A colossal máquina tuneladora que construiu a rodovia submarina de Hong Kong

Construindo uma estrada sob o mar

Em 27 de dezembro de 2020, Hong Kong inaugurou um novo tipo de artéria. A Conexão Norte do Tuen Mun–Chek Lap Kok Link perfurou o leito marinho para conectar o noroeste dos Novos Territórios ao Aeroporto Internacional de Hong Kong e à Ponte Hong Kong–Zhuhai–Macau. No centro do projeto estava a Herrenknecht Mixshield S-880, uma máquina tuneladora chamada Qin Liangyu. Com um diâmetro de escudo de 17,63 metros, a máquina ainda detém o título do Guinness World Records de maior máquina tuneladora em diâmetro de escudo. Ela era mais comprida que um campo de futebol, mais pesada que a maioria dos navios e foi construída para operar sob pressões que esmagariam equipamentos comuns. O túnel que escavou é hoje o túnel rodoviário submarino mais profundo, mais longo e mais largo de Hong Kong, parte de uma rota de 9 quilômetros que custou cerca de HK$ 18,2 bilhões, aproximadamente US$ 2,3 bilhões.

O projeto nunca teve como único objetivo quebrar recordes. Foi uma resposta à necessidade de melhorar o deslocamento entre terra, mar e ar em uma cidade. Um túnel de duas galerias, com cerca de 5 quilômetros de extensão submarina, precisava passar sob rotas de navegação, lama marinha pouco compacta e áreas costeiras ecologicamente sensíveis. Construir um túnel desse tipo com métodos antigos teria exigido dragagem em larga escala, causado transtornos ao tráfego marítimo e provocado anos de conflitos ambientais. A solução foi uma única máquina fabricada na Alemanha, capaz de escavar, estabilizar e revestir o túnel à medida que avançava.

Por que a máquina precisava ser tão grande

A escolha de um escudo de 17,63 metros foi determinada pelo próprio terreno, e não apenas pela ambição dos engenheiros. Entre Tuen Mun e Chek Lap Kok, o leito marinho esconde até 30 metros de depósitos marinhos e argilas aluviais. Esses solos são extremamente moles e saturados de água, o que torna instável a escavação de túneis. Em alguns pontos, o embasamento rochoso fica cerca de 90 metros abaixo do nível do mar. Uma máquina tuneladora convencional teria dificuldade para lidar com a entrada de água e o desmoronamento do solo. O projeto exigia um equipamento do tipo Mixshield, capaz de equilibrar a pressão na frente de escavação com uma mistura controlada de lama bentonítica e ar comprimido.

O tamanho também foi determinado pela demanda de tráfego. O túnel planejado precisava ter um diâmetro interno de 15,6 metros para comportar duas faixas rodoviárias em cada sentido, além de espaço de segurança, dutos de ventilação, sistemas elétricos e acesso para manutenção. Como a máquina instala segmentos pré-moldados de concreto no revestimento à medida que avança, o diâmetro externo do túnel precisa ser maior que o interno. Com a espessura dos anéis de revestimento, a carcaça traseira e a cabeça de corte, o diâmetro necessário do escudo chega a 17,63 metros. É aproximadamente a altura de um prédio de seis andares girando em um círculo subterrâneo. A Qin Liangyu foi dimensionada precisamente para essa geometria.

Como a Mixshield mantém o leito marinho do lado de fora

Uma máquina tuneladora costuma ser descrita como uma broca gigante, mas a S-880 funcionava mais como uma fábrica submarina em movimento. Na parte dianteira, uma cabeça de corte giratória raspava o solo e a rocha da frente do túnel. Atrás dela, a máquina mantinha uma câmara de escavação preenchida com lama bentonítica, um fluido espesso semelhante à argila, e uma bolsa de ar comprimido. A lama exercia pressão contra a frente de escavação e impedia que a água do mar e a lama do leito marinho invadissem a máquina. O ar comprimido acima da lama permitia que os operadores controlassem essa pressão com precisão. Conforme a cabeça de corte avançava, o material escavado se misturava à lama e era bombeado por tubulações até uma usina de separação na superfície. Lá, máquinas removiam as partículas de solo e devolviam a bentonita limpa para o subsolo.

Enquanto a parte dianteira da máquina mantinha o terreno afastado, a traseira instalava o revestimento do túnel. Um robô montador de segmentos erguia peças curvas de concreto e as encaixava em anéis que formavam as paredes do túnel. Cada anel sustentava o terreno ao redor e criava o cilindro liso que depois abrigaria pistas, iluminação e ventilação. O processo exigia que todos os sistemas avançassem em sincronia: pressão, bombeamento, composição da lama, propulsão hidráulica, entrega de segmentos e topografia. Se uma parte desacelerasse, toda a operação parava. Essa abordagem integrada transformou uma única máquina em uma linha de produção completa.

A pressão esmagadora do trabalho sob o mar

A pressão hidrostática na frente de escavação chegou a 5 bar, o equivalente a cinco vezes a pressão atmosférica ao nível do mar. É o mesmo tipo de pressão que um mergulhador sentiria a cerca de 50 metros de profundidade. Um relatório oficial do Hong Kong Government News Service descreveu as condições da seguinte forma:

O trecho mais profundo do túnel Tuen Mun-Chek Lap Kok fica cerca de 60 metros abaixo do nível do mar, e trabalhadores especializados em ambientes hiperbáricos enfrentaram uma pressão quase seis vezes maior que a da superfície.

Para manter os trabalhadores em segurança e a pressão na cabeça de corte, a S-880 usava câmaras de descompressão. Esses compartimentos vedados permitiam que os profissionais passassem gradualmente da pressão atmosférica normal para a câmara de escavação pressurizada. A manutenção das ferramentas de corte, as inspeções e os reparos exigiam a entrada de trabalhadores treinados na zona pressurizada, seguindo protocolos rigorosos de medicina hiperbárica e descomprimindo lentamente para evitar a doença descompressiva. O tempo de exposição era limitado, e o trabalho exigia supervisão médica. As condições transformavam a manutenção comum de túneis em uma operação semelhante a um mergulho.

Mudança de tamanho sem voltar à superfície

O capítulo mais incomum do projeto começou após os primeiros 650 metros de escavação. A estrutura de acesso norte exigia um túnel com 17,6 metros de diâmetro, por isso a Qin Liangyu começou com seu tamanho máximo. Depois desse trecho, o restante da rota submarina poderia ser construído com 14 metros de diâmetro. Em vez de içar a máquina até a superfície e iniciar os trabalhos com uma segunda tuneladora, os engenheiros converteram a S-880 dentro do próprio túnel. As partes externas do escudo de 17,6 metros foram removidas, os sistemas internos foram reconfigurados e um novo escudo de 14 metros foi instalado, enquanto a máquina permanecia sob o leito marinho.

Esse tipo de redução do escudo dentro do túnel é extremamente raro. A operação precisou ser realizada sob a pressão do mar, em espaço limitado e sem acesso direto à luz do dia. Concluída a conversão, a mesma máquina continuou escavando o restante do túnel, trabalhando ao lado de uma segunda máquina Herrenknecht de 14 metros. As duas máquinas se encontraram em 27 de fevereiro de 2019. O trecho de 17,63 metros foi escavado entre 25 de março e 3 de novembro de 2015, antes da conversão. O processo foi documentado como um avanço aplicável a projetos futuros que exijam diferentes diâmetros de túnel em uma mesma frente de escavação.

Inovação nas galerias de conexão

Túneis rodoviários com duas galerias geralmente precisam de passagens de conexão, pequenos corredores que permitem a evacuação e a manutenção entre as duas escavações principais. O Tuen Mun–Chek Lap Kok Link exigiu 57 dessas passagens, e a pressão no local chegou a 5,8 bar, acima do limite de 3,6 bar a partir do qual a Herrenknecht recomenda o uso de mergulhadores profissionais em trabalhos em câmaras pressurizadas. Em alguns túneis submarinos, a abordagem convencional seria congelar o solo, técnica que estabiliza o terreno congelando a água presente nele. Esse método seria lento e arriscado na argila mole e saturada do leito marinho.

Em vez disso, a equipe usou uma pequena máquina tuneladora de lama pressurizada, com 3,6 metros de diâmetro, uma iniciativa inédita no mundo para construir passagens de conexão sob pressão tão elevada. A pequena máquina perfurou as paredes entre as duas galerias principais, enquanto o sistema de lama ao redor mantinha a pressão sob controle. A solução dispensou o congelamento do solo, reduziu o tempo de construção e limitou os riscos em um ambiente onde a água do mar, a argila mole e a pressão extrema se combinavam para criar um espaço de trabalho perigoso.

Velocidade, prêmios e ganhos ambientais

Apesar da complexidade, a S-880 avançava rapidamente. Seu avanço máximo diário chegou a 30 metros, e o recorde semanal foi de 167,2 metros. Esses números refletem não apenas a potência mecânica, mas também a coordenação logística necessária para manter um fornecimento contínuo de segmentos de concreto, bentonita e peças de reposição para a máquina. A Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos registrou que a máquina tinha potência de 5.600 quilowatts e capacidade para avançar cerca de 30 metros por dia em solo saturado e rocha.

Em 2019, o projeto recebeu o Prêmio ITA de Tunelamento, concedido pela Associação Internacional de Túneis e Espaços Subterrâneos, em reconhecimento às inovações técnicas empregadas durante a construção. Outra solução premiada foi o sistema de ensecadeira tipo lagarta usado nas estruturas de acesso norte, uma alternativa à parede diafragma convencional em solos muito moles. A questão ambiental também foi importante. O Departamento de Rodovias de Hong Kong escreveu em um artigo técnico:

O uso de máquinas tuneladoras, em vez do método tradicional de túnel imerso, reduziu a dragagem e o descarte de cerca de 11 milhões de metros cúbicos de sedimentos marinhos, volume equivalente à capacidade de 4.900 piscinas olímpicas, e ajudou a minimizar os impactos sobre os golfinhos-brancos-chineses e outras formas de vida marinha.

A mesma nota oficial afirmou que o método reduziu os transtornos ao intenso tráfego marítimo ao longo da Urmston Road e dispensou o desvio dos cabos submarinos de energia existentes que abastecem o aeroporto. A conexão norte foi aberta ao tráfego em 27 de dezembro de 2020, enquanto a conexão sul já havia começado a ser inaugurada em 2018, integrando a rota à rede mais ampla da Ponte Hong Kong–Zhuhai–Macau.

Um recorde que ainda define uma era

A S-880 Qin Liangyu já não é a máquina mais potente em todas as categorias técnicas. Nos últimos anos, surgiram máquinas tuneladoras chinesas e internacionais com maior força de propulsão, mais automação ou diferentes projetos de cabeça de corte. Mas o Guinness ainda atribui à Qin Liangyu o recorde de diâmetro do escudo, e o projeto que ela concluiu continua extraordinário. Poucas outras máquinas combinaram diâmetro tão grande, tamanha pressão submarina e conversão do escudo dentro do túnel em uma única frente contínua de escavação.

A máquina também representa uma mudança mais ampla na maneira como cidades costeiras constroem infraestrutura. Com o crescimento e a saturação de portos, aeroportos e áreas metropolitanas, os planejadores buscam novas rotas no subsolo e sob a água. Máquinas gigantes como a S-880 permitem construir essas rotas com menos transtornos na superfície, menos dragagem e menor impacto ecológico do que os métodos antigos. Elas são caras, consomem muita energia e exigem grande domínio técnico, mas oferecem uma forma de ampliar a capacidade sem ocupar mais trechos do litoral com canteiros de obras.

A Qin Liangyu recebeu o nome de uma general chinesa da dinastia Ming, nascida em 1574 e conhecida por sua coragem e lealdade. O nome segue a longa tradição da engenharia subterrânea de batizar grandes máquinas tuneladoras com nomes femininos, costume que remonta ao século XIX. Nesse sentido, a máquina levou tanto a história quanto o futuro para dentro da rocha sob Hong Kong.

Pontos principais

• A Herrenknecht Mixshield S-880 Qin Liangyu detém o título do Guinness World Records de maior máquina tuneladora em diâmetro de escudo, com 17,63 metros.
• A máquina escavou o túnel submarino de duas galerias e 5 quilômetros do Tuen Mun–Chek Lap Kok Link, inaugurado em dezembro de 2020.
• O projeto custou cerca de HK$ 18,2 bilhões e hoje é o túnel rodoviário submarino mais profundo, mais longo e mais largo de Hong Kong.
• A tecnologia Mixshield usou lama bentonítica e ar comprimido para controlar a pressão em solos moles e saturados de água no leito marinho.
• O trabalho ocorreu sob pressões de até 5,8 bar, exigindo protocolos hiperbáricos e câmaras de descompressão para as equipes de manutenção.
• Os engenheiros converteram a máquina de 17,6 para 14 metros dentro do próprio túnel, uma rara redução do escudo realizada no subsolo.
• Uma pequena máquina tuneladora de lama pressurizada, com 3,6 metros, construiu as 57 passagens de conexão sob alta pressão, em uma iniciativa inédita no setor.
• O projeto reduziu a dragagem em cerca de 11 milhões de metros cúbicos e diminuiu os impactos sobre a vida marinha e as rotas de navegação.