Шаги к тоннелестроению без углеродных выбросов

5 мая 2022 г.

Шаги к тоннелестроению без углеродных выбросов

Несмотря на сжатые сроки, определенные Парижским соглашением, при использовании правильных решений тоннелестроение без углеродных выбросов вполне достижимо в недалеком будущем.

Сейчас для тоннелестроения наступил переломный момент, когда экологичность и декарбонизация являются важнейшим​​​​​​​ приоритетом руководителей компаний. Чтобы достичь целевого значения изменения климата не более чем на 1,5° С к 2050 году, тоннелестроительной отрасли придется взять на себя долю в сокращении непосредственных выбросов CO2 до нуля.

В настоящее время лишь немногие страны и инфраструктурные проекты перешли от слов к делу и работают над сокращением выбросов углерода. Возможно, Норвегия является одним из лидеров в этом направлении. Ее жители покупают больше всего электрических транспортных средств по сравнению с другими странами, расширяется использование строительного оборудования с электроприводом, а основные города планируют использовать только углеродно-нейтральные методы строительства к 2025 году. Помимо Норвегии, некоторые страны и проекты в Европе, как минимум, ставят перед собой амбициозные цели по снижению углеродного следа, но обычно они ограничиваются лишь разработкой бетонных смесей, производство которых связано с меньшими выбросами углерода.

Тоннелестроительная отрасль вносит свой вклад в выбросы CO2 по всему миру, и поэтому должна участвовать в сокращении углеродного следа. Отрасль испытывает нарастающее давление со стороны правительственных структур, инвесторов и клиентов, требующих декарбонизации ее операций.

Когда принимается решение о строительстве нового тоннеля, тщательно разработанный проект и его эффективное исполнение, сфокусированное на уровне выбросов углерода, в конечном итоге обеспечит снижение затрат.

В то время как некоторые считают, что тоннелестроение с низким углеродным следом автоматически означает более высокие затраты, современный передовой опыт управления выбросами углерода доказывает обратное, и при комплексном подходе на протяжении всего проекта инженеры, поставившие цель снизить выбросы углерода, одновременно с этим также обеспечат экономию общих затрат на проекте. Несомненно, этим подходом руководствуется стандарт PAS 2080 по управлению выбросами углерода в инфраструктуре; и тем, кто стремится к декарбонизации отрасли, стоит применять его на своих проектах.

Вот мое скромное мнение по поводу этого роста осознания необходимости декарбонизации: три ключевых аспекта, которые могли бы ускорить усилия по декарбонизации и значительно приблизить достижение целевого значения изменения климата не более чем на 1,5° C — Строить с умом, строить эффективно и строить на всю жизнь.

Строить с умом — Все начинается с инновационного и продуманного проекта

Самое большое снижение выбросов углерода в тоннелестроении определяется решениями, принимаемыми на этапах планирования и проектирования. Например, для выбросов углерода важна предварительная оценка вариантов, прежде чем приниматься за новое строительство, например, строить ли вообще или лучше модернизировать или продлевать эксплуатацию существующих объектов.

Как и в любых других проектах, именно на раннем этапе разработки принимаются ключевые решения, и при строительстве тоннелей самое большое снижение выбросов углерода возможно в процессе проектирования. Такая оптимизация проектов по строительству тоннелей может быть применена посредством инициативного управления отношениями с клиентами, например, поощряя политику закупок, которая бы заставляла основных подрядчиков предлагать инновационные технологии и материалы, снижающие выбросы углерода, что, в свою очередь, простимулирует аналогичные процессы по всей цепочке поставок.

При прокладке тоннеля открытым способом повсеместно используется крепление горных пород с помощью набрызг-бетонирования, и во многих странах, благодаря высокому качеству, оно также широко применяется для постоянной обделки тоннеля, что экономит 20-25 % бетона по сравнению с традиционными системами обделки тоннеля. Я считаю, что современные системы набрызг-бетонирования, сочетающие высокий уровень замещения портландцемента, использование полимерного фиброволокна и инновационные технологии гидроизоляции, предлагают возможности сокращения выбросов углерода до 50 % при обделке тоннелей. Однако для оптимизации потенциала снижения углеродных выбросов такие решения, как «Строить с умом», нужно определить и реализовать на раннем этапе проектирования. Это реальные решения, обеспечивающие реальную экономию, и мы можем сделать эти большие шаги уже сегодня, если следовать правильной корпоративной культуре, выбирать правильные проектные решения и применять вдохновляющие новые модели закупок, способствующие позитивным изменениям.

Попутно следует отметить, что низкоуглеродный набрызг-бетон медленнее набирает прочность в первые несколько часов после нанесения. Высокая начальная прочность крайне важна для обеспечения безопасности кровли и производительности при нанесении достаточно толстого слоя. Интересные исследования, проведенные нами с геополимерами (смесями без использования портландцемента), показали, что мы можем получить сверхнизкоуглеродный бетон, быстро набирающий начальную прочность, однако мы продолжаем работать над их эффективностью на более долгий срок, чтобы сделать эти смеси более конкурентоспособными.

Следующий шаг, который мы можем сделать к тоннелям с нулевым углеродным следом, — это суперэффективность строительных технологий.

Заблаговременное планирование — стратегическое партнерство в проектировании и сотрудничество с подрядчиками по всей цепочке поставок.

Материалы для набрызг-бетонирования обделки с низким и супернизким углеродным следом. Ключевым фактором являются новые ускорители схватывания и мембраны.

Различное работающее от аккумулятора тоннелепроходческое оборудование набрызг-бетонирования для основных диаметров тоннелей.

Цифровизация набрызг-бетонирования для проверки дизайна. Разработка работающей в режиме реального времени системы SmartScan и цифровых систем благодаря межотраслевому сотрудничеству.

Обучение на тренажерах, аккредитация EFNARC, постоянное совершенствование, дальнейшая разработка систем набрызг-бетонирования, использующих компьютеризацию.

Люди являются определяющим фактором для успеха низкоуглеродных технологий набрызг-бетонирования для обделки тоннелей. Одних законодательных мер будет недостаточно. Движение должны возглавить организаторы производства.

Для декарбонизации отрасли необходим комплексный подход к проектированию и строительству тоннелей. Каждый технологический этап предлагает значительные возможности для сокращения выбросов углерода.

Строить эффективно — Умное оборудование, кадры и цифровизация

Для выявления основных источников выбросов и декарбонизации потребуется немало усилий. Такие действия включают поиск более экологичных источников поставок, избирательное использование видов топлива, электроприводы, а также переключение на поставщиков зеленой электроэнергии для тоннелестроительных проектов.

Примером нашего экологичного предложения являются аккумуляторные электромобили SmartDrive. SmartDrive обеспечивают повышенную производительность при полном отсутствии местных выбросов. Они также ликвидируют затраты на топливо и его транспортировку и требуют меньше затрат на техническое обслуживание. Например, норвежские тоннелестроители уже движутся к цели достичь нулевого уровня углеродных выбросов к 2050 году, используя роботов для набрызг-бетонирования SmartDrive Spraymec 8100 SD, которые заряжаются электричеством, вырабатываемым гидростанцией. Мы также наблюдаем эту тенденцию в горнопроходческих проектах в отдаленных районах, где установки возобновляемой энергетики подают электричество для зарядки аккумуляторов парка горнопроходческого оборудования. Они готовы к 2050 году с нулевым уровнем выбросов.

Критически важно для снижения углеродных выбросов начать измерять и планировать использование углерода в тоннелепроходческих проектах Нам нужно разработать базовый сценарий, относительно которого мы будем стремиться к улучшениям. Я полагаю, что для этого нам потребуется цифровая революция в проходке тоннелей с использованием набрызг-бетонирования, с цифровыми платформами, собирающими данные от подземного оборудования, дозирующих установок и пр., а также умные системы 3D-сканирования, работающие в забое в режиме реального времени и помогающие роботам-операторам «успешно выполнить работу с первого раза» как по требуемому профилю, так и по толщине нанесения. Эти системы также будут помогать инженерам оценивать расход материалов, геологию и, например, качество работы. Собственно, отображаемый в реальном времени цифровой близнец рабочего процесса будет очень полезен всем заинтересованным стронам и будет способствовать каждодневному отслеживанию снижения затрат и выбросов углерода, поддерживая при этом безопасность процессов.

Платформы обучения основных операторов на симуляторах виртуальной реальности становятся обыденностью в нашей отрасли и VR-симулятор набрызг-бетонирования Normet, прошедший сертификацию международной организации EFNARC C2, является новейшим примером того, как операторы набрызг-бетонирования могут повышать свою квалификацию в учебной обстановке. Эти симуляторы позволяют научиться безопасным и экологичным способам набрызг-бетонирования и показывают, над чем нужно поработать, благодаря чему у обучаемых специалистов вырабатывается правильное отношение и навыки безопасной работы, необходимые в реальных условиях под землей.

Строить на века

Наше общество должно экономнее тратить ресурсы, особенно когда речь идет о строительстве тоннелей. Normet создает долговечное оборудование, и всегда, когда есть возможность, мы перерабатываем или повторно используем компоненты или материалы при производстве нового оборудования и новых строительных материалов.

Кроме того, когда нет необходимости строить новые тоннели, мы можем предложить способы продлить эксплуатацию существующих изношенных подземных объектов с помощью работающих дистанционно точных приборов для оценки состояния и ряда умных интенсивных восстановительных технологий.

Наконец, нам следует продвигать использование низкоуглеродных технологий набрызг-бетонирования, чтобы создавать более экологичную инфраструктуру, которая обеспечит лучшую жизнь нашему сегодняшнему обществу и будущим поколениям. О высокой ценности для общества уже можно судить по возросшему снова интересу к системам подземного хранения зеленой энергии, таким как гидроаккумулирующие электростанции и резервуары для закачки водорода, а также низкозатратные тоннельные решения для постоянного транспортного сообщения между отдаленными островами.

В двух словах, для ускорения декарбонизации необходимы многие усилия на разных фронтах. И это не только низкоуглеродный бетон. Нам предстоит много работы, так что давайте примемся за нее, чтобы создавать удобные, «низкоуглеродные» тоннели.

Об авторе

Ross Dimmock, вице-председатель Normet по тоннелестроению

Ross​​​​​​​ хорошо известен как в Великобритании, так и в международном тоннелестроении с применением набрызг-бетонирования. Он начал свою карьеру на строительстве участков NATM тоннеля под Ла-Маншем. Затем он сотрудничал с Mott MacDonald, работая над проектам Crossrail и Hindhead, а между ними поработал с Balfour Beatty над строительством Юбилейной линии станции Ватерлоо, а также был техническим руководителем в MBT (позднее BASF). После 11 лет работы в Normet на различных руководящих должностях теперь он занимает пост вице-председателя по тоннелестроению, и перед ним стоит вдохновляющий вызов разработать экологичные низкоуглеродные решения для отрасли, опираясь на свою 33-летнюю любовь к тоннелестроению с применением набрызг-бетонирования и мотивацию изменения технологий к лучшему.

Ross Dimmock – Профиль на Linkedin

Подписаться на новостную рассылку