Inginerii chinezi au creat un nou utilaj SBM de forare verticală, aplicând o idee antică şi revoluţionând accesul rapid către resurse la mare adâncime

În lumea construcţiilor civile complexe, utilajele TBM, de forare a tunelurilor, sunt printre cele mai complicate creaţii mecanizate create de omenire. Aceste utilaje cilindrice articulate, cu un cap rotativ, taie rocile subterane şi dispun de un mecanism automatizat de evacuare a deşeurilor rezultate, dar totodată şi de fortificare a pereţilor galeriei tocmai forate. Ei bine, aceste utilaje sofisticare au deja câteva decenii de când există şi sunt perfecţionate, germanii de la Herrenknecht fiind recunoscuţi la lideri din acest segment. Dar ele forează preponderent în plan vertical, sau uşor înclinat. Acum, inginerii chinezi au creat un nou utilaj SBM de forare verticală, aplicând o idee antică şi revoluţionând accesul rapid către resurse la mare adâncime.

Foto: Noul utilaj creat de inginerii chinezi

Aici lucrurile devin extrem de interesante, iar pentru a înţelege inovaţia adevărată şi utilitatea ei, e nevoie să revenim un pic la utilajele TBM obişnuite, de forare a tunelurilor. Fiind orientate în plan vertical, gravitaţia le ajută ca toate deşeurile să se concentreze jos şi să fie evacuate într-un mod predictibil şi mecanizat. Chiar şi atunci când tunelul poate urca sau coborî uşor în altitudine, dificultatea acestui proces nu creşte prea mult.

Foto: Utilaj TBM la intrarea într-un nou tunel din Elveţia, pregătit de acţiune

Tot cei de la Herrenknecht, însă, au creat şi utilaje de forare unghiulară a unor galerii înclinate. De această dată nu mai e vorba de tunele, ci mai ales de galerii de hidrocentrale. Unghiul maxim era anterior de 41 de grade, dar acum două luni scriam despre o hidrocentrală din Austria, unde un utilaj de forare al celor de la Herrenknecht a marcat un nou record, forând la un unghi de 42 grade.

Foto: Utilajul de la hidrocentrala din Austria

Pe lângă asta, acum circa 13 ani, germanii de la Herrenknecht au înţeles că pot îndeplini necesitatea forării verticale prin adaptarea principiului utilajelor TBM pentru forarea la unghi de 90 grade, adică direct vertical. Desigur, şi până atunci în lume au existat metode de a fora în adâncime, cele mai mari adâncimi fiind obţinute în sonde de diametru mic. Cele de diametru ceva mai mare erau limitate în adâncime de dificultăţile de forare, evacuare a deşeurilor, fortificare a pereţilor. Chiar dacă existau şi soluţii parţial mecanizate, adâncimea până la care acestea puteau ajunge era relativ limitată, iar dacă se dorea să se ajungă mai jos, de obicei trebuia să se recurgă la dinamitare până la o anumită adâncime, cu riscuri majore, sau forări subţiri.

Acum mai bine de un deceniu germanii au creat primele utilaje complet mecanizate de forare verticală, pe care le-au numit SBM (shaft boring machine) în loc de TBM (tunnel boring machine). Principiul era similar, cu acelaşi cap rotativ care tăia roca dură din faţă. Doar că existau şi câteva diferenţa majore. Spre exemplu, în interiorul galeriei săpate, utilajul SBM trebuie să lupte cu gravitaţia şi să aibă mecanisme prin care s-ar prinde de pereţii galeriei pe care a săpat-o, făcând acest lucru succesiv, pe măsură ce înaintează.

Utilajul celor de la Herrenknecht

Apoi, toate deşeurile rezultate de la tăierea pietrelor din faţă rămân exact acolo, în faţa capului rotativ. Cei de la Herrenknecht au inventat un sistem similar unor găleţi, unite de un soi de scripete, care încarcă deşeurile şi le ridică sus. Dar această parte a deşeurilor e cea mai anevoioasă în prezent, iar fiind elementul care reţine progresul mai rapid al muncii unui utilaj TBM.

Teoretic, utilajele celor de la Herrenknecht pot ajunge acum să foreze până la 2.000 metri adâncime, cu un diametru de până la 10-12 metri, dar în practică, cu cât mai jos de avansează în adâncime, cu atât utilajul trebuie să facă pauze mai lungi în aşteptarea evacuării deşeurilor. Or, chiar dacă acele găleţi sunt mai multe, circularea lor pe o distanţă de 1.000 metri ia timp. Şi chiar dacă forarea ar putea continu în timpul evacuării pietrelor, ea ar produce în timp real o cantitate mai mare de deşeuri decât poate fi evacuată. Din această cauză, forările în zona 1.000-2.000 metri şi mai mult devin foarte scumpe şi lente chiar şi cu aceste utilaje SBM.

Ceea ce au făcut ingineri chinezi acum e să rezolve exact această problemă cu noul lor utilaj, numit Gangtie Jiliang. Utilajul lor are 8,1 metri în diametru, iar partea revoluţionară pe care o are e un sistem de evacuare rapidă a deşeurilor, inspirat dintr-o idee antică, care-l face capabil să opereze la capacitate nominală, fără nevoia de a aştepta evacuarea. Iar acest sistem îl face capabil să foreze mult mai jos de 1.000 metri păstrând costurile moderate şi randamentul de muncă la un nivel pe care celelalte utilaje actuale nu-l pot atinge, spun inginerii chinezi.

Utilajul chinez are un cap complet rotativ, aşa cum se cuvine unui SBM. Dar sistemul de evacuare a deşeurilor e diferit de cel al germanilor, ideea venindu-i in inginerului şef de dezvoltare, Ding Zhangfei, când acesta se plimba într-un parc cu un pârâu în el. Acolo a văzut un mecanism antic de irigare, numit în terminologia chineză „roată cu coloană de dragon”. De fapt, e o roată cu nişte pale speciale, care preiau apa din râu, direcţionând-o într-un şanţ. Acele pale sunt puse pe un soi de lanţ, la distanţe egale cu distanţa dinţilor roţilor. Iar circulând în număr mare prin şanţ, ele asigură mecanismul de ridicare a apei către punctul de sus, asigurând astfel irigarea mai departe de râu.

Foto: Utilajuil antic chinezesc, care a inspirat inovaţia

Exact după acelaşi principiu funcţionează aici evacuarea deşeurilor. În locul găleţilor care să se umple şi să fie purtate în sus, există un soi de pale, multe la număr, cu o frecvenţă relativ mare, care preiau continuu deşeurile şi le direcţionează prin canalul ce trece prin utilaj în sus. Chinezii nu menţionează exact cum alungesc apoi sistemul pe măsură ce adâncimea creşte, însă, cel mai probabil, e vorba de un sistem în câteva module. Ceea ce spun inginerii chinezi cu certitudine e că acest sistem are o capacitate enormă, echivalentă cu încărcătura a 10 camioane pe oră, iar capacitatea rămâne aceeaşi odată cu avansarea în adâncime.

De asemenea, noul utilaj are şi un sistem de fortificare a pereţilor galeriei proaspăt forate, într-un stil clasic de SBM.

Toate aceste calităţi ar trebui să permită noului utilaj să revoluţioneze accesul la resurse situate la mare adâncime prin accesarea mult mai ieftină şi mai rapidă a lor la adâncimi de peste 1.000 metri. Or, în prezent o mare parte din minerit are loc la adâncimi mai mici, iar chinezii spun că ţara lor are rezerve uriaşe, mult mai mari, la adâncimi mai mari, de 1.500 metri şi mai jos. La aceste adâncimi, China dispune de rezerve uriaşe neexplorate de metaloizi, cum ar fi siliciul, germaniul, borul, telurul şi altele, care sunt extrem de importante în producţia de semiconductoare, aliaje de metal şi baterii pentru maşini electrice. De asemenea, China are cantităţi de 4 ori mai mari de zăcăminte de aur, zinc şi plumb la aceste adâncimi, faţă de cele prezente mai spre suprafaţă.

La fel de importante sunt zăcămintele de wolfram, folosit în industria aerospaţială, şi pământuri rare, extrem de importante în producţia de magneţi permanenţi şi multe alte produse moderne înalt tehnologizate. Prin urmare, noul utilaj ar trebui să deschidă calea spre accesul mult mai rapid şi eficient în cost al acestor resurse.

Pe lângă asta, inginerii care au creat noul utilaj, spun că noua lor maşinărie ar putea fi extrem de utilă în forarea de galerii subterane pentru amplasarea comunicaţiilor, dar şi a elementelor vitale ale infrastructurii energetice şi de apărare, fiind astfel ferite de inspecţiile de satelit şi de vulnerabilităţile pe care le pot aduce în timpurile noaste dronele.