Aqui nos Estados Unidos costumávamos nos referir à construção de túneis por perfuração e desmonte como construção de túneis “convencional”, o que eu acho que faz com que a construção de túneis por TBM ou outros meios mecanizados seja chamada de “não convencional”.No entanto, com a evolução da tecnologia TBM, torna-se cada vez mais raro fazer túneis por perfuração e desmonte e, como tal, podemos querer pensar em inverter a expressão e começar a referir-nos à escavação de túneis por perfuração e desmonte como “não convencional”. ” túneis.
A escavação de túneis por perfuração e desmonte ainda é o método mais comum na indústria de mineração subterrânea, enquanto a escavação de túneis para projetos de infraestrutura está se tornando cada vez mais a escavação mecanizada por TBM ou outros métodos.No entanto, em túneis curtos, para grandes secções transversais, construção de cavernas, cruzamentos, passagens transversais, poços, comportas, etc., a perfuração e detonação é muitas vezes o único método possível.Através da Perfuração e Explosão também temos a possibilidade de sermos mais flexíveis na adoção de perfis variados em comparação com um túnel TBM que sempre fornece uma seção transversal circular, especialmente para túneis rodoviários, resultando em muita escavação excessiva em relação à seção transversal real necessária.
Nos países nórdicos, onde a formação geológica da construção subterrânea é frequentemente em granito sólido e duro e gnaisse, o que se presta à mineração por perfuração e explosão de forma muito eficiente e económica.Por exemplo, o Sistema de Metrô de Estocolmo normalmente consiste em uma superfície de rocha exposta construída usando Perfuração e Explosão e pulverizada com concreto projetado como revestimento final, sem qualquer revestimento moldado no local.
Atualmente, o projeto da AECOM, o desvio de Estocolmo, que consiste em uma rodovia de 21 km (13 milhas), dos quais 18 km (11 milhas) são subterrâneos sob o arquipélago ocidental de Estocolmo, está em construção, ver Fig. para acomodar três pistas em cada direção e rampas de entrada e saída conectando-se à superfície estão sendo construídas usando a técnica de perfuração e detonação.Este tipo de projetos ainda é competitivo como Perfuração e Explosão devido à boa geologia e à necessidade de seção transversal variável para acomodar os requisitos de espaço.Para este projeto foram desenvolvidas várias rampas de acesso para dividir os longos túneis principais em múltiplos acessos, o que reduzirá o tempo total de escavação do túnel.O suporte inicial do túnel consiste em parafusos de rocha e concreto projetado de 4” e o revestimento final consiste em membrana impermeabilizante e concreto projetado de 4 polegadas suspenso por parafusos espaçados em torno de 4 por 4 pés, instalados a 1 pé da superfície rochosa revestida de concreto projetado, atua como água e gelo isolamento.
A Noruega é ainda mais extrema quando se trata de escavação de túneis por Perfuração e Explosão e, ao longo dos anos, aprimorou os métodos de Perfuração e Explosão até a perfeição.Com a topografia muito montanhosa da Noruega e os longos fiordes cortando a terra, a necessidade de túneis sob os fiordes, tanto para rodovias quanto para ferrovias, é de grande importância e pode reduzir consideravelmente o tempo de viagem.A Noruega tem mais de 1.000 túneis rodoviários, o maior número do mundo.Além disso, a Noruega também abriga inúmeras usinas hidrelétricas com túneis e poços forçados que são construídos pela Drill and Blast.Durante o período de 2015 a 2018, só na Noruega, houve cerca de 5,5 milhões de CY de escavação de rocha subterrânea por Perfuração e Explosão.Os países nórdicos aperfeiçoaram a técnica de Perfuração e Explosão e exploraram suas tecnologias e o que há de mais moderno em todo o mundo.Além disso, na Europa Central, especialmente nos países alpinos, a perfuração e detonação ainda é um método competitivo na construção de túneis, apesar da longa extensão dos túneis.A principal diferença em relação aos túneis nórdicos é que a maioria dos túneis alpinos tem um revestimento final de concreto moldado no local.
No Nordeste dos EUA e nas regiões das Montanhas Rochosas existem condições semelhantes às dos países nórdicos, com rocha dura e competente que permite o uso económico de perfuração e detonação.Alguns exemplos incluem o metrô de Nova York, o túnel Eisenhower no Colorado e o túnel Mt McDonald nas Montanhas Rochosas canadenses.
Projetos recentes de transporte em Nova York, como o recentemente concluído metrô da Second Avenue ou o projeto East Side Access, tiveram uma combinação de túneis minados da TBM com Station Caverns e outros espaços auxiliares feitos pela Drill and Blast.
O uso de jumbos de perfuração evoluiu ao longo dos anos, desde as primitivas brocas manuais ou jumbos de uma lança até os Jumbos de múltiplas lanças autoperfurantes computadorizados, onde os padrões de perfuração são inseridos no computador de bordo, permitindo uma perfuração rápida e de alta precisão com um pré-requisito. -definir padrão de perfuração calculado com precisão.(ver Fig. 2)
Os jumbos de perfuração avançados são totalmente automatizados ou semiautomáticos;no primeiro, após a conclusão do furo a broca retrai e se move automaticamente para a próxima posição do furo e inicia a perfuração sem a necessidade de posicionamento pelo operador;para as lanças semiautomáticas, o operador move a broca de furo em furo.Isso permite que um operador manuseie com eficiência jumbos de perfuração com até três lanças com o uso do computador de bordo.(ver Fig. 3)
Com o desenvolvimento de perfuratrizes de 18, 22, 30 e até 40 kW de potência de impacto e perfuratrizes de alta frequência com alimentadores que suportam hastes drifter de até 20' e o uso do Rod Adding System (RAS) automatizado, o avanço e a velocidade O nível de perfuração melhorou muito, com taxas de avanço reais de até 18 pés por rodada e perfuração de furos entre 8 e 12 pés/min, dependendo do tipo de rocha e da broca usada.Um jumbo de perfuração automatizado de 3 lanças pode perfurar de 800 a 1.200 pés/hora com hastes derivativas de 20 pés.O uso de hastes derivadoras de 20 pés requer um certo tamanho mínimo de túnel (cerca de 25 pés) para permitir que os parafusos de rocha sejam perfurados perpendicularmente ao eixo do túnel usando o mesmo equipamento.
Um desenvolvimento recente é o uso de jumbos multifuncionais suspensos na coroa do túnel, permitindo que múltiplas funções prossigam simultaneamente, como perfuração e remoção de sujeira.O jumbo também pode ser usado para instalar vigas treliçadas e concreto projetado.Esta abordagem sobrepõe operações sequenciais em tunelamento, resultando em economia de tempo no cronograma.Veja a Figura 4.
O uso de emulsão a granel para carregar os furos a partir de um caminhão de carregamento separado, quando o jumbo de perfuração está sendo usado para vários cabeçotes, ou como um recurso integrado ao jumbo de perfuração quando um único cabeçote está sendo escavado, está se tornando mais comum, a menos que existem restrições locais para esta aplicação.Este método é comumente usado em várias áreas ao redor do mundo, com dois ou três furos podendo ser carregados ao mesmo tempo;a concentração da emulsão pode ser ajustada dependendo de quais furos estão sendo carregados.Os furos cortados e inferiores são normalmente carregados com 100% de concentração, enquanto os furos de contorno são carregados com uma concentração muito mais leve, de cerca de 25%.(ver Figura 5)
O uso de emulsão a granel necessita de um reforço na forma de um bastão de explosivos embalados (primer) que junto com o detonador é inserido no fundo dos furos e é necessário para inflamar a emulsão a granel que é bombeada para dentro do furo.O uso de emulsão a granel reduz o tempo geral de carregamento do que os cartuchos tradicionais, onde 80 – 100 furos/hora podem ser carregados a partir de um caminhão de carregamento equipado com duas bombas de carregamento e cestos para uma ou duas pessoas para atingir a seção transversal completa.Veja a Fig.6
O uso de carregadeiras de rodas e caminhões ainda é a forma mais comum de fazer a sujidade em combinação com a Perfuração e Explosão para túneis com acesso direto à superfície.No caso de acesso através de poços, o lodo será transportado principalmente por carregadeira de rodas até o poço, onde será içado até a superfície para posterior transporte até a área de disposição final.
No entanto, a utilização de um triturador na face do túnel para quebrar os pedaços maiores de rocha e permitir a sua transferência com uma correia transportadora para trazer a lama para a superfície é outra inovação que foi desenvolvida na Europa Central, muitas vezes para longos túneis através dos Alpes.Este método reduz enormemente o tempo de remoção de sujeira, especialmente em túneis longos, e elimina os caminhões no túnel, o que, por sua vez, melhora o ambiente de trabalho e reduz a capacidade de ventilação necessária.Também libera o túnel invertido para obras de concreto.Tem uma vantagem adicional se a rocha for de tal qualidade que possa ser utilizada para a produção de agregados.Neste caso, a rocha britada pode ser minimamente processada para outros usos benéficos, como agregados de concreto, lastro ferroviário ou pavimento.Para reduzir o tempo entre a detonação e a aplicação do concreto projetado, nos casos em que o tempo de repouso pode ser um problema, a camada inicial de concreto projetado pode ser aplicada na cobertura antes da remoção da sujeira.
Ao escavar grandes seções transversais em combinação com más condições de rocha, o método de perfuração e detonação nos dá a possibilidade de dividir a face em vários títulos e aplicar o método de escavação sequencial (SEM) para a escavação.Um rumo piloto central seguido por desvios laterais escalonados é frequentemente usado em SEM em túneis, como pode ser visto na Figura 7 para a escavação do rumo superior da estação da 86th Street no projeto do metrô da Second Avenue em Nova York.O cabeçalho superior foi escavado em três galerias e, em seguida, foi seguido por duas escavações de bancada para completar a seção transversal da caverna de 60 pés de largura por 50 pés de altura.
A fim de minimizar a intrusão de água no túnel durante a escavação, o rejuntamento pré-escavação é frequentemente utilizado.O grauteamento pré-escavação da rocha é obrigatório na Escandinávia, a fim de atender aos requisitos ambientais relativos ao vazamento de água no túnel, a fim de minimizar o impacto da construção no regime hídrico na superfície ou próximo a ela.O grauteamento pré-escavação pode ser feito em todo o túnel ou em certas áreas onde a condição da rocha e o regime hídrico subterrâneo exigem o grauteamento para reduzir a intrusão de água a uma quantidade controlável, como em zonas de falha ou cisalhamento.No grauteamento seletivo pré-escavação, 4-6 furos de sonda são perfurados e dependendo da água medida dos furos de sonda em relação ao gatilho de grauteamento estabelecido, o grauteamento será implementado usando cimento ou graute químico.
Normalmente, um leque de reboco pré-escavação consiste em 15 a 40 furos (70-80 pés de comprimento) perfurados à frente da face e rejuntados antes da escavação.O número de furos depende do tamanho do túnel e da quantidade prevista de água.A escavação é então feita deixando uma zona de segurança de 15-20 pés além da última rodada quando a próxima sondagem e o rejuntamento pré-escavação forem feitos.O uso do Rod Adding System (RAS) automatizado, mencionado acima, torna simples e rápido a perfuração da sonda e dos furos de argamassa com capacidade de 300 a 400 pés/hora.O requisito de rejuntamento pré-escavação é mais viável e confiável quando se utiliza o método de Perfuração e Explosão em comparação com o uso de um TBM
A segurança na perfuração e desmonte de túneis sempre foi uma grande preocupação, exigindo disposições especiais de medidas de segurança.Além das questões tradicionais de segurança na construção de túneis, a construção por Perfuração e Explosão, os riscos na face, incluindo perfuração, carregamento, escamação, sujidade, etc., acrescentam riscos de segurança adicionais que devem ser abordados e planeados.Com o avanço das tecnologias nas técnicas de perfuração e detonação e a aplicação da abordagem de mitigação de riscos aos aspectos de segurança, a segurança na construção de túneis melhorou significativamente nos últimos anos.Por exemplo, com o uso de perfuração jumbo automatizada com o padrão de perfuração carregado no computador de bordo, não há necessidade de ninguém estar na frente da cabine de perfuração jumbo, reduzindo assim a exposição potencial dos trabalhadores a perigos potenciais e aumentando assim sua segurança.
O melhor recurso relacionado à segurança é provavelmente o Rod Adding System (RAS) automatizado.Com este sistema, usado principalmente para perfuração de furos longos em conexão com reboco de pré-escavação e perfuração de furos de sonda;a perfuração de extensão pode ser feita de forma totalmente automatizada a partir da cabine do operador e, como tal, elimina o risco de lesões (especialmente lesões nas mãos);caso contrário, a adição de barras era feita manualmente, com os trabalhadores expostos a lesões ao adicionar barras manualmente.É importante notar que a Sociedade Norueguesa de Túneis (NNF) publicou em 2018 a sua publicação nº 27 intitulada “Segurança na perfuração e desmonte de túneis noruegueses”.A publicação aborda de forma sistemática medidas relacionadas com a gestão da saúde, segurança e ambiente durante a escavação de túneis utilizando métodos de perfuração e detonação e fornece as melhores práticas para os empregadores, os encarregados e os trabalhadores da construção de túneis.A publicação reflete o estado da arte em segurança na construção de perfuração e detonação e pode ser baixada gratuitamente no site da Sociedade Norueguesa de Túneis: http://tunnel.no/publikasjoner/engelske-publikasjoner/
A perfuração e detonação utilizadas no conceito certo, mesmo para túneis longos, com a possibilidade de dividir o comprimento em vários trechos, ainda pode ser uma alternativa viável.Avanços significativos foram feitos recentemente em equipamentos e materiais, resultando em maior segurança e maior eficiência.Embora a escavação mecanizada usando TBM seja muitas vezes mais favorável para túneis longos com seção transversal constante, no entanto, no caso de haver uma quebra no TBM resultando em uma longa paralisação, todo o túnel para, enquanto na operação de Perfuração e Explosão com múltiplas proa o a construção ainda pode avançar mesmo que uma rubrica enfrente problemas técnicos.
Lars Jennemyr é engenheiro especialista em construção de túneis no escritório da AECOM em Nova York.Ele tem uma vida inteira de experiência em projetos subterrâneos e de túneis em todo o mundo, incluindo Sudeste Asiático, América do Sul, África, Canadá e EUA em projetos de trânsito, água e energia hidrelétrica.Ele tem vasta experiência em túneis convencionais e mecanizados.Sua experiência especial inclui construção de túneis rochosos, construtibilidade e planejamento de construção.Entre seus projetos estão: o Metrô da Segunda Avenida, Estação 86th St., em Nova York;a extensão da linha 7 do metrô em Nova York;o Conector Regional e a Extensão da Linha Roxa em Los Angeles;Citytunnel em Malmo, Suécia;o Projeto Hidrelétrico Kukule Ganga, Sri Lanka;Projeto Hidrelétrico Uri na Índia;e o Esquema Estratégico de Esgoto de Hong Kong.
Horário da postagem: 01 de maio de 2020