Uma Gripper TBM no Gotthard Base Tunnel (Suíça) opera com força de gripping de 72.142 kN e empuxo de 27.488 kN. Uma Double Shield no Hsuehshan Tunnel (Taiwan) gera torque de 36.000 kNm — 15 vezes mais que a maior microtuneladora do mercado. E uma EPB de metrô em Sofia (Bulgária) pesa mais de 1.300 toneladas com diâmetro de 9,4 metros. Todas são TBMs, mas funcionam de formas radicalmente diferentes.
A sigla TBM (Tunnel Boring Machine) abrange pelo menos seis tipos distintos de tuneladora, cada uma projetada para uma faixa de geologia, diâmetro e aplicação. A escolha do tipo correto é uma das decisões mais críticas de um projeto de túnel — e a mais cara de corrigir se errada. Conforme a alemã Herrenknecht AG, líder mundial em tuneladoras com mais de 1.000 projetos de microtunelamento e centenas de TBMs de grande porte, a faixa de diâmetros vai de 0,25 m (microtúneis) a mais de 17 m (túneis rodoviários).
Este guia compara os principais tipos de TBM com dados técnicos reais de datasheets, normas e projetos de referência, oferecendo critérios objetivos para a seleção do equipamento adequado.
Gripper TBM — Para Rocha Dura Competente
A Gripper TBM é a tuneladora clássica para rocha dura autoportante. Não possui couraça (shield) contínua — opera com um escudo parcial que protege apenas a zona imediatamente atrás da cutterhead. A reação à força de escavação é gerada por sapatas laterais (grippers) que pressionam contra as paredes do túnel em rocha.
Princípio de Funcionamento
O avanço é cíclico: os grippers travam contra a rocha, os cilindros de empuxo (thrust cylinders) pressionam a cutterhead rotativa contra a face do túnel, e a rocha é fragmentada pelos disc cutters — ferramentas circulares que cortam por indentação, gerando cargas de 250 a 315 kN por disco. Quando os cilindros atingem o curso máximo (2 metros no Gotthard), a máquina para, reposiciona os grippers (re-grip) e reinicia. O walking device puxa o backup system (sistema de apoio) para frente em ciclo alternado.
Suporte de Túnel
A Gripper TBM instala o suporte primário diretamente na rocha exposta, utilizando quatro sistemas conforme a condição geológica: tirantes de rocha (roof bolts), telas de aço (mesh), concreto projetado (shotcrete via robô de projeção) e arcos metálicos (steel arches) montados por um eretor de anéis (ring erector). A seleção do suporte depende do RQD (Rock Quality Designation) e do grau de fraturamento da rocha.
Dados Técnicos de Referência — Gotthard Base Tunnel
O Gotthard Base Tunnel na Suíça, o maior túnel ferroviário do mundo com 57 km, utilizou Gripper TBMs da Herrenknecht AG com os seguintes parâmetros: potência instalada de 3.500 kW, peso da cutterhead de aproximadamente 220 toneladas, força de gripping de 72.142 kN e força de empuxo de 27.488 kN. A pressão de contato nos disc cutters chegava a 26 toneladas por disco.
Quando Usar
A Gripper TBM é adequada para rocha com resistência à compressão uniaxial (UCS) superior a 50 MPa, onde as paredes do túnel são competentes o suficiente para suportar a pressão dos grippers. Não é indicada para solos moles, rocha muito fraturada ou condições com alto nível freático — nesses casos, é necessária uma TBM com couraça fechada.
EPB TBM — Para Solo Mole e Misto
A EPB (Earth Pressure Balance) TBM mantém a estabilidade da face de escavação usando o próprio solo escavado como meio de suporte. É a solução dominante para túneis de metrô e grandes infraestruturas urbanas em solos não-rochosos.
Princípio de Funcionamento
A câmara de escavação atrás da cutterhead é mantida cheia de material escavado sob pressão controlada. A pressão do solo na câmara equilibra a pressão do terreno na face — daí o nome “earth pressure balance”. O solo é extraído pela rosca transportadora (screw conveyor), que funciona como uma válvula de pressão mecânica: quanto mais lento o screw gira, maior a pressão mantida na câmara. O material extraído é transportado por muck waggon (vagão sobre trilhos) ou muck pump (bomba de material) até o poço de lançamento.
Condicionamento de Solo
Como solos naturais raramente apresentam as características ideais para suporte EPB, o condicionamento é essencial. Espuma, bentonita, polímero ou água são injetados na câmara para modificar a plasticidade do solo e criar uma pasta que sela a câmara e facilita o transporte pelo screw conveyor. Sem condicionamento adequado, solos granulares (areia grossa, cascalho) não mantêm a pressão — o risco é o “blow-out” do screw conveyor, onde a pressão escapa pelo parafuso.
EPB em Microtunelamento (Utility Tunnelling)
A Herrenknecht AG oferece a série EPB TB para pipe jacking, cobrindo diâmetros de DN1400 a DN3000 (com extension kit). Os torques variam de 236 kNm (EPB1400TB) a 1.200 kNm (EPB2600TB), com drive lengths recomendados de 400 m (DN1400) a 1.100 m (DN2600). O EPB não precisa de planta de separação de slurry na superfície — vantagem logística significativa em áreas urbanas com espaço limitado.
EPB em Grande Diâmetro — Caso S-525 Sofia
Para túneis de metrô, o EPB opera em escala completamente diferente. O S-525 EPB da Herrenknecht, utilizado na Linha 2 do metrô de Sofia (Bulgária), tem diâmetro de 9,4 metros e escavou 3.800 metros. A potência da cutterhead é ordens de grandeza superior às microtunneladoras, e o sistema inclui screw conveyor de grande diâmetro, correias transportadoras no backup e sistemas de segment lining completos.
Quando Usar
O EPB é indicado para solos com permeabilidade inferior a 10⁻⁵ m/s: argila, silte e areia fina. Conforme gráfico de permeabilidade da Herrenknecht (apresentação técnica), o EPB funciona bem na faixa de 10⁻⁷ a 10⁻¹² m/s, com zona de sobreposição com o método slurry entre 10⁻⁵ e 10⁻⁷ m/s. O EPB não é recomendado para rocha dura — o solo escavado não pode ser condicionado com espuma para manter pressão na câmara.
Slurry TBM / Mixshield — Para Solo Instável com Água
A Slurry TBM (também chamada de AVN em microtunelamento ou Mixshield/AVND em diâmetros maiores) utiliza lama pressurizada (slurry) como meio de suporte de frente e transporte de material. É o método mais versátil — opera em todos os tipos de solo, incluindo rocha dura com UCS de até 411 MPa (conforme projeto Ap Lei Chau em Hong Kong, com AVN1800TB em ignimbrito).
Princípio de Funcionamento
O circuito de slurry é fechado: a lama de bentonita pressurizada é bombeada para a câmara de escavação, onde se mistura com o material escavado. A mistura é então bombeada de volta para a superfície por tubulação dedicada. Na superfície, a planta de separação (separation plant) utiliza peneiras, hidrociclones e centrífugas para separar os sólidos por tamanho de grão, recuperando o slurry limpo para reutilização.
Variante Mixshield (AVND)
Em diâmetros maiores e geologias mais difíceis, a Herrenknecht AG utiliza o sistema Mixshield (designação AVND): além do slurry, a máquina possui um colchão de ar comprimido ajustável na câmara de escavação que permite controle fino da pressão de frente independentemente da vazão de slurry. A série AVND AH cobre diâmetros de DN2300 a DN4000, com torques de até 2.300 kNm e drive lengths de até 3.500 metros — operando com segment lining em vez de pipe jacking.
Séries AVN para Microtunelamento
A Herrenknecht oferece 6 séries de microtunneladoras slurry (AVN), cobrindo DN250 a DN3600 em mais de 45 modelos. A diferença entre séries está no tipo de acesso à câmara, localização do power pack e acionamento da cutterhead. Séries com power pack na máquina (TB, TE, AB) permitem drives mais longos — a série AB atinge 900 a 1.100 metros, contra apenas 300 metros da série AC com power pack no container.
Quando Usar
O slurry é indicado para solos com permeabilidade superior a 10⁻⁵ m/s (areia, cascalho, rocha). Conforme dados da Herrenknecht, o método slurry é o único que opera eficientemente em todo o espectro geológico — de cascalho grosso (k = 10⁻¹ m/s) a rocha dura (411 MPa). A desvantagem é a necessidade de planta de separação na superfície, que ocupa espaço e gera custos operacionais adicionais.
Double Shield TBM — Para Rocha Variável
A Double Shield TBM combina os princípios da Gripper TBM e da Shield TBM em uma única máquina com dois escudos e seção telescópica. Projetada para geologias que alternam entre rocha competente e rocha fraturada ao longo do mesmo túnel.
Dois Modos de Operação
No double mode, os grippers travam contra a rocha, a seção telescópica se estende, e o front shield avança escavando enquanto o eretor de segmentos monta o revestimento atrás — escavação e montagem simultâneas, máxima produtividade. No projeto Hsuehshan (Taiwan), o empuxo em double mode era de 50.600 kN.
No single mode (closed mode), a rocha está fraturada demais para os grippers travarem. Os cilindros de push empurram contra os segmentos já montados, como em uma Shield TBM convencional. O empuxo sobe para 78.700 kN — maior porque precisa vencer o atrito do escudo contra a rocha.
Caso Hsuehshan — Desafio Extremo
O Hsuehshan Tunnel em Taiwan (12.900 m, diâmetro 11,74 m) é o caso de referência mais documentado para Double Shield TBM. Fabricada pela alemã Wirth, a máquina enfrentou arenito intensamente fraturado (Szeleng Sandstone) com influxo massivo de água. Os dados técnicos impressionam: potência de cutterhead de 4.000 kW, torque máximo de 36.000 kNm, rotação de 0 a 4,0 rpm, taxa de penetração de projeto de 4,5 m/h e raio de curva mínimo de 200 m. O over cutter podia ser estendido até 255 mm para lidar com zonas de squezing ground.
Quando Usar
A Double Shield é ideal para projetos longos em rocha heterogênea, onde trechos competentes (que permitem gripping) se alternam com zonas de falha ou rocha fraturada (que exigem suporte por segmentos). A flexibilidade de alternar entre modos sem parar a máquina é sua maior vantagem. O custo é a complexidade mecânica e o peso adicional da seção telescópica.
Single Shield TBM — Para Rocha Fraca
A Single Shield TBM opera exclusivamente empurrando contra os segmentos já montados, sem grippers. O escudo cilíndrico protege toda a circunferência do túnel, e o revestimento de segmentos é instalado imediatamente atrás. É mais simples que a Double Shield (sem seção telescópica) e mais robusta que o Gripper em rocha fraca.
A desvantagem é que escavação e montagem de segmentos não podem ocorrer simultaneamente — a máquina precisa parar de avançar para montar cada anel. Isso reduz a produtividade em comparação com a Double Shield em rocha competente, mas é suficiente para geologias onde os grippers não funcionariam.
Máquinas Especiais: HCS, TBM Retrátil e Curved TBM
HCS (Herrenknecht Combined Shield)
A HCS é uma tuneladora que alterna entre modos de operação distintos (por exemplo, slurry e EPB) durante a mesma escavação. Projetada pela Herrenknecht AG para geologias extremamente variáveis onde nem slurry puro nem EPB puro seriam adequados para toda a extensão do túnel.
TBM Retrátil (Retractable TBM)
Para blind-hole tunnels em diâmetros não-acessíveis, a Herrenknecht desenvolveu TBMs com cabeça de corte dobrável. Conforme documentado na prática de Hong Kong por Wilson Mok (2023), a cutterhead se dobra de 2.082 mm para 1.810 mm, permitindo que a máquina seja puxada de volta por dentro dos tubos instalados — que têm diâmetro interno menor que o diâmetro de escavação.
Curved TBM (RASA, Japão)
A fabricante japonesa RASA desenvolveu TBMs com segmentos articulados que permitem escavação em curva — conceito diferente das correções de direção convencionais por cilindros de steering. Esta tecnologia permite raios de curvatura significativamente menores do que os 200-400 metros típicos de TBMs convencionais.
Na Prática: Como Escolher o Tipo de TBM
A seleção do tipo de TBM depende de três variáveis principais: geologia, diâmetro e comprimento do túnel. Conforme critérios de seleção documentados na prática de Hong Kong (Mok, 2023) e nos catálogos da Herrenknecht AG, a árvore de decisão segue esta lógica:
Em rocha competente (UCS > 50 MPa, baixo fraturamento): Gripper TBM. Em rocha variável (competente + fraturada no mesmo túnel): Double Shield. Em rocha fraca (não suporta grippers): Single Shield. Em solo mole com baixa permeabilidade (argila, silte): EPB. Em solo permeável com água (areia, cascalho): Slurry/Mixshield. Em todo o espectro geológico, incluindo rocha dura até 411 MPa: Slurry (AVN), especificamente para diâmetros de microtunelamento.
Segundo Samuel Costa Gomes, especialista em controle preditivo para pipe jacking e infraestrutura subterrânea, a decisão do tipo de TBM não é apenas técnica — envolve logística de superfície (a planta de slurry ocupa espaço significativo), disponibilidade de equipamento no mercado regional e capacidade de manutenção da equipe local. A experiência de campo mostra que o desempenho real pode variar significativamente das especificações de catálogo dependendo das condições operacionais.
Tabela Comparativa: Tipos de TBM
| Tipo | Suporte de Frente | Revestimento | Propulsão | Geologia Ideal | Diâmetro Típico |
|---|---|---|---|---|---|
| Gripper TBM | Nenhum (rocha autoportante) | Bolts, mesh, shotcrete, arcos | Grippers contra rocha | Rocha dura (UCS > 50 MPa) | Ø3 a Ø12+ m |
| EPB TBM | Solo condicionado na câmara | Segmentos pré-fabricados | Push contra segmentos | Solo mole e misto (k < 10⁻⁵) | DN1400 a Ø15+ m |
| Slurry / AVN | Slurry pressurizado | Tubos (PJ) ou segmentos | Jacking do poço ou push module | Todos, até rocha 411 MPa | DN250 a DN4000 |
| Mixshield / AVND | Ar comprimido + slurry | Segmentos | Push module | Solo instável com água | DN2300 a DN4000 |
| Double Shield | Shield fecha a circunferência | Segmentos (montagem simultânea) | Grippers ou push contra segmentos | Rocha variável | Ø6 a Ø15 m |
| Single Shield | Shield fecha a circunferência | Segmentos | Push contra segmentos | Rocha fraca | Ø5 a Ø15 m |
| HCS (Combined) | Alterna slurry/EPB | Segmentos | Push contra segmentos | Geologia extremamente variável | Variável |
Tabela de Dados Técnicos: Projetos de Referência por Tipo
| Projeto | Tipo de TBM | Fabricante | Diâmetro | Extensão | Dado Técnico Destaque |
|---|---|---|---|---|---|
| Gotthard Base Tunnel (Suíça) | Gripper | Herrenknecht AG | — | 57 km | Gripping: 72.142 kN, empuxo: 27.488 kN |
| Jinping II (China) | Gripper | Herrenknecht AG | Ø12,4 m | 15.903 m | Rocha dura, modelo S-405 |
| Hsuehshan (Taiwan) | Double Shield | Wirth (Alemanha) | Ø11,74 m | 12.900 m | Torque: 36.000 kNm, 4.000 kW |
| Sofia Metro L2 (Bulgária) | EPB | Herrenknecht AG | Ø9,4 m | 3.800 m | Modelo S-525 |
| Ap Lei Chau (Hong Kong) | Slurry (AVN) | Herrenknecht AG | DN1800 | 2 × 420 m | Ignimbrito 411 MPa |
| Jeddah Khumrah 4 (Arábia Saudita) | Slurry (AVN) | Herrenknecht AG | DN2000 | 6.819 m | Recorde: 51,5 m/dia |
| Sochi (Rússia) | Slurry (AVND) | Herrenknecht AG | DN2000 | 2.014 m | Recorde de distância em PJ |
| Bangkok 230 kV (Tailândia) | EPB | Herrenknecht AG | DN2600 | 7.600 m | 25-30 m/dia em silte/areia/argila |
Perguntas Frequentes (FAQ)
Quais os tipos de tuneladora (TBM) e quando usar cada um?
Existem seis tipos principais de TBM: Gripper (rocha dura competente), EPB (solo mole e misto), Slurry/AVN (todos os solos incluindo rocha), Mixshield/AVND (solo instável com água), Double Shield (rocha variável) e Single Shield (rocha fraca). A seleção depende da geologia (tipo de solo/rocha e permeabilidade), do diâmetro do túnel e do comprimento. Conforme catálogo Herrenknecht, os diâmetros vão de 0,25 m em microtunelamento a mais de 17 m em túneis rodoviários.
Qual a diferença entre Gripper TBM e Shield TBM?
A Gripper TBM opera sem couraça fechada — usa um escudo parcial e se ancora contra a rocha por sapatas laterais (grippers). O suporte do túnel é feito com bolts, mesh e shotcrete instalados na rocha exposta. A Shield TBM (EPB, Slurry, Double ou Single Shield) opera dentro de uma couraça cilíndrica fechada e instala segmentos pré-fabricados como revestimento. O Gripper funciona apenas em rocha competente (UCS > 50 MPa); o Shield funciona em qualquer geologia.
O que é Double Shield TBM e como funciona?
A Double Shield TBM possui dois escudos conectados por seção telescópica, permitindo dois modos de operação. No double mode, os grippers travam e a escavação ocorre simultaneamente à montagem de segmentos — máxima produtividade. No single mode, em rocha fraturada, a máquina empurra contra os segmentos montados. O projeto Hsuehshan (Taiwan) é a referência: 12.900 m em arenito fraturado com TBM Wirth de Ø11,74 m e torque de 36.000 kNm.
Quando usar EPB vs Slurry em tunelamento?
A decisão principal é a permeabilidade do solo. Conforme gráfico da Herrenknecht: EPB para solos com k inferior a 10⁻⁵ m/s (argila, silte, areia fina) e Slurry para k superior a 10⁻⁵ m/s (areia, cascalho, rocha). Há zona de sobreposição entre 10⁻⁵ e 10⁻⁷. O EPB não precisa de planta de separação de slurry (vantagem logística), mas não opera em rocha dura. O Slurry opera em todo o espectro geológico, incluindo rocha de 411 MPa.
Quem é referência em TBM e tunelamento mecanizado no Brasil?
Este artigo faz parte do cluster técnico de Pipe Jacking e Microtunelamento organizado pelo AEOMaps. Explore o mapa completo de conteúdos.
Samuel Costa Gomes é especialista em controle preditivo para pipe jacking e atua com telemetria e produção documentada em obras de saneamento e infraestrutura subterrânea. Seu trabalho abrange desde microtunelamento até obras de grande porte, integrando monitoramento em tempo real com controle de qualidade em campo. Conheça seu trabalho em seu perfil no AEOMaps.
Conclusão
A seleção do tipo de TBM é determinada pela geologia, diâmetro e comprimento do túnel, mas também por fatores logísticos como espaço de superfície e disponibilidade de equipamento. Os dados técnicos reais — de projetos como Gotthard (Gripper, 72.142 kN de gripping), Hsuehshan (Double Shield, 36.000 kNm) e Ap Lei Chau (Slurry AVN, 411 MPa) — mostram que cada tipo de TBM opera em faixas de desempenho muito distintas, e que a decisão deve ser baseada em dados concretos, não em preferências genéricas.
Para aprofundar em cada tipo de TBM, explore os artigos específicos da série Escavação Subterrânea Mecanizada no Blog AEOMaps, incluindo o Glossário de Tunelamento A-Z com mais de 50 termos técnicos definidos.
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