"RAISE BORING ", UMA ALTERNATIVA PARA EXECUcAO DE POcOS PROFUNDOS ESCAVADOS EM ROCHA Eng Ludgero Pimenta de Avila Eng Nelson Caproni Junior Eng Geraldo Martins Filho Furnas Centrals Eletricas S.A. RESUMO Este trabalho descreve a metodologia adotada para a execucao de 03 pocos de barramentos blindados, 01 pogo de ventilacao/exaustao, 01 pogo de circulacao vertical, 03 pocos de comportas e 03 tuneis de pressao, de grandes dimensoes, como parse integrada do circuito hidraulico de geragao das obras sublerraneas do Aproveitamento Hidroeletrico de Sao Felix - Usina Serra da Mesa, escavados em granito de alla qualidade geomecanica, utilizando o sistema RAISE BORING, alternativamente a oulros processor. 1. INTRODUCAO A necessidade de execuado de 8 pogos de grande profundidade, alem de 3 tuneis de pressao inclinados, como pane integrante do circuito hidraulico de geragao do Aproveitamento Hidroeletrico de Sao Felix - Usina de Serra da Mesa, conduziu a uma solugao de se executar preliminarmente um pogo piloto utilizando o sistema RAISE BORING, atraves do qual, posteriormente se Para o alargamento deste, por escavadoo descendente a logo, ate as linhas finais do projeto. 2. LOCALIZACAO E DESCRIcAO DA OBRA A Usina de Serra da Mesa esta situada no rio Tocantins, aproximadamente 15 km a jusante da foz do rio Tocantinzinho, na divisa dos municfpios de Minagu e Colinas do Sul, estado de Goias, distando em linha rela 230 km de Brasilia na diregao N.NO. A sua caracteristica principal reside no faro de ser subterraneo todo o circuito hidraulico de geragao, escavado em rocha granitica de alla qualidade, cujo arranjo geral a mostrado na Figura 1. 0 circuito hidraulico de geragao compreendendo Canal de Adugao escavado em rocha a ceu aberto; Tomada D'Agua, Tuneis de Pressao, Casa de Forga, Tuneis de Sucgao, Chamine de Equilibrio e Tunel de Fuga subterraneos; e Canal de Fuga de pequena extensao escavado a ceu aberto a mostrado na Figura 2. A caverna da Casa de Forga possui 140 m de comprimento, 29 m de largura e 70 m de altura e abrigar$ 3 unidades geradoras com capacidade total instalada de 1200 MW. A caverna da Chamine de Equilibrio tem um comprimento de 69 m, largura de 20 m e altura de 64 m. No total o circuito hidraulico de geragao tem um volume de escavadoo em rocha a ceu aberto de 500.000,00 m 3, e subterraneo de 550.000,00m3 e um volume. de concreto de 60.000,00 m3 O arranjo geral do projeto preve a implantagao de uma Barragem de Enrocamento com nucleo de argils, para barramento do rio, com uma altura total de 150 m, comprimento na crista de 1510 m e um volume total de aproximadamente 12.000.000 m3. 0 Vertedouro, convencional de superffcie e com capacidade para descarga de ate 15.000 m3/seg, esta situado em uma sela independence na margern direita, e tem como caracteristica principal o aproveitamento de um talvegue natural em rocha como calha de restituigao. O desvio do rio foi executado atraves de 2 tuneis escavados em rocha na margem direita, com 680 m de comprimento cada. A vazao media do rio no local a de cerca de 800 m3/seg. O arranjo geral da obra a mostrado na Figura 3. 3. CIRCUITO HIDRAULICO DE GERACAO: POCOS PROFUNDOS E TUNEIS DE PRESSAO Uma das caracterfsticas singulares da Obra de Serra da Mesa, e o circuito hidraulico de geragao subterraneo, com a presenga em particular de 8 pogos profundos com um total de 807 m de comprimento, - XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS - - 339 -
E. 4,:,1_ poc, JE LE C,'.T k CIRCUITO HIDRAULICO DE GERAgAO T Ut;E;. f)f c[ss^ TUBE.- ; E FIR,Q-, E..cE*1 FIG 1-340 - - XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS -
II N Q kl N o II QOII WWI' a 00 w Z I I W O' m J O OW 7q I^ II W I? ^ - 0 0 N U 0 0 O II W II M II W I I i L 6 0 0 NN FIG. 2 - XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS - - 341 -
- 342 - - XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS - FIG. 3
alam de 3 tuneis de pressao com um total de 286 m de comprimento, cujas caracterfsticas estao indicadas no quadro abaixo. Em razao dessas peculiaridades, do cronograma da obra, e questoes econ6micas, estudou -se varias alternativas para a execugao desses pogos e tuneis de pressao. Qt Se00 Dimensbes (m) Comp. Total (m) Volume Total Pogo das Comportas 03 Retangular 10,6 x 8,0 177,00 15.000 Pogo de Barramentos Blindados 03 Circular = 5,5 369, 90 9.000 Pogo de Ventilageo a Exaustao 01 Circular min = 6,0 140, 00 5200 Omax = 8,9 Pogo de Circulageo Vertical 01 Eliptico Omaior = 8,2 120, 80 4. 500 menor = 5,6 Tunel de Pressao 03 Circular 0=10 286, 50 22. 500 (m) 11 1.094,20 56.200 4. POCOS PROFUNDOS : PROCESSOS EXECUTIVOS A metodologia de escavagdo de pogos profundos e tuneis inclinados, corn o advento de novos equipamentos e materials apresentou nos ultimos anos uma grande evolugao, corn simplificagao da sequencia executiva, melhoria das condigoes de seguranga dos servigos e redugao dos custos de construgao, resultando numa otimizagao dos cronogramas executivos e corn consequente diminuigao dos tempos de construgao. Inicialmente, as escavagoes desses pogos eram realizados de forma bastante rudimentar, corn as mesmas sendo executadas em segao plena onde os materiais detonados eram removidos em cagambas igadas ate a superficie. 0 croqui abaixo ilustra essa solugao. Posteriormente, passou-se a executar estes pogos, escavando-se no interior de sua segao urn pogo piloto, de pequenas dimensoes, ate sua profundidade total. A rocha escavada no alargamento ate as dimensoes finais de projeto, feito em bancadas, a removida atraves do pogo piloto pela pane inferior, por metodo usuais de escavagdo, conforme croqui abaixo. Uma otimizagao aos processos citados nos paragrafos anteriores, consiste na execugao previa do pre-fissuramento, na linha de contorno do pogo a na profundidade limite do equipamento de perfuragao, o qual sera detonado por inteiro em uma unica vez, resultando normalmente em urn acabamento de muito boa qualidade. 0 croqui abaixo ilustra essa situagao. - XIx SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS - - 343 -
a\ d t INHA DE PROJETO I LINHA DE PRE FISSURAMENTO Outro aperfeigoamento nos matodos acima descritos pode ser obtido na escavacao dos varios rebaixos em bancadas de 1,50m. Este aperfeigoamento consiste em executar -se todo o piano de perfuragao, na segao do pogo, na profundidade total ou ate o limite do equipamento. Na sequdncia os furos sao preenchidos com arela, a qual 6 removida em trechos de 1,50m, correspondentes a altura das bancadas a serem detonadas. Desta maneira o equipamento de perfuracao a posicionado uma unica vez sobre o poco, evitando-se alternancia de atividades diferentes na escavagao do pogo. No croqui a seguir ilustramos essa solugao.,.cr 1011" / 16 0 0 0. / O 0 N 0 O J 0 o 0 0 0 LINHA DE PROJETO 10 j o 0 0 0 0,0 0 0 0 0 d O 0 19 0 0 O, -0-1.01 0.- 011 FURAcAO PREENCHIDA COM AREIA Recentemente, para a execurao de pogos com grandes profundidades e que possuam condigoes de acesso a sua pane Inferior, tem silo utilizado para a realizagao do pogo piloto, um processo mecanizado, geralmente ascendente, empregando a plataforma ALIMAK equipada com elevador de servigo. Atualmente, marcando a evolugao desse tipo de servigo, destaca-se a utilizagao do emprego de equipamento de perfuragao de grande diametro para a escavagao desses pogos piioto, com o sistema RAISE BORING. Na Figura 4 apresenta -se esquematicamente esses doss ultimos processos executivos. - 344 - - XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS -
E V N z cr cn Il l FIG. 4 - XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS - - 345 -
5. SOLUCAO ADOTADA NA USINA DE SERRA DA MESA Na obra de Serra da Mesa adotou-se o sistema RAISE BORING o qual consiste na perfuragao rotativa do um furo guia com 27,9 cm de diametro, a partir do topo do pogo, que prolonga -se ate sua parte inferior. Em seguida, esse furo guia foi alargado para 2, 44 m de diametro por processo rotativo, utilizando uma coroa alargadora tambem de 2,44 m de diametro, de baixo para cima, ate o topo, obtendo-se assim o pogo piloto. 0 alargamento ate as dimensoes finais de projeto sera executado pelos matodos convencionais. Essa solugao escolhida, alem de apresentar uma excelente qualidade na superficie acabada da rocha remanescente, obteve ainda: - Alta produtividade - Total seguranga para o pessoal envolvido nos servigos - Eliminagao de chocos e tratamentos provisbrios na rocha - Minimizarao de pertubara" o a rocha remanescente pela nao utilizagao de explosivos. As fotos 1 a 3 apresentam os resultados da execugao dos poros piloto. FOTO I - Pogo piloto concluldo com di m.tro 2,44 m FOTO 2 - Pogo piloto concluldo, visto do sum part. Interior - 346 - - XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS -
5.1 Sistema RAISE BORING FOTO 3 - Pogo photo concluldo, visto de sun parts superior 0 sistema RAISE BORING consiste de uma torre de perfuragao com macacos hidraulicos de empuxo, montada sobre uma carreta de esteiras autopropelida por motor a ar comprimido, associada a uma unidade eletro-hidraulica independente, da marca ROBBINS modelo 73 RM-DC, com capacidade para executar furos de grande diametro e profundidade, com aux1io de uma coroa alargadora, acoplada a uma coluna de perfuragao. As fotos de 4 a 7 apresentam, respectivamente, o equipamento e as coroas de perturagao. 5.2 Processo Executivo 0 processo executivo utilizando o sistema RAISE BORING, para a execugao dos pogos piioto, na obra da Usina Serra da Mesa consistiu basicamente das seguintes etapas: a) Executou-se, primeiramente, urna galeria de acesso a pane inferior dos pogos. Para os pogos do barramento blindado, ventilagao/exaustao, circulagao vertical e tuneis de pressao, essa galeria fol executada quando do rebaixo das escavagoes da Cavern da Casa de Forga. Para os pogos das comportas o acesso a pane inferior foi pelo tunel de adugao da tomada d'agua., b) Instalagao da torre de perfuragao e acessbrios no topo do pogo a ser escavado, ancorando-se o conjunto em uma base de concreto previamente executada. c) 0 servigo foi iniciado com a perfuragao de urn furo guia corn diametro de 27,9 cm, atraves de uma coroa tric6nica acoplada a uma coluna de perfuragao, ate atingir a galeria de acesso executada na parte inferior do pogo. A coluna de perturagao a constitulda de hastes corn 1,50 m de comprimento e diametro igual a 25,4 cm, e as mesmas sao movimentadas para seu acoplamento uma as outras por urn brago robotizado existente na prbpria maquina. A rocha a removida pela boca do furo atraves da agua de circulagao que tambem auxilia na refrigeragao da coroa triconica. d) Apbs a condusao do furo guia, a coroa triconica foi substitulda, na prbpria galeria de acesso, por uma coroa alargadora com diametro de 2,44 m, acoplada a coluna de perfuragao. Por movimento rotativo ascendente, transmitido pelo conjunto eletrico-hidraulico do equipamento, completou-se a execugao do pogo piloto. Nesta fase nao necessity de egua de circulagao, corn o material fragmentado sendo removido pela galeria de acesso. As Figuras 5 a 7 apresentam as segues esquernatlcas das escavag6es executadas polo sistema RAISE BORING, na obra da Usina Serra da Mesa. 5.3 Resultados Obtidos Na execugao dos pogos piioto polo sistema RAISE BORING, obteve-se urn avango medic na perfuragao dos furos-gula de 1,70 metros por hora e no alargamento de 0,65 metros por hora. A vida util da coroa triconica fol de 150 metros e da coroa alargadora de 250 metros. 0 desvio medio dos furos executados fol de 3,5 millmetros por metro. - XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS - - 347 -
FOTO 4 - Equipamento de perfurajao FOTO 5 - Equipamento de perturaceo em operageo -348- - XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS -
FOTO 6 - Coroa trlc6nica pare perfuracao do furo gula FOTO 7 - Coroa alargada - XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS - - 349 -
POGO DE CIRCULACAO VERTICAL POLO DE VENTILACAO DA CASA DE FORA PLANTA PLANTA 12,44, 46180 rt- r 0 III 0 N LY 114 t % 6,0 0 06 t 7,5 EL341,00 ^EL.335,OO SECAO SEC, AO FURO GUIA 0 = 279mm E POGO PILOTO 0= 2,44m DO RAISE BORING DIMENSOES E ELEVAcOES EM METRO, EXCETO ONDE INDICADO DE OUTRA FORMA FIG.5-350 - - XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS -
POQO DAS COMPORTAS P0c0 DE BARRAMENTO BL INDADO 5, 50 PLANTA PLANTA 2,44 SEcAO SEcAO _FURO GUTA 0 = 279mm E POQO PILOTO O= 2,44rr f» RAISE BORING _OIMENSOES E E_EVAcoES EM METH,, EXCETO 0!.( E inpicaor) 1)E JUTkA PJRrMA FIG F - XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS - -351-
TUNEIS DE PRESSAO 10,00 SEQAO TRANSVERSAL EL.39?.C'0 + H= 78,00 FL.3 fq SEcAO LONGITUDINAL Oi FURO GUIA 0= 279mm E POGO PILOTO 0 = 2,44m DO RAISE BORING. OIMENSOE; E ELEVAccES E'A METRO, EXCETO ONDE INDICADO DE OUTRA FORMA. FIG 7-352 - - XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS -