Inginerii chinezi au conceput şi fabricat primul utilaj BBM din lume, de detonare şi forare mecanizată a tunelurilor

De multe ori, când vorbim despre proiecte mari ale unor tuneluri lungi, cea mai logică şi eficientă decizie de a alege metoda prin care să se foreze acel tunel se îndreaptă spre utilajele moderne TBM, denumire care vine de la „Tunnel Boring Machine”. Un utilaj TBM e una din cele mai complexe creaţii inginereşti imaginabile şi e format dintr-un cap rotativ cu „dinţi” şi discuri speciale de tăiere a rocilor din faţa sa. Rotirea capului execută acţiunea primară de forare, dar utilajul TBM mai are şi funcţia de a evacua materialul forat către partea sa din spate, pentru a fi deversat de obicei pe o bandă rulantă care-l evacuează cu totul din tunel. În acelaşi timp, acelaşi utilaj TBM fortifică pereţii interiori ai tunelului tocmai forat, amplasând şi fixând segmente prefabricate de inele din beton, care formează corpul interior al tunelului. Astfel nu doar că se rigidizează pereţii interiori, pentru a preveni surparea, ci se construieşte efectiv structura tunelului. Şi în tot acest proces complex de lucru TBM-ul se mai şi mişcă lent înainte, avansând odată cu lucrările. Ei bine, inginerii chinezi au considerat că există un nivel mai complex şi mai capabil decât utilajele TBM şi au creat şi fabricat primul utilaj BBM din lume, numit Xianglong, care poate nu doar să foreze tunelurile prin frezarea rotativă, ci şi să le detoneze, denumirea BBM venind de la „Boring and Blasting Machine”.

Foto: Noul utilaj BBM din China

Utilajele moderne TBM sunt maşinării complexe, construite adeseori special pentru un proiect, şi pot asigura o forare cu randament impresionant a tunelurilor lungi de zeci de kilometri. Dacă proiectele sunt foarte mari, se operează uneori cu două tunele din părţi diferite, care se întâlnesc la mijloc, iar costul enorm al acestor utilaje e justificat de obicei de rapiditatea şi precizia mult mai mare cu care TBM-urile pot fora şi construi tunele. Dar uneori şi TBM-urile pot avea vulnerabilităţi grave şi pot chiar rămâne blocate.

Foto: Utilaj TBM

Asta se poate întâmpla când acesta dă de o rocă mult mai dură decât cea pentru care a fost prevăzut, dar acest caz e mult mai rar, întrucât de obicei e cunoscut din start ce tip de rocă se ascunde într-o anumită regiune şi ce duritate are, iar mecanismele din capul TBM au o forţă imensă de a tăia şi fora chiar şi prin rocă montană.

Foto: Capul unui TBM, cu discuri de tăiere pentru forarea eficientă

Mult mai frecvent e cazul în care se dau peste regiuni cu rocă prea moale, îmbibată cu apă, care se năruieşte peste capul TBM şi-i îngreunează sau chiar blochează înaintarea. Se poate întâmpla să se ajungă la un blocaj grav, prin care utilajul să nu se mai poată mişca şi să fie nevoie de forarea unui tunel de serviciu adiţional, mai mic, pentru a se putea ajunge în zona critică, încercându-se deblocarea. Soluţiile sunt diferite de la caz la caz, dar o asemenea situaţie poate da peste cap întregul proiect, or, zonele de rocă înmuiată, mai ales sub munţi, sunt mult mai greu de identificat din timp.

Un asemenea caz s-a întâmplat chiar în Elveţia în 2025, o ţară cu ingineri care se mândresc cu planificarea minuţioasă a tuturor etapelor oricărui proiect de ingineri civilă. Un utilaj TBM, botezat „Paulina”, a rămas blocat în timp ce fora al doilea tunel rutier Gotthard, de 16,9 km lungime. Totul s-a întâmplat din cauza rocilor fracturate şi instabile. La un moment dat 2.000 metri cubi de rocă s-au desprins deasupra capului de tăiere şi au făcut imposibilă înaintarea de mai departe.

Elveţienii au lăsat celălalt TBM, de la celălalt capăt de tunel, să-şi continue forarea, dar pentru TBM-ul blocat a fost forat un tunel adiţional de 250 metri, dintr-o galerie existentă, pentru a se ajunge la zona problematică. Şi nu s-a ajuns exact în punctul unde era blocat TBM-ul, ci la borna de 443 metri, în timp ce tunelul era blocat la borna de 192 metri. Elveţienii au decis că din acel punct, de la 443 metri, ei vor fora tunelul prin metoda detonărilor controlate, mai clasică şi mai anevoioasă, dar compatibilă cu situaţiile de rocă imprevizibilă. Forarea prin această metodă s-a făcut prin acea porţiune sensibilă de circa 250 metri, şi abia la 18 mai 2026, după 11 luni de la blocaj, s-a ajung la TBM-ul imobilizat şi acesta a fost eliberat, având liber în faţa lui.

Din acel moment, TBM-ul a pornit deplasarea lentă pe fâşia de tunel deja forat din faţa lui. Doar că între timp, Elveţienii au mai forat tunelul prin detonări şi în direcţie inversă, de la borna 443 m până la borna 742 m, cât să treacă de regiunea de rocă instabilă. Acum TBM-ul are de înaintat lent prin această parte forată în septembrie 2026 ar trebui să înceapă tăierea şi forarea tunelului de la borna 742 m şi mai departe. Iar toată această situaţie ne arată cât de preţioasă e noua elaborare a chinezilor, sub forma unui utilaj BBM.

Noul utilaj a fost creat de inginerii de la Universitatea Tsinghua din China şi cei de la China Railway Science & Industry Group. Primele patentări au avut loc în anul 2021, iar prima dezvăluire publică a avut loc în 2024, cu promisiunea de a o plasa în producţie. Şi iată că de curând, la 1 august 2026, primul asemenea utilaj a fost fabricat la uzina CRSIG din Wuhan.

Ca şi la TBM, fiecare utilaj BBM e produs pentru un proiect specific şi e adaptat diametrului necesar fiecărui tunel. Primul exemplar, produs acum, are 70 metri lungime şi un diametru de excavare de 4,55 metri, cântărind 400 tone. Diametrul de 4,55 metri pare mic pentru un tunel rutier, dar utilajul BBM e aplicabil nu doar la tunele rutiere sau feroviare, ci şi la galerii de hidrocentrale.

Marea deosebire e noului utilaj e în capul lui de tăiere. El nu e format dintr-un disc complet şi plin, ca la TBM, ci dintr-un inel, cu zona centrală goală. În acea zonă centrală există un al doilea disc de forare mai mic, de 1,2 metri în diametru, care poate culisa în poziţia sa. El poate funcţiona în mai multe moduri.

Cel mai simplu mod e cel în care elementul central de 1,2 metri se aliniază cu discul mai mare inelar, formând un disc complet, la fel ca la un utilaj TBM. În acest caz, BBM acţionează la fel ca un TBM.

Al doilea mod de lucru e cel cu detonare. În acest caz, centrul de 1,2 metri diametru e retras complet în interior şi eliberează canalul central, făcând din el o gură de acces către zona de rocă ce urmează a fi forată. În acel spaţiu e introdusă o instalaţie de foraj ce execută găuri de diametru relativ mic, introducând explozibil în ele, în cantităţi mici. Toată partea frontală e construită de material dur, montată pe cilindri hidraulici care să absoarbă forţa detonărilor, iar partea centrală a închisă ermetic în momentul detonării. Rolul detonărilor e de a supra zona centrală şi a crăpa roca din jur. După care intervine discul inelar şi taie mult mai uşor roca pentru o avansare mai uşoară. Acest regim e aplicabil în condiţiile celor mai dure roci

Cel de-al treilea mod e cel în care capul central de 1,2 metri rămâne montat, dar e deplasat puţin spre faţă. Astfel, roca e forată întâi pe diametrul interior, central, şi abia apoi pe cel exterior. Acest mod de operare permite ca forţa maşinăriei să fie concentrată pe o zonă mică centrală, atunci când roca e deosebit de compactă şi lipsită de fisuri naturale, spărgând-o mai uşor, după care intervine în acţiune şi inelul. Şi e posibilă şi o forare în regim invers, doar cu inelul, după care şi centru, acest regim fiind mai util în rocile moi, întrucât reuşeşte să întărească extremităţile mai lăsând o parte structurală pe centru. Atunci când rocile sunt foarte moi sau se dă peste abundenţă de apă, canalul central e din nou eliberat şi prin acesta se fac lucrări de consolidare, într-o manieră similară celei în care se forează canale pentru plasarea elementelor de detonare.

Toate aceste regimuri complexe şi variate îi conferă BBM-ului o capacitate de a cuprinde un diapazon mult mai mare de condiţii de rocă excavată şi de a interveni activ în stabilizarea ei, înainte de a se ajunge la blocaje. Dacă în multe cazuri TBM-ul nu e ales doar din cauza zonelor cu rocă prea moale sau dimpotrivă, cu rocă prea dură, BBM-ul elimină practic aceste zone care nu puteau fi acoperite şi poate opera pe parcursul unui singur tunel forat cu toate metodele disponibile, în funcţie de roca pe care o are în faţă, la fiecare nou metru avansat.

Foto: Utilaj TBM în Elveţia

Chinezii spun că noul utilaj va fi în mediu cu 30% mai rapid în a fora tuneluri, datorită acestei adaptabilităţi constante, pe lângă faptul că va putea îndeplini misiuni care nu puteau fi acoperite de TBM-uri. Acest prim utilaj BBM va merge să foreze galeriile subterane la o nouă hidrocentrală prin pompare din China, de 1,2 GW putere, cu 4 turbine reversibile a câte 300 MW.. Iar ulterior, vor fi produse şi BBM-uri pentru tunele feroviare şi rutiere, cu diametru de până la 17 metri.