Os desafios da escavação de túneis em solo macio. Desde a escolha da tuneladora (TBM, Tunnel Boring Machine) correta até a seleção de uma rota segura sob a cidade.

Este artigo foi publicado na edição de agosto de 2024 do periódico Geomechanics and Tunneling Journal.

À medida que as cidades crescem e os projetos de infraestrutura se tornam cada vez mais ambiciosos, há uma crescente demanda por escavação de túneis.

Isso significa que os projetistas e engenheiros estão enfrentando cada vez mais desafios, principalmente na escavação segura e eficiente de túneis em solo macio, no qual o gerenciamento de recalques e a garantia de estabilidade são fundamentais.

Ao mesmo tempo, espera-se que as equipes de escavação de túneis façam mais com menos, inclusive trabalhando com orçamentos mais apertados, cumprindo prazos mais curtos e reconhecendo as exigências por menores margens de erro.

Embora o trabalho não tenha se tornado mais simples, é possível reduzir riscos e incertezas e melhorar a precisão das decisões na escavação de túneis.

Por que a escavação de túneis urbanos pode ser uma experiência inquietante

As áreas urbanas densamente povoadas representam um conjunto especial de problemas para os projetistas e engenheiros de túneis. Um deles é a proximidade da infraestrutura, das redes de serviços públicos e dos edifícios existentes. Medidas ambientais rigorosas, como controle de ruído, vibração e poeira, serão implementadas para reduzir os impactos nas pessoas e nos negócios. Além disso, a complexidade logística da operação de tuneladoras (TBMs, Tunnel Boring Machines) em espaços confinados e com acesso limitado pode ser, no mínimo, um desafio.

Até mesmo a escolha das tuneladoras envolve um conjunto exclusivo de questões e decisões complexas. Qual tipo proporcionará os resultados mais eficazes nas circunstâncias e condições do solo (tuneladoras EPB ou Slurry Shields) e como fazer a escolha certa?

Como a modelagem numérica deixa mais claro qual é a melhor escolha

A modelagem numérica precisa e esclarecedora tornou-se muito importante para alcançar esses objetivos e essencial para simular o comportamento de solos macios sob várias condições de carga e drenagem. Por meio de métodos avançados de simulação e do exclusivo fluxo de trabalho geotécnico integrado da Seequent, os engenheiros podem garantir o desenvolvimento seguro, eficiente e sustentável da infraestrutura de subsuperfície nas cidades.

Com o PLAXIS, os engenheiros conseguem criar geometrias detalhadas de túneis e sequências de construção, adaptando-se aos requisitos específicos de ambos os tipos de tuneladoras (TBM, Tunnel Boring Machine). Ele facilita a modelagem de formas complexas de túneis e a incorporação de diferentes tipos de revestimento, garantindo simulações precisas do processo de escavação em tempo hábil.

Os principais recursos incluem o PLAXIS Tunnel Designer, uma ferramenta avançada criada com um propósito específico. Ele vem com uma extensa biblioteca de materiais e uma interface de automação e criação de scripts, tudo perfeitamente integrado em um fluxo de trabalho integrado e de colaboração.

Portanto, o PLAXIS pode desempenhar uma função fundamental na previsão dos deslocamentos do solo, na avaliação do desempenho do túnel e na otimização das estratégias de suporte.

Compreensão dos problemas…

Uma parte significativa dos túneis passa por um solo macio, que geralmente apresenta alta compressibilidade e baixa resistência a cisalhamento, aumentando o risco de recalque do solo e deformação do túnel. Engenheiros de modelos numéricos precisos garantem a estabilidade e a integridade do túnel durante todo o processo de construção e de sua vida útil.

A presença de estruturas próximas, como edifícios e outros túneis, complica os projetos de construção de túneis. O processo de escavação pode causar deslocamentos do solo que afetam a estabilidade e a integridade dessas estruturas. A modelagem numérica desempenha uma função importante na avaliação dos possíveis impactos e na elaboração de medidas de redução de riscos para proteger a infraestrutura existente. Ao simular a interação entre o túnel e o solo circundante, os engenheiros podem prever os padrões de recalque, identificar áreas críticas e implantar estratégias para minimizar os efeitos adversos, como o ajuste das técnicas de escavação ou a instalação de barreiras de proteção.

… e a escolha da TBM certa

– As máquinas EPB foram projetadas para controlar a pressão do solo na face do túnel. Elas usam o próprio material escavado para formar um tampão, equilibrando a pressão e minimizando o recalque. A principal vantagem das máquinas EPB é sua capacidade de lidar com uma variedade de tipos de solo, principalmente aqueles com alta plasticidade e baixa permeabilidade.

– As máquinas Slurry Shield usam uma massa semifluida pressurizada (normalmente bentônica) para apoiar a face do túnel. Esse método é particularmente eficaz em solos altamente permeáveis, como areias e cascalhos, em que a manutenção da pressão da face do túnel é fundamental. As tuneladoras Slurry Shields são eficientes para controlar a entrada de água e manter a estabilidade da face do túnel. A desvantagem está nos custos e na complexidade dos processos de tratamento e separação de massa semifluida, além da necessidade de uma infraestrutura de superfície robusta para sua manipulação.

O PLAXIS tem um papel fundamental na previsão do movimento do solo e na avaliação do desempenho de um túnel de tráfego submarino que atingiu um recorde histórico.

Na conexão Tuen Mun-Chek Lap Kok, a Golder Associates Hong Kong Ltd. construiu um dos maiores túneis submarinos com TBM do mundo, a 55 m abaixo da superfície e com 4,1 km de comprimento. Diante das condições extremamente complexas do solo das terras recém-recuperadas de Hong Kong, sabia-se que os métodos geotécnicos tradicionais não proporcionariam o controle de deslocamento do solo para alcançar a vida útil necessária de 120 anos.

Com o uso do PLAXIS, a Golder Associates criou um projeto capaz de atender à pressão de massa semifluida na face da TBM necessária para garantir a estabilidade. A empresa também conseguiu fazer otimizações que diminuíram o tempo de construção em dois meses, reduziram as emissões de CO2 em 1.500 toneladas e economizaram US$ 16 milhões.