Recentemente, em Wuhan, Hubei, um equipamento gigante em formato de "donut de mirtilo" saiu lentamente da base de fabricação, marcando o lançamento oficial da primeira máquina de perfuração e detonação (Boring and Blasting Machine, abreviada como BBM) do mundo, desenvolvida conjuntamente pela Universidade Tsinghua e pela China Railway Science & Industry (CRSCI), subsidiária da China Railway Industrial. Esta é a primeira vez que os dois principais métodos de construção — o método de tuneladora (TBM) e o método de perfuração e detonação — são integrados em um único equipamento, oferecendo uma nova solução técnica para a construção de túneis longos em geologias complexas.
Difícil conciliar dois métodos,a indústria clama por novos equipamentos
A China possui vastas áreas montanhosas, e grande parte dos projetos de infraestrutura crítica, como rodovias, ferrovias e conservação de água, está localizada em regiões profundas das montanhas. A construção de túneis longos frequentemente enfrenta desafios como explosões de rocha, influxos súbitos de lama e água, altas temperaturas geotérmicas e grandes deformações da rocha circundante, além de camadas de rocha alternadas entre moles e duras e zonas de falha e fraturamento, impondo enormes desafios à organização da construção e ao controle de segurança.
Por muito tempo, a indústria adotou predominantemente duas rotas tecnológicas maduras: o método de tuneladora e o método de perfuração e detonação, cada um com suas vantagens, mas com limites bem definidos. A tuneladora proporciona avanço contínuo e formação estável do túnel em rochas duras homogêneas, mas apresenta adaptabilidade insuficiente em rochas moles com grandes deformações e em terrenos fraturados e aquíferos. O método de perfuração e detonação possui ampla adaptabilidade geológica, cobrindo vários tipos de rochas moles e duras, porém seus processos são fragmentados e a integração com o suporte é deficiente, resultando em eficiência geral visivelmente inferior à escavação mecanizada contínua.
Em projetos de túneis longos com condições geológicas variáveis, a alternância de equipamentos dos dois tipos de tecnologia no canteiro é uma constante. No entanto, cada etapa — desmontagem, transporte, remontagem, troca de equipes de trabalho e transição de métodos construtivos — gera perdas de prazo, tornando-se um gargalo invisível que restringe o avanço do projeto.
Com a expansão contínua da infraestrutura chinesa para regiões montanhosas profundas e subsolo, o desenvolvimento de equipamentos integrados que combinem as vantagens dos dois métodos e se adaptem à construção em todos os tipos de terreno tornou-se uma importante direção de inovação que a indústria precisa urgentemente superar.
Superando desafios,forjando uma máquina poderosa "fundida em uma só"
Para enfrentar esse ponto crítico do setor, a Universidade Tsinghua, em parceria com a China Railway Science & Industry, reuniu forças profissionais multidisciplinares nas áreas de equipamentos de tuneladoras, perfuração profunda e detonação de precisão para uma pesquisa colaborativa interdisciplinar. Integrar perfuração e detonação em uma só máquina, no entanto, não é um simples "1+1"; primeiro, foi necessário superar dois desafios técnicos centrais.
O primeiro é o desafio do equilíbrio de forças estruturais. As tuneladoras tradicionais utilizam um cabeçote de corte fechado de seção plena, que distribui as forças uniformemente e opera com estabilidade. Para permitir operações de perfuração e detonação, foi necessário "abrir uma claraboia" no cabeçote de corte — projetando uma estrutura de cabeçote anular oca — o que altera diretamente o sistema de forças de toda a máquina. Se o equilíbrio de forças for comprometido, o desgaste das ferramentas de corte aumenta, ameaçando diretamente a estabilidade do equipamento.
O segundo é o desafio da proteção contra explosões. Os fragmentos de rocha e as ondas de choque gerados pela detonação podem facilmente danificar os componentes eletrônicos de precisão e os elementos hidráulicos no interior da máquina. Projetar um sistema de proteção à prova de explosão confiável dentro de um corpo fechado apresenta extrema dificuldade de engenharia.
Em torno desses dois grandes desafios, a equipe de pesquisa e desenvolvimento realizou repetidas simulações estruturais otimizadas e testes de desempenho de componentes, superando cada obstáculo técnico passo a passo, até finalmente concretizar o projeto do cabeçote de corte combinado "central + anular".
Este cabeçote de corte oco, em formato de "donut", é a estrutura central original mais icônica da máquina de perfuração e detonação. Graças à operação coordenada do cabeçote oco e do cabeçote central, a máquina pode alternar com flexibilidade entre três modos de operação: "detonação à frente, perfuração atrás", "perfuração à frente, detonação atrás" e "perfuração de seção plena", combinando as vantagens do pré-tratamento por detonação avançada e da escavação mecanizada contínua, rompendo definitivamente as fronteiras de aplicação dos métodos tradicionais.
"Por exemplo, em terrenos extremos como altas tensões geológicas ou grandes deformações em rochas moles, a máquina pode utilizar o canal oco central do 'donut' para permitir a entrada e saída de pessoal e equipamentos, realizando operações de pré-tratamento como injeção de reforço, pré-fraturamento avançado e suporte de emergência antes da face de escavação, evitando na origem riscos de segurança como desmoronamento da rocha circundante e travamento do equipamento", exemplifica Wang Chenghai, gerente do projeto da máquina de perfuração e detonação na China Railway Science & Industry.
Com suporte robusto,cinco técnicas especiais atuam em sinergia
Além do icônico cabeçote em "donut", Wang Chenghai explica que a máquina de perfuração e detonação também incorpora diversas tecnologias originais, permitindo que cinco componentes principais atuem em coordenação para formar um sistema completo de construção integrada, criando a vantagem técnica de "uma fusão, duas adaptações e três uniformizações".
As fresas laterais retráteis funcionam como um "regulador de formato" do túnel, ajustando com precisão as dimensões da seção de escavação com base em um algoritmo de alargamento por círculos tangentes — seções grandes podem ser alargadas, seções pequenas podem ser reduzidas — melhorando efetivamente a eficiência de deslocamento do equipamento dentro do túnel. O escudo traseiro telescópico adaptativo é uma "armadura dinâmica" que se ajusta à rocha circundante, compatível com diversos tipos de segmentos, permitindo a montagem de revestimento de diâmetro variável em trechos com explosões de rocha ou grandes deformações, garantindo a continuidade e estabilidade da estrutura de suporte. O dispositivo à prova de explosão do corpo principal é o "capacete de segurança" de toda a máquina, especialmente projetado para operações simultâneas de perfuração e detonação, amortecendo eficazmente o impacto das explosões e protegendo o corpo principal e seus componentes internos de precisão. O sistema independente de transporte por correia é a "linha de triagem" de materiais, transportando separadamente os rejeitos de escavação e os agregados produzidos no local, otimizando o gerenciamento de materiais no canteiro e aumentando os benefícios econômicos e ambientais.
"Uma fusão" refere-se à integração da eficiência de avanço contínuo da TBM com a ampla adaptabilidade geológica do método de perfuração e detonação, permitindo alternar os modos de construção sem necessidade de troca de equipamento, eliminando o consumo de tempo com entrada/saída de máquinas e transições de processo. "Duas adaptações" significa a dupla adaptabilidade a terrenos e seções: funciona tanto em rochas moles quanto duras, e acomoda seções de diversos tamanhos, permitindo que uma única máquina cubra múltiplas condições de túnel. "Três uniformizações" realiza a padronização integrada dos métodos construtivos, equipamentos de hardware e formas de revestimento e suporte, permitindo que todo o processo — desde o pré-tratamento, escavação, remoção de rejeitos até o suporte e a reciclagem de agregados — seja concluído de forma independente por uma única máquina, simplificando drasticamente a configuração de equipamentos no canteiro, a organização de pessoal e o gerenciamento da construção.
Dados de testes mostram que, em condições geológicas de rocha ultradura, após o pré-fraturamento avançado, a eficiência de avanço da máquina de perfuração e detonação pode aumentar em 30%. Para túneis longos que se estendem por dezenas de quilômetros, isso significa que o cronograma geral da construção pode ser reduzido em meses ou até mais.
Avançando em profundidade,da "utilidade" à "inteligência"
O lançamento da primeira máquina de perfuração e detonação do mundo rompeu os caminhos de projeto estabelecidos para equipamentos similares, tanto nacionais quanto internacionais. Toda a máquina e seus componentes principais são totalmente controlados de forma autônoma, preenchendo a lacuna no campo de equipamentos integrados de construção de túneis em geologias complexas e aprimorando a cadeia industrial chinesa de equipamentos de alta tecnologia para engenharia subterrânea.
De acordo com as informações, o equipamento será inicialmente utilizado em um projeto de usina hidrelétrica reversível (armazenamento por bombeamento) para demonstração de aplicação em engenharia. A equipe de pesquisa e desenvolvimento continuará a otimizar iterativamente o desempenho com base em dados reais medidos no campo, enquanto promove simultaneamente atualizações inteligentes e de precisão, integrando sistemas como reconhecimento inteligente da rocha circundante, previsão avançada de condições de construção e perfuração inteligente autônoma, impulsionando o equipamento para uma transição abrangente de "utilizável e funcional" para "eficiente e inteligente".
Como um resultado inovador e revolucionário no campo de equipamentos para engenharia subterrânea, esta máquina de perfuração e detonação servirá amplamente no futuro a setores-chave como projetos de transporte, infraestrutura hídrica e desenvolvimento de recursos em profundidade, elevando continuamente o nível de pesquisa, desenvolvimento e fabricação autônoma de equipamentos para engenharia subterrânea na China, e impulsionando a nova industrialização e a construção de uma potência de transporte por meio da inovação tecnológica em equipamentos.