นวัตกรรมสร้างโลกใต้ดินแห่งอนาคต

โลกของนวัตกรรมใต้ดินผ่านมุมมองของวิศวกรรมโยธาและการเจาะอุโมงค์ใต้ดินเป็นหนึ่งในความสำเร็จทางเทคโนโลยีที่ยิ่งใหญ่ของมนุษยชาติ วิวัฒนาการของการก่อสร้างใต้ดินนี้ได้สะท้อนถึงความเฉลียวฉลาด ความมุ่งมั่น และการปรับตัวของมนุษย์ต่อความท้าทายทางภูมิประเทศและสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะในยุคที่การขยายตัวของเมืองดำเนินไปอย่างรวดเร็ว ความยืดหยุ่นต่อสภาพภูมิอากาศและความยั่งยืนของโครงสร้างพื้นฐานกลายเป็นหัวใจสำคัญของการพัฒนา วิศวกรรมด้านการเจาะอุโมงค์จึงไม่เพียงตอบโจทย์ด้านคมนาคมและพลังงานเท่านั้น แต่ยังเป็นส่วนสำคัญของการออกแบบเมืองแห่งอนาคต  

Tunnel Boring Machine (TBM)

(ที่มา: www.saalg.com/post/autonomous-tunnel-boring-machines-artificial-intelligence-progress-of-2025)

การเจาะอุโมงค์และเครื่องเจาะอุโมงค์

เครื่องเจาะอุโมงค์ (Tunnel Boring Machine - TBM) เป็นเครื่องจักรขนาดใหญ่ที่ถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อทดแทนวิธีการขุดอุโมงค์แบบดั้งเดิม เช่น การเจาะและระเบิด (Drilling and Blasting - D&B) หรือการขุดด้วยมือในดิน โดยมีข้อได้เปรียบสำคัญคือช่วยลดการรบกวนต่อพื้นที่โดยรอบและสร้างผนังอุโมงค์ที่เรียบ ช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายในการบุผนัง และเหมาะอย่างยิ่งสำหรับงานในเขตเมืองที่มีความหนาแน่นสูง อย่างไรก็ตาม การเลือกใช้ TBM ต้องพิจารณาอย่างรอบคอบโดยเฉพาะในพื้นที่ที่มีสภาพธรณีวิทยาซับซ้อน เครื่องเจาะอุโมงค์มีต้นทุนการผลิตและติดตั้งเริ่มต้นที่สูง และมักถูกคาดหวังให้มีอัตราการขุดที่รวดเร็ว แต่ความไม่แน่นอนของสภาพพื้นดิน เช่น พื้นที่ที่มีความไม่เสถียรหรือไม่เอื้ออำนวย อาจก่อให้เกิดความล่าช้าและเพิ่มต้นทุนการก่อสร้างอย่างมีนัยสำคัญ แม้จะเกิดปัญหาเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ของความยาวอุโมงค์ทั้งหมด แต่ก็อาจส่งผลกระทบต่อระยะเวลาการดำเนินโครงการโดยรวมได้มาก

สภาพพื้นดินที่ยากต่อการขุดต้องการความยืดหยุ่นของวิธีการมากกว่าพื้นที่ที่มีคุณภาพดี โดยเฉพาะในพื้นที่ภูเขาที่มีโครงสร้างธรณีวิทยาซับซ้อน เช่น เทือกเขาหิมาลัย เทือกเขาแอนดีส และเทือกเขาแอลป์ การใช้ TBM มักถูกหลีกเลี่ยง เนื่องจากเครื่องมีความไม่ยืดหยุ่นและเสี่ยงต่อการติดขัดในชั้นดินที่ไม่เอื้ออำนวย ปัญหาที่มักพบ ได้แก่ การบีบตัวของหิน การแตกหรือระเบิดของชั้นหิน การพังทลายของหน้าดิน การร่วงของหิน หรือการไหลของดินบริเวณแนวรอยเลื่อน ปัญหาเหล่านี้อาจรุนแรงจนถึงขั้นต้องหยุดหรือยกเลิกโครงการ ซึ่งเคยเกิดขึ้นจริงในหลายโครงการอุโมงค์ในเทือกเขาหิมาลัย สาเหตุสำคัญที่ทำให้การใช้ TBM ในพื้นที่ภูเขาอย่างเทือกเขาหิมาลัยประสบความท้าทาย ได้แก่ ความลึกของอุโมงค์ที่มาก ความเค้นในพื้นที่สูง ความซับซ้อนของชั้นหิน และการมีอยู่ของรอยพับ รอยเลื่อน เขตเฉือน รวมถึงชั้นหินที่มีน้ำ ปัจจัยเหล่านี้ทำให้ผู้ออกแบบมักลังเลที่จะใช้ TBM ในภูมิภาคดังกล่าว อย่างไรก็ตาม การเจาะสำรวจล่วงหน้าอย่างสม่ำเสมอในช่วงเปลี่ยนหัวตัดหรือระหว่างการซ่อมบำรุง สามารถช่วยลดความไม่แน่นอนและความเสี่ยงจากสภาพธรณีวิทยาที่ไม่คาดคิดได้อย่างมาก

เครื่องเจาะอุโมงค์สามารถเจาะผ่านวัสดุได้หลากหลาย ตั้งแต่ดินอ่อน ทราย ไปจนถึงหินแข็ง เส้นผ่านศูนย์กลางของอุโมงค์ที่เจาะได้มีตั้งแต่ประมาณ 1 เมตร ไปจนถึงเกือบ 16 เมตร สำหรับอุโมงค์ขนาดเล็กกว่า 1 เมตร มักใช้เทคนิคการก่อสร้างแบบไม่เปิดหน้าดิน (trenchless construction) หรือการเจาะแนวนอนควบคุมทิศทางแทน แม้ต้นทุนเริ่มต้นของ TBM จะสูง แต่เมื่อโครงการมีความยาวมากขึ้น ค่าใช้จ่ายเฉลี่ยต่อระยะทางมักต่ำกว่าวิธี D&B เนื่องจากสามารถขุดได้รวดเร็วและมีประสิทธิภาพสูง ยกตัวอย่างเช่น เครื่องเจาะอุโมงค์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ที่สุดในโลกขนาด 15.43 เมตร ผลิตโดยบริษัท Herrenknecht AG ประเทศเยอรมนี สำหรับโครงการในเซี่ยงไฮ้ ประเทศจีน ถูกออกแบบมาเพื่อเจาะผ่านดินอ่อน เช่น ทรายและดินเหนียว ส่วนเครื่องเจาะอุโมงค์หินแข็งที่ใหญ่ที่สุดมีขนาด 14.4 เมตร ผลิตโดยบริษัท The Robbins Company สำหรับโครงการอุโมงค์น้ำใต้แม่น้ำไนแอการาในประเทศแคนาดา เครื่องนี้มีชื่อว่า “Big Becky” ตั้งตามเขื่อนผลิตไฟฟ้า Sir Adam Beck ซึ่งเป็นจุดหมายปลายทางของอุโมงค์ดังกล่าว เพื่อเพิ่มศักยภาพการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำของประเทศ

การใช้งานการเจาะอุโมงค์ในปัจจุบัน 

• อุโมงค์ขนส่งในเมือง TBMs ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในการก่อสร้างรถไฟใต้ดิน รถไฟฟ้า รถไฟรางเบา และอุโมงค์ทางหลวงใต้เมือง เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนพื้นผิวและเพิ่มความปลอดภัยในการขุดเจาะ

• อุโมงค์สาธารณูปโภค การก่อสร้างอุโมงค์สำหรับระบบประปา การบำบัดน้ำเสีย การระบายน้ำ สายไฟฟ้า และสายสื่อสาร ใช้ TBMs เพื่อรับมือกับสภาพแวดล้อมในเมืองที่ซับซ้อนโดยลดผลกระทบต่อพื้นที่โดยรอบ

• โครงสร้างพื้นฐานทางรถไฟและถนน TBMs ถูกใช้ในการเจาะอุโมงค์รถไฟระยะไกลและทางหลวง เพื่อเพิ่มการเชื่อมต่อและลดเวลาในการเดินทาง

• การทำเหมืองและอุโมงค์ทางเข้า TBMs แบบเฉพาะทางถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมเหมืองแร่เพื่อขุดอุโมงค์ทางเข้า ช่องระบายอากาศ และเส้นทางสกัดแร่ โดยเน้นความทนทานในสภาพใต้ดินที่รุนแรง

• โครงการควบคุมน้ำและน้ำท่วม TBMs สร้างอุโมงค์สำหรับอ่างเก็บน้ำ ช่องเบี่ยงน้ำ และระบบระบายน้ำท่วม เพื่อปกป้องพื้นที่เมืองจากภัยพิบัติทางน้ำ

• การใช้งานในภาคพลังงาน TBMs ถูกใช้ในการก่อสร้างอุโมงค์สำหรับโรงไฟฟ้าพลังน้ำ โครงการพลังงานความร้อนใต้พิภพ และการกำจัดกากนิวเคลียร์ เพื่อสร้างโครงสร้างใต้ดินที่มั่นคง

• การใช้งานนวัตกรรม การใช้งานใหม่ ๆ เช่น ฟาร์มใต้ดินในเมือง และศูนย์ข้อมูลใต้ดิน กำลังใช้ TBMs เพื่อสร้างพื้นที่ใต้ดินรูปแบบใหม่ที่ตอบโจทย์อนาคต

สามารถอ่านหัวข้ออื่นๆ ได้แก่

• ย้อนอดีตสู่รถไฟใต้ดินสายแรกของมหานครนิวยอร์ก

• ประเภทของเครื่องเจาะอุโมงค์

• การขุดอุโมงค์ในเขตเมืองและใกล้ผิวดิน

• เหตุการณ์อุโมงค์ถล่มครั้งใหญ่แถบทวีปอเมริกาในปี 2025

• วิศวกรรมและมาตรการความปลอดภัยของงานเจาะอุโมงค์

• สถาบันการศึกษาของสหรัฐฯ ที่มีหลักสูตรเฉพาะทางด้านการเจาะอุโมงค์

• บริษัทที่ประกอบธุรกิจด้านการเจาะอุโมงค์ในสหรัฐฯ

• โครงการขนาดใหญ่ของบริษัทด้านการเจาะอุโมงค์อื่นๆ

• บริษัทอเมริกันอื่นๆ ที่ประกอบธุรกิจด้านการเจาะอุโมงค์

• บริษัทอเมริกันด้านการตรวจสอบอุโมงค์

• งานวิจัยด้าน Drone-based photogrammetry และ VR

• เทคโนโลยีด้านการสร้างอุโมงค์ในปี 2025

ได้ที่ วารสารข่าวอุดมวิทย์ฉบับเดือนตุลาคม 2568

สามารถติดตามวารสารข่าวรายเดือนได้จาก https://www.ohesdc.org/utmostsciences