Engenheiros chineses implantam primeiro sistema ternário de mistura de gases para túnel ferroviário submarino recordista

Um avanço sob as ondas

A China implantou um sistema inédito de tunelamento com escudo e mistura ternária de gases para apoiar a construção do túnel submarino de Jintang, uma ligação ferroviária de 16,18 quilômetros que se tornará a mais longa passagem ferroviária submarina de alta velocidade do mundo. A tecnologia, desenvolvida no país, permite que trabalhadores atuem com segurança a pressões muito superiores aos limites tradicionais, representando um grande avanço na engenharia subterrânea. O sistema entrou em operação no trecho do túnel do lado de Zhoushan, onde as equipes enfrentam algumas das condições mais exigentes já encontradas na construção ferroviária. Ao combinar hélio, nitrogênio e oxigênio em proporções precisas, o equipamento mantém as pessoas vivas e alertas em um ambiente onde a pressão da água e do solo atinge níveis normalmente associados à exploração das profundezas oceânicas, e não à escavação de túneis.

Por dentro do túnel ferroviário submarino de alta velocidade mais longo do mundo

O túnel de Jintang ligará Ningbo e Zhoushan, atravessando uma movimentada via aquática na província de Zhejiang, no leste da China. Quando concluído, o corredor de 16,18 quilômetros deterá o recorde mundial de túnel ferroviário submarino de alta velocidade mais longo, superando em muito as ligações ferroviárias submarinas existentes em extensão e complexidade. O projeto é um trecho fundamental de uma rede de transportes mais ampla, concebida para integrar mais estreitamente o continente a Zhoushan, cidade-arquipélago cujo isolamento geográfico há muito impõe desafios logísticos tanto a passageiros quanto ao transporte de cargas.

As equipes de construção do lado de Zhoushan são responsáveis por um trecho de 6.270 metros escavado com escudo, uma distância que exige meses de escavação contínua por diferentes formações geológicas sob o leito marinho. As máquinas de escudo, muitas vezes chamadas de tuneladoras, escavam passagens circulares enquanto instalam simultaneamente estruturas de sustentação para evitar desabamentos. Esses gigantes mecânicos usam cabeças de corte rotativas para triturar rochas e sedimentos, mas as ferramentas se desgastam e precisam ser inspecionadas ou substituídas regularmente. Fazer essa manutenção em uma câmara pressurizada, muito abaixo da linha d'água, está entre os trabalhos mais perigosos da engenharia civil.

Por que os métodos tradicionais esbarram em um limite

As operações em câmaras de pressão ultr alta estão entre os desafios mais severos do setor de tunelamento com escudo. Há décadas, as equipes usam sistemas de ar comprimido para impedir a entrada de água na câmara de escavação enquanto os trabalhadores entram para fazer a manutenção da cabeça de corte. As técnicas convencionais de ar comprimido têm um limite de pressão reconhecido como seguro de 0,5 megapascals. Acima desse patamar, o risco de doença descompressiva e de outros perigos fisiológicos aumenta rapidamente, tornando extremamente arriscada a entrada de pessoas.

O túnel de Jintang, porém, ultrapassa esses antigos limites. Seu trecho mais profundo fica a 78 metros abaixo do nível do mar, onde a pressão combinada da água e do solo chega a 0,85 megapascals. Para imaginar essa força, pense em cerca de 30 quilos pressionando uma área não maior que uma moeda de um yuan. Seria impossível para os trabalhadores suportar essa pressão usando os protocolos convencionais de ar comprimido. O projeto exigiu uma abordagem fundamentalmente diferente para o suporte à vida e o controle da pressão.

Inspirado nas profundezas do oceano

Diante dessa barreira extrema, a equipe de construção buscou inspiração não na tecnologia convencional de mineração, mas no mergulho em grandes profundidades. O mergulho de saturação e os sistemas de respiração com misturas gasosas há muito permitem que mergulhadores profissionais trabalhem em profundidades oceânicas onde o simples ar comprimido seria letal. As mesmas regras fisiológicas se aplicam tanto a quem conserta uma estrutura em uma plataforma petrolífera offshore quanto a quem substitui componentes desgastados na cabeça de corte de uma tuneladora centenas de metros abaixo da superfície. Engenheiros adaptaram esses princípios marítimos para criar um sistema ternário de mistura de hélio, nitrogênio e oxigênio desenvolvido especificamente para a construção de túneis.

O hélio é o ingrediente que muda o jogo. Ao contrário do nitrogênio, que compõe a maior parte do ar comum, o hélio tem baixa densidade e se difunde rapidamente pelos tecidos. Sob pressão extrema, o gás respiratório comum faz com que quantidades perigosas de nitrogênio se dissolvam na corrente sanguínea, causando narcose, uma condição às vezes chamada de embriaguez das profundezas, que prejudica o discernimento e torna as reações mais lentas. Um trabalhador confuso centenas de metros abaixo da superfície representa um perigo para si mesmo e para os colegas. O próprio oxigênio se torna tóxico quando respirado sob pressões parciais elevadas por períodos prolongados. O hélio contorna ambos os problemas, oferecendo um meio mais seguro que mantém os trabalhadores mentalmente alertas e fisiologicamente estáveis enquanto atuam em condições que reproduzem as do fundo do oceano.

A adaptação de tecnologias de mergulho ao tunelamento reflete uma tendência crescente na engenharia de infraestrutura, em que soluções cada vez mais cruzam fronteiras entre disciplinas. O que funciona para mergulhadores de plataformas petrolíferas offshore pode, com as devidas adaptações, proteger equipes de construção ferroviária centenas de metros abaixo da superfície. Essa convergência entre ciência marinha e engenharia civil pode definir a próxima geração de projetos subterrâneos em regiões costeiras do mundo todo.

Como funciona o sistema ternário de mistura de gases

O novo equipamento não é apenas um conjunto de cilindros de gás sobre um carrinho. Ele integra dois módulos principais, um para a mistura de gases e outro para o fornecimento, apoiados por 113 submódulos especializados, entre eles centros de distribuição e fornecimento de gases e aparelhos respiratórios individuais. Essa arquitetura modular permite controlar com precisão a mistura gasosa fornecida a cada trabalhador dentro da câmara pressurizada.

O sistema pode operar em uma faixa de pressão de 0,5 a 1 megapascal. Esse limite superior supera até mesmo o máximo de 0,85 megapascal encontrado no túnel de Jintang, oferecendo uma margem de segurança para projetos ainda mais desafiadores no futuro. Algoritmos de mistura de gases ajustam em tempo real as proporções de hélio, nitrogênio e oxigênio para corresponder à pressão ambiente na frente de corte, garantindo que os trabalhadores recebam uma mistura respiratória ideal, independentemente da profundidade do túnel.

Cada componente precisa resistir a ambientes corrosivos de água salgada, à vibração constante da tuneladora e às tensões mecânicas das condições hiperbáricas. Os engenheiros projetaram sistemas de segurança redundantes para que a falha de qualquer submódulo não comprometa o suporte à vida de toda a equipe. O monitoramento remoto permite que as equipes na superfície acompanhem as taxas de fluxo de gás, os níveis de pressão e os sinais vitais de cada trabalhador sem precisar entrar na câmara.

Proteção dos trabalhadores em condições extremas

A segurança continua sendo a principal preocupação sempre que pessoas entram em uma câmara de escavação pressurizada. A narcose por nitrogênio é uma das ameaças mais insidiosas em ambientes de alta pressão. Sob pressão, o gás inerte se dissolve nos tecidos neurais e provoca sintomas semelhantes aos da intoxicação por álcool. Um trabalhador afetado pela narcose pode sentir euforia ou desorientação, transformando uma manutenção de rotina em uma aposta fatal. O hélio não provoca esse efeito narcótico, razão pela qual mergulhadores de águas profundas e, agora, trabalhadores de túneis recorrem a ele.

A toxicidade do oxigênio representa outro perigo. Embora seja essencial à vida, respirar oxigênio sob pressões parciais elevadas por períodos prolongados pode danificar os pulmões e o sistema nervoso central. Ao diluir o oxigênio com hélio e controlar cuidadosamente a proporção da mistura, o sistema ternário evita o acúmulo tóxico e ainda fornece gás suficiente para sustentar um trabalho físico intenso.

Os protocolos de descompressão também exigem controle cuidadoso. Ao terminar o turno, os trabalhadores precisam passar por uma série de etapas de redução de pressão para permitir que os gases dissolvidos deixem o corpo gradualmente. A descompressão rápida faz com que bolhas se formem no sangue, provocando doença descompressiva, uma condição dolorosa e potencialmente fatal. O sistema de mistura gasosa permite seguir cronogramas de descompressão controlada, ajustados à quantidade específica de gases acumulada durante cada turno.

O que isso significa para a infraestrutura mundial

A implantação bem-sucedida desse sistema chinês de tunelamento com escudo e mistura ternária de gases traz lições para projetos de infraestrutura no mundo todo. Cidades costeiras de Tóquio a Nova York enfrentam pressão crescente para ampliar as redes de transporte sob vias aquáticas, mas muitas rotas em potencial encontram condições geológicas semelhantes às do corredor entre Ningbo e Zhoushan. A possibilidade de trabalhar com segurança a pressões de até 1 megapascal abre caminho para rotas antes inviáveis, permitindo que engenheiros considerem traçados mais profundos e diretos, que reduzem o tempo de viagem e os impactos ambientais.

Dentro do país, a inovação reforça o protagonismo dos engenheiros chineses em grandes obras de tunelamento. A China já opera alguns dos sistemas de transporte subterrâneo mais ambiciosos do mundo, e essa tecnologia elimina um gargalo importante que limitava o desenvolvimento ferroviário submarino. Outros setores também podem se beneficiar. A mineração subterrânea, a instalação de cabos submarinos e os projetos de perfuração científica envolvem ambientes hiperbáricos nos quais o suporte à vida com mistura de gases pode ser valioso.

Especificamente para o túnel de Jintang, o sistema permite que o trecho de 6.270 metros do lado de Zhoushan avance dentro do cronograma sem sacrificar a segurança dos trabalhadores em nome do progresso. Quando concluído, o túnel reduzirá drasticamente o tempo de viagem entre o continente e o arquipélago, favorecendo a integração econômica e o turismo na província de Zhejiang.

Em resumo

• A China colocou em operação seu primeiro sistema de tunelamento com escudo e mistura ternária de gases desenvolvido no país, no projeto do túnel submarino de Jintang, na província de Zhejiang.
• O túnel de 16,18 quilômetros se tornará o mais longo túnel ferroviário submarino de alta velocidade do mundo, ligando Ningbo e Zhoushan.
• Os métodos tradicionais de ar comprimido são limitados a 0,5 megapascals, mas o trecho mais profundo do túnel de Jintang chega a 0,85 megapascals, a 78 metros abaixo do nível do mar.
• O novo sistema mistura hélio, nitrogênio e oxigênio para criar condições respiratórias mais seguras e prevenir a narcose por nitrogênio e a toxicidade do oxigênio durante operações sob pressão ultr alta.
• Os engenheiros adaptaram tecnologias de mergulho em grandes profundidades para desenvolver o sistema, que permite operações entre 0,5 e 1 megapascal por meio de 113 submódulos integrados.