματισμένου δικτύου των ΗΠΑ – και ενδεχομένως μια μέρα να επεκταθεί ακόμη και στην Ευρώπη, για να αξιοποιήσει το τεράστιο αιολικό δυναμικό ανοικτής θάλασσας εκεί. «Είναι τρελό και τολμηρό, και το ξέρουμε αυτό», λέει ο Helming.
Ένα εμπόδιο είναι ο εξαιρετικά σκληρός βράχος, όπως ο γρανίτης και ο χαλαζίτης, που καθιστά δύσκολη ή αδύνατη την παραδοσιακή ανασκαφή σε ορισμένα από αυτά τα μέρη. Ο Helming ποντάρει στην τεχνολογία πυρσού πλάσματος που θερμαίνει το βράχο σε περίπου 6.000 βαθμούς Κελσίου και τον ανατινάζει σε αναρίθμητα μικροσκοπικά κομμάτια, ως μια πιθανή λύση. Υποστηρίζει ότι αυτό θα μπορούσε να επιτρέψει τη δημιουργία σηράγγων σε σκληρούς βράχους 100 φορές πιο γρήγορα από ό,τι με την τρέχουσα τεχνολογία.
Η EarthGrid αναπτύσσει ένα πρωτότυπο ρομπότ με πέντε πυρσούς πλάσματος, το οποίο ο Helming λέει ότι θα είναι έτοιμο για δοκιμή τον Μάρτιο του 2023. Η εταιρεία στοχεύει επίσης να ολοκληρώσει το πρώτο, μικρής κλίμακας εμπορικό της έργο μέχρι το τέλος αυτού του έτους. Η αντίπαλη εταιρεία Petra στοχεύει επίσης να τρυπήσει σκληρούς βράχους χρησιμοποιώντας τη δύναμη της θερμότητας, αν και με μια συσκευή θερμικής κοπής που χρησιμοποιεί ένα υπερθερμασμένο ρευστό υλικό – αντί με έναν πυρσό πλάσματος. Η ιδέα είναι να ξεπεράσουμε τις «εφιαλτικές γεωλογίες» με σχετική ευκολία, λέει ο διευθύνων σύμβουλος και συνιδρυτής Kim Abrams
«Συμβαίνουν πολλά και νομίζω ότι αυτό είναι καλό, γιατί ο κλάδος της σήραγγας πρέπει να βελτιωθεί», λέει η Jasmin Amberg, υπεύθυνη έργου στην Amberg Engineering, μια υπόγεια κατασκευαστική εταιρεία που ιδρύθηκε από τον παππού της. Στα μάτια της, η επιχείρηση της διάνοιξης σήραγγας πρέπει να γίνει πιο γρήγορη και πιο βιώσιμη.
Αυτές οι τεχνολογίες διάνοιξης σήραγγας δεν έχουν ακόμη αποδείξει ότι μπορούν να επιτύχουν σε κλίμακα, σημειώνει η Amberg.
Συνεχίζει λέγοντας ότι η ιδέα του hyperTunnel είναι ενδιαφέρουσα, αλλά προσθέτει ότι δεν είναι σίγουρη πώς τα ρομπότ θα μπορούσαν να αντιμετωπίσουν σκληρότερες γεωλογίες ή έδαφος με νερό, για παράδειγμα.
Ο Jian Zhao είναι καθηγητής στο Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών στο Πανεπιστήμιο Monash στην Αυστραλία. Αυτός και οι συνεργάτες του έχουν εξερευνήσει τη χρήση τεχνολογιών λέιζερ, μικροκυμάτων και υδροβολής υψηλής πίεσης, μεταξύ άλλων, για εφαρμογές διάνοιξης σήραγγας. Είναι δύσπιστος ότι η μέθοδος που βασίζεται στη θερμότητα της Petra, για παράδειγμα, θα είναι από μόνη της επαρκής για μεγάλα έργα διάνοιξης σήραγγας, αλλά αναρωτιέται αν θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί παράλληλα με τις μηχανικές εκσκαφές.
Τέλος, η Amberg αναφέρει ότι υπάρχει μια πληθώρα σηράγγων σε όλο τον κόσμο, που είναι πλέον γηρασμένες και που απαιτούν συντήρηση και επισκευή – πολλές βρίσκονται στη χώρα της, την Ελβετία. Τονίζει πως απαιτούνται νέες τεχνολογίες για να γίνουν αυτά τα έργα με αποτελεσματικότητα.
Το μέλλον μας είναι γεμάτο τούνελ. Ο αγώνας είναι σε εξέλιξη για να μάθουμε ποιος θα τα σκάψει και πώς.
Ενημερωθείτε για όλες τις τεχνολογικές εξελίξεις στο Forum“Τα εργοτάξια του μέλλοντος- Προηγμένες τεχνολογίες στα τεχνικά έργα” που θα διεξαχθεί στο πλαίσιο της έκθεσης Μηχανήματα Έργων-Ergotec στις 21-23 Απριλίoυ.
