CAMPO DE DEFORMACIONES Y PLASTIFICACIÓN DEL MACIZO

07/05/2010
Aula PAYMACotas - Ingeniería de Túneles
UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE
TUNELADORA EN MACIZOS
GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
Davor Simic
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
CAMPO DE DEFORMACIONES Y PLASTIFICACIÓN
DEL MACIZO
FLAC3D 2.00
Step 130515 Model Perspective
10:31:31 Mon Sep 18 2000
Center:
X: 1.955e+001
Y: 6.180e+001
Z: 1.869e+001
Dist: 2.321e+002
Rotation:
X: 343.344
Y: 356.150
Z: 27.694
Mag.: 1.75
Ang.: 22.500
Plane Origin:
X: 0.000e+000
Y: 1.500e+001
Z: 0.000e+000
Plane Normal:
X: 0.000e+000
Y: 1.000e+000
Z: 0.000e+000
Z
Block State
Plane: on behind
None
shear p
shear-p
shear-p tension-p
Y
X
Displacement
Plane: on behind
Maximum = 9.230e-002
Linestyle
Outside only
Axes
Pos: (0.000000e+000,1.500000e+001,0.0000
Linestyle
FERROVIAL AGROMAN S.A.
DEPARTAMENTO DE GEOTECNIA II
1
07/05/2010
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
CURVA CARACTERÍSTICA Y RADIO DE
PLASTIFICACIÓN EN TORNO A UNA CAVIDAD
PARA 3 VALORES DEL GSI (SERRANO, 2004)
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
COMPORTAMIENTO DE FLUENCIA O “SQUEEZING”
• Depende de la resistencia del macizo σcm (Hoek y Marinos,
2000):
σcm= (0.0034mi0.8) σci [ 1.029 + 0.025 e (-0.1 mi) ]GSI
donde: σci = resistencia a compresión simple de la roca
matriz.
mi
= constante de Hoek-Brown,
GSI
= Índice de Calidad Geomecánica.
2
07/05/2010
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
DEFORMACIÓN RADIAL DEL CONTORNO DE
EXCAVACIÓN (Hoek y Marinos, 2000)
u
 = ror = 0.2(σcm/P0)-2
EFECTO DE LA
PROFUNDIDAD DEL TÚNEL:
LA CALIDAD DE LA ROCA
ES UN VALOR RELATIVO A
LA TENSIÓN DE CAMPO
ESTRATEGIAS CONSTRUCTIVAS
ENFOQUE PASIVO
SOSTENIMIENTO DEFORMABLE
3
07/05/2010
Principle of steel rib support.
Gotthard base tunnel, Faido section
SOSTENIMIENTO
DEFORMABLE DE CERCHAS Y GUNITA
Yielding lining.
Altered gneiss due to brecciation
4
07/05/2010
ESTRATEGIAS CONSTRUCTIVAS
ENFOQUE PASIVO
SOSTENIMIENTO MEDIANTE ANCLAJES, CERCHAS
Y GUNITA
ESTRATEGIAS CONSTRUCTIVAS
ENFOQUE PASIVO
COLOCACIÓN ANCLAJE
5
07/05/2010
ESTRATEGIAS CONSTRUCTIVAS
ENFOQUE PASIVO
COLOCACIÓN GUNITA
ENFOQUE PASIVO
RANURAS EN GUNITA
Elementos compresibles de puesta en
Elementos compresibles de puesta en carga
(Schubert W)
SEMR, Madrid 2006 Tunnelling in weak rock masses under difficult geological conditions
P. G.Marinos
6
07/05/2010
ESTRATEGIAS CONSTRUCTIVAS
ENFOQUE ACTIVO
ESQUEMA DEL REVESTIMIENTO RÍGIDO
ESTRATEGIAS CONSTRUCTIVAS
ENFOQUE ACTIVO. DEFORMACIONES DEL TERRENO
IMPORTANCIA DE DISPONER DE ADECUADOS MODELOS DE ANÁLISIS
•En fase constructiva, riesgo de atrapamiento de la tuneladora
•En fase de servicio, capacidad estructural del anillo
7
07/05/2010
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
TÚNELES DE BASE EN MACIZOS GRANÍTICOS. AVE
MADRID-SEGOVIA. TÚNEL DE GUADARRAMA
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
TÚNELES DE GUADARRAMA
ESQUEMA GEOLÓGICO
8
07/05/2010
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
ESCUDO TELESCÓPICO ARTICULADO (DOBLE
ESCUDO) PARA LA PERFORACIÓN DE LOS
TÚNELES
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
TÚNEL DE GUADARRAMA
DOBLE ESCUDO
9
07/05/2010
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
ZONA FALLADA DE LA UMBRÍA. PLANTA GEOLÓGICA
A COTA DE TÚNEL
IMPORTANCIA DE UN ADECUADO RECONOCIMIENTO GEOTÉCNICO
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
PERFIL GEOLÓGICO TRANSVERSAL EN LA ZONA
FALLADA DE LA UMBRÍA
10
07/05/2010
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
TRAZADO VARIANTE EN LA ZONA FALLADO DE LA
UMBRÍA. PERFIL GEOLÓGICO-GEOTÉCNICO
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
CORRELACIÓN ENTRE EL ÍNDICE RMR DEL
MACIZO Y EL MÓDULO DE ELASTICIDAD DINÁMICO
MEDIDO
11
07/05/2010
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
FALLA DE LA UMBRÍA. MÓDULOS ELÁSTICOS
ESTÁTICOS Y DINÁMICOS EN EL ENTORNO DEL
TÚNEL OBTENIDOS EN ROCA SANA POCO
FRACTURADA
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA DE LA FALLA DE
LA UMBRÍA. MÓDULOS ELÁSTICOS ESTÁTICOS Y
DINÁMICOS EN EL ENTORNO DEL TÚNEL
OBTENIDOS EN ROCA MUY FRACTURADA Y ALGO
A BASTANTE METEORIZADA
12
07/05/2010
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
CARACTERIZACIÓN DE LA FALLA DE LA UMBRÍA.
MÓDULOS ELÁSTICOS ESTÁTICOS Y DINÁMICOS
EN EL ENTORNO DEL TÚNEL OBTENIDOS EN
ROCA TOTALMENTE ALTERADA Y MILONITIZADA
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
GEOMETRÍA DE LAS SOBREEXCAVACIONES A
CONSIDERAR EN EL MODELO TRIDIMENSIONAL DE
DIFERENCIAS FINITAS FLAC3D
13
07/05/2010
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
BLOQUE DIAGRAMA DEL MODELO
TRIDIMENSIONAL FLAC3D
FLAC3D 2.00
Settings: Model Perspective
17:20:29 Wed Dec 20 2000
Center:
X: 3.000e+001
Y: 5.000e+001
Z: 0.000e+000
Dist: 4.088e+002
Rotation:
X: 18.882
Y: 6.718
Z: 48.882
Mag.:
1
Ang.: 22.500
Surface
Axes
Linestyle
Z
Y
X
FERROVIAL AGROMAN S.A.
DEPARTAMENTO DE GEOTECNIA II
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
CORONA DE TERRENO PLASTIFICADA Y
VECTORES DESPLAZAMIENTO
FLAC3D 2.00
Step 130515 Model Perspective
10 31 31 M
10:31:31
Mon S
Sep 18 2000
Center:
X: 1.955e+001
Y: 6.180e+001
Z: 1.869e+001
Dist: 2.321e+002
Rotation:
X: 343.344
Y: 356.150
Z: 27.694
Mag.: 1.75
Ang.: 22.500
Plane Origin:
X: 0.000e+000
Y: 1.500e+001
Z: 0.000e+000
Plane Normal:
X: 0.000e+000
Y: 1.000e+000
Z: 0.000e+000
Z
Block State
Plane: on behind
N
None
shear-p
shear-p tension-p
Y
X
Displacement
Plane: on behind
Maximum = 9.230e-002
Linestyle
Outside only
Axes
Pos: (0.000000e+000,1.500000e+001,0.0000
Linestyle
FERROVIAL AGROMAN S.A.
DEPARTAMENTO DE GEOTECNIA II
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07/05/2010
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
TENSIONES NORMALES A LO LARGO DE LAS
GENERATRICES DEL ESCUDO
TENSIONES NORMALES (MPa)
0
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
-0,5
-1
-1,5
-2
-2,5
-3
-3,5
-4
Distancia al Frente (m)
BIDIMENSIONAL AXISIMÉTRICO
TRIDIMENSIONAL GENERATRIZ LATERAL
TRIDIMENSIONAL GENERATRIZ SUPERIOR
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD DE LA RESISTENCIA
POR ROZAMIENTO DE LA CORAZA EN FUNCIÓN
DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD DEL MACIZO
18000
EMPUJE TUNE
ELADORA. F (T)
16000
14000
12000
10000
8000
6000
4000
500
1000
1500
2000
2500
3000
MÓDULO DE ELASTICIDAD DEL MACIZO. E (MPa)
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07/05/2010
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
MODELO FLAC3D CON HETEROGENEIDAD DEL
TERRENO. VISTA GENERAL: LITOTIPOS
FLAC3D 2.10
Step 10861 Model Perspective
18:00:02 Wed May 26 2004
Center:
X: 0.000e+000
Y: 3.424e+002
Z: 1.262e+003
Dist: 2.616e+003
Rotation:
X: 30.000
Y: 0.000
Z: 300.000
Mag.: 1.56
Ang.: 22.500
Block Density
2.450000e+003
Cretácico
2.650000e+003
G.
Muy fracturado
2.700000e+003
G.
Alterado
2.750000e+003
Gneis Glandular
Itasca Consulting Group, Inc.
Minneapolis, MN USA
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
MODELO FLAC3D CON HETEROGENEIDAD DEL
TERRENO. VISTA DE LAS FALLAS Y MATERIAL
BAJO EL CABALGAMIENTO
FLAC3D 2.10
Step 10861 Model Perspective
14:30:51 Wed May 26 2004
Center:
X: 2.311e+001
Y: 3.149e+002
Z: 1.299e+003
Dist: 2.343e+003
Rotation:
X: 40.000
Y: 0.000
Z: 300.000
Mag.: 1.56
Ang.: 22.500
Block Group
nucleo
f6
f10
f8
f7
f9
f1a
f1b
c78
mat_5
mat_4
c89
c910
ca6
c67
Itasca Consulting Group, Inc.
Minneapolis, MN USA
16
07/05/2010
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
MODELO FLAC3D CON HETEROGENEIDAD DEL
TERRENO. TÚNELES Y MACIZO ALTERADO
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
REOLOGÍA DEL MACIZO ROCOSO
EVOLUCIÓN DEL MÓDULO ELÁSTICO CON EL
TIEMPO
17
07/05/2010
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
MODELO FLAC3D CON HETEROGENEIDAD DEL
TERRENO. SUPERFICIE CARACTERÍSTICA
OBTENIDA EN CLAVE TÚNEL 2
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
MODELO FLAC3D CON HETEROGENEIDAD DEL
TERRENO. CURVA CARACTERÍSTICA DE CADA
LITOTIPO
100
RELAJACIÓN (%)
R
80
60
40
MACIZO POCO FRACTURADO
20
MACIZO MUY FRACTURADO
MACIZO METEORIZADO
ARENAS CRETÁCICAS 0
0.00E+00
5.00E-02
1.00E-01
1.50E-01
2.00E-01
2.50E-01
3.00E-01
3.50E-01
Ur (m)
18
07/05/2010
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
FUERZA DE ROZAMIENTO DEL ESCUDO EN
FUNCIÓN DE LA SITUACIÓN DE LA TUNELADORA
EN LA FALLA DE LA UMBRÍA
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
TENSIONES MÁXIMAS DE COMPRESIÓN DE LA
DOVELA DEL TÚNEL 1, DESPUÉS DE CONSTRUIR EL
TÚNEL 2, EN FUNCIÓN DE LA SITUACIÓN DE LA
TUNELADORA EN LA FALLA DE LA UMBRÍA
19
07/05/2010
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
TENSIONES MÁXIMAS DE TRACCIÓN DE LAS DOVELAS
DEL TÚNEL 1, DESPUÉS DE CONTRUIR EL TÚNEL 2 EN
FUNCIÓN DE LA SITUACIÓN DE LA TUNELADORA EN
LA FALLA DE LA UMBRÍA.
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
Falla de La Umbría. Bloqueo
de la rueda de corte
•
•
•
Se observa un notable incremento del par de
giro.
giro
Saltan las limitadoras de presión de los
embragues hidráulicos de los 3 motores de
accionamiento.
Se procede a inspeccionar la cabeza
20
07/05/2010
•
Bloques acuñados entre la parte superior del
disco y el interior del escudo.
• Material fino bloqueando los
cortadores
21
07/05/2010
Rueda de corte
Escudo delantero
Parte inferior del escudo delantero: escombro
acuñado impidiendo el giro de la rueda y la
evacuación del material
Nueva entrada de
finos que exige
desescombrar a mano
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07/05/2010
SOSTENIMIENTO MEDIANTE INYECCIÓN DE
ESPUMAS DE LA PARTE SUPERIOR DEL FRENTE
Máquina perforadora
montada sobre el erector de
dovelas
INYECCIÓN DE ESPUMAS PARA SUJETAR LOS
BLOQUES SUELTOS DEL FRENTE
23
07/05/2010
La rueda empieza a girar con un par aceptable y
empuje elevado
CONCLUSIONES DEL BLOQUEO DE LA FALLA
DE LA UMBRÍA
• El doble escudo para roca dura tiene
i d d bl
indudables
li it i
limitaciones
para trabajar
t b j
en
terreno suelto.
• El acuñamiento de material entre la rueda y
el escudo delantero es un riesgo inherente al
movimiento telescópico de la cabeza.
• La única solución que ha dado resultados
positivos es la combinación entre limpieza
exhaustiva de la rueda de corte y la
inyección de espumas.
24
07/05/2010
CRUCE DE FALLAS MEDIANTE TUNELADORA EN MACIZOS GRANÍTICOS A GRAN PROFUNDIDAD
Falla Silla del Rey.
Atrapamiento de la tuneladora
•
Entrada de terreno suelto al
escudo telescópico impidiendo
el “regripping”.
La máquina avanza apoyada con los
gatos longitudinales sobre el anillo de
dovelas, empuje máximo sin conseguir
contacto en el frente
25
07/05/2010
Chapa de acero 3 mm
Montaje de un anillo de acero para evitar daño en dovelas
Cerchas en dovelas colocadas
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07/05/2010
EMPUJE CON 114.000 KN PRODUCIENDO DAÑOS EN
EL ANILLO DE REACCIÓN
PANDEO DEL PILAR DE EXTENSION DE GATO
ADICIONAL
27
07/05/2010
INSTALACIÓN DE UN ANILLO DE REACCIÓN
REFORZADO
Liberación escudo delantero
EVOLUCIÓN DE LOS EMPUJES
28
07/05/2010
“CEJA” ENTRE EL TERCER Y CUARTO ANILLO
CONCLUSIONES DEL PASO DE LA FALLA DE
SILLA DEL REY
• Al estar trabajando en modo de roca
(tuneladora reaccionando con los grippers)
el material suelto se acuña en el escudo
telescópico.
• La incidencia se soluciona con una
combinación de elevados empujes, anillos
de reacción y desescombro manual del
telescopio interior.
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07/05/2010
Rendimentos tuneladoras Boca
Norte
• LOTE 3
• Metros excavados:
14.072 m
• Media día calendario :
18,5 m/día
(equivalente a 555
m/mes)
• Máximo diario: 64 m
• LOTE 4
• Metros excavados:
14.328 m
• Media día calendario :
17,9 m/día
(equivalente a 537
m/mes)
• Máximo diario: 54 m
Modo de excavación (%)
Si mpl e
32%
Simple
Dobl e
Doble
68%
30
07/05/2010
Apreciables tiempos de parada
Total tiempos de producción (% )
Excavación
33 0%
33,70%
Regripping
3,39%
Excavación
Total paradas
57,49%
Regripping
Colocación de
anillo (S)
5,42%
Colocación de anillo (S)
Total paradas
CAMBIO DE CINTAS Y CORTADORES: LA MITAD
DEL TIEMPO DE PARADA
Tiem pos totales (%)
Geología
14,42%
Cambio cable alta
1,09%
Otras
3 38%
3,38%
Mortero
0,01%
Erector
1,22%
Cambio
cortadores
t d
21,00%
Corrección anillo
posicionam.
0,00%
Cortadores
(otras)
3,69%
Falta de material
0,08%
Tren
0,09%
Revision rueda
corte
9,92%
Reparaciones
17,50%
Cintas
24,49%
Erector
Mortero
Cambio cortadores
Cortadores (otras)
Revision rueda corte
Reparaciones
Cintas
Empalme banda
Tren
Probl. Eléctricos
Falta de material
Corrección anillo posicionam.
Otras
Cambio cable alta
Geología
31
07/05/2010
AGRADECIMIENTO A TODAS LAS PERSONAS QUE
HAN HECHO POSIBLE LA OBRA
32