6 maneiras pelas quais as máquinas de perfuração de túneis estão evoluindo

As máquinas de perfuração de túneis (TBMs) têm a reputação de serem pesadas e caras. Mas as inovações no sector estão a aumentar a velocidade a que podem operar, automatizando processos e melhorando a sua capacidade de monitorizar condições geotécnicas complexas.

As inovações recentes incluem:

1) Aproveitando a Internet Industrial das Coisas ( IIoT )

Os operadores de TBM precisam ser capazes de tomar medidas corretivas caso as condições geotécnicas mudem. Um TBM pode ter até 5.000 sensores, coletando dados em diferentes taxas sobre métricas, incluindo desempenho da superfície de corte, progresso avançado e torque do disco de corte.

O fabricante de TBM Herrenknecht desenvolveu recentemente uma nova plataforma IIoT para coletar e gerenciar dados de sensores sem fio e armazená-los em um banco de dados de armazenamento central baseado em nuvem.

A plataforma suporta mais de 2.000 TBMs, dos quais até 700 podem estar em campo ao mesmo tempo. Os dados são armazenados em computadores na sala de controle do TBM e carregados na nuvem quando há conectividade com a Internet – com as máquinas trabalhando de 10 a 15 km abaixo do solo, elas podem ficar offline por dias, semanas ou até meses.

Herrenknecht também carregou dados históricos de 40 anos em diferentes formatos para a plataforma.

2) Mudanças no diâmetro do túnel

O fabricante norte-americano Robbins reivindicou a primeira mudança de diâmetro do TBM no túnel do setor, no túnel de alívio de drenagem Mill Creek, com 8 km de comprimento, em Dallas, Texas.

O túnel tem dois diâmetros porque à medida que se move a jusante, as necessidades de fluxo aumentam. Como resultado, o TBM foi projetado para passar de 11,6 m de diâmetro para 9,9 m.

Robbins trabalhou com a joint venture Southland/Mole para projetar primeiro uma máquina totalmente menor e depois fez um ‘kit’ que funcionava como uma segunda pele maior.

Quando chegou a hora de reduzir o diâmetro do TBM, ele simplesmente removeu a segunda camada da máquina em um processo que levou cerca de quatro meses.

3) Máquinas de perfuração de túneis autônomas

A empresa de infraestrutura malaia MMC-Gamuda desenvolveu o que afirma ser a primeira máquina autônoma de perfuração de túneis (A-TBM) do mundo como forma de eliminar sua dependência dos escassos operadores de TBM.

Utilizou a segunda linha do projeto de transporte rápido de massa (MRT) em Kuala Lumpur como banco de testes.

O sistema plug-and-play integra-se ao hardware e sensores existentes da TBM. Ele monitora os processos do TBM e envia os dados para um centro de controle centralizado .

Inicialmente, a MMC-Gamuda testou a tecnologia em uma única máquina para controlar sua direção antes de estendê-la a outros parâmetros de controle, como taxas de avanço e controles de lama.

No final das contas, 10 dos 12 TBMs do projeto foram instalados com o sistema A-TBM, perfurando diversas condições de solo. MMC-Gamuda disse que o próximo passo será analisar os dados de tunelamento e permitir que o sistema faça previsões para produzir melhores soluções de tunelamento.

4) Túneis contínuos em solo macio

Herrenknecht won a Bauma innovation award for its developments in continuous tunnelling.

Herrenknecht desenvolveu um método que permite a escavação contínua de túneis em formações de solo macio.

Tradicionalmente, a construção de túneis teve que fazer uma pausa após cada curso de escavação para permitir que a sequência de construção do anel do túnel ocorresse.

O novo sistema de tunelamento contínuo, que é 1,6 vezes mais rápido, faz com que os cilindros de empuxo que empurram a máquina para frente durante o avanço assumam a parcela de força dos cilindros que são retraídos para a construção do anel.

CoT ) controlado por computador assume o controle das pressões nos cilindros de impulso de um operador manual.

Herrenknecht recebeu o Bauma Innovation Award 2022 na categoria “Machine Technology” por seu novo desenvolvimento.

5) ‘Porposing‘

A graphic showing how The Boring Company’s Prufrock tunnel boring machine (TBM) can ‘porpoise’ through soft ground (Image courtesy of The Boring Company)

A Boring Company, com sede nos EUA e fundada por Elon Musk, lançou a segunda iteração de seu TBM ‘Prufrock’ em 2022.

O Prufrock foi projetado para ser lançado diretamente da superfície, perfurado no subsolo e reemergido após a conclusão, eliminando a necessidade de escavar poços para lançar e recuperar a máquina, em um processo conhecido como “porposing” .

A Boring Company afirma que pode fazer túneis a uma velocidade de um quilômetro por semana em solo macio, o que é até seis vezes mais rápido que sua geração anterior de TBM, o Godot+. A meta de médio prazo para o Prufrock é construir um túnel a uma velocidade de 11 quilômetros por dia.

6) Plasma e gás superaquecido

A empresa start-up Earthgrid, com sede em São Francisco, está desenvolvendo um micro TBM de plasma para os mercados de energia e serviços públicos que afirma poder cavar no subsolo 100 vezes mais rápido do que os métodos tradicionais.

Suas tochas de plasma atingem temperaturas de 27.000°C para explodir rochas duras.

As tochas são montadas em discos estendidos na frente de um “robô de escavação rápida” para remover fragmentos para serem coletados em pequenos carrinhos. A start-up norte-americana Petra desenvolveu um robô autónomo chamado Swifty que pode perfurar pequenos túneis entre 40 cm e 1,5 m de diâmetro através de rocha dura para serviços públicos. Ele usa uma mistura proprietária de gás superaquecido até 1.800°C.