地下トンネル建設を目指す技術者たちは、数十年にわたり、片方の端に恐ろしいほどの切削ホイール（土をまるで朝食のように食い尽くす刃）を装備した巨大な筒状の機械に頼ってきました。トンネル掘削機（TBM）と呼ばれるこれらの巨大機械は高価で、プロジェクトごとに特注されることが多く、最近開通したロンドンのエリザベス線鉄道の線路掘削に使用されたTBMも同様でした。このプロジェクトで投入された機械は、1台あたり1,000トンを超える重量で、英国の首都ロンドンの地下に直径7メートルを超えるトンネルを掘削しました。
しかし、英国のスタートアップ企業ハイパートンネルは別の構想を描いている。同社が提案する未来像は、全長約3メートルの半円筒形のロボットが、あらかじめ掘削されたパイプを通って地下を走り回るというものだ。直径約250ミリメートル（10インチ）のこれらのパイプは、計画中のトンネルの壁の輪郭に沿って進む。パイプ内に入ったロボットは、先端にフライス加工ヘッドを備えたロボットアームを使って周囲の土壌に侵入し、小さな空洞を削り出す。そして、そこにコンクリートなどの強度の高い材料を充填する。このように、少しずつ新しいトンネルの構造が組み合わさっていくのだ。
「数千個規模の話です」と、ハイパートンネルのエンジニアリングディレクター、パトリック・レーン＝ノット氏は語る。「アリのコロニーやシロアリのコロニーが群れで活動するのと同じです。」
同社が公開した動画には、ロボットたちが巨大な地下構造物を想像しながら邁進する3Dアニメーションが含まれています。しかし、これはトンネル建設を逆に行うようなものです。TBM（トンネル掘削機）では、まず穴を掘り、次に空洞周辺の残りの土砂を寄せ付けないように支柱や壁を設置します。「まずトンネルを地中に埋め、それから穴を掘ります」とレーン＝ノット氏は言います。構造物が完成したら、トンネルの空洞を埋めている土砂を取り除くことができます。
この方法の利点の一つは、全体的な建築資材の使用量を削減できることだと彼は主張する。プロジェクト全体にわたって標準化されたトンネル壁のセクションを配置するのではなく、構造物の外壁の厚さを、トンネル周辺の実際の地質や圧力に合わせて、特定の地点で変化させることができるのだ。
WIREDの取材に応じたトンネル専門家は皆、業界がコスト削減と効率向上のための技術的解決策を切望していることに同意している。例えば、TBMの設計・建造から実際にトンネルを掘るまでには何年もかかることがあるからだ。イーロン・マスクのBoring CompanyからhyperTunnel、そして地球上で最も硬い岩石を爆破するための新たな高温技術を開発する企業まで、業界に革命を起こすと約束する新興企業が次々と登場している。
「多くのことが起こっていて、それは良いことだと思います。トンネル業界は改善しなければならないからです」と、祖父が創業した地下建設会社、アンバーグ・エンジニアリングのプロジェクトマネージャー、ジャスミン・アンバーグ氏は語る。彼女は、トンネル掘削事業はより迅速かつ持続可能なものになる必要があると考えている。
岩壁（青）にパイプが掘削され、その内部からロボット（オレンジ）がトンネルの壁を構築し、中央の空洞を掘削する。イラスト：ハイパートンネル
仕事も尽きることはありません。中国は最近、龍門山脈に10年にわたる建設を経て、全長20キロメートルの鉄道トンネルを完成させました。英国ではHS2鉄道プロジェクトが進行中で、ロンドンと北部の都市を結ぶこの路線には、全長100キロメートルを超えるトンネルが建設される予定です。また、かつて「アングリーバード」の開発元であるロビオで働いていたピーター・ヴェスターバッカ氏は、フィンランドとエストニアを結ぶ海底トンネル建設という野心的な計画を主導しています。これらはほんの一例に過ぎません。
アンバーグ氏は、将来的に地下インフラの需要が増加すると予測している。特に、気候変動による地上の気温上昇から逃れる手段として需要が高まるだろう。「気温がより一定した場所があるのは、それほど悪いことではないかもしれません」と彼女は言う。
トンネルは輸送のためだけのものではありません。サンフランシスコに拠点を置くスタートアップ企業EarthGridの創業者兼CEO、トロイ・ヘルミング氏は、送電線の地下化の必要性を強調しています。まさにこれが彼の会社の目標です。米国とカナダでは送電線の大部分が地上に設置されており、ハリケーンなどの嵐、そして近年増加している山火事の被害に晒されているとヘルミング氏は指摘します。
「私たちの計画は、北米全土にスーパーグリッドを構築することです」と彼は言い、東海岸から太平洋まで広がるグリッドと、西部に建設予定の洋上風力発電所を示す色付きの地図を差し出した。この計画は、分断された米国の電力網を統合し、将来的にはヨーロッパまで延伸して、巨大な洋上風力発電の潜在能力を活かす可能性もある。「クレイジーで大胆な計画ですが、私たちもそれを承知しています」とヘルミングは言う。
一つの障害は、花崗岩や珪岩といった極めて硬い岩盤であり、これらの場所では従来の掘削が困難、あるいは不可能になることがあります。ヘルミング氏は、岩盤を約6,000℃に加熱して粉砕するプラズマトーチ技術にその解決策を見出しています。この技術により、現在の技術の100倍の速さで硬い岩盤にトンネルを掘削できる可能性があると彼は示唆しています。アースグリッド社は、5つのプラズマトーチを操るプロトタイプロボットを開発しており、ヘルミング氏によると、2023年3月には試験運用が可能になる予定です。同社はまた、今年末までに初の小規模商用プロジェクトを完了させることを目指しています。
ヘルミング氏によると、アースグリッドの場合、トンネルは円形ではなく、伝統的な馬蹄形になるという。平らな天井ではなく、四角形の上にアーチが乗ったような形状だ。これにより、ケーブルラックを設置しやすくなり、大規模な交通トンネルでは、トンネルの平らな底面に路面を設置することも可能になると彼は主張する。
ライバル企業のペトラ社も、熱の力を利用して硬い岩盤を掘削することを目指しているが、プラズマトーチではなく、過熱流体を用いた熱切断装置を使用する。CEO兼共同創業者のキム・エイブラムス氏によると、その構想は「悪夢のような地質」を比較的容易に切り開くことだという。
「先週、長さ34フィート、直径30インチの花崗岩トンネルを完成させました」と彼女は言い、来年には商業用工事を開始したいと付け加えた。また、同社は、沿岸都市の地下や近郊によく見られるような、極めて軟弱な土壌や湿潤土壌といった、全く異なる土壌にも対応できる別のソリューションの開発にも取り組んでいるという。
アンバーグ氏は、これらのトンネル掘削技術が大規模に成功する可能性はまだ証明されていないと指摘する。ハイパートンネルのコンセプトは興味深いとしながらも、ロボットが例えば硬い地質や浸水した地面にどのように対処するかについては不確実だと付け加えた。
ジャン・ジャオ氏は、オーストラリアのモナシュ大学土木工学部の教授です。彼と同僚は、トンネル掘削におけるレーザー、マイクロ波、高圧ウォータージェットなどの技術の活用を研究してきました。例えば、ペトラの熱を利用した工法が大規模なトンネル掘削プロジェクトに十分かどうかについては懐疑的ですが、機械掘削と併用できる可能性については疑問を抱いています。
「シード資金やエンジェル投資など、こうしたイノベーションを後押しするあらゆるものは素晴らしいと思います」と、コロラド鉱山大学で地下建設・トンネル工学のグルーコック教授を務めるマイケル・ムーニー氏は語る。ムーニー氏も、これらの新しいトンネル技術が大規模な商業的成功を収めるかどうかについては「まだ結論が出ていない」と認めつつも、より高速で安価な技術が業界で非常に求められていると強調する。
また、地表から発射して地下トンネルを掘ることができる独自のTBM（従来、このような掘削作業では、まず穴を掘り、次にTBMをその中に移動させてトンネルを掘る）を開発しているザ・ボーリング・カンパニーは、トンネル掘削装置をプロジェクト間で標準化する計画を進めており、商業的な意味でも革新を起こしていると彼は主張している。
「特定のプロジェクトごとに新しいトンネル掘削機を製造すると、複雑さとコストが増大します」とムーニー氏は説明します。
最後に、アンバーグ氏は、世界中に老朽化が進み、維持管理と補修が必要な既存のトンネルが多数存在し、その多くは彼女の母国スイスにもあると述べています。こうした作業を効率的に行うには、新たな技術が必要です。
こうした市場をターゲットとする企業の一つが、ハイパートンネルだ。レーン＝ノット氏によると、同社のロボットは、地下トンネル内の道路や鉄道の交通を止めずに、パイプを駆け抜けて外部構造物の点検作業を行うことが可能になるという。そして、この革命は既に始まっている。レーン＝ノット氏によると、英国の鉄道網の大部分を所有・運営するネットワーク・レールは、この分野のプロジェクトでハイパートンネルと提携しているという。
これは、何千台ものロボットが調和して巨大な地下構造物を作り上げるというビジョン、彼が「群れの力」と呼ぶものに向けた小さな一歩だ。
群れであろうとなかろうと、私たちの未来はトンネルで満ち溢れている。誰がどのようにそれを掘るのか、競争が始まっている。
