Máquinas de chato de túnel (TBMS) são maravilhas modernas de engenharia, revolucionando a construção subterrânea escavando túneis através de várias condições geológicas, desde os solos mais suaves até as formações rochosas mais difíceis. Ao contrário dos métodos tradicionais de perfuração e explosão, os TBMs oferecem um processo de tunelamento contínuo, mais seguro e muitas vezes mais rápido. O núcleo de sua operação está em um Cutterhead rotativo equipado com ferramentas de corte especializadas, projetadas para interagir e quebrar o chão à frente.
O princípio fundamental: escavação rotativa
No seu mais básico, um TBM escava por girando um cortador circular contra a face do túnel enquanto aplica simultaneamente significativo força de impulso para empurrá -lo para a frente. O tipo de ferramentas de corte e o método de gerenciar o material escavado (geralmente chamado de "Muck") variam muito, dependendo das condições do solo.
Escavação em hard rock
Nas formações hard rock, o TBMS utiliza cortadores de disco montado no Cutterhead. Esses cortadores de disco não foram projetados para "triturar" a rocha, mas para induzir fraturas por estresse. À medida que o Cutterhead gira e o TBM é impulsionado para a frente, os cortadores de disco de aço endurecido ou carboneto de tungstênio exercem imensa tensão compressiva na face da rocha. Este estresse faz com que a rocha fratura e lasca do corpo principal em frente à máquina.
O "lama" produzido, normalmente na forma de chips de rocha e fragmentos, depois cai através de aberturas no Cutterhead e em um sistema transportador dentro do TBM. Este sistema transporta o material escavado através da máquina e fora do túnel para descarte. Hard rock tbms pode ser do tipo aberto (sem um escudo completo, permitindo apoio imediato ao rock por trás do Cutterhead) ou blindado (fornecendo suporte temporário às paredes do túnel, particularmente em rocha fraturada). Para avançar, os TBMs de hard rock costumam usar um sistema de garra Isso empurra as paredes laterais do túnel já escavado, fornecendo a força de reação necessária para o impulso para a frente.
Escavação em terreno suave
Escavar através do solo macio, que inclui argila, lodo, areia e cascalho, apresenta desafios diferentes, relacionados principalmente à manutenção da estabilidade do rosto e a prevenção do colapso do solo. Para abordar isso, são empregados TBMs especializados:
Máquinas Balanço de Pressão da Terra (EPB)
Os TBMs EPB são comumente usados em terrenos macios coesos. O Cutterhead deles está equipado com uma combinação de tungstênio carboneto de corte pedaços, picaretas de arrasto e, às vezes, cortadores de disco (para terreno misto com algumas inclusões mais difíceis). A chave para a operação de um EPB é sua capacidade de equilibrar a pressão na face do túnel usando o próprio material escavado.
O Cutterhead gira e escava o solo, que então entra em um Câmara de trabalho Atrás do Cutterhead. UM transportador de parafuso Na parte traseira desta câmara, controla a taxa na qual a lama é removida. Ao regular cuidadosamente a velocidade de rotação do cortador e a taxa de descarga do transportador de parafuso, a pressão dentro da câmara pode ser controlada com precisão, permitindo que o solo escavado atue como meio de suporte, estabilizando assim a face do túnel e prevenindo assentamento na superfície. Aditivos como espuma podem ser injetados no solo para melhorar sua fluxo e reduzir sua viscosidade, impedindo o entupimento do cortador e do transportador.
Escudo de pasta TBMS
Os TBMs de escudo de chorume são mais adequados para solos granulares altamente saturados ou instáveis, particularmente aqueles com alta pressão de água subterrânea. Em vez de confiar apenas no material escavado para o suporte à face, esses TBMs usam um pasta pressurizada (Uma mistura de água e argila de bentonita) para estabilizar a face da escavação.
O Cutterhead, frequentemente equipado com ferramentas de corte semelhantes ao EPBS, escava o solo, que então se mistura com a pasta pressurizada no Câmara de escavação . Esta mistura de moldura de chorume é então bombeada para fora do túnel para um planta de separação na superfície. Na planta, o material escavado é separado da pasta, que é então tratada e reciclada de volta ao TBM. A circulação contínua da pasta pressurizada garante que a pressão hidrostática na face do túnel seja equilibrada contra o solo externo e a pressão da água, impedindo a entrada de água e a instabilidade do solo.
Empurrar e avançar
Independentemente das condições do solo, todos os TBMs exigem um mecanismo para se impulsionar. Isso geralmente é alcançado através Cilindros de impulso hidráulico . Esses cilindros empurram contra o revestimento do túnel instalado (segmentos de concreto pré -fabricados ou concreto de tiro) ou, no caso de TBMs de garra, diretamente contra a rocha escavada, levando o corte na face do túnel. À medida que a máquina avança, os novos segmentos de revestimento do túnel são erguidos atrás do escudo, formando a estrutura permanente do túnel.
Em essência, as TBMs são sofisticadas fábricas subterrâneas, escavando e apoiando o túnel continuamente, tornando -os ferramentas indispensáveis para o desenvolvimento moderno de infraestrutura.
