uma máquina de perfuração de túnel (TBM) também conhecida como “mole”, é uma máquina usada para escavar túneis com uma seção transversal circular através de uma variedade de estratos de solo e rocha. Eles podem atravessar rocha dura, areia e quase qualquer coisa no meio. Os diâmetros dos túneis podem variar de um metro (feito com micro-TBMs) a quase 16 metros até o momento. Túneis de menos de um metro ou mais de diâmetro são normalmente feitos usando métodos de construção sem valas ou perfuração direcional horizontal em vez de TBMs.

as máquinas de perfuração de túneis são usadas como uma alternativa aos métodos de perfuração e jateamento (D&B) em rochas e ‘Mineração manual’ convencional no solo. Os TBMs têm as vantagens de limitar a perturbação ao solo circundante e produzir uma parede de túnel suave. Isso reduz significativamente o custo de revestimento do túnel e os torna adequados para uso em áreas fortemente urbanizadas. A principal desvantagem é o custo inicial. Os TBMs são caros de construir e podem ser difíceis de transportar. No entanto, à medida que os túneis modernos se tornam mais longos, o custo das máquinas de perfuração de túneis versus broca e explosão é realmente menor—isso ocorre porque o tunelamento com TBMs é muito mais eficiente e resulta em um projeto mais curto.

o TBM de maior diâmetro, com 15,43 m, foi construído pela Herrenknecht AG para um projeto recente em Xangai, China. A máquina foi construída para perfurar solo macio, incluindo areia e argila. O maior diâmetro Hard rock TBM, a 14,4 m, foi fabricado pela Robbins Company para o projeto do túnel Niagara do Canadá. A máquina está atualmente perfurando um túnel hidrelétrico abaixo das Cataratas do Niágara, a máquina foi nomeada “Big Becky” em referência às barragens hidrelétricas Sir Adam Beck às quais está escavando um túnel para fornecer um túnel hidrelétrico adicional.

TBMs de Hard rock

em hard rock, TBMs blindados ou de tipo aberto podem ser usados. Todos os tipos de TBMs de Hard rock escavam a rocha usando os cortadores do disco montados na cabeça de cortador. Os cortadores de disco criam fraturas por tensão compressiva na rocha, fazendo com que ela se afaste da rocha na frente da máquina, chamada de face do túnel. A rocha escavada, conhecida como muck, é transferida através de aberturas na cabeça de corte para um transportador de correia, onde atravessa a máquina para um sistema de transportadores ou carros de lama para remoção do túnel.

TBMs de tipo aberto não têm escudo, deixando a área atrás da cabeça de corte aberta para suporte de rocha. Para avançar, a máquina usa um sistema de pinça que empurra contra as paredes laterais do túnel. A máquina pode continuamente ser dirigida quando as sapatas do prendedor empurrarem nas laterais-paredes para reagir a pressão dianteira da máquina. No final de um curso, as pernas traseiras da máquina são abaixadas, as garras e os cilindros de propulsão são retraídos. A retração dos cilindros de propulsão reposiciona o conjunto da pinça para o próximo ciclo de perfuração. As garras são estendidas, as pernas traseiras levantadas e o chato começa novamente. O tipo aberto, ou feixe principal, TBM não instala segmentos concretos atrás dele como outras máquinas fazem. Em vez disso, a rocha é mantida usando métodos de suporte ao solo, como vigas de anel, parafusos de Rocha, Concreto Projetado, tiras de aço e malha de arame (Stack, 1995).

em rocha fraturada, podem ser utilizados TBMs de rocha dura blindada, que erguem segmentos de concreto para suportar paredes de túnel instáveis atrás da máquina. Os TBMs de escudo duplo são assim chamados porque têm dois modos;em solo estável, eles podem agarrar as paredes do túnel para avançar. No solo instável e fraturado, o empuxo é deslocado para cilindros de empuxo que empurram contra os segmentos do túnel atrás da máquina. Isso evita que as forças de impulso significativas afetem as frágeis paredes do túnel. Os TBMs de blindagem única operam da mesma maneira, mas são usados apenas em solo fraturado, pois só podem empurrar contra os segmentos de concreto (Stack, 1995).

TBMs de solo macio

em solo macio, existem dois tipos principais de TBMs: Earth Pressure Balance Machines (EPB) e Slurry Shield (SS). Ambos os tipos de máquinas operam como TBMs de blindagem única, usando cilindros de empuxo para avançar empurrando contra segmentos de concreto. As máquinas do equilíbrio da pressão da terra são usadas na terra macia com menos de 7 Barra da pressão. A cabeça de corte não usa apenas Cortadores de disco, mas sim uma combinação de brocas de corte de carboneto de Tungstênio, Cortadores de disco de carboneto e/ou cortadores de disco de rocha dura. O EPB recebe esse nome porque é capaz de manter um solo macio, mantendo um equilíbrio entre a terra e a pressão. O operador TBM e os sistemas automatizados mantêm a taxa de remoção do solo igual à taxa de avanço da máquina. Assim, um ambiente estável é mantido. Além disso, aditivos como bentonita, polímeros e espuma são injetados no solo para estabilizá-lo ainda mais.

em solo macio com pressão de água muito alta e grandes quantidades de água subterrânea, são necessários TBMs Slurry Shield. Estas máquinas oferecem um ambiente de trabalho completamente fechado. Os solos são misturados com pasta de bentonita, que deve ser removida do túnel através de um sistema de tubos de lama que saem do túnel. Grandes plantas de separação de chorume são necessárias na superfície para este processo, que separam a sujeira da pasta para que possa ser reciclada de volta para o túnel.

embora o uso de TBMs alivie a necessidade de um grande número de trabalhadores em altas pressões, às vezes é formado um sistema de caixão na cabeça de corte para tbms de proteção de lama. Os trabalhadores que entram neste espaço para inspeção, manutenção e reparo precisam ser limpos medicamente como “aptos a mergulhar” e treinados na operação das fechaduras.

Sistemas de backup
atrás de todos os tipos de máquinas de perfuração de túnel, dentro da parte acabada do túnel, estão os decks de suporte à direita conhecidos como sistema de backup. Os mecanismos de suporte localizados no back-up podem incluir: transportes ou outros sistemas para a remoção da sujeira, encanamentos da pasta se aplicável, salas de controlo, sistemas elétricos, remoção de poeira, ventilação e mecanismos para o transporte de segmentos pré-moldados.

o tunelamento Urbano e o tunelamento próximo à superfície
o tunelamento Urbano tem o desafio especial de exigir que a superfície do solo não seja perturbada. Isso significa que a subsidência do solo deve ser evitada. O método normal de fazer isso em solo macio é manter as pressões do solo durante e após a construção do túnel. Há alguma dificuldade em fazer isso, particularmente em estratos variados (por exemplo,, chato através de uma região onde a parte superior da face do túnel é areia molhada e a parte inferior é rocha dura).

TBMs com controle facial positivo, como EPB E SS, são usados em tais situações. Ambos os tipos (EPB E SS) são capazes de reduzir o risco de subsidência superficial e vazios se operados corretamente e se as condições do solo estiverem bem documentadas.

ao escavar túneis em ambientes urbanos, outros túneis, linhas de serviços públicos existentes e fundações profundas precisam ser abordados nos estágios iniciais de planejamento. O projeto deve acomodar medidas para mitigar quaisquer efeitos prejudiciais a outras infraestruturas.

1-Slurry Pressure Balance (SPB) TBM

o princípio básico deste TBM é manter a pressão da face durante a fase de escavação, enchendo a câmara de trabalho, localizada atrás da cabeça do cortador, com chorume.

Vantagens

• Permite macio, molhado, ou solo instável para ser tunnelled com uma velocidade e uma segurança que não eram possíveis anteriormente
• Apropriado para a terra com altas pressões de água (água abaixo da tabela)
• Limites do terreno de assentamento e produz um suave túnel de parede. Isso reduz significativamente o custo de revestimento do túnel e o torna adequado para uso em áreas fortemente urbanizadas.

desvantagens

• a principal desvantagem é o custo de capital inicial. Os TBMs são caros de construir, difíceis de transportar, exigem sistemas de backup e energia significativos.
• a movimentação pode ser impedida por grandes pedras e por pedregulhos

características principais

• Forro do túnel – segmentos concretos pré – moldados
• Desempenho típico-5m a 30m pelo dia. O desempenho e os custos reais dependerão das condições do solo e do diâmetro do túnel.

2- Earth pressure Balance (EPB) TBM

Este é um mecanizada de túneis método em que estragar é admitido o tunnel boring machine (TBM), através de um transportador de parafuso arranjo que permite que a pressão na face do TBM para permanecer equilibrado sem o uso de polpas abrasivas.

vantagens

• permite que o solo macio, úmido ou instável seja tunelado com uma velocidade e segurança Não possíveis anteriormente
• limita o assentamento do solo e produz uma parede de túnel lisa. Isso reduz significativamente o custo de revestimento do túnel e o torna adequado para uso em áreas fortemente urbanizadas

desvantagens
a principal desvantagem é o custo de capital inicial. Os TBMs são caros de construir, difíceis de transportar, exigem sistemas de backup e energia significativos.

características principais

• revestimento de túnel – segmentos de concreto pré-moldado.
• Desempenho típico – 9m a 35m por dia. O desempenho e os custos reais dependerão das condições do solo e do diâmetro do túnel.

3- Hard Rock TBM

este método envolve o uso de uma máquina de Tunelamento com um escudo e cabeça de corte adequado para hard rock.

vantagens
oferecem um meio contínuo e controlado de tunelamento capaz de altas taxas de avanço em condições favoráveis.

desvantagens

• a principal desvantagem é o custo de capital inicial. Os TBMs são caros de construir, difíceis de transportar, exigem sistemas de backup e energia significativos.
• sua aplicabilidade é limitada a túneis longos, onde as altas taxas de avanço e qualidade do túnel podem compensar seu alto custo de capital.

características principais

• Forro de túnel-segmentos de concreto pré-moldado / Concreto pulverizado / sem forro
• Desempenho típico – 12m a 67m por dia. O desempenho e os custos reais dependerão das condições do solo e do diâmetro do túnel.

etapas da construção do TBM