肆無忌憚的創新能否在實踐中應用?本期,讓我帶大家回訪一下非開挖技術領域的這些新技術,看看它們在過去一到兩年裡是如何發展的
非接觸式熱壓碎
技術介紹:
非接觸式熱能岩石破碎技術這是總部位於加利福尼亞州的機械人公司 Petra 於 2021 年開發的一種硬岩鑽孔技術。
該技術使用超過 982 種超高溫氣體,通過熱剝落在堅硬岩石中鑽進。
裝置的測試週期。
挖掘過程是完全非接觸式的,只有感測器會接觸岩石,挖掘本身是通過熱量和氣體完成的使用這種技術挖掘的岩石會破碎成小塊,以便於處理。
最新技術:
2023 年,PETRA 已成功將熱力岩石破碎裝置整合到其多模式非開挖機械人 AI-1 中,AI-1 是一種自動化非開挖機器,可以通過更換鑽頭元件來執行不同型別的隧道掘進任務。
從上到下依次是:導向鑽頭、螺旋鑽頭、輔助動力鑽頭(ABD)、
迴力鑽進、爆管裝置、非接觸式熱能碎岩裝置
自動化非開挖裝置 AI-1
雖然熱力岩石破碎裝置已經投入使用並整合到自動化非開挖AI-1裝置中,但在Petra公布的施工案例中,沒有使用非接觸式熱能模式的施工案例。 根據Petra的說法,沒有使用新技術,因為該項目的地層學不夠堅硬,無法保證使用該技術。
高超音速彈丸衝擊技術
高超音速彈丸衝擊技術它是由美國華盛頓州的一家科技公司Hypersciences開發的一種硬岩開挖技術。
超核彈丸發射器
彈丸衝擊岩石破碎工藝
該技術基於一種稱為“超核心”的高超音速彈丸衝擊技術,該技術通過反覆引導彈丸以超高速(1-2公里秒)撞擊堅硬岩石來完成隧道開挖。
Hypersciences 的橫截面為 55m*4.在5m隧道中進行了現場測試,據報道,該裝置在一周內挖掘了多達1個6公里的硬岩隧道。
概念圖和實際裝置。
最新技術:
高超音速彈丸撞擊技術仍在開發過程中,Hypersciences最近宣布的測試**表明,它們正在提高彈丸撞擊的準確性、射程和速度,並使用數字工具來分析撞擊效果。
雷射定位,提高精度
自動彈匣裝填以提高射速
用於分析影響效果的數字工具
高超音速彈丸衝擊技術仍在改進中,似乎還有很長的路要走才能投入到實際的隧道建設中。
蚯蚓仿生機械人
蚯蚓仿生機械人由通用電氣 (GE) 於 2021 年與美國國防高階研究計畫局 (DARPA) 合作開發,這是一種仿生鑽孔機,旨在快速、謹慎地完成小直徑隧道掘進。
實驗室**
這個仿生機械人可以像蚯蚓一樣快速挖掘和移動到地下。 原型長 2 公尺至 3 公尺,外皮由纖維網製成,可彎曲和膨脹,同時保護內部結構免受粗糙和沙質地下環境的影響。
戶外測試**
水力人工肌的內部結構模仿蚯蚓的“靜水骨骼結構”及其功能,通過組織的收縮、膨脹和伸長產生高壓,可以穿透緻密的土壤和軟岩,並迅速挖掘和移動到地下。 在室外測試中,機械人以 10 厘公尺的速度挖掘了一條直徑非常小(小於 500 公尺)的隧道,長度為 10 厘公尺。
最新技術:
蚯蚓仿生機械人的技術發展目前處於停滯狀態:研究人員認為,僅使用更強的液壓人工肌肉和更先進的運動演算法可能無法進一步提高仿生機械人的掘進效率。
實驗室中的原型。
蚯蚓的高效挖掘能力不僅僅取決於它的肌肉力量和運動模式——蚯蚓鬃毛的固定、粘液的潤滑和其他細節很難用目前的人類技術來模仿。
DARPA的Underminer計畫
2022 年 3 月,DARPA 宣布完成 Underminer 計畫實驗,該實驗正在研究高隱蔽性快速地下隧道掘進技術。 此後,通用電氣(GE)沒有公布任何有關該機械人的訊息,後續開發可能已被取消但是,鑑於該技術的軍事背景,它也有可能已經進入了秘密研發階段。
等離子割炬隧穿
等離子割炬隧穿它是美國初創公司EarthGrid於2024年開發並宣布的一種硬岩施工技術,是一種用於產生直流等離子體射流的裝置。
等離子割炬。
近年來,該技術發展迅速,逐步提高效率和效能,並已成功應用於石油鑽井領域,驗證了等離子割炬的破岩能力。 因此,EarthGrid開始嘗試通過密集使用等離子火炬在更大部分進行硬岩開挖。
岩石破碎工藝。 EarthGrid 計畫將多個等離子割炬集中在乙個可旋轉的非接觸式切割盤上,該切割盤以斐波那契螺旋圖案分布,旋轉後可以覆蓋整個部分。
切割盤設計。
最新技術:
EarthGrid 尚未公布其最近的發展,但在 2023 年 10 月,該公司宣布已籌集 3000 萬美元,並將專注於建設地下輸電隧道,這可能意味著對大直徑等離子火炬隧道裝置的研究可能已被擱置。
大直徑等離子割炬切割盤設計。