“天马行空”的创意能否成为“高效实用”的技术？欧美非开挖创新技术现状介绍与回顾

隧道网曾为大家先后介绍过不少非开挖技术领域的创新技术，从           等离子体焰炬           到           热能碎岩           ，从           弹丸撞击           到           蚯蚓仿生机器人  ，         各式突破常规的创新隧道掘进工法，可谓无奇不有。

然而，这些天马行空的创新技术是否能够走向实际应用呢？本期，带大家一起回访一下这些非开挖技术领域的新技术，看看在过去的一到两年里，他们又有了怎样的发展？         

非接触式热能碎岩

技术介绍：

非接触式热能碎岩技术  是由美国加利福尼亚的机器人公司Petra在2021年所研发的硬岩掘进技术。

       

该技术使用超过982℃的超高温气体，通过热散裂技术在硬岩中实现钻挖。

       

设备测试时期

挖掘过程中全程采用非接触式作业，只有传感器会接触岩石，开挖本身是通过热量和气体来完成的；使用该技术挖出的岩石会碎裂成小块，便于处理。

技术现状：

非接触式热能碎岩技术可能是几种非开挖创新技术中发展最迅速的——2023年，           Petra公司已经将 热能碎岩设备成功整合进了他们的多模式非开挖机器人AI-1中，这是一种更换钻头部件就能执行不同类型掘进任务的自动化非开挖设备。

       

从上到下分别为： 导向钻头、螺旋钻、辅助动态钻（ABD）、

回拉钻、爆管法设备、非接触式热能碎岩设备

       

自动化非开挖设备AI-1

尽管热能碎岩设备已投入使用，并整合进了自动化非开挖设备AI-1中，但在Petra公司的公布的施工案例中，尚未看到使用非接触式热能模式的施工案例。           根据Petra公司的解释，之所以没有使用这项新技术，是因为项目的地层没有坚硬到需要使用该技术。        

     

高超声速弹丸撞击技术

高超声速弹丸撞击技术  是一种由美国华盛顿州的技术公司HyperSciences研发的硬岩掘进技术。

       

HyperCore弹丸发射器

       

弹丸撞击碎岩过程

这项技术基于一种名为“HyperCore”的高超声速弹丸撞击技术，通过重复引导弹丸以超高速（1-2 km/s）撞击硬岩，完成隧道开挖。

HyperSciences公司已在断面为5.5m*4.5m的隧道内进行了实地测试，据悉，该设备在一周之内开挖了长达1.6km的硬岩隧道。

       

概念图和实际设备

技术现状：

高超声速弹丸撞击技术目前依旧在继续研发的过程中，HyperSciences公司           最           近 公布的测试视频显示，他们正在加强弹丸撞击的精度，射程和射速，并使用数字化工具对撞击效果进行分析。

       

激光定位，提高精度

       

自动化弹夹装填，提高射速

       

数字化工具，分析撞击效果

高超声速弹丸撞击技术目前依旧在不断的改进中，距离投入实际的隧道建设似乎还有较远的距离。        

       

     

蚯蚓仿生机器人

蚯蚓仿生机器人  是通用电气（GE）在2021年联合美国国防部高级研究计划局（DARPA）研发的一款仿生型掘进设备，其设计目标是快速且隐蔽地完成小直径隧道掘进。

     

实验室照片

这种仿生机器人可以模仿真正的蚯蚓，在地下快速挖掘和移动。原型机全长2m至3m，外皮由一种纤维网制成，可以在弯曲、膨胀的同时，保护内部结构免受粗糙和砂质地下环境的影响。

     

室外测试照片

内部构造中液压人工肌肉则模仿了蚯蚓的“静水骨骼结构”与其功能，通过组织的收缩、膨胀与伸长产生高压，可穿透密实土层和软岩，在地下进行快速挖掘和移动。在 室外测试 中，该机器人以10cm/s的速度开挖了一条长500m的极小直径（不到1m）隧道。
     

技术现状：

蚯蚓仿生机器人的技术发展目前陷入了停滞：从事相关研究的技术人员认为，单纯使用更强的液压人工肌肉和更先进的运动算法，可能无法进一步提升仿生机器人的掘进效率。

     

实验室中的原型机

蚯蚓能够高效地进行掘进，并不仅仅是依靠其肌肉力量和运动模式——蚯蚓刚毛的固定作用，粘液的润滑作用等等细节都是人类目前的技术难以模仿的。

     

DARPA的Underminer计划

2022年3月，DARPA宣布研究高隐蔽性快速地下掘进技术的Underminer计划实验完成。在此之后，通用电气（GE）再未公布过该款机器人的相关消息，后续研发可能已被取消；但考虑到该技术的军方背景，也有可能是转入了秘密研发阶段。

   

等离子体焰炬掘进

等离子焰炬掘进  是由美国初创公司Earthgrid在2022年研发并公布的硬岩施工技术，这是一种用于生成定向流动等离子体射流的装置。

       

等离子焰炬

近年来，该技术迅速发展，效率和性能逐渐增强，并且在石油钻探领域中得到了成功的应用，验证了等离子体焰炬的破岩能力。因此，Earthgrid公司开始尝试通过集中使用等离子体焰炬来进行较大断面的硬岩掘进。

       

破岩过程

Earthgrid公司计划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，这些等离子体焰炬以斐波那契螺旋图案分布，非接触式切割盘在旋转时可以覆盖整个断面。

       

切割盘设计

技术现状：

Earthgrid近期并未公布过其技术发展情况，但在2023年10月，该公司宣布成功融资了3000万美元，并会将工作重心放在施工地下输电隧道，这可能意味着大直径等离子体焰炬掘进设备的研发可能已经被搁置。        

       

大直径等离子体焰炬切割盘设计

        

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