O Máquina perfuradora de túnel ( tbm ), muitas vezes referido simplesmente como “toupeira”, representa um dos avanços mais significativos na engenharia civil e geotécnica. Estas máquinas enormes e sofisticadas revolucionaram a construção de infraestruturas subterrâneas, permitindo a criação de túneis para transporte, serviços públicos e mineração com velocidade, precisão e segurança sem precedentes.
Mecanismo e componentes principais
Uma perfuradora de túneis é essencialmente uma fábrica móvel completa projetada para escavar a face de um túnel e, simultaneamente, instalar um sistema de suporte temporário ou permanente. Um TBM geralmente consiste em três seções principais:
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Cabeça de corte (o rosto):
- Este é o elemento giratório mais frontal, equipado com várias ferramentas de corte - como cortadores de disco para rocha dura ou uma combinação de brocas de corte e picaretas de arrasto para solos mais macios.
- O cutter head rotates and is thrust forward by hydraulic jacks, crushing or scraping the rock and soil at the tunnel face.
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Escudo e Corpo (O Meio):
- O escudo é um grande invólucro cilíndrico de aço diretamente atrás da cabeça de corte. Ele fornece suporte estrutural imediato às paredes do túnel recém-escavadas, protegendo a máquina e os trabalhadores no interior do solo solto até que o revestimento permanente do túnel seja instalado.
- O sistema de impulso , composto por potentes macacos hidráulicos, pressiona o último segmento de revestimento do túnel instalado para avançar a máquina.
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Engrenagem de arrasto (traseira):
- Este troço, que pode ter mais de cem metros de comprimento, alberga os equipamentos essenciais de apoio.
- Inclui o sistema de remoção de sujeira (correias transportadoras ou tubos de lama) para transportar eficientemente o material escavado (“esterco”) para fora do túnel, sistemas de controle e energia, equipamentos de ventilação e os cruciais eretor de segmento que posiciona com precisão os segmentos de concreto pré-moldado que formam o revestimento permanente do túnel.
Classificação e Tipos de TBMs
A seleção do TBM é uma decisão crítica em qualquer projeto, dependendo fortemente das condições geológicas específicas e da pressão das águas subterrâneas. Os TBMs são amplamente categorizados com base no terreno para o qual foram projetados:
1. TBMs de Hard Rock
- TBMs de tipo aberto/garra: Usado em condições estáveis e de rocha dura que podem se sustentar por um curto período sem revestimento imediato. Eles usam hidráulico pinças para ancorar contra as paredes do túnel, o que permite que a máquina reaja ao impulso para frente da cabeça de corte.
- TBMs de escudo único: Empregado em rocha dura fraturada ou menos estável. Eles instalam os segmentos de revestimento de concreto diretamente atrás da blindagem e empurram para frente empurrando o revestimento concluído.
- TBMs de Escudo Duplo: O most versatile hard rock machines. They feature two telescoping shields and a gripping system, allowing them to install the lining simultaneously while excavating (continuous tunneling) when in stable rock, or operate in alternating modes when conditions are unstable.
2. TBMs de solo macio (máquinas de blindagem)
Ose machines incorporate methods to actively balance the pressure at the tunnel face, crucial for preventing ground collapse or water ingress in soft soils (like sand, clay, and silt).
- TBMs de Balanço de Pressão da Terra (EPB): Ideal para solos coesos e macios. Eles mantêm a estabilidade usando o material escavado (esterco) dentro de uma câmara pressurizada na face do cortador. Um transportador helicoidal controla a taxa de remoção de sujeira para equilibrar com precisão a pressão da terra e da água à frente da máquina.
- TBMs de Escudo de Polpa (Hydroshield): Utilizado em solos granulares ou sob alta pressão de água. Eles estabilizam a face injetando uma pasta de bentonita pressurizada, que forma uma torta de filtro para selar o solo. O material escavado é misturado com a lama e bombeado para uma planta de separação na superfície.
Vantagens sobre os métodos convencionais
O global adoption of the Máquina perfuradora de túnel é impulsionado por vários benefícios significativos em comparação com o método tradicional de “perfuração e detonação”:
- Segurança aprimorada: Elimina o uso de explosivos, reduzindo drasticamente os riscos ao pessoal.
- Perturbação mínima da superfície: As operações são principalmente subterrâneas, minimizando ruídos, vibrações e interrupções – uma grande vantagem em áreas urbanas.
- Maior velocidade e eficiência: tbms provide a continuous tunneling process, often achieving significantly higher advance rates than drill-and-blast.
- Precisão: Os TBMs modernos são guiados por sofisticados sistemas de navegação ou laser, garantindo alta precisão de alinhamento.
- Sobreescavação reduzida: O TBM bores a precise circular tunnel, reducing the amount of spoil (muck) generated and the volume of lining material required.
Em conclusão, o Máquina perfuradora de túnel é uma ferramenta indispensável para o desenvolvimento de infra-estruturas do século XXI. À medida que as populações urbanas crescem e aumenta a necessidade de infra-estruturas complexas e de longa distância, como túneis ferroviários de alta velocidade e vastas redes de serviços públicos, o papel do TBM como uma maravilha da engenharia só se tornará mais vital.
