Um anatomia e engenharia das máquinas de perfuração de túneis
A Máquina perfuradora de túnel (TBM), muitas vezes referido como "toupeira mecânica", é uma peça sofisticada de equipamento pesado projetado para escavar túneis com seção transversal circular através de vários estratos de solo e rocha. Ao contrário dos métodos tradicionais de perfuração e detonação, os TBMs oferecem a vantagem de limitar a perturbação no solo circundante e produzir uma parede lisa do túnel. A máquina consiste em uma cabeça de corte rotativa que quebra a face da rocha ou solo, um sistema de impulso para empurrar a máquina para frente e uma engrenagem de arrasto que facilita a remoção de sujeira e a instalação de revestimentos permanentes de túneis.
Componentes principais de um TBM
- Cabeça de corte: O disco frontal equipado com fresas de carboneto de tungstênio ou fresas de disco projetadas para retificar formações geológicas.
- Escudo: Um cilindro de aço protetor que evita que a terra circundante entre em colapso na máquina durante a instalação do revestimento do túnel.
- Cilindros de impulso: Macacos hidráulicos que pressionam os segmentos de concreto previamente instalados para impulsionar a máquina para frente.
- Sistema transportador: Uma correia transportadora ou rosca transportadora que transporta o material escavado (esterco) da frente da máquina para a parte traseira para descarte.
Tipos especializados de TBM para diversas condições geológicas
A seleção da máquina de túnel certa depende muito das condições do solo, como rocha dura, argila macia ou areia com água. Os engenheiros devem realizar pesquisas geológicas extensas antes de comissionar um TBM personalizado. Por exemplo, as máquinas Balanço de Pressão da Terra (EPB) são ideais para solos macios e coesos, enquanto os Escudo de Polpa TBMs são mais adequados para solos instáveis com alta pressão hidrostática.
| Tipo TBM | Condição do solo | Mecanismo Primário |
| Hard Rock tb | Granito/Basalto Sólido | Cortadores de disco para lascar rocha |
| Earth Pressure Balance (EPB) | Silte, Argila, Areia | Usa solo escavado para equilibrar a pressão |
| Slurry Shield | Alta pressão da água/solo solto | Suspensão pressurizada de pasta de bentonita |
O Ciclo Operacional da Escavação Subterrânea
A operação de um TBM é um ciclo contínuo de escavação e revestimento. À medida que a cabeça de corte gira e a máquina avança, os segmentos de concreto pré-moldado são levantados no lugar por um braço montador a vácuo na parte traseira da blindagem. Esses segmentos são aparafusados para formar um anel completo, que se torna a estrutura permanente do túnel. Depois que um anel é concluído, os cilindros de impulso empurram o novo anel para iniciar o próximo curso de escavação. Este processo permite a construção de túneis em alta velocidade, muitas vezes atingindo 10 a 15 metros por dia, dependendo do diâmetro e do ambiente.
Orientação e navegação de precisão
As modernas máquinas de túneis utilizam sofisticados sistemas de orientação a laser e GPS para manter uma trajetória precisa. Os operadores monitoram a posição da máquina a partir de uma cabine de controle localizada dentro do TBM, garantindo que o desvio do alinhamento planejado seja mantido em milímetros. Esta precisão é crítica em ambientes urbanos onde a máquina deve navegar entre fundações de edifícios existentes, linhas de metrô e tubulações de serviços públicos sem causar assentamento superficial.
Vantagens ambientais e de segurança do túnel mecânico
A mudança da escavação manual para a tecnologia TBM melhorou drasticamente os padrões de segurança na indústria da construção. Como a máquina fornece uma proteção contínua de aço para os trabalhadores, os riscos de desmoronamentos são quase eliminados. Além disso, o impacto ambiental é reduzido através da remoção controlada de sujidade e da diminuição da poluição sonora em comparação com a construção ao nível da superfície. Os sistemas de circuito fechado nos Slurry TBMs também permitem a reciclagem de fluidos de perfuração, tornando o processo mais sustentável para projetos de infraestrutura de longo prazo.
- A vibração superficial reduzida protege edifícios históricos nos centros das cidades.
- A instalação automatizada de segmentos minimiza o trabalho manual em zonas de alto risco.
- A logística eficiente através do uso de equipamentos de arrasto garante um local de trabalho limpo.
