隧道建设出新招，低碳环保不能少——隧道网2022年度创新技术盘点（欧美篇）

利用 集群机器人开挖隧道的技术——HyperTunnel工法 无疑是2022年最受欧美业界关注的创新工法之一，该技术的核心是利用大量小型机器人在地层中先建好衬砌，然后再将衬砌内部的土体挖空，形成隧道空间。

HyperTunnel集群机器人快速隧道施工技术一经公布便受到关注，许多人认为这种技术将彻底改变隧道施工模式，但也有不少人对这一技术的可行性和成本效益提出了质疑。

美国Earthgrid公司公布了一种 等离子体焰炬掘进工法 ， 这种工法应用于TBM上，将多个等离子体焰炬集中在一个可旋转的非接触式切割盘上，利用其切割硬岩，实现隧道掘进。

等离子体焰炬

据该公司称，这种技术已在页岩油开采领域应用多年，未来 该工法在硬岩中挖掘隧道的速度将远比传统工法快100倍，且成本低廉。

2022年，获得埃隆·马斯克举办的“隧道施工竞速大赛”第二名， 来自瑞士联邦理工的Swissloop Tunneling小组优化并展示了他们的"未来TBM" 。

实验中的原型机

    TBM的设计中融合了多项先进技术，包括内构3D打印衬砌系统，液压控制多向刀盘系统，斜角始发系统等等。

去年，埃隆·马斯克隧道掘进公司在推进工程建设的同时，也开始 研发旗下的第二代TBM“Prufrock”，号称掘进速度将比前一代提高6倍 。

据悉，这种TBM将采用全电力驱动，无需工作井，实现地面出入式始发与接收，在掘进过程中可进行同步推拼。

去年， 海瑞克研发的电缆铺管系统E-Power Pipe 在荷兰Oirschot电缆隧道工程中得到了应用，该工法结合了水平定向钻（HDD）与小型隧道掘进设备（AVN）的特点与优势，利用顶管技术将隧道一次成型，通过顶管顶进+预制管道回拖两个步骤，直接完成小直径管道的铺设，其孔径适应性、轴线控制、沉降控制、环境影响等表现更佳。

由Gamuda开发的自动化操作系统“A-TBM”将操作两台TBM挖掘“奥林匹克公园站”到“西草地”站之间9km的隧道，这将是 澳大利亚首次使自主掘进TBM 。

两台海瑞克TBM将作为自动化操作系统“A-TBM”的载体，自主控制 盾构轴线、盾构推力、刀盘转速，实现自动切削、自动注浆，完成对开挖量平衡以及泥水平衡的自动控制。

VMT公司设计并研发了一种虚拟技术，通过扫描管片来获得数据，建立虚拟管片， 并在计算机中进行虚拟拼装实验。目前，虚拟管片拼装试验技术依旧在发展和推广的过程中，其最大规模应用是在伦敦的泰晤士河Tideway隧道建设中。

随着人力成本的日益增加与机器人技术的逐步成熟，越来越多的地下工程开始使用机器人进行现场巡检。 在墨尔本地铁扩建工程中， 施工方采用了来自波士顿动力公司的四足机器人Spot对隧道进行巡检 。

美国DARPA（国防高级研究计划局）也组织了 一场总奖金高达350万美元的竞赛，力求研发一套可以在复杂地下环境中工作的机器人系统。

除了机器人之外，智能无人车辆也在隧道内大放异彩：在全球最长的铁路隧道——布伦纳基线隧道内， 一台装载了VirtuRail 系统的无轨台车成功进行了一次隧道内的无人自主行驶 ；意大利承包商Webuild与瑞士CSC Costruzioni联合 研发了首款用于隧道内部环境勘探的AXEL无人车辆， 已在都灵-里昂基线隧道工程中成功试运行。

2022年， 科技公司Geoptic在对英国巴尔格雷隧道的病害检测中启用了 μ子成像技术 。 μ子成像技术是一种与X光扫描类似的技术，但μ子的穿透力比X射线更强，因此可对更厚的材料进行成像。

μ子成像技术原理图，

过去用于集装箱检测

西班牙Worldsensing公司展示了一种 新型的管片衬砌智能监测系统 ， 可以有效帮助管片衬砌从安装到维护的全过程，通过 内嵌传感器、数据收集器和信号收发装置的智能管片，为未来的维护提供便利。

伦敦皇家邮政隧道

使用了内嵌传感器的智能管片

英国剑桥大学纳米科学中心和Silicon Microgravity公司在去年展示了他们联合研发的新型重力仪， 利用重力仪获取重力值后，就能够进一步识别物体的性质，以此实现对地下的非侵入式探测， 同时探测的精确性也得到了极大的提升。

此外， 隧道无线监测设备与信息聚合平台的默契配合 、 3D摄影测量和激光雷达技术的结合 ， 都是快速检测隧道结构病害的利器。

英国HS2工在2022年年初制定了无柴油化工地的计划，截止2022年底已有10个工程达成，这得益于一系列绿色施工技术的应用。

HS2渣土运输管道系统 是用于代替工地上的渣土运输卡车，这套系统本质上是一套内置于箱型结构内的传送带系统，采用了模块化设计，一条完整的输送线路通过多段传送带前后连接组成。

渣土管道运输系统

HS2项目在施工现场还使用了 氢燃料电池发电机 ，2022年7月，HS2维多利亚路站点全面启用氢燃料电池发电机取代原本的柴油发电机。

氢燃料电池的发电机

此外，HS2项目还在去年对 “飞轮储能系统” 进行了验证试验。该技术的原型来自F1赛车，通过在起重机低负载期间使用200kVA发电机的剩余电力，将旋转的飞轮加速至极高速度， 飞轮存储的动能可以快速释放提供动力，最终达到500kVA柴油机的出力效果，大幅减少碳排放。

储能飞轮系统

除了环保设备的应用外，在施工材料方面， HS2工程也采用了大量低碳混凝土 ，并在喷射混凝土衬砌中也使用低碳混凝土，实现更加明显的减碳效果。

在2022年年末的德国慕尼黑宝马展上，霍尔希姆（Holcim）公司也凭借其 碳预应力混凝土制造技术 ，赢得了本届的创新施工技术奖。

结 语