Tizona tunnelling machine. M30 South ring road

TUNELADORA “TIZONA”
CIRCUNVALACIÓN SUR M-30. MADRID
INFORME TÉCNICO
116
CONSTRUCCION
DEPARTAMENTO DE MÉTODOS
Abril 2007
ÍNDICE
1.-
DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA OBRA............................................. 1
1.1.1.2.1.3.-
Circunvalación Sur de la M-30 de Madrid ....................................................1
Túneles de la circunvalación Sur de la M-30 ...............................................5
Túnel Sur de la circunvalación .....................................................................9
1.3.1.- Trazado .............................................................................................. 9
1.3.2.- Tipo de terreno ................................................................................... 9
1.3.3.- Características generales ................................................................. 10
1.4.1.5.1.6.1.7.1.8.1.9.-
Pozo de ataque de la tuneladora ...............................................................13
Revestimiento del túnel ..............................................................................18
Parque para acopio de dovelas. Instalaciones auxiliares ..........................22
Pozos de ventilación y salidas de emergencia ..........................................24
Plataforma de rodadura .............................................................................25
Auscultación .......................................................................................... 32
Instrumentación .............................................................................................. 34
1.10.-
Magnitudes de la Obra ...............................................................................35
2.-
TUNELADORA “TIZONA” .................................................................. 37
2.1.-
ANTECEDENTES ......................................................................................37
Prescripciones del Ayuntamiento de Madrid .................................................. 37
2.2.2.3.-
FUNCIONAMIENTO DE LA TUNELADORA ............................................38
ESCUDO .............................................................................................. 44
2.3.1.- Cuerpo del escudo ........................................................................... 44
2.3.2.- Chapas antidesgaste del escudo delantero...................................... 46
2.3.3.- Articulación ....................................................................................... 47
2.3.4.- Cilindros de empuje .......................................................................... 49
2.3.5.- Sellados de cola ............................................................................... 52
2.3.6.- Estabilizadores ................................................................................. 53
2.3.7.- Andamio trasero ............................................................................... 53
2.3.8.- Erector .............................................................................................. 55
2.3.9.-
Sistema de corte ...............................................................................59
2.3.9.1.- Mecanismo de excavación ...............................................59
2.3.9.2.- Mecanismo de sobreexcavación (“copy-cutter”) .............. 63
2.3.9.3.- Accionamiento principal....................................................64
2.3.10.- Junta giratoria y puertos de inyección............................................... 68
2.3.11.- Cámara de tierras y agitador central.................................................70
2.3.12.- Sensores de presión de tierras .........................................................73
2.3.13.- Tornillo sinfín y compuertas ..............................................................74
2.3.14.- Conductos de inyección de relleno (mortero) ................................... 77
2.3.15.- Dispositivo para el tratamiento del frente.......................................... 77
2.3.16.- Detector de colapso de tierras ..........................................................78
2.3.17.- Esclusa de personal..........................................................................78
2.3.18.- Esclusa de material...........................................................................79
2.3.19.- Ascensor ...........................................................................................80
2.4.-
BACK-UP...................................................................................................81
2.4.1.- Estructura..........................................................................................81
2.4.2.- Funciones..........................................................................................85
2.4.2.1.- Sistema de mortero ........................................................85
2.4.2.2.- Sistema de espuma ........................................................85
2.4.2.3.- Sistema de bentonita ......................................................87
2.4.2.4.- Sistema de aire comprimido respirable .......................... 87
2.4.2.5.- Sistema de aire comprimido industrial............................ 88
2.4.2.6.- Sistema de agua industrial ............................................. 88
2.4.2.7.- Sistema de aguas residuales ......................................... 88
2.4.2.8.- Sistema de cintas transportadoras ................................. 89
2.4.2.9.- Descargador rápido de dovelas...................................... 89
2.4.2.10.- Grúa de dovelas ............................................................. 90
2.4.2.11.- Alimentador de dovelas ..................................................92
2.4.2.12.- Otros sistemas................................................................94
2.5.-
CICLO DE TRABAJO................................................................................95
_______________________________________________ Descripción general de la Obra ________
1
1.- DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA OBRA
1.1.- CIRCUNVALACIÓN SUR DE LA M-30 DE MADRID
La M-30 de Madrid es una gran vía urbana, hasta hace poco autopista, que
circunda la capital de España. Tiene una longitud de 32,5 km con un radio medio de
5,17 km con respecto a la Puerta del Sol, y una intensidad de circulación media superior
a los 100.000 vehículos/día. Es la vía más transitada del país, con cerca de 300.000
vehículos diarios en algunos puntos, siendo famosa por sus atascos.
El Nudo Sur es su zona más congestionada, con la mayor densidad de tráfico de
todos sus tramos. El trayecto comprendido entre la Autovía de Valencia A-3 y la
Carretera de Toledo A-42 tiene un tráfico diario de 260.000 vehículos en sus 8 carriles,
4 por sentido. Por no hablar del resto de los recorridos Este-Oeste y Norte-Sur, así como
la interconexión con el Nudo Super Sur de la M-40, lo que eleva el número de vehículos
a 300.000.
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_______ Descripción general de la Obra ________________________________________________
Estas intensidades de tráfico producen importantes retenciones que dificultan la
circulación por la zona de manera notable, e incluso establecen itinerarios alternativos
por el centro de la ciudad, con la consiguiente problemática.
La construcción de un túnel entre la A-3 y el Puente de Praga resultaba, por
tanto, prioritaria para hacer desaparecer los colapsos que se producían diariamente en
dicho Nudo Sur, a la vez que disminuiría la elevada accidentalidad (descrita en
términos absolutos, ya que relativamente es la vía más segura de España, en cuanto a
nº accidentes/nº de vehículos circulantes).
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La circunvalación Sur de la M-30 se configura así como una ruta alternativa
a los movimientos Este-Oeste que se realizan en su zona Sur, permitiendo reducir
el tráfico en superficie en más de 80.000 vehículos al día, acortando el recorrido en
1’5 km, incrementando la seguridad vial y reduciendo la contaminación.
Con su construcción los vehículos recorrerán 120.000 km menos al día, y el
trazado en superficie se recuperará para trayectos de la zona, potenciando la integración
urbana, implantando un nuevo sistema de movilidad y recuperando para el ciudadano
espacios de extraordinario valor arquitectónico y medioambiental.
Esta circunvalación se lleva a cabo mediante dos túneles gemelos
unidireccionales prácticamente paralelos de 4.200 m de longitud, que permitirán la
conexión directa entre el tramo soterrado del Manzanares, a la altura del Pº de Santa
María de la Cabeza, y la M-30 en superficie, en las proximidades del Puente del
Mediterráneo. Ello permitirá la segregación de estos movimientos de los de medio y
largo recorrido que se producen en el Nudo Sur.
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_______ Descripción general de la Obra ________________________________________________
La actuación se completa con la construcción de los túneles de comunicación
directa de la circunvalación Sur con la autovía A-3.
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Técnicos del Ayuntamiento inspeccionaron 227 edificios de la zona e instalaron
1.911 aparatos de control, que comprobaban permanentemente el estado de las
estructuras del entorno, el terreno donde se trabajaba y el propio proceso constructivo.
Esta actuación del Ayuntamiento de Madrid pretende, junto con el resto de
actuaciones del Proyecto "Madrid Calle 30", vertebrar la ciudad, actualmente dividida
por la M-30, reduciendo al mismo tiempo la accidentalidad y la contaminación, tanto
medioambiental como acústica, ampliando las zonas verdes y confiriendo al río
Manzanares el protagonismo que le corresponde.
1.2.- TÚNELES DE LA CIRCUNVALACIÓN SUR DE LA M-30
Para la selección del método más conveniente, se consideraron válidas las
prioridades establecidas por el profesor M. J. Melis (1997) para la selección de los
sistemas más adecuados a adoptar en la ampliación del metro de Madrid 1995-1999,
que son las que se resumen a continuación:
*
máxima seguridad para los trabajadores en el interior del túnel
*
máxima seguridad para los edificios y otros elementos en la superficie del terreno
*
mínima superficie de frente abierto del túnel en todo momento
*
las consideraciones de coste o de plazo no primarán sobre las de seguridad y
calidad
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_______ Descripción general de la Obra ________________________________________________
Para este caso el sistema constructivo considerado fue el de la excavación
mecanizada.
En este sentido, y primando por encima de cualquier otra consideración, la
seguridad, siempre que sea posible, se considera prioritaria la excavación mecanizada
con tuneladoras (TBM) que puedan trabajar con presión de tierras en modo EPB(1).
Como contrapartida es casi obligado recurrir al sistema tradicional Clásico de Madrid (o
método Belga) de excavación, cuando hay que ejecutar túneles de geometrías
complicadas o de gran sección.
El aumento progresivo de la excavación de túneles en la última década ha
favorecido desde el punto de vista de la seguridad y económico el desarrollo de equipos
mecanizados cada vez más potentes y sofisticados.
Dependiendo de la naturaleza de los materiales a excavar, estos equipos se
agrupan por los sistemas de corte, de extracción, de modo de contención y de trabajo en
el frente de excavación, así como por la forma en la que ejecuta el desescombro y la
extracción, y finalmente por el tipo y colocación del sostenimiento - revestimiento del
túnel.
Para la construcción de estos nuevos túneles, y dada la complejidad del tramo a
atravesar, se han utilizado dos tuneladoras EPB de última generación, y dovelas
prefabricadas.
Estas tuneladoras, las más grandes del mundo hasta la fecha (tienen 15 m de
diámetro), son sin embargo distintas, tanto en su forma como en el funcionamiento de
su cabeza de corte.
Las tuneladoras EPB, acompañadas del sistema de montaje de dovelas, se han
consolidado claramente en los últimos años como el método más seguro para la
ejecución de túneles en terrenos blandos, inestables o con presencia de agua; siendo aún
mayores sus ventajas cuando se ejecutan, como en este caso, en zonas urbanas con alta
densidad de tráfico o bajo construcciones importantes.
Este sistema de excavación mecanizada con mínima superficie de frente de
excavación abierto y presión equilibrada de tierras, con revestimiento simultáneo del
túnel durante la excavación, permite afrontar su ejecución en condiciones de máxima
seguridad y mínima afección al entorno urbano en el que se inscriben.
1
Siglas de “earth pressure balanced ”, en inglés (presión equilibrada de tierras)
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La construcción de túneles en las grandes ciudades mediante este tipo de
máquinas, las gigantescas y modernas tuneladoras, ofrece la máxima seguridad, tanto
para los propios trabajadores como para los edificios e infraestructuras del entorno,
consiguiendo a la vez un alto rendimiento debido a que la excavación y el revestimiento
del túnel se realizan simultáneamente.
Este método de excavación, automatizado informáticamente y controlado
mediante láser, permite una exacta perforación a la vez que un control total de los ciclos
de avance, consiguiendo importantes rendimientos, tanto cualitativos como
cuantitativos; así como unos elevados índices de seguridad en la excavación,
impensables en otros sistemas de ejecución.
Para ubicar inicialmente las tuneladoras se realizaron sendos pozos de ataque extracción(1) localizados junto al Palacio de Cristal de la Arganzuela (inicio túnel Sur) y
el Puente de Vallecas (inicio túnel Norte).
La sección transversal de los túneles, de 15’01 m de diámetro de excavación y
13’45 m de diámetro libre, permite albergar calzadas de circulación de 3 carriles de 3,5 m
de anchura, junto con sus correspondientes arcenes y aceras de servicio en ambos lados.
Además, se ha dispuesto también una galería inferior de evacuación (nivel de
emergencia) bajo la losa de la estructura interior del túnel, con un gálibo mínimo de 4 m.
1
El pozo de ataque de cada una de las tuneladoras será el de extracción de la otra
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_______ Descripción general de la Obra ________________________________________________
Ambos túneles se conectan entre sí mediante galerías transversales peatonales de
evacuación distribuidas uniformemente cada 200 m a lo largo de su recorrido, además
de otras para vehículos cada 600 m, complementadas con 4 (túnel Sur) y 3 (túnel Norte)
accesos de evacuación comunicados directamente con el exterior y ubicados en pozos
de ventilación y de emergencia, y en los pozos de ataque de las tuneladoras.
Se ejecutan así mismo unas galerías que, partiendo de las ya contempladas,
comunican el nivel de rodadura con el de emergencias, sirviendo por tanto el nivel
inferior no solo de acceso para las emergencias, sino también de galería de evacuación.
Para garantizar la máxima seguridad y fiabilidad en servicio, se implementan
sistemas e instalaciones convencionales y especiales de tecnología avanzada, propias de
túneles viarios urbanos de gran longitud con elevadas intensidades de circulación, y
cuyo funcionamiento será gobernado desde el Centro de Control de Túneles de la M-30.
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1.3.- TÚNEL SUR DE LA CIRCUNVALACIÓN
La empresa municipal “Madrid Calle 30” adjudicó a FCC Construcción, en UTE
al 50% con otra empresa, la construcción del túnel Sur de la circunvalación Sur de la
M-30, desde el Pº de Santa María de la Cabeza hasta la A-3.
1.3.1.- TRAZADO
La circunvalación Sur de la M-30 es un tramo prácticamente subterráneo que
comienza en las inmediaciones del actual enlace con el Pº de Santa María de la Cabeza
y finaliza junto al enlace de la Avenida del Mediterráneo.
El trazado del túnel comienza en el Parque de la Arganzuela, donde está situado
el pozo de ataque, en la ubicación del antiguo Matadero Municipal de Madrid, y en el
que confluye el tramo anterior de soterramiento de la M-30.
Discurre bajo el citado Parque de la Arganzuela, siguiendo por el Pº de la
Chopera hasta pasar bajo la Plaza de Legazpi, cruzando por debajo de la línea 6 de
Metro de Madrid, y continuando por debajo del Pº del Molino y la Plaza de Italia para,
girando sensiblemente hacia el Este, cruzar bajo zonas donde se están construyendo
nuevas edificaciones, llegando a la Calle del Hierro. Continúa hasta cruzar bajo la
Avenida del Planetario y las vías del ferrocarril, pasando a continuación bajo el Parque
Tierno Galván.
Hasta ese punto los dos túneles se mantienen prácticamente paralelos a una
distancia aproximada de 30 m, separándose después para ocupar cada uno de los
laterales de la M-30, pasando bajo el enlace de Méndez Álvaro, junto a los estribos del
Puente de los Tres Ojos y en paralelo al viaducto existente sobre la Avenida de la
Albufera en Vallecas.
1.3.2.- TIPO DE TERRENO
En el tramo en estudio, los materiales atravesados corresponden a los suelos de
la cuenca terciaria de Madrid, básicamente los conocidos como facies intermedias
(peñuelas) y evaporíticas (yesos).
A lo largo del trazado se han distinguido 4 grandes unidades litoestratigráficas,
correspondientes dos de ellas al Terciario y otras dos al Cuaternario, situándose los
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_______ Descripción general de la Obra ________________________________________________
materiales de edad cuaternaria sobre los depósitos terciarios. También se localizan
depósitos recientes constituidos por materiales de origen antrópico.
Atraviesa el túnel zonas de lutita litificada verde y gris, arcilla basta, arcilla
arenosa, arena arcillosa, niveles sepiolíticos, carbonato cálcico del Mioceno masivo y
carbonato cálcico nodular con filtros de arcilla.
El recubrimiento de tierras sobre clave oscila entre los 15 y los 60 m, y la
presión de agua considerada son 0,4 MPa (4 kp/cm2).
1.3.3.- CARACTERÍSTICAS GENERALES
La sección del túnel tiene en su parte media aproximadamente la calzada con 3
carriles, y debajo de ésta una vía de emergencia para bomberos, ambulancias, policía y
servicio de mantenimiento.
A lo largo de su recorrido, garantizando la máxima seguridad, cuenta con las
galerías transversales ya mencionadas (peatonales y vehiculares), paneles de
información, circuito cerrado de televisión (464 cámaras), detección automática de
incidencias, sistemas de detección y extinción de incendios (18 km de cable y 472
BIEs), comunicaciones, 15.710 puntos de luz y señalización variable (112 señales
gráficas).
Se han instalado sistemas de ventilación y filtrado que garantizan la calidad del
aire y son capaces de retener el 80% de las partículas y del dióxido de nitrógeno de los
vehículos circulantes.
Ello ha requerido la construcción de 2 pozos circulares de 20 m de diámetro:
uno situado en el Parque Tierno Galván y otro junto al ferrocarril, al Sur del Puente de
los Tres Ojos.
La tuneladora que perforó este túnel (el denominado túnel Sur), a la que muy
apropiadamente se bautizó como Tizona, entró en funcionamiento el 20-2-06, desde el
pozo de ataque situado a 30 m de profundidad en la M-30, a la altura del Palacio de
Cristal de la Arganzuela.
Con 148 m de longitud y más de 4.200 t de peso, era capaz de desarrollar una
fuerza de empuje de 31.700 t, llegando a perforar diariamente hasta 46 m de túnel de
15’01 m de diámetro.
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Un equipo de 600 personas, divididas en 3 turnos, permitió a la tuneladora
Tizona trabajar de manera continua durante las 24 horas los 7 días de la semana.
1.4.- POZO DE ATAQUE DE LA TUNELADORA
Este recinto, destinado al
montaje de la tuneladora, el inicio
de la perforación y centro
logístico de toda su etapa de
trabajo, resulta muy condicionado
por las características de la
máquina.
En él se ejecuta una
estructura de reacción sobre la que
se transmite la fuerza necesaria
para el inicio de la excavación,
hasta que la fuerza de empuje para
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_______ Descripción general de la Obra ________________________________________________
el avance de la tuneladora es contrarrestada por los pesos y rozamientos de los primeros
anillos de dovelas montados en el túnel.
En este caso el pozo de ataque dará servicio a dos túneles a igual cota, sirviendo
de pozo de ataque para la tuneladora del túnel Sur que nos ocupa, y de pozo de salida
para la tuneladora del túnel Norte, estando situada la solera de montaje a unos 27 m bajo
la cota del terreno.
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En previsión de las dimensiones de la rezaga y de la necesidad de espacio lateral
para el montaje, se construyó un recinto entre pantallas de 60 m de anchura, 100 m de
longitud y 35 m de profundidad.
Se instalaron protecciones con plástico transparente de 6 m de altura soportado
por perfiles metálicos en el testero del Palacio de Cristal inmediato al frente de ataque.
El obligado retranqueo del frente de ataque para obtener una mínima franja de
respeto a los edificios reduce el espacio disponible para las instalaciones de Obra y los
acopios, lo que condiciona el desarrollo de los trabajos.
El recinto del pozo se define con pantallas de pilotes de hormigón armado de
1,5 m de diámetro de espesor, secantes a pilotes de mortero de 1 m de diámetro, con
objeto de favorecer la estanquidad del recinto. Así mismo, se ejecutan pilotes de
mortero exteriores al recinto y dispuestos al tresbolillo, cuya función es recibir las
sobrecargas sobre el terreno que existen durante los trabajos, y así reducir las flexiones
sobre los pilotes estructurales.
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_______ Descripción general de la Obra ________________________________________________
Para la fase inicial de funcionamiento como pozo de montaje y trabajo de la
tuneladora se requiere la ausencia de impedimentos al desplazamiento en la vertical de
la zona de montaje y adyacentes, por lo que se sujetaron las pantallas mediante un nivel
superior de puntales definitivos a base de vigas de hormigón armado, y un nivel
intermedio de anclajes activos provisionales.
Las soleras de montaje se han efectuado con un espesor medio de 2’5 m, con
dientes inferiores de 6 m de canto, necesarios para su función inicial de resistir los
empujes horizontales de la tuneladora. La cimentación de pilares con grandes cargas se
lleva a cabo a base de zapatas aisladas o combinadas.
Las zonas de la pantalla frontal que serán afectadas por el trabajo de la
tuneladora en el inicio de la excavación, denominadas “frente de ataque”, se tratan de
manera específica:
¾
en el tramo a demoler por la tuneladora no se arman los pilotes
¾
antes de iniciar la excavación del pozo se consolida el bloque de terreno en el
trasdós del frente de ataque y de salida de las tuneladoras con pilotes de mortero
de 1 m de diámetro, dispuestos formando un recinto perimetral rectangular dentro
del cual se ejecutan pilotes intermedios según una malla
¾
el inicio de la excavación se protege con un paraguas de micropilotes de 200 mm
de diámetro armados con tubo de acero 152’4 x 10 mm, de 15 m de longitud,
perforados sobre la poligonal de clave envolvente a la perforación, a distancias de
0’7 m a ejes, desde un arco de descarga de hormigón armado de 0,5 x 1 m
adosado a la pantalla.
Finalizada la operación de la tuneladora, en el pozo se construirán las
plataformas de rodadura correspondientes, con el mismo sistema utilizado en los
túneles, y se ejecutará la estructura interior.
El apuntalamiento definitivo de las pantallas se llevará a cabo mediante 2 niveles
de forjado.
Parte de la planta superior se dedicará a centro de control e instalaciones de
filtración, mientras que en la otra parte y en el forjado inferior se dispondrá de una gran
superficie con acceso desde la rampa y que podrá ser destinada al uso público como
aparcamiento.
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Para la excavación y funcionamiento del pozo de ataque en la fase de trabajo de
la tuneladora se construyó una rampa de acceso soterrada que comunicaba el pozo con
el Pº de la Chopera. Con un ancho útil de 7 m que permitía el tráfico de camiones en
ambos sentidos, el coste de este elemento auxiliar será amortizado por su reutilización
como acceso a la galería de emergencia y a los niveles superiores de forjado.
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_______ Descripción general de la Obra ________________________________________________
Debido a su gran superficie y al reducido plazo previsible para su ejecución,
condicionada a los rendimientos que pudieran obtenerse en la perforación de los túneles,
la estructura interior y la cubierta se proyectaron para su construcción con pilares, vigas
y placas prefabricados, con los que existe experiencia de rendimientos superiores a los
1.500 m2/semana/equipo.
Para la cubierta se han previsto 2 vanos resueltos con vigas prefabricadas de
hormigón pretensado de 1’2 m de canto, y losa de compresión de 30 cm de espesor.
Los paramentos de las pantallas se recubrirán con medio pie de ladrillo y cámara
en cuyo interior se fijará una lámina impermeabilizante. Los recintos correspondientes a
las calzadas de la M-30 en el pozo serán cerrados con muros de un pie de ladrillo,
enfoscados a dos caras.
1.5.- REVESTIMIENTO DEL TÚNEL
Está constituido por una serie de anillos unidos entre sí y compuestos por
dovelas prefabricadas de hormigón armado HA-40, con armadura de acero B-500-S. El
buen ensamblaje de los anillos y de las dovelas requiere una gran precisión, por lo que
las tolerancias de fabricación son muy exigentes (del orden de 0,5 mm).
Cada anillo tiene 13,45 m de diámetro interior, 60 cm de espesor y una longitud
media (según el eje del túnel) de 2 m, siendo la mínima 1,95 m y la máxima 2’05 m,
correspondientes a un radio de curvatura de trazado teórico mínimo de 350 m.
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Se ha adoptado un anillo universal, formado por 9 dovelas más 1 de cierre
(llave). El número de dovelas se determina en función, fundamentalmente, del diámetro
del túnel.
El anillo universal está formado por la intersección de un cilindro con dos
planos, uno de ellos perpendicular a su eje y otro formando un cierto ángulo que es
función de la longitud media del anillo, según su generatriz, y del radio mínimo de la
curva en el espacio del eje del túnel. Girando cada anillo alrededor de su eje el ángulo
conveniente respecto al anterior, se sigue el trazado con un único tipo de anillo.
Dado que cada anillo se fija al anterior por medio de tornillos, el ángulo de giro
relativo no puede ser cualquiera, sino que tiene que tener un valor entre una serie de
valores predeterminados fijados por el número de tornillos.
Esto, junto con la longitud no nula de cada anillo, hace que el ajuste sea
poligonal, aunque suficientemente próximo al teórico.
Los giros del anillo son múltiplos del ángulo de la pieza de llave, por lo que el
anillo tiene 19 posiciones distintas ( 360º / θº ), y las dovelas tienen también geometrías
distintas según su posición en el anillo.
Las primeras 9 dovelas se definen por un ángulo en el centro de 37’895º,
mientras que la de llave, de menores dimensiones, tiene un ángulo de 18’945º. Para
poder cerrar el anillo, las dovelas son trapeciales (de lados paralelos en el sentido del eje
del túnel) salvo la de cierre (llave) y adjuntas (contrallaves), que son trapezoidales
(ningún lado paralelo entre sí).
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_______ Descripción general de la Obra ________________________________________________
Para este diseño estructural se han tenido en cuenta todas las acciones a las que
estarán sometidas las dovelas, comenzando con el desencofrado, pasando por las etapas
de manipulación, almacenamiento y colocación, analizando posteriormente los empujes
producidos por los cilindros hidráulicos de empuje y finalizando con la entrada en carga
del anillo debido a la acción del terreno encajante.
La elección del anillo universal frente a uno no universal se debe a las ventajas
que presenta el primero, que son:
¾
El anillo no universal exige dos juegos de moldes, uno a derechas y otro a
izquierdas, para describir curvas en planta; mientras que el anillo universal
requiere un solo juego de moldes.
¾
El anillo universal es el que permite una gama más amplia de radios de curvatura,
tanto en planta como en alzado, consiguiendo un mayor ajuste del túnel a la traza
del Proyecto.
¾
En el anillo no universal, las juntas anillo/dovela son siempre en cruz, lo que se
considera menos eficaz ante filtraciones de agua que las juntas en T obtenidas con
el anillo universal.
Las dovelas se montan al abrigo de la coraza del escudo, mediante el encaje de
unas con otras, atornillándose en las juntas, circunferenciales y radiales, mediante
tornillos rectos de alta resistencia, que se alojan en insertos embutidos en las dovelas.
Los anillos son troncocónicos para poder describir curvas (aunque pueden
utilizarse en tramos rectos, sin más que alternar su colocación), y su conicidad se define
en función del radio mínimo a describir por la tuneladora, en este caso 293 m.
Las juntas longitudinales entre dovelas son paralelas al eje del anillo, con
excepción de las de la dovela de llave, que forman un ángulo para permitir la colocación
de esta dovela cuando ya están colocadas todas las demás.
Si el trazado se ajustara estrictamente al teórico, la posición de cada anillo
estaría prefijada. Como ello no es así, hay que determinar cada vez la posición más
adecuada.
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Esto se hace, en primer lugar, teniendo en cuenta que las juntas longitudinales
no deben coincidir en tres anillos seguidos, para evitar la formación de planos más
débiles.
En segundo lugar, midiendo la separación entre trasdós de dovelas y escudo en
parte superior e inferior, derecha e izquierda y midiendo la elongación de los cilindros
de empuje en esos puntos.
La posición de la dovela de llave viene fijada por la mayor distancia de
separación entre trasdós de dovelas y escudo, junto con la menor elongación de
cilindros de empuje.
El hueco entre el anillo de 14,65 m de diámetro exterior y el terreno, excavado
teóricamente con un diámetro de 15’01 m, se rellena con mortero de cemento y cenizas,
que tiene la doble finalidad de impedir la convergencia del terreno y contribuir a la
impermeabilidad del túnel.
En total se han instalado 1.824 anillos.
1.6.- PARQUE PARA ACOPIO DE DOVELAS. INSTALACIONES
AUXILIARES
Se dispuso como zona de acopio de dovelas el Parque de la Arganzuela, situado
entre el Pº de la Chopera y la actual M-30, ubicado dentro del recinto de la Junta
Municipal de la Arganzuela (junto al pozo de ataque de la tuneladora).
La superficie total de almacenamiento era de 14.660 m², con una rampa de
acceso que partía del Pº de la Chopera y conectaba directamente con el pozo de ataque.
Se evitó en todo momento la afección al invernadero existente, por lo que no pudo ser
de 20.000 m², que eran aproximadamente los necesarios para el acopio. Por ello se
propuso como zona complementaria de acopio la propia losa del pozo de la calzada
izquierda (la del túnel Norte, paralelo a este), incrementando la superficie en 3.500 m².
En el recinto inicial se colocaron todas las instalaciones de Obra, incluyendo la
grúa de montaje de la tuneladora, que se situó en el trasdós de las pantallas del pozo de
ataque.
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Se evitaron así mismo las afecciones a cualquier edificio del parque o a sus
fuentes. Posteriormente el parque se restituirá a su estado inicial, según se especifica en
el anejo de “Integración ambiental”.
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1.7.- POZOS DE VENTILACIÓN Y SALIDAS DE EMERGENCIA
Se han construido pozos de ventilación combinados, que alojan las instalaciones
de impulsión y extracción, permitiendo su emplazamiento con separaciones de 1.200 m.
Para satisfacer las necesidades funcionales cada pozo es de sección circular de
20 m de diámetro libre, en el que se aloja, concéntrico, un conducto de 10 m de
diámetro, soportado por estructura metálica.
El conducto interior, formado por un sistema de paneles compuestos de chapa –
aislante térmico – chapa perforada se destina a la extracción de gases y aloja en su
interior las 4 máquinas destinadas a este fin.
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25
La corona anular entre el conducto de extracción y el revestimiento del pozo se
utiliza como conducto de impulsión, situándose también en este y en posición vertical
los 4 ventiladores que fuerzan el aire exterior hacia los túneles.
El espacio entre conductos en el pozo permite la instalación de una cómoda
rampa de emergencia de 1,2 m de ancho libre y con un 6% de pendiente, que se adosa al
revestimiento, y cuyo “pavimento” será una rejilla de pletinas para mantener la sección
útil del pozo.
El pozo de ventilación incorpora además el acceso exterior de la salida de
emergencia.
1.8.- PLATAFORMA DE RODADURA
La Obra debía ejecutarse en un plazo reducido, en el que previsiblemente
resultaría crítica la actividad de la tuneladora, por lo que las estructuras interiores del
túnel se plantearon para permitir su construcción simultánea con la excavación y
revestimiento del túnel, teniendo en cuenta el decalaje obligado por la rezaga y el
margen de seguridad necesario para permitir trabajos adicionales en cola.
Con vistas a un alto rendimiento en la construcción de la plataforma de rodadura
se proyectó una solución basada en el empleo de elementos prefabricados.
El sistema de transporte y
montaje de los elementos de la
estructura interior se independizó
de las vías de trabajo de la
tuneladora, respetando los gálibos
de los sistemas de extracción de
escombros y de ventilación y
alimentación de energía y fluidos.
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_______ Descripción general de la Obra ________________________________________________
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27
El tráfico rodado discurre sobre una losa de hormigón pretensado (plataforma de
rodadura) de 55 cm de espesor y 12,2 m de anchura. Esta plataforma aloja 3 carriles de
3,5 m con arcenes de 0,4 m y aceras de 0,65 m de ancho útil.
El sistema estructural es un tablero continuo de hormigón pretensado, isostático,
formado por placas aligeradas pretensadas de 55 cm de canto sin losa de compresión
sobre las que posteriormente se extienden dos capas de aglomerado de 5 y 3 cm
respectivamente. Estas placas apoyan en toda la longitud del túnel sobre dos ménsulas
longitudinales de 11,8 m de luz, ejecutadas “in situ”.
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28
_______ Descripción general de la Obra ________________________________________________
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Se dimensionaron las placas con 1,2 m de ancho para favorecer su adaptación a
las curvas del trazado. La superficie final de rodadura se trataba posteriormente para
reducir el desgaste y la formación de polvo.
Entre el hormigón del tablero y las dovelas se dispuso en toda la superficie de
contacto una capa de poliestireno expandido de 4 cm de espesor, para evitar problemas
de hiperestatismo en caso de incendio (efecto puntal).
1.9.- AUSCULTACIÓN
El seguimiento del avance de la tuneladora se inició con una semana de
antelación al inicio de los trabajos de excavación desde el pozo de ataque y tuvo un
carácter exhaustivo (24 h/día, 7 días/semana), hasta que la tuneladora rebasó la zona de
los edificios situados entre la Calle del Hierro y la Avenida del Planetario, realizándose
a partir de ese momento y hasta una semana después de finalizar los trabajos de
excavación un control ordinario (8 h/día, 7 días/semana).
En ese momento se inició la campaña de recuerdo cuyos resultados son los que
se van a comentar a continuación.
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_______________________________________________ Descripción general de la Obra ________
33
A partir de los datos de control y operación de la tuneladora se obtenían
directamente los siguientes parámetros:
*
velocidad de avance
*
localización de la máquina
*
empuje total medio por anillo
*
presión de confinamiento en el frente
*
presión de inyección en el trasdós de las dovelas
*
volumen excavado
*
consumo de espumas y aditivos en la cámara de presión
El conocimiento de todos estos datos se considera, junto con el control de
subsidencias(1), fundamental para ajustar las posibilidades operativas de la tuneladora a
las diferentes condiciones de trabajo que imponen las características geotécnicas en
cada punto de la traza.
En general, los asientos originados por la tuneladora eran pequeños, teniendo su
origen en la combinación de los siguientes factores:
*
desconfinamiento que sufre el terreno por delante del frente
*
sobreexcaciones por encima de la teórica
*
desconfinamiento del terreno que queda por detrás del frente, al existir un primer
hueco entre el escudo y el terreno, y otro entre el trasdós de las dovelas y el
terreno
La holgura existente entre el escudo y el terreno, que en este caso era de 3 cm
aproximadamente, no podía evitarse, pero al ser un valor relativamente pequeño, su
influencia sobre la subsidencia fue limitada.
Sin embargo, en caso de no rellenarse adecuadamente el hueco total entre las
dovelas y el terreno, en este caso de 18 cm, hubiera podido constituir una pérdida
potencial de volumen muy apreciable, por lo que se exigía el control sistemático de la
inyección de relleno por cola del escudo, para limitar la subsidencia inducida en el
entorno.
1
Hundimiento paulatino del suelo, originado por las cavidades subterráneas producidas por la
excavación
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34
_______ Descripción general de la Obra ________________________________________________
INSTRUMENTACIÓN
*
Inclinómetros: se dispusieron 5 aparatos en el perímetro del pozo de ataque y
varios a lo largo de la traza
*
Anillos instrumentados: células de presión y extensímetros
*
Fisurómetros (“crackmeter”)
*
Piezómetros abiertos
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_______________________________________________ Descripción general de la Obra ________
35
1.10.- MAGNITUDES DE LA OBRA
*
Inicio de las obras ...........................................................................Septiembre 2004
*
Plazo de ejecución ...................................................................................... 30 meses
*
Equipo de seguimiento arqueo-paleontológico .......................................... 30 meses
*
Equipo de auscultamiento........................................................................... 30 meses
*
Túnel ejecutado con tuneladora .................................................................... 3.663 m
*
Excavación en mina.....................................................................................7.900 m3
*
Excavación en túnel.................................................................................968.000 m3
*
Galería de evacuación de vehículos................................................................... 3 ud.
*
Galería de evacuación de personas .................................................................... 8 ud.
*
Estaciones de depuración de aire....................................................................... 2 ud.
©
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_______ Descripción general de la Obra ________________________________________________
*
Hormigón en pantallas y pilotes ................................................................41.450 m3
*
Hormigón armado....................................................................................148.750 m3
*
Acero en chapas y perfiles.............................................................................. 1.300 t
*
Acero en armaduras ...................................................................................... 29.050 t
*
Prelosa prefabricada en hormigón .............................................................94.100 m2
*
Superficie ajardinada .................................................................................49.000 m2
©
____________________________________________________ Tuneladora “Tizona” _________
37
2.- TUNELADORA “TIZONA”
2.1.- ANTECEDENTES
Fue fabricada para la UTE por MHI-DF, empresa formada por Mitsubishi Heavy
Industries Ltd. y Duro Felguera S.A., en la fábrica asturiana de la filial de esta última
Felguera Construcciones Mecánicas S.A., aunque, dada la complejidad del diseño,
algunas piezas fueron fabricadas por MHI en Japón. Se fabricó de acuerdo con las
prescripciones del Excmo. Ayuntamiento de Madrid que se resumen a continuación.
Prescripciones del Ayuntamiento de Madrid
El Excmo. Ayuntamiento de Madrid intervino, de forma directa, en la definición
de los parámetros y características principales que debían tener las máquinas a utilizar
en la ejecución de los túneles correspondientes a la circunvalación Sur de la M-30 de
Madrid. Los datos siguientes son los más importantes de ellos:
*
Las tuneladoras tenían que trabajar en modo EPB
*
Diámetro de excavación: suficiente para un anillo de dovelas con 13,45 m de
diámetro libre (entre 15 y 16 m)
*
Espesor de las dovelas: 60 cm
*
Diseño para realizar curvas de 350 m de radio mínimo
*
Empuje mínimo: 205.000 kN
*
Par motor mínimo: 85.000 kN.m
*
Par de desbloqueo: 127.000 kN.m
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_______ Tuneladora “Tizona” ________________________________________________________
*
Gama de velocidades de giro de la cabeza de corte (r.p.m.): 0 - 2,4
*
Nº mínimo de cortadores de 17’’: 44
*
Nº mínimo de cuchillas: 190
*
Sensores de presión de tierras: al menos 8
*
Nº boquillas de inyección agua/espuma: 15
*
Erector de dovelas hidráulico
*
Rendimiento mínimo del tornillo: 1.400 m3/h
*
Volumen de inyección de mortero > 60 m3/h
*
Capacidad de espuma > 350 m3/h
*
Equipo para sondeos al avance
*
Equipo para inyección de bentonita(1): 50 m3/h
*
Esclusas: 2, con capacidad cada una para 2 personas
*
Contenedor de rescate: para 20 personas durante 12 h
*
Generador de emergencia: 350 kVA
2.2.- FUNCIONAMIENTO DE LA TUNELADORA
De los diferentes elementos que conforman una tuneladora de presión
equilibrada de tierras se distinguen los siguientes:
*
una cabeza de corte circular giratoria, equipada con diferentes herramientas de
corte, destinada a excavar el terreno
*
la cámara de presión de tierras, elemento fundamental para trabajar en EPB
*
los cilindros de empuje, que transmiten la fuerza necesaria para el avance de la
máquina
*
el tornillo sinfín, dedicado a la extracción controlada del material excavado
*
un erector de dovelas giratorio, encargado de su colocación, configurando el
revestimiento del túnel
*
un sistema para el transporte del escombro al exterior, que normalmente es una
cinta transportadora
*
... y el back-up, donde se ubican todas las instalaciones necesarias para el
funcionamiento de la tuneladora: suministro de energía, retirada de escombro,
provisión de dovelas, inyección de espumas o mortero, etc.
1
Entiéndase por bentonita “lodo bentonítico” o “suspensión de bentonita” y no el mineral propiamente
dicho
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____________________________________________________ Tuneladora “Tizona” _________
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La tuneladora está formada por un escudo EPB de 15,01 m de diámetro exterior
y 13,075 m de longitud, y un back-up de 132 m aproximadamente, lo que hace una
longitud total aproximada de 145 m.
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_______ Tuneladora “Tizona” ________________________________________________________
Todos los mecanismos necesarios para el accionamiento de la cabeza de corte y
empuje de la tuneladora se emplazan dentro de una estructura cilíndrica llamada
"escudo principal".
El sistema EPB o de equilibrio de la presión de tierras tiene por objeto
contrarrestar la presión del terreno, evitando deformaciones que se traducirían en
asientos en la superficie.
Para lograrlo, tras la cabeza de corte hay una cámara con compuertas estancas
hacia el interior a la que penetra, por los huecos de la cabeza de corte, el terreno
excavado, que es extraído de la misma por medio de un tornillo de Arquímedes.
Una inyección de espuma - mezcla de agua, producto tensoactivo, polímeros
estabilizadores y aire - a una determinada presión, y la agitación producida por la
cabeza de corte, convierten el terreno excavado en un lodo que se presuriza debido a la
presión ejercida por los cilindros hidráulicos de empuje. La presión dentro de la cámara
es controlada por medio de la velocidad de rotación del tornillo sinfín y de la apertura
de la compuerta situada en la descarga del tornillo.
Hace 20 años esta cámara no existía, por lo que los trabajos con tuneladoras en
frentes inestables eran mucho más complicados.
El escudo excava por rotación de la cabeza de corte y avanza gracias a los
cilindros hidráulicos de empuje, que se apoyan en el revestimiento formado por dovelas
de hormigón. Una vez que ha avanzado la longitud de un anillo el escudo se para y se
coloca el anillo siguiente mediante el erector de dovelas.
El back-up es un conjunto de pórticos o remolques metálicos enganchados entre
sí y al escudo, que se desplazan por medio de bogíes que apoyan sobre el revestimiento.
Se mueve arrastrado por el escudo y sirve de soporte a las instalaciones necesarias para
la operación de excavación y colocación de anillos. El de Tizona es de tipo “abierto”, y
permite situar en su interior dos composiciones de trenes para la alimentación de
dovelas, mortero, etc.
La retirada del escombro excavado se hace mediante cinta transportadora
continua hasta el exterior del pozo de ataque. La máquina trabaja 20 h/día y 7
días/semana. Las 4 h diarias restantes son para labores de mantenimiento.
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2.3.- ESCUDO
2.3.1.- CUERPO DEL ESCUDO
El cuerpo del escudo tiene una sección transversal cilíndrica y comprende 3
secciones: cámara de tierras (escudo delantero), soporte principal (escudo intermedio) y
escudo de cola (escudo trasero).
Su estructura está diseñada para soportar la presión de las tierras, la del agua, las
fuerzas de reacción de los cilindros hidráulicos del escudo y la fuerza de reacción de la
excavación.
El accionamiento de la unidad de excavación está situado en la zona delantera
del soporte principal, estando esta zona separada de la cabeza por un mamparo. En la
parte inferior del mamparo se monta un único tornillo sinfín.
En la zona central del mamparo del escudo existe un agitador central y una junta
giratoria. La zona superior del soporte principal está provista de una esclusa de personal
o cámara hiperbárica; a ambos lados de la parte horizontal del agitador central se
disponen unas entradas de hombre, y en la parte periférica superior hay 2 esclusas de
material.
Los
cilindros
del
escudo utilizados para su
avance están distribuidos
uniformemente en sentido
circunferencial alrededor de la
periferia exterior de la zona
trasera del soporte principal.
La zona trasera del escudo
sirve de apoyo al erector móvil
de montaje de dovelas, y al
andamio trasero usado como
plataforma.
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2.3.2.- CHAPAS ANTIDESGASTE DEL ESCUDO DELANTERO
Para evitar el descenso de la parte delantera del escudo se dispone de unas
chapas antidesgaste fijas a él, que van desde la zona inferior de la cámara de tierras
hasta el soporte principal. Estas chapas tienen 15 mm de espesor, un rango de 80º y 3 m
de longitud desde la parte delantera a la trasera.
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2.3.3.- ARTICULACIÓN
Para asegurar el correcto seguimiento de un trazado en curva, el escudo está
provisto de un sistema de articulación activa. La unidad de articulación divide el escudo
en cuerpo delantero y cuerpo trasero, los cuales se conectan por medio de 46 cilindros
de articulación de 4.860 kN cada uno, que transmiten los empujes desde los cilindros
principales de empuje hasta la cabeza de corte (articulación activa) y, además, permiten
la angulación entre ambos cuerpos del escudo.
Entre ambas partes del escudo existen también unos dispositivos antigiro para
evitar la rotación de una parte del escudo con respecto a la otra.
Con este tipo de articulación, denominada “activa”, se consigue que los cilindros
de empuje trabajen perpendicularmente al anillo de dovelas y, por tanto, paralelos al
escudo de la tuneladora, evitando así el alabeo de la máquina.
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_______ Tuneladora “Tizona” ________________________________________________________
En las zonas de conexión entre ambos cuerpos hay unos sellos de articulación
que impiden la filtración de agua subterránea, tierras y arena. Entre los cierres se
suministra grasa de manera automática.
En el caso de utilizar la articulación, primero deben extenderse todos los
cilindros de articulación 50 mm o más antes de que comience a trabajar la articulación.
El ángulo de articulación máximo es de 1º en sentido horizontal. Los cilindros nos 12,
22, 35 y 46 disponen de medidores de carrera.
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2.3.4.- CILINDROS DE EMPUJE
El desplazamiento del escudo se realiza mediante el empuje de 57 cilindros
hidráulicos, montados en el escudo posterior y dispuestos uniformemente alrededor del
anillo, que se apoyan sobre las dovelas ya montadas.
La fuerza de empuje desarrollada por la máquina, de 28.236 toneladas, además
de hacer avanzar a la tuneladora durante la excavación, tiene que contrarrestar las
fuerzas resultantes de la presión en la cámara cuando trabaja en EPB y las de
rozamiento contra el terreno, así como arrastrar todo el conjunto de remolques del
sistema de back-up contra el anillo de dovelas.
El valor del empuje es el resultado de las presiones de la máquina contra el
terreno, por lo que depende de:
*
la propia máquina (longitud, peso y posición del centro de gravedad)
*
el terreno encontrado
*
el modo de funcionamiento y de la presión de confinamiento
*
otros ajustes de la tuneladora (velocidad de corte y avance)
*
el trazado del túnel y su cobertura
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50
_______ Tuneladora “Tizona” ________________________________________________________
Para determinar los ajustes en el empuje, hay que elegir los criterios siguientes:
*
presión de confinamiento
*
velocidad de avance de la máquina
*
velocidad de rotación de la cabeza
*
valor del empuje total
*
repartición del empuje y guiado de la tuneladora
Estos criterios dependen unos de otros. El ajuste final de la máquina lo hace el
piloto mediante correcciones sucesivas. Es importante comprender la influencia de cada
parámetro sobre los otros, para la buena conducción y excavación con la tuneladora.
La velocidad nominal de avance de la máquina son 66 mm/min. Para un óptimo
rendimiento, el funcionamiento debe de estar lo más cerca posible de este valor. Pero
siendo la velocidad de avance proporcional al empuje, puede ser necesario disminuirla
si el empuje total fuera demasiado grande.
El contacto entre la dovela y el vástago del cilindro de empuje se ejerce a través
de una zapata articulada de 700 mm de longitud por 400 mm de anchura. Esta zapata
puede rotar alrededor de un eje radial, lo que limita la carga excéntrica sobre el
revestimiento (la excentricidad máxima de los cilindros de empuje es de 50 mm).
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En caso de que haya una angularidad excesiva entre la zapata del cilindro y el
revestimiento, hay que utilizar las cuñas adecuadas. Las zapatas no deben descansar
directamente sobre el revestimiento sino a través de unas placas elásticas u otro material
apropiado.
La fuerza máxima de cada cilindro de empuje es de 4.860 kN, lo que representa
un empuje máximo total sobre el anillo ya montado de 277.000 kN.
Los cilindros de empuje se numeran en orden ascendente en sentido horario a
partir de la parte superior, visto desde la cola.
La velocidad y recorrido de los cilindros se detectan utilizando los cilindros nos
14, 28, 43 y 57. Todo ello se encuentra indicado en el panel de mando.
Los 57 cilindros se dividen en 8 bloques, permitiendo al operador ajustar la
presión hidráulica para cada bloque y corregir la orientación del escudo.
El movimiento de giro del escudo puede corregirse inclinando los cilindros nos
11 a 20 y 39 a 48 (es decir, inclinando la orientación de los cilindros hacia la dirección
circunferencial del cuerpo).
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_______ Tuneladora “Tizona” ________________________________________________________
2.3.5.- SELLADOS DE COLA
La parte posterior del escudo (cola) está provista de sellado de cola. Los sellos
impiden la entrada de materiales tales como tierra, arena y relleno por el hueco que hay
entre la dovela y la chapa de revestimiento. La máquina está equipada con 4 filas de
sellos tipo cepillo. La empaquetadura de cepillos de la última fila dispone de una placa
anti-retorno, o placa deflectora.
Para mejorar el rendimiento del sellado se aplica grasa de alta viscosidad entre
los cepillos del sello. Durante la excavación inicial se llena el hueco entre los cepillos
con aproximadamente 3.300 litros de grasa de alta viscosidad (grasa de cola). En las
excavaciones posteriores se sigue rellenando la zona con grasa de cola, controlando la
cantidad inyectada. Para ello la máquina dispone de un dispositivo que suministra
automáticamente la grasa de cola en las 3 zonas situadas entre las 4 filas de cepillos, en
función de las presiones requeridas.
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2.3.6.- ESTABILIZADORES
Aunque no son utilizados normalmente en las tuneladoras tipo EPB, en Tizona
se han dispuesto 4 estabilizadores en la zona superior, delante del soporte principal,
diseñados para evitar el exceso de vibraciones durante la excavación. La estructura de
los estabilizadores está basada en la extensión de los cilindros hidráulicos. La fuerza de
los 4 estabilizadores es de 2.000 kN, y su presión de contacto basada en el área
proyectada es de 3.100 kN/m2 como máximo.
2.3.7.- ANDAMIO TRASERO
El andamio trasero es un bastidor solidario con el erector, que se mueve hacia
delante y hacia atrás 1,65 m en la parte superior de la viga de deslizamiento del erector,
la cual se extiende hacia atrás desde el larguero lateral del cuerpo del escudo.
Se trata de una plataforma para el trabajo de montaje de dovelas, y tiene 5 pisos.
En la zona que conecta con la pasarela posterior hay una cubierta que se mueve
manualmente.
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En el andamio se montan equipos tales como el dispositivo hidráulico para giro
del erector, la caja de mando y la caja de conexiones.
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2.3.8.- ERECTOR
La colocación de las dovelas se efectúa mediante un erector giratorio al cual se
le suministran, una por una, las distintas dovelas que componen un anillo. El erector va
situando las dovelas al mismo tiempo que los cilindros de propulsión se van retrayendo,
colocando así cada una en su posición y formando de esta manera un anillo completo.
Como innovación, Tizona dispone de un erector doble, pudiendo colocar dovelas
con una u otra mesa de succión, con lo que se optimiza el tiempo de colocación de
anillos y se mejora la productividad del ciclo de excavación y colocación de los mismos.
El erector está situado en el escudo de cola. Se monta en 2 vigas guía que se
extienden hacia atrás desde el larguero lateral de la zona posterior del soporte principal.
El erector se mueve mediante cilindros hidráulicos hacia delante y hacia atrás
1’65 m, junto con el andamio trasero descrito con anterioridad.
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Está provisto de 2 dispositivos de agarre por vacío. La rotación del erector se
produce mediante 4 motores hidráulicos. Los cilindros hidráulicos de extensión (en
dirección radial), de deslizamiento en la dirección de la excavación, de deslizamiento en
la dirección circunferencial, de alabeo, de giro y de cabeceo de cada uno de los brazos
se mueven de forma individual. Dispone también de unos cilindros que agarran la
dovela llave (para extender la zapata de vacío de ésta).
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Cada mesa está provista de 2 conos de guiado y de seguridad que proporcionan
resistencia y apoyo contra la fuerza externa tangencial que se aplica cuando se produce
el agarre de una dovela por la acción del vacío. Los conos se alinean e insertan en las
cajeras de la dovela y posteriomente se realiza su agarre utilizando las mesas de vacío.
El erector se acciona usando un radiomando, aunque posee otros sistemas para
casos de emergencia.
Su velocidad de giro puede alternarse entre 3 disponibles – alta, media o baja –
presionando una palanca. Normalmente gira a una velocidad de 1,4 r.p.m. Si la carga
aumenta, la velocidad puede reducirse hasta aproximadamente 1 r.p.m. Puede girar un
ángulo de 220g (grados centesimales) tanto hacia la izquierda como hacia la derecha. Un
limitador de la bobina de cable impide un giro excesivo.
2.3.9.- SISTEMA DE CORTE
Está formado por un mecanismo de excavación (cabeza de corte), otro de
sobreexcavación (“copy-cutter”) montado en la periferia de la cabeza de corte y los
dispositivos de accionamiento correspondientes.
2.3.9.1.-
MECANISMO DE EXCAVACIÓN
La cabeza de corte es el elemento frontal de la máquina. Tiene un diámetro
nominal de 15,01 m y una longitud de generatriz de 850 mm. Posee 4 brazos
(principales) y 12 semibrazos radiales (auxiliares), que son el soporte de las
herramientas de corte, encontrándose entre ellos las aberturas para el paso del material
excavado al interior de la cámara de escombros.
Su giro en ambos sentidos excava el terreno. Está equipada con las siguientes
herramientas de corte para la excavación (su diseño depende del material a excavar):
¾
Picas de corte
Están sujetas con pasadores a la superficie lateral del brazo. Se utilizan para
introducir el suelo excavado dentro de la cámara de escombros. La altura desde la
placa frontal es de 100 mm.
©
60
¾
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Cuchillas de corte
Se encuentran soldadas a la parte posterior de las picas de corte y al centro de los
brazos. Son de menor anchura y mayor altura que las picas de corte. Las secciones
de ángulo de inclinación y ángulo de espacio libre forman un arco circular. Este
diseño mejora el rendimiento de corte y la durabilidad de las picas de corte. La
altura desde la placa frontal es de 120 mm.
Las cuchillas también van soldadas en el anillo periférico de la cabeza de corte,
proporcionando una capacidad de corte eficaz de la periferia exterior, así como
protección del lado frontal del anillo periférico.
¾
Nariz de corte (“tail fish”)
Se utilizan para corte y excavación en el centro de la cabeza de corte y para
facilitar el movimiento de tierra y arena en la zona central. Los cortadores se fijan
mediante soldadura a la unidad.
¾
Picas de protección periférica
Evitan el desgaste de la periferia exterior del anillo periférico de la cabeza de
corte. Son de forma rectangular y tienen una longitud que abarca el espesor de la
cabeza de corte, a la que van soldadas.
¾
Cortadores de disco
Se trata de cortadores de triple disco, que van atornillados a los alojamientos
dispuestos a tal efecto en los brazos de la cabeza de corte.
Pueden desmontarse desde el lado de la cámara de escombros.
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¾
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Detectores de desgaste
Se montan en la parte trasera de las picas de corte y en el centro de los brazos. La
altura de los detectores es la misma que la de las picas de corte: 100 mm.
Permiten detectar el desgaste de las picas de corte. Cuando éste alcanza los 20 mm
establecidos o más, se produce una indicación de aviso de dicho desgaste.
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2.3.9.2.-
63
MECANISMO DE SOBREEXCAVACIÓN (“COPY-CUTTER”)
En la periferia de la cabeza de corte van montados 4 mecanismos de
sobreexcavación con control automático (de accionamiento hidráulico), que se utilizan
para rectificar posibles desviaciones de la trayectoria, tomar curvas en situaciones
extremas o en caso de bloqueos del escudo.
El mecanismo de sobreexcavación es un dispositivo que extiende, durante la
rotación de la cabeza de corte, el cortador denominado “copy-cutter”, realizando de ese
modo una sobreexcavación de la periferia del escudo en la cantidad y ángulo requeridos
para la construcción de curvas.
La cantidad de sobreexcavación máxima posible es de 100 mm sobre el diámetro
exterior del escudo. La extensión del “copy-cutter” aparece mostrada en el panel de
mando, en la cabina de control.
En cualquier momento pueden utilizarse 2 “copy-cutters”, permaneciendo otros
2 de repuesto.
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_______ Tuneladora “Tizona” ________________________________________________________
2.3.9.3.-
ACCIONAMIENTO PRINCIPAL
El accionamiento principal transmite el movimiento de giro del modo siguiente:
motor eléctrico con reductor → piñones de ataque → corona del rodamiento → tambor
cortador (“cutter drum”) → viga intermedia → cabeza de corte. Tanto la carga de
empuje como la carga radial aplicadas a la cabeza de corte son soportadas por el
rodamiento principal. En la actualidad se fabrican rodamientos de hasta 8,73 m de
diámetro, capaces de soportar cargas axiales de hasta 340.000 kN (casi 34.700 t).
El par motor aplicado a la cabeza de corte no es constante en la excavación. En
ciertas condiciones de terreno heterogéneo, puede variar de forma importante.
En este caso, el par motor máximo aplicado es de 85.700 kN.m, con una
velocidad de rotación de la cabeza de corte de 1,05 r.p.m. (variable entre 0 y 2,43
r.p.m.), y el mínimo de 37.000 kN.m a 2,43 r.p.m., siendo aconsejable no sobrepasar
el 60%, es decir, 51.420 kN.m.
Para disminuir el par motor, se debe elegir entre:
*
disminuir la velocidad de avance
*
aumentar la velocidad de rotación
*
aumentar el volumen de inyección de espuma
Las variaciones rápidas del par motor y las fluctuaciones importantes deben
señalarse imperativamente al responsable de la máquina, a fin de que pueda analizar su
origen. Estos fenómenos son, en general, indicadores de problemas de excavación, y
pueden provenir del terreno (naturaleza o humedad), pero también de la venida del
frente, la convergencia de la bóveda, el colmatado de las aberturas de la cabeza, la
presencia de objetos duros en el frente, etc. Cada caso deberá ser analizado en términos
de riesgo para la máquina, antes de tomar cualquier decisión relativa a tratar de eliminar
la causa o continuar en las mismas condiciones.
En los motores eléctricos del accionamiento equipados con reductores, la
velocidad de rotación se modifica mediante variadores de frecuencia. Si la velocidad de
rotación aumenta por encima de ese valor máximo, el par motor del cortador se reduce
basándose en el control de potencia constante.
En el caso que nos ocupa, el rodamiento principal, de más de 8’7 m de diámetro,
está formado por los siguientes elementos:
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¾
3 filas de rodillos capaces de soportar las cargas axiales, las radiales y las
provocadas por el par de vuelco que actúan sobre la cabeza de corte durante su
trabajo de excavación y avance. Dichas cargas suelen ser muy importantes en
tuneladoras EPB.
¾
La pista exterior con la corona principal tallada, sobre la cual engranan 28
piñones, solidarios cada uno a su correspondiente motorreductor y accionados
eléctricamente por medio de motores de velocidad variable.
¾
La cadena dinámica necesaria, capaz de transmitir a la cabeza de corte un par de
trabajo de 85.700 kN.m (8.745 t.m) y un par de desbloqueo de 127.000 kN.m
(12.960 t.m), compuesta por las siguientes partes:
*
28 equipos electrónicos de variación de frecuencia que regulan la velocidad
de giro de los 28 motores eléctricos
*
La potencia generada por estos motores es transformada a su vez mediante
28 reductores. Estos reductores hacen girar 28 piñones de 16 dientes cada
uno …
*
... que a su vez hacen girar la corona principal de 8,64 m de diámetro
primitivo en cuya pista exterior lleva tallados 270 dientes.
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_______ Tuneladora “Tizona” ________________________________________________________
Este rodamiento principal va protegido por dos conjuntos de sellado, uno
interior y otro exterior, compuesto cada uno de ellos por 3 filas de sellos tetralabiados y
2 filas de sellos monolabiados. Su disposición, junto con los separadores
correspondientes, forman 4 cámaras que evitan la entrada de materiales externos, agua,
arena, etc., al rodamiento. Los anillos de fricción sobre los que deslizan dichos sellos se
encuentran refrigerados con agua para aumentar su durabilidad y eficacia.
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La corona del rodamiento se lubrica con aceite mediante un ”bus” de aceite. Este
circula continuamente, reduciendo la resistencia de rozamiento y evitando el
calentamiento (suministro de aceite automático).
La empaquetadura de sellados se monta en las partes giratorias para evitar la
infiltración de agua subterránea, tierra y arena. La zona se lubrica de manera continua
con grasa para empaquetaduras de sellado.
La unidad de accionamiento está provista de un mecanismo que enfría con agua
la zona de contacto de la empaquetadura de sellados y el conjunto motorreductor.
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2.3.10.- JUNTA GIRATORIA Y PUERTOS DE INYECCIÓN
En la cabeza de corte va montada una unión giratoria para las tuberías que se
extienden desde el interior del escudo hasta la cabeza de corte. La unión se monta
directamente sobre el centro de la cabeza de corte y pasa a través del eje del agitador de
tierras.
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Las tuberías que pasan a través de la unión giratoria suministran la espuma, el
agua, la suspensión de bentonita, los aditivos químicos para inyectar en el frente de
excavación (facilitan el tratamiento, la sostenibilidad y la mezcla del terreno), los
aceites de los cilindros hidráulicos de los útiles de sobreexcavación y del detector de
desgaste de picas; y las grasas necesarias para lubricar dichos útiles, el eje del agitador
de tierras y la propia junta giratoria, así como otra tubería para drenaje de esta última
grasa.
Cada tubería está provista de un dispositivo anti-retorno redundante (válvula de
plato y aleta y banda de goma).
2.3.11.- CÁMARA DE TIERRAS Y AGITADOR CENTRAL
El material excavado por la cabeza de corte pasa a una "cámara de presión de
tierras", donde es amasado por un "agitador central de tierras" de 3 brazos y 5 m de
diámetro, además de haber sido ya removido por barras agitadoras situadas en la propia
cabeza de corte y en el mamparo. Todo ello proporciona una mezcla muy homogénea de
los escombros, facilitando la transmisión hidráulica de los mismos.
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72
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En modo cerrado de excavación la cantidad de agua contenida en el terreno y
extraída por el tornillo sinfín debe estar comprendida entre el 25 y el 40% en peso. Por
debajo de este valor, la mezcla terreno - agua en la cámara es difícilmente manejable,
por lo que habría que recurrir a inyectar agua en la cámara.
Por encima del 30%, sin embargo, la mezcla es demasiado líquida y difícilmente
se asegura la estanquidad del tornillo sinfín.
Gracias a esta cámara se consigue un confinamiento artificial del terreno
excavado, permitiendo controlar posibles asentamientos en superficie, así como una
irrupción brusca de tierras.
La presión en la cámara sirve para:
*
equilibrar la presión hidrostática del nivel freático
*
equilibrar la presión horizontal del terreno
*
participar en el sostenimiento de la bóveda, con el objetivo de evitar
sobreexcavaciones
La presurización de la cámara se produce por la entrada y salida del material de
la misma, y viene determinada por:
*
la velocidad de avance
*
las revoluciones de la cabeza de corte
*
la adición de espuma, lodo bentonítico o aditivos químicos
*
las revoluciones del tornillo sinfín
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Dicha presión ha de estar controlada en todo momento (ni mayor ni menor de la
necesaria), por lo que se mide de forma continua mediante 8 sensores de presión.
El agitador es accionado por 5 motores eléctricos equipados con engranajes
reductores. El par motor se transmite a la corona de giro del agitador a través de 5
piñones de ataque. La velocidad de rotación del agitador es variable y se basa en un
control VFD(1).
2.3.12.- SENSORES DE PRESIÓN DE TIERRAS
En el mamparo se montan 8 detectores de presión de tierras para medir la
presión en el lado del frente, disponiéndolos circunferencialmente en ubicaciones
simétricas respecto al eje vertical.
Estos detectores utilizados tienen un diámetro de la superficie sensible a la
presión de 86 mm.
1
Variable-frequency drive
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2.3.13.- TORNILLO SINFÍN Y COMPUERTAS
La tierra y la arena excavadas e introducidas por la cabeza de corte dentro de la
cámara de tierras se extraen por medio de un único tornillo sinfín montado en la parte
inferior del mamparo. En esta parte se dispone una compuerta, de doble puerta, que se
abre por medio de cilindros hidráulicos.
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Para extraer el material de la cámara de tierras el sinfín consta de una hélice
apoyada en un extremo y flotante en el otro, accionada por 6 motores hidráulicos a
través de los reductores correspondientes.
Puede girar en ambos sentidos. En condiciones normales, sin embargo,
solamente se usa la rotación normal (sentido de las agujas del reloj). La rotación inversa
se utiliza en situaciones de emergencia, como por ejemplo en caso de retención. La
velocidad de rotación puede ajustarse.
La camisa del tornillo sinfín está equipada con 5 toberas de inyección y 6
escotillas de inspección, así como 4 sensores de presión de tierras. Estos sensores
permiten conocer el grado de compactación del suelo a lo largo del tornillo sinfín.
La cámara de engranajes se lubrica por medio de un baño de aceite y los
rodamientos con un baño de grasa. La zona de cierre estanco se lubrica
automáticamente con grasa.
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Los cilindros de mantenimiento del tornillo sinfín tienen un recorrido de 1’5 m,
si bien usualmente está limitado a 0,5 m.
El escombro es conducido hasta una compuerta regulable, por donde sale hacia
la cinta transportadora, que es la encargada de trasladar el material extraído de la
excavación. Esta compuerta (de guillotina) se encuentra en la parte inferior del extremo
posterior del tornillo.
El panel de la compuerta se abre y cierra por medio de los cilindros hidráulicos
que la accionan. La apertura se ajusta de acuerdo con el estado del suelo descargado,
pudiendo identificarse desde la cabina de control. Se dispone de un acumulador para
cerrar la compuerta en caso de fallo de energía, si bien puede cerrarse también
manualmente abriendo y cerrando la válvula de parada.
2.3.14.- CONDUCTOS DE INYECCIÓN DE RELLENO (MORTERO)
El escudo de cola dispone de 24 conductos (12 activos y 12 de repuesto)
distribuidos circunferencialmente por los que se inyecta mortero desde su interior, hasta
el trasdós del anillo de dovelas.
2.3.15.- DISPOSITIVO PARA EL TRATAMIENTO DEL FRENTE
Es un taladro - sonda montado en el erector. Mediante la rotación de éste, el
taladro - sonda permite realizar exploraciones de reconocimiento en el frente de
excavación, así como proceder a su tratamiento si es necesario (terrenos inestables)
mediante inyecciones.
Se posiciona girando el erector y ajustando la elevación por medio de las
correderas y cilindros, y la perforación se lleva a cabo desde las válvulas y conductos en
la dirección radial del mamparo.
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2.3.16.- DETECTOR DE COLAPSO DE TIERRAS
En la parte exterior delantera más alta del escudo se dispone un detector de
colapso de tierras. Este dispositivo revela si la masa de terreno está suelta, y por tanto
apoyada en la tuneladora.
El detector de colapso de tierras detecta la fuerza de reacción del terreno durante
la excavación y el estado del mismo, midiendo la presión de aceite y el recorrido. La
medida puede realizarse hasta una distancia de 190 mm del diámetro exterior del cuerpo
del escudo.
2.3.17.- ESCLUSA DE PERSONAL
El escudo está provisto de una esclusa doble dispuesta en paralelo en la parte
superior del anillo del escudo.
Se utiliza como cámara de compresión - descompresión por el personal que
accede hacia o desde la cámara de escombros respectivamente, que suele encontrarse
presurizada.
Además de conductos de aire, tuberías de escape, válvulas y apliques para
alumbrado, se dispone de conexiones finales dentro y a través de la esclusa: suministro
de energía para máquina de soldadura, toma de tierra, toma para alumbrado con
proyectores, conexiones de oxígeno y conexiones de gas.
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2.3.18.- ESCLUSA DE MATERIAL
El escudo está provisto de 2 esclusas de material en la parte superior del exterior
del agitador central.
Dentro de estas esclusas se
cuenta con un dispositivo de
acompañamiento para transportar
equipos y materiales, que puede
moverse manualmente desde el lado
no presurizado hacia el interior de la
cámara de escombros.
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2.3.19.- ASCENSOR
Delante del larguero del lado derecho del
cuerpo trasero se monta un ascensor con capacidad
para moverse entre los pisos 1 y 3.
Este ascensor se mueve basándose en un
método de cremallera y piñón. Con fines de
seguridad se disponen también dispositivos
amortiguadores en la parte superior e inferior de la
caja del ascensor.
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2.4.- BACK-UP
2.4.1.- ESTRUCTURA
Se trata de un back-up abierto de doble vía, desescombro por cinta y dotado de 7
carros (gantries) conectados entre sí mediante uniones articuladas. El back-up se
concibe y fabrica para actuar como soporte logístico y material de la máquina EPB y, al
mismo tiempo, facilitar el trabajo del personal de Obra.
Los carros se estructuran en 2 niveles, exceptuando los carros 1 (el más cercano
al escudo), 3 y 7, que disponen de 3 niveles. En el 1er nivel los carros 1, 2 y 3 sólo
poseen pasillos laterales para posibilitar el recorrido de la grúa de dovelas (encargada de
llevar las dovelas desde los trenes de suministro hasta el alimentador de dovelas), que se
desplaza a lo largo de su eje longitudinal, suspendida sobre raíles de la parte superior
del 2º nivel.
El resto de carros, aparte de los pasillos laterales, dispone en este 1er nivel de
puentes de interconexión entre ambos pasillos. Cabe reseñar también que el carro 4
presenta en este nivel una plataforma a una cota ligeramente superior a la de los pasillos
laterales sobre la que se coloca el sistema de refrigeración, el sistema de desagüe y el
comedor.
El 2º nivel en todos los carros está constituido por pasillos laterales y una
plataforma central sobre la que se posicionan los equipos. El 3er nivel, en los carros que
lo poseen, está constituido por una plataforma central en la que se fijan los equipos.
La estructura metálica de todos los carros está constituida por módulos formados
por perfiles soldados unidos entre sí por medio de tornillos de alta resistencia, lo que
facilita su transporte, montaje y desmontaje. De forma genérica, en cada uno de los
carros están instalados los siguientes equipos y sistemas:
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Equipos
Carro
Carro 1
Cabina de control
Sistema de aire respirable
Sistema de inyección de mortero
Variador del agitador
VFD nº 3
Cinta C-2
Carro 2
Sistema eléctrico
Cinta C-3
Sistema de tensado cinta C-2
Carro 3
Sistema de engrase
Sistema hidráulico
Carro 4
Sistema de trasiego de mortero
Sistema de espuma
Sistema de aire comprimido industrial
Transformador de baja tensión
Puente grúa de descarga de los vagones de mortero
Enrollador de media tensión
Interruptor general
Carro 5
Sistema de agua industrial
Sistema de desagüe
Comedor
Enrolladores de manguera
Sistema de bentonita
Carro 6
Taller
Sistema de alargamiento de la cinta continua
Carro 7
Sistema de ventilación
Sistema de captación de polvo
Polipastos colocación del cassette de ventilación
El alimentador de dovelas al erector está posicionado en la parte inferior del
puente de conexión EPB / back-up.
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Los carros se desplazan directamente sobre las dovelas colocadas por el EPB,
por medio de bogíes guiados hidráulicamente. Para evitar desplazamientos indeseados
en las dovelas recién colocadas, la carga máxima por eje de los bogíes transmitida a las
dovelas es de 12 t.
Esta limitación determina el número de bogíes por carro de la siguiente manera:
*
carro 6:
4 bogíes de eje simple (2 a cada lado, situados en la parte
delantera y final de la plataforma)
*
resto de carros:
6 bogíes de doble eje (3 a cada lado, situados en la parte
frontal, intermedia y final del carro)
Cada bogí doble dispone de 2 cilindros hidráulicos de guiado, y cada bogí
simple de 1, lo que hace un total de 84 cilindros. El accionamiento de los cilindros se
realiza eléctricamente por medio de una botonera de conexión rápida.
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2.4.2.- FUNCIONES
Los principales sistemas del back-up se describen a continuación:
2.4.2.1.-
SISTEMA DE MORTERO
El objetivo de este sistema es inyectar mortero en el espacio existente entre el
terreno excavado y el anillo de dovelas que va colocando la máquina a lo largo de su
avance, con el fin de evitar asentamientos del terreno que podrían provocar la rotura del
anillo de dovelas.
En este caso, este sistema se divide en dos subsistemas:
¾
Sistema de trasiego
Trasvasa el mortero que procede del portal del túnel en trenes de suministro a 2
tanques fijos de 12 m3 provistos de agitadores sobre la estructura del back-up (en
carro nº 1). Este subsistema consta además de 4 bombas de pistones y 2 grupos
hidráulicos que accionan las bombas (en carro nº 4).
¾
Sistema de inyección
Inyecta el mortero desde los 2 tanques fijos mencionados en el punto anterior al
trasdós del anillo de dovelas. Este subsistema está formado por 6 bombas de
pistones dobles (lo que da un total de 12 líneas de inyección) y 4 grupos
hidráulicos (cada grupo acciona 3 pistones).
Cada una de las 12 líneas de inyección dispone de un manómetro y de un
caudalímetro electromagnético a situar en la salida de las bombas, así como un
transmisor de presión colocado próximo al punto de inyección (cabeza de la
máquina).
2.4.2.2.-
SISTEMA DE ESPUMA
Este sistema aporta espuma y polímero a la cabeza de la máquina, a la cámara de
escombros y al tornillo sinfín, para adecuar las propiedades físico-químicas del terreno
excavado, consiguiendo con ello:
*
disminuir el par motor necesario en la cabeza de corte
*
reforzar la estanquidad al agua del terreno
©
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*
facilitar la extracción del material de la cámara de escombros, pues homogeneiza
la mezcla en la cámara, rellenando los huecos creados por el esponjamiento del
terreno y “envolviendo” las partículas de material excavado, con lo que disminuye
su rozamiento interno y se consigue la similitud del escombro con un fluido
*
reducir el desgaste de los elementos en contacto con el terreno, pues disminuye el
coeficiente de rozamiento del terreno con el acero, además de evitar su adherencia
Consta de tanques y bombas dosificadoras para el agente espumante y para el
aditivo (independientes), unidades de generación de espuma (cañones) y una bomba
dosificadora de polímero.
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La dosificación de cada elemento que compone la espuma se realiza en función
del avance de la tuneladora y los parámetros fijados por los controles situados en la
cabina de control.
En cada una de las 8 unidades de generación de espuma se dosifica el agente
espumante y el aditivo con sus correspondientes bombas dosificadoras, y se inyecta aire
comprimido y agua para generar la espuma, que se conduce por medio de tuberías a la
junta giratoria (para la cabeza de corte) y a los distintos puntos de inyección de la
cámara de escombros y del tornillo sinfín.
Todos los elementos están situados en el carro nº 4 excepto los cañones de
espuma, que están situados en la cabeza de la máquina.
2.4.2.3.-
SISTEMA DE BENTONITA
Este sistema inyecta una suspensión de bentonita a la cabeza de corte para el
sostenimiento del frente de excavación durante las labores de mantenimiento de esta.
También dispone de la posibilidad de inyectar bentonita en el escudo intermedio de la
cabeza, en caso de que sea necesario, con el fin de disminuir la fricción entre la carcasa
de la máquina y el terreno en los movimientos de avance de la tuneladora.
Cuando la bentonita se emplea como sostenimiento se inyecta a través de la
junta giratoria. Cuando es como lubricante se inyecta a través de puertos dispuestos
radialmente en la carcasa de la máquina.
El sistema consta de un tanque de almacenamiento de 16 m3 dotado de
agitadores y sensores de nivel, y 5 bombas de tornillo de velocidad variable para la
inyección de la bentonita.
2.4.2.4.-
SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO RESPIRABLE
Proporciona aire comprimido respirable a las cámaras hiperbáricas (esclusas de
personal) situadas en el escudo delantero, a la cámara de escombros y a las esclusas de material,
cuando se realizan intervenciones de mantenimiento en la cabeza de corte bajo presión.
Los principales elementos de este sistema son 3 compresores (uno de ellos de
repuesto), 1 tanque pulmón, 3 filtros en serie con carbón activado (eliminan las partículas
y el aceite que porta el aire comprimido tras su salida de los compresores) y el sistema de
control de presión encargado de mantener regulada la presión en la cámara hiperbárica.
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2.4.2.5.-
SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO INDUSTRIAL
Suministra aire comprimido industrial al sistema de espuma, las bombas de
grasa, y a las herramientas y sistemas que lo utilizan como fuerza motriz. Lo forman 3
compresores (uno de ellos de repuesto), 1 tanque pulmón, un secador para eliminar la
humedad en el aire comprimido y una cadena de filtrado para la eliminación de
partículas.
2.4.2.6.-
SISTEMA DE AGUA INDUSTRIAL
Proporciona agua en las condiciones necesarias de caudal, presión y temperatura
que permitan el funcionamiento de todos los sistemas que integran el back-up y la
TBM. Para ello consta de un tanque de almacenamiento para agua fría y otro para agua
caliente, 40 m de manguera enrollada para conectar el sistema a la tubería de
alimentación fijada al túnel, y grupos de bombeo para la alimentación de los diferentes
circuitos: refrigeración de los compresores de aire, sellos hidráulicos, variadores de
frecuencia, motores del accionamiento principal y reductores; para el sistema de
espuma, las bombas de presión y servicios varios.
2.4.2.7.-
SISTEMA DE AGUAS RESIDUALES
Su finalidad es evacuar hacia el exterior el agua procedente del terreno, en caso
de que exista, y el agua en exceso procedente de los distintos sistemas de inyección de
la máquina. Para ello posee un tanque, una manguera de 40 m conectada a la tubería
fijada al túnel, grupos de bombeo y grupos motobomba.
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2.4.2.8.-
89
SISTEMA DE CINTAS TRANSPORTADORAS
Evacúa el material excavado procedente del tornillo sinfín hasta la cinta fija al
túnel que lo llevará al exterior del mismo. Está formado por 2 cintas: una primera,
longitudinal, que parte de las vigas del erector, recoge el material procedente del tornillo
y lo lleva hasta la parte trasera del carro nº 2 (con una capacidad de 1.800 t/h y que
dispone de un doble sistema gravimétrico de pesaje, un sistema volumétrico mediante
láser y otro sistema detector de metales), y otra segunda, transversal, que trasvasa el
material desde la descarga de la cinta anterior hasta la cinta fija situada en las paredes
del túnel.
2.4.2.9.-
DESCARGADOR RÁPIDO DE DOVELAS
Este dispositivo agiliza la descarga de dovelas del tren de suministro y actúa
como un almacén móvil desde el que la grúa puede cogerlas para colocarlas sobre el
alimentador. Básicamente consiste en una estructura metálica dotada de cilindros
hidráulicos que, una vez que el tren se encuentra posicionado sobre ella, se elevan,
descargando las dovelas del tren. De esta forma el tren se libera de ellas y puede
retirarse. Esta estructura es arrastrada por el back-up mediante un sistema de poleas.
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2.4.2.10.- GRÚA DE DOVELAS
Consta de un bastidor en el que se encuentran los dispositivos de elevación y
traslación, y de una pieza que coge las dovelas desde el tren de suministro o desde el
dispositivo de descarga rápida y las transporta y dispone sobre el alimentador de
dovelas.
Tiene una capacidad de carga de 30 t, lo que posibilita que pueda cargar 2
dovelas simultáneamente. Se desplaza por la parte central de los 3 primeros carros
mediante 2 vigas carrileras.
Su accionamiento se realiza por medio de un radio mando que porta el operador,
si bien existe la posibilidad de que, en caso de avería del radio mando, se pueda
accionar mediante botonera.
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2.4.2.11.- ALIMENTADOR DE DOVELAS
Este dispositivo, con capacidad para el almacenamiento de un anillo completo de
dovelas (10 piezas), alimenta de las mismas al erector desde la parte delantera del
back-up, para que puedan ser colocadas, mediante el sistema de vacío de aquel, en su
posición dentro del anillo de dovelas.
Está formado por 2 bastidores metálicos: uno inferior, que se desplaza (por
medio de bogíes) arrastrado por la tuneladora sobre los anillos de dovelas ya colocados,
y otro superior, que se mueve (mediante ruedas de acero y merced a un cilindro
hidráulico de 2,4 m de carrera) sobre unas vigas carrileras situadas en la parte superior
del bastidor inferior.
El sistema hidráulico que posibilita el movimiento de las dovelas está formado
por una central hidráulica dotada de una bomba de 30 kW de caudal variable, 40
cilindros de elevación, un cilindro de traslación y un cilindro de emergencia.
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2.4.2.12.- OTROS SISTEMAS
Aparte de los sistemas principales descritos anteriormente, el back-up está
equipado con una serie de servicios auxiliares como:
*
sistema de detección de gases: encargado de alertar ante posibles situaciones de
riesgo como consecuencia de la existencia en el terreno de gases inflamables y/o
peligrosos
*
sistemas de teléfono, vídeo y megafonía: estos sistemas permiten al operador
controlar, mediante pantallas colocadas en la cabina de control, los puntos que
entrañan mayor riesgo como pueden ser las descargas de las cintas, la descarga de
materiales del tren, etc.; y avisar a los operarios de cualquier anomalía
*
sistema de comunicación con el exterior: permite un intercambio continuo de
información entre la superficie y la máquina
*
sistema contraincendios: evita o al menos minimiza las consecuencias de un
posible incendio
*
generador diésel: permite mantener las funciones vitales de la máquina en caso de
fallo en el suministro eléctrico
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2.5.- CICLO DE TRABAJO
Una vez colocado un anillo se dispone la maquinaria para realizar un nuevo
avance de la tuneladora. Este lo proporciona el empuje de los 57 cilindros hidráulicos,
denominados "cilindros principales de empuje", que transmiten dicho esfuerzo hasta el
frente de excavación a través de los llamados "cilindros de articulación", que son 46
cilindros hidráulicos situados entre el escudo delantero y el de cola, que permiten
afrontar trazados curvos con radios mínimos de hasta 350 m.
La puesta en marcha de los distintos elementos se realiza en el orden siguiente:
*
cinta transportadora del túnel
*
cinta transportadora nº 2 (entre cinta nº 1 y cinta del túnel)
*
cinta transportadora nº 1 (la adyacente al tornillo sinfín)
*
tornillo sinfín
*
rotación cabeza de corte
*
central hidráulica, cilindros hidráulicos de empuje
*
central de mortero, inyectando mortero por las 12 líneas
*
bomba de inyección de mástic
©
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La alimentación de dovelas al frente se realiza mediante trenes de suministro. El
anillo se conforma en la cola de la tuneladora, sirviendo de revestimiento del túnel y al
mismo tiempo de elemento de reacción para el avance de la máquina.
Llega el tren a la parte de atrás de la tuneladora. Se transporta el contenedor de
mortero que viene en el vagón al back-up de la máquina, conectando la tubería de
trasvase a dicho contenedor y bombeando el mortero desde el mismo al depósito fijo,
con agitador, situado en el back-up.
Mediante el sistema de descarga rápida de dovelas se descargan éstas del tren
(estas dovelas constituirán el siguiente anillo) y se vuelve a cargar sobre dicho tren el
contenedor de mortero ya vacío. A partir de ese momento se puede iniciar la
excavación.
Esta comienza con el giro de la cabeza de corte. El mecanismo encargado de
hacerla girar, también llamado "motorización", está formado por el rodamiento principal
y los grupos motorreductores, que le transmiten el par necesario para la excavación del
material y el amasado del escombro en el interior de la cámara de tierras.
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En las tuneladoras EPB dicho par de trabajo es muy elevado, llegando a alcanzar
valores superiores a 85.000 kN.m (8.700 t.m) para escudos de algo más de 15 m de
diámetro.
La cabeza de corte comienza a girar y los 57 cilindros hidráulicos de empuje,
situados en el perímetro interior del escudo de cola, empujan sobre el último anillo
colocado, impulsando el escudo hacia adelante. El terreno se excava, mediante las
herramientas de corte de que dispone la cabeza, y entra por sus aberturas a la cámara de
escombros, desde donde se sacará con el tornillo sinfín.
En este modo, se aprovecha el propio suelo excavado para la estabilización del
frente. El sistema de extracción del material de la cámara de escombro permite
mantener una presión de confinamiento en la misma.
El tornillo sinfín extrae el material excavado. En el inicio de la excavación,
dicho tornillo no gira y, por tanto, no extrae escombro de la cámara. De este modo, se
consigue que ésta se llene con la mezcla del material excavado, del agua nativa o
añadida y de la espuma siministrada para tal fin. Estos ingredientes son mezclados por
los batidores de la cabeza, el agitador central y las barras de mezclado.
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_______ Tuneladora “Tizona” ________________________________________________________
Al no extraer de la cámara el material excavado, a medida que la excavación se
desarrolla la presión de la mezcla en la cámara de escombros aumenta hasta alcanzar la
presión de tierra deseada en el frente. Entonces se pone en funcionamiento el tornillo
sinfín, ajustando su velocidad de rotación, de tal modo que se consiga el equilibrio entre
el caudal de material entrante (terreno + agua + espuma) y el saliente, para mantener
dicha presión. La pérdida de carga a lo largo del tornillo sinfín mantiene la diferencia de
presión entre la entrada (presión en la cámara de escombro) y la salida de éste (presión
atmosférica).
Excavar con la tuneladora requiere llenar la cámara de tierras con material y
controlar la velocidad de rotación de la cabeza de corte, la fuerza en los cilindros
hidráulicos de empuje, las revoluciones del tornillo sinfín y la presión de tierras en el
frente.
Si cambian los parámetros de excavación, la velocidad de rotación de la cabeza
de corte, el empuje o el volumen de productos inyectados, hay que variar la velocidad
angular del tornillo para conservar la presión constante en el frente de excavación.
En modo de colocación de dovelas o en parada, se tiene que inyectar espuma
cada cierto tiempo para compensar fugas.
El material pasa del sinfín a la cinta nº 1 y de ésta a la nº 2, vertiendo finalmente
sobre la cinta del túnel. Al producirse el avance del escudo, la cola del mismo va
retirándose del anillo, que entra en contacto con el terreno mientras se inyecta el
mortero, que rellena el sobreancho excavado.
El operador de la tuneladora dirige el guiado, controlando los parámetros
necesarios en cabina. Con la medida de la carrera de los cilindros hidráulicos de empuje
comprueba que la longitud excavada se corresponde con el peso del escombro que pasa
por la cinta nº 1, mediante las estaciones de pesaje de que dispone dicha cinta. Es muy
importante este control para comprobar la estabilidad del frente de excavación.
La excavación finaliza cuando se llega a la longitud de carrera establecida,
permitiendo la colocación del siguiente anillo de dovelas.
El erector giratorio aprehende mediante “vacío” y va colocando las dovelas que se
le suministran, de una en una, empezando por las 7 piezas “normales” y acabando con las
dovelas de contrallave y, por último, la de llave, con lo que quedará conformado y cerrado
el nuevo anillo. Para colocar cada pieza deben retraerse primero los cilindros de empuje
de ese área, para acabar al final todos ellos retraídos, y listos para el siguiente empuje.
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____________________________________________________ Tuneladora “Tizona” _________
Las
dovelas
son
de
hormigón prefabricado con fibras
de polipropileno y se unen entre sí y
con el anillo anterior mediante
tornillos y otros elementos de
fijación, y al terreno por medio de
una inyección de mortero entre el
anillo y la sección de excavación
realizada.
Hay además una pieza de
solera que apoya sobre el anillo y
sirve de soporte a las vías.
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