Ultra No-Dig (UmbiliDrill)

Etablering av undergrunns mikrotunneler for bl.a. vann- og avløpsrør, strøm- og kommunikasjonskabler og rør for fjernvarme innebærer ofte store inngrep i naturen og bebygde områder. Det finnes eksisterende teknologi som muliggjør boring av mikrotunneler uten bruk av graving fra overflaten, såkalt "no-dig," men denne teknologien har begrensninger knyttet til hvor lang mikrotunnel som kan etableres og utfordringer ved boring i grunnforhold som består av en kombinasjon av løsmasse og fjell. "Ultra No-Dig" er et boresystem for etablering av lange undergrunns mikrotunneler, og som ikke er begrenset av hvilke typer grunnforhold det bores i. Systemet skal bruke retningsstyrt boring og ha lav svingradius, noe som vil være fordelaktig i bebygde områder hvor det må tas hensyn til og styres unna eksisterende undergrunns infrastruktur. Boresystemet skal designes ved å plassere en anker- og framdriftsmekanisme, en styremekanisme og en boremotor like i bakkant av borekronen. Da vil det ikke være behov for overføring av ankrings- og framdriftskrefter, rotasjon for borekrone og å kontrollere boreretning fra overflaten via en stiv borestreng. Boresystemet skal i stedet opereres via en fleksibel, spolbar navlestreng (umbilical) som trekkes med inn i mikrotunnel etter hvert som denne etableres. Dette muliggjør boring av ekstra lange mikrotunneler. Det er en målsetning at alle funksjoner i boresystemet skal være elektromekanisk operert. En anker- og framdriftsmekanisme som kan operere i alle typer grunnforhold er en avgjørende funksjonalitet. Dette er løst ved å la anker- og framdriftsmekanismen ha grensesnitt mot en tunnelforing som boresystemet selv etablerer (i stedet for grensesnitt mot selve tunnelveggen). Derfor er funksjonalitetene for ankring og framdrift inkludert i èn og samme enhet (modul), utviklet som en beltedriftsmekanisme, hvor beltene forsørger både ankring og framdrift. Denne mekanismen må kunne levere tilstrekkelig matekraft og mothold for borekronen under boreoperasjonen, og samtidig ha nok kraft til å trekke navlestrengen med innover i den etablerte mikrotunnelen. Dette skal løses ved å sette flere beltedriftsmekanismer (moduler) etter hverandre i et tog for å øke trekkraften. En prototype av beltemekanismen er produsert og testet mhp. funksjon og kapasitet. Testresultatene viser at mekanismen kombinerer stor trekkraft med lavt flatetrykk på tunnelforingsveggen. Bevaring av tunnelintegritet for å forhindre tunnelkollaps ved boring i løsmasser er en grunnleggende forutsetning for boresystemets funksjon. Tunnelintegriteten må også vedvare etter endt boreoperasjon. Boring i løsmasse skaper spesielt to utfordringer: 1) hvordan forhindre mikrotunnel fra å kollapse både under og etter boreoperasjon, og 2) hvordan sikre funksjonaliteten til anker- og fremdriftsmekanismen i alle grunnforhold? FoU-arbeidet med å utvikle en tunnelsikringsmetode som forhindrer mikrotunnel mot kollaps har hatt stort fokus i prosjektet, da løsningen på dette etablerte en basis for boresystemets totale design og funksjon. Valgt tunnelsikringsmetode er en tunnelforing (forskaling) som etableres av boresystemet under selve boreoperasjonen. Dette vil sikre mot kollaps og gi en jevn indre tunneloverflate som beltedriftsmekanismen kan kjøre på. Dette skal løses teknologisk ved å tilføre et flytende materiale som støpes og herdes til en foring gjennom en egen modul på boresystemet. I prosjektet er det arbeidet mye med å identifisere og teste støpematerialer som kan være egnet til dette. Dette er et møysommelig arbeid fordi materialets egenskaper både før, under og etter herding er avgjørende suksesskriterier. Prosjektaktiviteten har også bestått av noe av FoU-arbeid knyttet til å identifisere eksisterende boreteknologi som kan tilpasses for å komplettere boresystemet. Det videre FoU-arbeidet, utover BIA-prosjektet, for å ferdigstille et komplett boresystem, er planlagt å bli gjennomført innenfor tre hovedaktiviteter: 1) ferdigstille anker- og framdriftsmekanismen, 2) utvikle tunnelsikringsmetoden og en tilhørende systemmekanisme og 3) identifisering, tilpasning og inkludering av nødvendig bore- og sensorteknologi for å komplettere boresystemet.

Virkning: 1) Prosjektdeltakere og bedrift har fått økt kunnskap og kompetanse om herdeplast og bruk av denne til industrielle formål. 2) Prosjektdeltakere og bedrift har fått økt innsikt i utfordringer og teknologibehov i vann- og avløpsbransjen, en bransje med økt politisk fokus de siste årene. Dette kan være avgjørende i møte med fremtidige bedriftsprioriteringer. Effekt: 1) I prosjektet har det blitt forsket på en helt ny metode for bruk av herdeplast, noe som kan gi grunnlag for videre forskningssamarbeid mellom bedrift og aktører eller institusjoner med kunnskap om herdeplast.

Behovet for ny no-dig teknologi er presserende. Direktør Toril Hofshagen i Norsk Vann uttalte i forbindelse en skandinavisk no-dig konferanse at "i de neste 15 årene må den norske vannbransjen investere nærmere 500 milliarder kroner for å ta igjen et vedlikeholdsetterslep i den omfattende vann- og avløpsinfrastrukturen, samtidig som vi skal investere for å takle økt befolkningsvekst og et endret klima." For å imøtekomme noen av utfordringene, og utvikle teknologien som behøves, kan kompetanse og teknologi fra olje- og gassindustrien benyttes. Aarbakke Innovation AS skal, basert på den forsknings- og teknologikompetansen som finnes i olje- og gassindustrien, utvikle et boresystem for mikrotunneler hvor fremdriftsmekanismen flyttes fra overflaten ned til borekronen, og hvor en stiv borestreng erstattes av en fleksibel navlestreng (umbilical). Målet er å muliggjøre no-dig installasjoner på inntil 30 km med et konkurransedyktig boresystem som imøtekommer mange av de operasjonsutfordringer som relateres til eksisterende no-dig teknologi. Det er definert at prosjektets FoU-utfordringer vil knyttes til utviklingen av en egnet anker- og framdriftsmekanisme med nødvendig funksjonalitet og kapasitet, løse utfordringen med potensiell kollaps av mikrotunnel ved boring i løse masser, og identifikasjon av eksisterende bore-, kontrollsystem- og sensorteknologi som kan tilpasses og implementeres for å komplettere boresystemet. Prosjektets FoU-aktiviteter skal bestå av systematisk ingeniørarbeid for å søke og løse utfordringene knyttet til blant annet rekkevidde (borelengde), styring, boring i alle typer grunnforhold, og håndtering av boreslam/kaks. Det er ikke planlagt innkjøp av FoU-tjenester da det ikke er vurdert som en nødvendighet for å løse prosjektets definerte FoU-utfordringer. Aarbakke Innovation AS besitter selv den nødvendige kompetanse for å kunne nå prosjektets mål. Samtidig skal Aarbakke Innovation AS kvalitetssikre prosjektet ved å jevnlig søke innspill fra relevante samarbeidspartnere, både når det gjelder teknologiske løsninger og metoder, samt markedsbehov og ønsker. Det er i prosjektet planlagt innkjøp av utstyr for å kunne gjennomføre laboratorietester av utviklet teknologi. Resultater fra testene skal brukes til å verifisere teknologien med hensyn på funksjonalitet og kapasitet. Det er planlagt innkjøp av utstyr for å bygge en prototype av anker- og framdriftsmekanismen, og sammen med innkjøp av diverse testutstyr vil det muliggjøre laboratorietesting av denne mekanismen. Det er også planlagt innkjøp av materialer og testutstyr for å kunne gjennomføre laboratorieforsøk knyttet til utviklingen av en tunnelsikringsmekanisme, blant annet for å finne et egnet materiale for tunnelsikring.