Tuneladoras ampliación de Metro 2003-2007

LA EJECUCIÓN DE TÚNELES CON TUNELADORA EN EL PLAN DE
AMPLIACIÓN DE LA RED DEL METRO DE MADRID 2003-2007
Jesús Trabada Guijarro
Dr. Ingeniero de Caminos. Consejero Delegado
Madrid Infraestructuras del Transporte (MINTRA). Comunidad de Madrid (España)
Felipe Mendaña Saavedra
Dr. Ingeniero de Caminos.
Asesor de túneles de MINTRA-SPICC (España)
Ramón Fernandez Martinez
Ingeniero Técnico Industrial
Asesor de túneles de MINTRA-SPICC (España)
Noelia Alonso Fernández
Ingeniera de Caminos.
Unidad de control y seguimiento de túneles de MINTRA (España)
RESUMEN
En el presente artículo se describen los trabajos realizados en el Plan de
ampliación de la Red del Metro de Madrid 2003-2007, centrándose en los
más de 40 km de túnel que se están construyendo con tuneladora. Gracias al
trabajo de 10 máquinas tuneladoras, se han finalizado en plazo los 40,8 km
previstos inicialmente en el Plan, que incluían la prolongación de la Línea 8
hasta la Terminal T-4 del aeropuerto de Barajas.
Dadas las características de los terrenos de Madrid, se describen los trabajos
realizados en todas las obras, diferenciando dos grandes grupos. Por un lado,
las tuneladoras que han trabajado en el Norte de Madrid, atravesando los
suelos típicos de la Facies detrítica, y por otro las máquinas que ha perforado
las peñuelas y yesos del Sureste de Madrid.
Finalmente, se comentan los resultados en cuanto a rendimiento y producción
de las máquinas, así como las conclusiones positivas que se pueden extraer
de la perforación de 40 km, operando en diferentes frentes de ataque dentro
de una misma ciudad.
1
1.
INTRODUCCIÓN
El Plan de Ampliación de la Red del Metro de Madrid 2003-2007 contempló
tres objetivos fundamentales:
•
El primero de ellos fue aumentar significativamente la cobertura, mediante
Metro, de la ciudad de Madrid y su área metropolitana.
•
El segundo fue la mejora de la conectividad del conjunto de la red
ferroviaria de Madrid así como aumentar la densidad de estaciones en la
red preexistente.
•
El tercero fue la implantación del Metro Ligero en la región de Madrid
El aumento significativo de cobertura, mediante metro convencional y metro
ligero se asignó básicamente a un conjunto de Prolongaciones de líneas
preexistentes.
Dichas prolongaciones se distribuyeron homogéneamente en el Norte, el
Este, el Sur y el Oeste de la Ciudad de Madrid y su Área Metropolitana. Así
tenemos por el Norte la prolongación de la Línea 10 (METRONORTE) con un
recorrido próximo a los 16 km desde Fuencarral hasta San Sebastián de los
Reyes, pasando por los barrios de Tres Olivos, Montecarmelo y Las Tablas,
de la Ciudad de Madrid para, posteriormente, recorrer los municipios de
Alcobendas y San Sebastián de los Reyes.
El Plan de Ampliación de la red del Metro de Madrid 2003-2007 ha supuesto,
con una inversión de 4.352 millones de Euros, poner en servicio, antes del
final de la presente legislatura, mayo de 2007, 82,9 kilómetros de nueva red
de Metro, de la cual 64,7 kilómetros son subterráneos. Para la ejecución de
los correspondientes túneles se han utilizando diferentes métodos
constructivos en función de las características del trazado, del terreno
existente en el subsuelo a atravesar y del tipo de urbanización y edificación
existentes en superficie. Así, se han utilizado el denominado Método
tradicional de Madrid, el sistema de excavación entre pantallas, y la
perforación mediante tuneladora.
Con fecha 30 de octubre de 2006, se habían ejecutado un total de 39,7 km
con tuneladora, gracias al trabajo de 10 máquinas tuneladoras, operando en
doce frentes de ataque distintos. En diciembre 2006 se completaron los 40,7
km previstos inicialmente en el plan, al incluir la prolongación de la Línea 8
hasta la nueva Terminal 4 de Barajas, un tramo de 1300 m entre el pueblo de
Barajas y la Terminal.
Las tuneladoras, trabajando en tres turnos diarios los siete días de la semana
y sin mas interrupciones que las derivadas de las necesarias operaciones de
mantenimiento o reparaciones, avanzan de forma continua excavando el
2
terreno tras fluidificarlo, recubren el túnel con el revestimiento definitivo y
rellenan el trasdós del mismo con lechada de cemento o mortero para evitar
la presencia de huecos, de forma que una vez ha finalizado su trabajo, sólo
resta una adecuada limpieza, y el montaje de vía, de la alimentación eléctrica
de los trenes, de las señales y de las comunicaciones.
Tabla 1. Tuneladoras por tramos
OBRA
TRAMO
TUNELADORA
Longitud
total de
túnel (m)
LINEA 1
CARPETANA
LINEA 5
CARPETANA
2013
LINEA 11
EXCAVOLINA
2152,5
TRAMO II
ROMPEARENAS
4029,6
TRAMO III
MASCASTIZA
LEGAZPI-S.CRISTOBAL
GUSTER
LINEA 7
LINEA 3
S.CRISTOBAL-VILLAVERDE ADELANTADA
LINEA 1-4
VERNE
METRONORTE TRAMO 2B
METROMACHINE
2601
5583
4300,5
2488,5
3090
4885,5
TRAMO 1B
MADILADORA
3843
TRAMO 1C-2A
CHOTIS
4476
ADELANTADA
1320
LINEA 8-TERMINAL 4
En ninguna ocasión anterior, en Europa, han coincidido trabajando diez
tuneladoras en la misma ciudad en un mismo proyecto, como ha ocurrido en
Madrid. Ello ha supuesto el trabajo simultáneo directo de unas 1.200
personas con un alto nivel de especialización en el conjunto de las 10
máquinas tuneladoras y un consumo medio de energía equivalente al de una
ciudad de 40.000 habitantes. Resulta evidente que tal despliegue de medios
técnicos y humanos, que permite ejecutar mas de 150 metros de túnel en un
dia, requiere un paralelo y muy elevado nivel técnico de control de todo el
proceso por parte de la Comunidad de Madrid de forma que, en todo
momento, se evalúe de forma adecuada el torrente de información que
proviene del conjunto de las obras y se esté en condiciones de tomar
decisiones sobre la marcha que, en todo caso van a orientarse a conseguir
una mayor seguridad de los trabajadores y del entorno próximo a las obras.
En este sentido, es necesario señalar que se han instrumentado cerca de
10.000 puntos de control en edificios y vías públicas, que han sido
controlados más de 200.000 veces con un volumen de datos superior al
1.000.000.
En la figura 1, se representan todos los túneles que se ejecutan en la
presente ampliación, destacando los tramos realizados con tuneladora.
2.
ASPECTOS GENERALES EN LA CONSTRUCCIÓN DE TUNELES
CON TUNELADORA EN EL METRO DE MADRID.
Las tuneladoras empleadas en la construcción de los túneles del metro, son
del tipo EPB (Escudo de Presión de Tierras), siendo ésta la tipología
adecuada para la excavación de los suelos de Madrid. Este tipo de máquina
permite la excavación del terreno, sosteniendo el frente de excavación con el
3
escombro excavado y puesto a presión dentro de la cámara de escombro,
regulando la extracción de material mediante un tornillo sinfín.
En la presente Ampliación, se han utilizado las máquinas empleadas en
anteriores Ampliaciones, junto con otras tres máquinas nuevas y otra de
segunda mano, adquiridas para completar la ejecución de los 39,4 km. Ocho
de las máquinas citadas tienen un diámetro de excavación de 9,40 m y
construirán los tramos de doble vía de ancho convencional. Las otras dos
tienen diámetros algo inferiores (8,90 m y 7,40 m) por estar destinadas,
respectivamente, a construir las líneas de gálibo estricto y los tramos
diseñados en “doble tubo”.
Todos los túneles de 9,40 m utilizan un revestimiento de dovelas
prefabricadas de hormigón, de un diámetro exterior de 9,07 m; diámetro
interior de 8,43 m y espesor de 32 cm. El anillo de dovelas es de tipo
universal y a diferencia de las dovelas utilizadas en anteriores ampliaciones,
se han incorporado fibras metálicas en la dosificación del hormigón para
disminuir las fisuras y roturas en las dovelas, inducidas por el aumento
necesario del recubrimiento de las armaduras para la protección contra el
fuego de la estructura de los túneles. En el caso de la tuneladora de 8,90 m
de diámetro el anillo también es universal, sin embargo en la de 7,40 m se
utilizan los anillos a “izquierda” y a “derecha”.
Estas máquinas, en general, tanto durante su funcionamiento como en su
revisión para posteriores obras, van sufriendo modificaciones y mejoras de
acuerdo a las experiencias obtenidas en la propia obra. Por ello, de acuerdo
con la experiencia adquirida durante la ejecución del Proyecto Metrosur en
los terrenos yesíferos, tanto en las máquinas nuevas como en las ya
utilizadas, se realizaron una serie de mejoras importantes para afrontar con
éxito la excavación de los tramos en este tipo de terreno. Este tema es
objeto de otra comunicación.
Los suelos de Madrid, bien conocidos por todos los que trabajan en la
excavación de túneles, se inscriben dentro de la Cuenca de Madrid, unidad
perteneciente a la Depresión del Tajo, constituida fundamentalmente por
materiales terciarios y, en menor proporción, mesozoicos, cuyos
afloramientos se restringen a los márgenes de la misma. Se reconocen tres
tipos de depósitos:
•
Facies de borde, detrítica (arenas y arcillas).
•
Facies central, química (margas yesíferas, yesos y calizas).
•
Facies de transición (arcillas margosas, núcleos de “chert” (cuarzo),
arenas micáceas y arcillas de alta plasticidad).
De acuerdo con la experiencia obtenida en la excavación de túneles con
tuneladora, tanto en los éxitos como en las situaciones difíciles, se pueden
4
dividir en dos grandes grupos: la Facies Detrítica con arenas y arcillas
(denominados toscos y arenas de miga), y la Facies de Transición, con las
peñuelas y los yesos. Por ello, se describen a continuación los trabajos
realizados hasta la fecha, con los rendimientos e incidencias
correspondientes, agrupando estas según los dos tipos de terreno.
3.
DESCRIPCIÓN DE LOS TÚNELES EJECUTADOS EN LOS SUELOS
TÍPICOS DE MADRID.
3.1
Metronorte
La Actuación de Metronorte, está centrada en la zona más septentrional del
área metropolitana de Madrid, abarcando los municipios de Madrid,
Alcobendas y San Sebastián de los Reyes. Se plantea como una nueva línea
de metro radial, que vertebrará los nuevos desarrollos urbanísticos del Norte
de Madrid: los PAUs de Montecarmelo y Las Tablas, y los núcleos urbanos
de Alcobendas y San Sebastián de los Reyes. Excepto un último tramo
realizado con pantallas, el túnel se ha ejecutado con tres tuneladoras, que
suman en total una longitud de 13,2 km, sin contar las estaciones.
Las tres tuneladoras utilizadas en Metronorte tienen un diámetro de
excavación de 9,4 m y son del mismo fabricante Herrenknecht. Una de ellas,
la Madriladora, ya se utilizó en anteriores Ampliaciones y las otras
tuneladoras, la Chotis (Tramo 1C-2A) y la Metromachine (Tramo 2B), han
sido adquiridas para la ejecución de las obras actuales.
Tanto en las tuneladoras nuevas, como en las demás máquinas empleadas
en las anteriores ampliaciones, se han realizado una serie de mejoras de
acuerdo a las experiencias obtenidas en las anteriores ampliaciones en la
excavación en los yesos del Sureste de Madrid. En el caso de estas obras de
Metronorte, la presencia de yesos es inexistente, pero se decidió incorporar
las modificaciones a todas las máquinas para evitar posibles contratiempos.
Para la ejecución de los tramos 1B y 1C-2A, se utilizó como único pozo de
ataque la Estación 4, de manera que en ella se ubican todas las instalaciones
necesarias para la ejecución de ambos túneles. En el tramo 1B, la
Madriladora comenzó a excavar en dirección Sur, con el objetivo de realizar
un total de 3843 m de túnel, con un paso de Estación intermedio. El trazado
discurre por los nuevos barrios de Las Tablas y Montecarmelo, teniendo
como únicos puntos singulares el paso bajo la M40, la carretera de Colmenar
y las vías de RENFE. Los trabajos comenzaron a finales de septiembre de
2005, y se concluyeron el 30 de julio de 2006 con unos rendimientos medios
de 420 m/ mes. El terreno en general se ha comportado adecuadamente y se
ha prestado especial atención a la presión del frente en el paso bajo las
carreteras mencionadas y las vías de RENFE. En cuanto a la abrasividad del
5
terreno, tanto en esta tuneladora como en las otras dos, los cambios de
herramientas han sido muy frecuentes, llegándose a desgastar en ocasiones
los soportes de las mismas; en algún tramo, incluso se han encontrado bolos
de granito dentro de la arena de miga.
La Chotis comenzó la excavación el 29 de junio de 2005 en dirección Norte.
Cuando la máquina llevaba ejecutados cerca de 1000 m de túnel, sufrió una
avería importante en el accionamiento principal: se partieron los dientes de la
corona y varios piñones. Ante la imposibilidad de cambiar el rodamiento en
ese punto, se realizó una reparación de emergencia para continuar la
excavación (con empujes y velocidades de avance muy bajos) hasta la
siguiente estación situada a 400 m, para llevar a cabo en ella la operación del
cambio del rodamiento principal. La reparación de emergencia dio mejores
resultados de lo que se esperaba, y se consiguió llegar a la estación con
avances de entre 7 – 13 anillos al día. Para la reparación de la máquina en la
Estación, fue necesario el montaje de instalaciones auxiliares complejas,
adecuadas a las dimensiones de la Estación y a la dificultad de las maniobras
a ejecutar (ver figura 2).
Una vez reparada la máquina, se reanudaron los trabajos, alcanzándose
rendimientos máximos de 700 m/mes. Sin embargo, dado el retraso de mas
de dos meses sufrido por la avería del rodamiento, se decidió realizar un
cambio de instalaciones a un pozo realizado para tal efecto, en la proximidad
de la Estación 6, y así liberar un tramo de 2800 m para comenzar con el
montaje de la vía definitiva del túnel. Finalmente el día 18 de septiembre de
2006 ha finalizado la ejecución de los 4475 m de túnel.
En cuanto a la Metromachine, ha llevado a cabo la excavación del tramo
situado más al Norte de toda la línea, con una longitud de 4800 m. Comenzó
la excavación el 16 de junio de 2005 desde el pozo de ataque situado en San
Sebastián de los Reyes y finalizó con éxito los trabajos el 12 de junio de
2006, con unos rendimientos medios de 410 m/mes y puntas de 700 m/mes.
No ha habido incidencias importantes, salvo la necesidad de realizar cambios
de herramientas continuamente debido a la abrasividad del terreno. Como
puntos singulares en el trazado, se tuvieron que realizar inyecciones de
compensación de un colegio situado muy cerca de la traza, y en el paso bajo
un túnel de cercanías de RENFE.
3.2
Prolongación de las Líneas 1 Y 4 desde Plaza de Castilla a Parque
Santa María.
La prolongación de las líneas 1 y 4 desde Plaza de Castilla y Parque Santa
María hasta Pinar de Chamartín, conectará los barrios tradicionales de la
zona Norte, con los nuevos núcleos de Montecarmelo y las Tablas y los
municipios de Alcobendas y San Sebastián de los Reyes, a través de
Metronorte; y con el centro y Sur de Madrid a través de la Línea 1.
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El terreno que aparece en esta obra tiene las mismas características que en
Metronorte, esto es suelos arenosos y arcillosos entremezclados con mucha
variación de las unidades. El túnel, discurre principalmente en terreno
arcilloso (tosquizo), excepto en su parte central donde predomina más la
arena de miga, pero sin presentar grandes zonas diferenciadas.
Para la ejecución del tramo con tuneladora (3090 m), se ha utilizando una
tuneladora que ya trabajó en las obras del Metro de Oporto. Esta tuneladora
tiene un diámetro de excavación de 8,9 m (inferior al estándar del resto de
obras de la Ampliación de 9,4m), por lo que también es diferente el anillo de
revestimiento: diámetro exterior 8,6 m con un espesor de dovelas de 30 cm.
Este diámetro permite la utilización de los dos gálibos de material móvil
utilizado en el Metro de Madrid.
La tuneladora, denominada Verne, inició la excavación en julio de 2005,
finalizando con éxito en abril de 2006. Los rendimientos han sido buenos
habiendo alcanzado los 40,5m en un día y 700 m en 30 días, sin incidencias
importantes que señalar. En esta máquina, el sistema de extracción de
escombro también se realiza por cinta, y los resultados han sido
satisfactorios. Al igual que las tuneladoras de Metronorte, el cambio de
herramientas por desgaste ha sido importante.
Debido a la proximidad de la traza a edificios antiguos, ha sido necesario
realizar (antes del paso de la tuneladora) tratamientos, entre ellos las
inyecciones de compensación, para garantizar la estabilidad de los edificios.
También se pasó bajo la M-30, pero dada la cobertura existente (más de dos
diámetros) no fue necesario ningún tipo de tratamiento del terreno y se
trabajó con normalidad.
3.3
Prolongación de la Línea 11 de Pan Bendito al PAU de
Carabanchel.
Las obras de prolongación de la Línea 11 a Carabanchel Alto, en la zona
suroeste del área metropolitana de Madrid, comienzan en el saco de
maniobras de la actual estación de Pan Bendito hasta el centro de
Carabanchel Alto y el Pau de Carabanchel, mediante la construcción de 2,7
km de túnel y 3 nuevas estaciones. El túnel se ha ejecutado con tuneladora,
salvo dos tramos de casi 300 m que se realizaron con pantallas.
La tuneladora que se ha utilizado es la denominada Excavolina, fabricada
por la empresa NFM, para la primera Ampliación, habiendo realizado hasta la
fecha un total 11,6 km de túnel. Además de las mejoras introducidas en todas
las máquinas, la principal modificación que se ha realizado en esta obra fue el
cambio del sistema de extracción de escombro hecho con cinta continúa.
Los rendimientos obtenidos han sido muy buenos. La media a origen
obtenida, 460 m/mes y las puntas alcanzadas en el tramo entre las dos
7
estaciones, 855 m/mes, dan una idea de los buenos resultados que supone el
empleo de cinta continua en la extracción del escombro. El terreno se ha
comportado bien, sin incidencias que señalar, teniendo únicamente como
puntos singulares el paso bajo un colegio, y un vial con poco cobertera,
donde se realizaron unas inyecciones armadas antes del paso de la máquina.
3.4
Prolongación de la Línea 8 a la Terminal 4 del Aeropuerto.
La prolongación de la Línea 8 comienza desde el fondo de saco de la
estación de Barajas pueblo, hasta la Estación mixta RENFE/Metro que se
encuentra integrada en la nueva terminal de Barajas. La longitud total del
tramo es de 2572 m, de los cuales 1300 se ejecutan con tuneladora.
Para la ejecución del túnel, se ha utilizado la tuneladora Adelantada, que
también ha realizado un tramo de la Línea 3. Los trabajos de perforación
comenzaron el día 5 de octubre, y han finalizado con éxito el 8 de diciembre,
obteniendo una media a origen de 22 m/día. El terreno excavado son los
descritos en las obras anteriores, la facies detrítica de los suelos de Madrid.
4.
DESCRIPCIÓN DE LOS TÚNELES EJECUTADOS EN LOS SUELOS
YESÍFEROS DEL SURESTE DE MADRID.
4.1
Prolongación de la Línea 7 a Coslada y San Fernando de Henares
La Ampliación de la actual Línea 7 de Metro de Madrid parte de la estación
actual de Las Musas en Línea 7, recorriendo la zona del Estadio de La
Peineta para cruzar la M-40 y adentrarse posteriormente en los términos
municipales de Coslada y San Fernando de Henares.
La ejecución de la obra se ha dividido en tres tramos, siendo los tramos II y III
los excavados con tuneladora. Para la ejecución de estos dos tramos con
tuneladora, se construyó un único pozo de ataque en Coslada, donde se
montaron las instalaciones necesarias para la ejecución de ambos túneles, en
direcciones opuestas.
El tramo II ( M-40 – Coslada), tiene una longitud total de 2210 m, con diseño
bitubo de dos túneles paralelos para vía única de un diámetro interior de 6,70
m. Los túneles discurren bajo terreno sin edificar, teniendo como puntos
singulares el paso bajo las vías del ferrocarril, la carretera M-201 de acceso a
Coslada, y la M-40. El tramo III, tiene una longitud total de túnel de 5583 m,
sin incluir las estaciones. El túnel discurre bajo zonas de viviendas de los
términos municipales de Coslada y San Fernando de Henares, por lo que hay
varios puntos singulares donde la proximidad de los edificios ha requerido la
ejecución de tratamientos del terreno.
8
La geología de estos dos tramos es bastante diferente. En el tramo II, la
mayor parte del terreno a excavar son suelos típicos de Madrid (arena de
miga, tosco y arena tosquiza), aunque también se han atravesado
importantes zonas de rellenos antrópicos, que llegan hasta la cota del túnel
y, únicamente al comienzo del túnel, se atraviesan peñuelas y terrenos
sepiolíticos. También se han encontrado intercalaciones de sílex entre el
tosco y la arena tosquiza.
Los túneles de este tramo se han ejecutado con una tuneladora denominada
Rompearenas, ya empleada en las Ampliaciones anteriores de Metro bajo el
nombre de Cibeles. La tuneladora ha finalizado la ejecución de los dos
tramos, obteniendo unos rendimientos muy buenos, llegando a alcanzar los
900 m/mes, con 5 días de trabajo a la semana. Como puntos singulares en la
excavación, se pasó bajo la carretera de acceso a Coslada y bajo la M-40. En
la primera de ellas, dado que la cobertera por encima del túnel eran rellenos,
se realizó una losa apoyada en micropilotes para puentear los túneles. En el
caso de de la M-40, no fueron necesarios tratamientos y se realizó la
excavación sin incidencias.
En el tramo III, el túnel se ha ejecutado con la tuneladora Mascastiza,
anteriormente llamada La Almudena (Φ 9,33). En la primera ampliaci
ón de
Metro, realizó un tramo de 4 km de túnel en la Prolongación de la Línea 9 de
Pavones a Vicálvaro, mientras que en la segunda Ampliación, en el Proyecto
Metrosur ejecutó un tramo de 7 km de longitud entre Leganés y Móstoles.
La máquina comenzó la excavación del túnel el 4 de julio de 2005. Los
terrenos excavados en el tramo III corresponden a la Facies de transición de
los terrenos de Madrid; peñuelas, arcillas con yesos y yesos con arcillas.
Durante casi toda la traza la sección del túnel la componen las arcillas con
yesos o yesos con arcillas, dependiendo del contenido de yesos.
Las mejoras realizadas en la máquina, han contribuido a que los problemas
surgidos en obras anteriores por lo yesos no se hayan dado en esta ocasión:
el giro de la máquina en los yesos solucionado con los estabilizadores, y las
barras batidoras en la cámara, para evitar el fraguado del yeso. Las
herramientas, rastreles, cortadores y las picas con forma de punta, se han
comportado bien aunque en zonas con el frente heterogéneo con mucho
yeso, ha sido inevitable que en ocasiones se rompieran e incluso arrancaran.
De ahí la importancia de la revisión con cierta frecuencia de la rueda de corte
(ver figura 3).
Tal y como se describe en otra comunicación, a mitad de la obra se decidió
cambiar el sistema de extracción a cinta continua por los problemas surgidos
con el escombro en los vagones. De este modo, se comenzaron a montar las
instalaciones de la cinta en una estación intermedia por donde ya había
pasado la tuneladora (Estación 6), de manera que la producción del túnel
9
continuara con vagones hasta que estuviera lista la cinta. En la tuneladora los
cambios necesarios también se realizaron con la máquina en producción.
Con la puesta en marcha de la cinta los rendimientos mejoraron
considerablemente, obteniéndose producciones de 700 m/mes y un máximo
semanal de casi 200 m, teniendo en cuenta también que la velocidad de
excavación en estos terrenos es menor que en unas arenas de miga o en
unas peñuelas, debido a la dureza del yeso. La tuneladora ha finalizado la
excavación de los 5580 m el día 27 de septiembre de 2006.
4.2
Prolongación de la Línea 3 de Legazpi a Villaverde.
La prolongación de la actual Línea 3 del Metro de Madrid, va desde la
Estación de Legazpi hasta el distrito de Villaverde Alto, con una longitud total
de 7,85 km, siete estaciones nuevas y la remodelación de la estación de
Legazpi. Con la prolongación de esta línea de Metro, se dará servicio a toda
la población del distrito de Villaverde, llegando hasta su límite con el de
Getafe en la autopista M-45.
Las tuneladoras que se han utilizado en la ejecución del túnel son, para el
tramo San Cristóbal-Villaverde, la tuneladora NFM ya utilizada en anteriores
ampliaciones de Metro, y una tuneladora nueva, la HERRENKNECHT S-302
para el tramo de Legazpi - San Cristóbal. La tuneladora NFM, la Adelantada,
en la primera ampliación del Metro realizó un túnel de 7,5 km en la
prolongación de la línea7 (Tramo Virgen de la Paloma – Peña Grande), y en
la siguiente ampliación ejecutó los túneles de la prolongación de la línea 10
(tramo 10.1) y el tramo de Metrosur en el término de Móstoles, con una
longitud total de 2, 7 y 4 km respectivamente. La tuneladora nueva, Guster,
es similar a las tuneladoras nuevas de los tramos de Metronorte (Chotis y
Metromachine), salvo en pequeños aspectos puntuales. Al igual que en la
Línea 7 y en Metronorte, una de las estaciones se dispuso como pozo de
ataque común para el montaje de las instalaciones necesarias para la
ejecución de los dos túneles (ver figura 4).
El tramo ejecutado en sentido Norte por la tuneladora Guster, tiene una
longitud total de 4300m. El trazado discurre en buena parte bajo la Avenida
de Andalucía, teniendo como puntos singulares el paso bajo la M40 y un
viaducto de RENFE. El terreno atravesado han sido las arcillas con yesos del
sureste de Madrid, aunque la presencia de yeso no ha sido tan elevada como
en la Línea 7. Por ello, el terreno no ha supuesto problemas en la excavación
y a diferencia de los terrenos del Norte, el desgaste de herramientas ha sido
mínimo, realizándose los cambios prácticamente solo en los pasos de
estación, aprovechando el tiempo de mantenimiento. La tuneladora Guster
comenzó la excavación en el mes de mayo de 2005, y terminó la ejecución de
los 4,3 km de túnel el 28 de marzo de 2006. En este tramo, se han llegado a
10
excavar 48 m en un día, y más de 900 m en un mes. Como media a origen,
incluyendo los pasos de estaciones, se han obtenido 415 m/mes.
El tramo ejecutado en sentido Sur por la Adelantada, tiene una longitud total
de 2490 m. El terreno es similar al del tramo anterior, aunque a cota de túnel
el contenido en yesos de las arcillas ha sido inferior. En general, la
producción ha sido buena y los trabajos finalizaron en el mes de abril de
2006.
4.3
Prolongación de la Línea 1 hasta el Ensanche de Vallecas.
La prolongación de la actual Línea 1 del Metro de Madrid, parte de la actual
estación de Congosto hasta el límite del nuevo desarrollo urbanístico
denominado Ensanche de Vallecas. El trazado discurre en su totalidad bajo el
viario del Ensanche de Vallecas, actualmente en proceso de urbanización con
escasas edificaciones. Exceptuando un tramo de túnel en pantallas, el resto
se ejecutó con tuneladora. El Pozo de Ataque se ha situado al final del tramo,
avanzando el túnel en sentido Madrid siempre por debajo de los viales del
ensanche. Como punto singular del trazado, se consideró el paso bajo la M45, con una cobertera de terreno de casi 20 m por encima de la clave del
túnel.
La excavación del túnel se ha realizado con la tuneladora denominada
Carpetana (en la anterior Ampliación, Mares del Sur), utilizada en la
Ampliación de Metro 1999 – 2003 para la ejecución de un tramo de Metrosur
en Getafe. Esta tuneladora de 9,33 m de diámetro, se diseñó de acuerdo a
los terrenos del sureste de Madrid, con una serie de modificaciones respecto
a las máquinas utilizadas en Madrid en el Plan 1995-1999.
La mayor parte de los terrenos que se han atravesado han sido los terrenos
típicos del Sureste de Madrid, correspondiente a la facies evaporítica: arcillas
reblandecidas, peñuelas y yesos en diferentes grados de alteración. Estos
yesos, muy diferentes a los encontrados en Getafe y en Coslada, no han
dado lugar a los problemas de dureza sufridos en la ejecución de Metrosur.
La ejecución del túnel se llevó a cabo desde el mes de septiembre de 2004,
hasta el 1 de mayo de 2005 en que se terminó la excavación, obteniéndose
unos rendimientos en la excavación de 12 m/día a origen sobre días
naturales de calendario, alcanzándose como producción máxima 214, 5 m en
una semana, 36 m en un día y 665 m en 30 días.
4.4
Prolongación de la Línea 5 a la Alameda de Osuna.
El origen del proyecto se sitúa en el final de la actual Línea 5, donde
comienza el Paseo de la Alameda de Osuna. En el inicio del trazado se pasa
debajo de la M40 y de la línea ferroviaria de Hortaleza y después de
atravesar bajo una dotación de zonas verdes se alcanza la primera estación,
11
discurriendo el resto del trazado bajo la antigua vía de la gasolina, que
suministraba combustible al Aeropuerto de Barajas.
Todo el tramo de túnel se ha ejecutado con la tuneladora que ha sido
utilizada también en la prolongación de la Línea 1. La longitud total del tramo
a excavar con tuneladora fue de 2000 m, siendo las peñuelas el estrato
predominante en todo el trazado.
La máquina comenzó la excavación del túnel el 21 de julio de 2005,
concluyendo el tramo de 2 km el día 7 de diciembre de 2005. La excavación
se realizó sin incidencias importantes, con un rendimiento a origen de más de
14m/ día. Al igual que en la línea 3, los desgastes de herramientas han sido
mínimos.
5.
COMENTARIOS GENERALES SOBRE LA PRODUCCIÓN DE LAS
MÁQUINAS.
A la vista de la descripción realizada, se puede ver que aún siendo todas las
obras similares, cada una de ellas tiene su particularidad, y sus problemas
correspondientes. En este tipo de máquinas, el tiempo total de producción
real de la tuneladora suele estar entre 40 – 50 % del tiempo total. El resto de
los tiempos corresponden a paradas por averías, mantenimiento, redes, etc.
En la figura 5 se puede ver un ejemplo de la distribución de tiempos en una
de las máquinas, una vez finalizada la obra.
Si hacemos un análisis general de la producción de todas las tuneladoras, los
valores del coeficiente de utilización a origen 1 se sitúan casi todas ellas
dentro de los rangos citados (Ver figura 6). Así mismo, si comparamos los
rendimientos medios mensuales obtenidos, también son similares, estando
todas ellas en entorno de los 400-450 m/mes, incluyendo los pasos de
estaciones.
Las principales dificultades que van surgiendo durante la excavación con las
tuneladoras, suelen ser las relacionadas con el terreno. En los terrenos
detríticos, el mayor problema que se presenta son los desgastes de las
herramientas de la rueda de corte a consecuencia de la abrasividad sobre
todo en las arenas de Miga, así como los problemas de inestabilidad que
hacen necesaria, en muchos casos, la ejecución de importantes tratamientos
del terreno para evitar subsidencias en superficie y proteger las edificaciones
próximas a la traza. La frecuencia de cambios de herramientas en la
1
El coeficiente de utilización es el porcentaje de tiempo de producción real (excavación y
montaje de anillo).
12
excavación en estos suelos, no tiene nada que ver con los escasos
desgastes que producen las peñuelas o las arcillas con yesos. En la figura 7,
se pueden ver los porcentajes de tiempo empleados en las revisiones y
cambios de herramientas, donde se comprueba cómo los tiempos empleados
en las obras del Norte son más elevados que en el resto. En la figura 8 se
reflejan los desgastes sufridos por las herramientas en una tuneladora de
Metronorte.
Por el contrario, la problemática de los yesos, es su dureza excesiva para una
máquina con herramientas de suelos blandos. La incorporación de cortadores
de disco supuso un gran avance, sin embargo tanto los cinceles como los
rastrillos se ven sometidos a grandes esfuerzos, desgastándose bruscamente
o llegando a arrancarse. En la figura 7, se ve como dentro de las obras
ejecutadas en estos tipos de terrenos, la Línea 7 es la que más cambios de
herramientas ha realizado, por estos motivos. Aunque esta problemática se
describe con más detalle en otra comunicación, cabe señalar que en la
ejecución de la Línea 7 durante casi todo el trazado (5 km) se han tenido
secciones con un 80 – 90 % de yeso en el frente. A esto hay que añadir la
problemática del fraguado de los yesos con arcillas, que ha generado muchos
problemas en la extracción del material mediante vagones.
Sin embargo, la ventaja de las peñuelas y los yesos es que tienen mayor
estabilidad, por lo que los asientos en superficie son mucho menores, y esto
también permite que se trabaje con una presión en el frente menor que en el
caso de las arenas de miga, por ejemplo.
Un aspecto importante que se ha tenido muy en cuenta en la presente
Ampliación ha sido el control continuo de la presión en el frente de
excavación y el pesaje del material extraído en cada avance. En aquellas
zonas donde se ha pasado bajo vías urbanas o zonas de edificios donde en
algunos casos no era factible realizar tratamientos del terreno desde la
superficie, con el mantenimiento de la presión por encima de valores
definidos previamente de acuerdo con cada situación ha supuesto que los
asientos en superficie fueran mínimos y que la excavación se haya realizado
con éxito. Al mismo tiempo, el control de peso extraído en cada avance
permite detectar sobreexcavaciones cuando el valor de aquel es mayor que el
teórico.
Esto forma parte del seguimiento continuo que se realiza de las tuneladoras,
a partir de los parámetros facilitados por la máquina por cada anillo que se
excava. En la figura 9 se representan todos los parámetros importantes de la
máquina, con el perfil geológico del tramo.
Una mejora importante a destacar en esta Ampliación, ha sido el sistema de
extracción de escombro por cinta continua (en tres de las máquinas), en lugar
de los vagones que utilizan el resto de las tuneladoras. Con este sistema se
13
ha observado un aumento en los rendimientos, ya que al no realizar el
desescombro con vagones, los tiempos de espera de trenes cuando la
longitud de túnel es importante, casi no se producen, y la vía se mantiene en
mejores condiciones. En las figuras 10 y 11 se representan la evolución de
los porcentajes de paradas a origen por trenes y cintas, a medida que el túnel
avanza. En el caso de los vagones, estos tiempos perdidos por los trenes
varían entre un 5 y un 16 %, dependiendo de la longitud del túnel y de los
problemas particulares de cada obra. Por el contrario, en las máquinas con
cinta, los tiempos perdidos por los trenes no llegan al 1%, y las paradas
propias de la cinta continua (empalme de banda y averías) se sitúan todas en
el entorno del 6 %.
Finalmente, se incluyen los típicos gráficos de avances con los que se lleva el
seguimiento de la producción de las máquinas (Figuras 12 y 13).
6.
CONCLUSIONES
El empleo de las tuneladoras en las sucesivas ampliaciones del Metro de
Madrid, ha supuesto una evolución importante en la forma de trabajo de las
máquinas, aumentando los rendimientos progresivamente, de forma paralela
a la seguridad y disminuyendo las incidencias problemáticas, sobre todo
teniendo en cuenta que se esta perforando por debajo de viales y edificios de
una ciudad.
Una gran ventaja de tener 10 máquinas trabajando al mismo tiempo en una
misma ciudad, es que las soluciones a los problemas que surgen en cada
obra se transmiten a las demás, para evitar que vuelvan a ocurrir. Ello
requiere también llevar un seguimiento y control de los túneles de forma
continua.
Con esta gran experiencia adquirida, y gracias a todo el personal implicado
en las obras, los trabajos se han finalizado en los plazos previstos. En la
producción de túnel, se han alcanzado puntas diarias de 48 m, mensuales de
1000 m y medias mensuales al final de la ejecución del túnel de 500 m/mes.
14
7.
FIGURAS
Figura 1. Esquema general del Plan de Ampliación del Metro de Madrid.
Figura 2. Desmontaje rueda de corte de la Chotis para el cambio del rodamiento.
15
Figura 3. Detalle herramientas dañadas por la dureza de los yesos.
Figura 4. Pozo de ataque de la Línea 3.
16
RESUMEN DE PRODUCCIÓN A ORIGEN
24,0%
42,6%
7,0%
4,8%
21,6%
1, Producción
2, Paradas específicas de la tuneladora
3, Paradas específicas desescombro, trenes y redes
4, Demoras.Paradas específicas del terreno
5, Paradas varias
Figura 5. Distribución de tiempos a origen de una de las tuneladoras.
COEFICIENTES DE UTILIZACIÓN
TUNELADORAS EPB METRO DE MADRID
70
52
36
44
39
44
45
45
40
39
40
Porcentaje (%)
50
45
50
51
60
30
20
10
0
LIN
1
EA
LIN
5
EA
LIN
11
EA
LIN
I
7/I
EA
LIN
3
EA
LIN
3
EA
LIN
EA
)
/III
1B
TE
T4
/2A
A7
8(
TE
OR
1C
OR
INE
EA
MN
TE
L
N
N
R
I
M
L
O
MN
Figura 6. Coeficientes de utilización de las máquinas.
17
DESGASTE HERRAMIENTAS
TUNELADORAS METRO DE MADRID
20
Terrenos abrasivos
15,2
Terrenos no abrasivos
10,1
15
6,5
10
0,9
1,3
3,3
1,1
0,4
0,9
1,6
3,3
5
0
EA
LIN
1
EA
5
LIN
LIN
7
EA
AM
TR
O
III
L
A
INE
M
RA
3T
O
I
LIN
3
EA
AM
TR
O
II
EA
LIN
1- 4
MN
T
OR
E2
B
MN
T
OR
E1
B
T
OR
MN
E1
2A
C-
EA
11
LIN
7
EA
O
AM
-TR
II
LIN
Figura 7.Tiempos empleados en revisión y cambios de herramientas.
Figura 8. Desgaste soportes de rastrillos.
18
1,8
80
1,6
70
1,4
60
1,2
50
1
40
0,8
30
0,6
20
0,4
10
0,2
0
2150
Empuje (kN)
Veloc.Rueda Corte (rpm)
2
90
0
2250
2350
2450
2550
2650
2750
2850
2950
60000
60000
50000
50000
40000
40000
30000
30000
20000
20000
10000
10000
0
2150
Empuje de Contacto (kN)
Avance (mm/min)
100
0
2250
2350
2450
2550
2650
2750
2850
2950
25
Par (MNm)
20
15
10
5
0
2350
2450
2550
2650
2750
2850
2950
1,4
70
1,2
60
1
50
0,8
40
0,6
30
0,4
20
0,2
10
0
0
Peso Escombro (Tn)
2150
2250
2350
2450
2550
2650
2750
2850
2950
300
12
250
10
200
8
150
6
100
4
50
2
0
2150
Tasa Tratamiento (%)
2250
Volumen mortero (m3)
Presión Cámara (bar)
2150
0
2250
2350
2450
2550
2650
2750
2850
2950
Figura 9. Evolución parámetros de la tuneladora. Tramo Metronorte 1C-2ª.
19
EVOLUCIÓN PARADAS POR TRENES
25
LINEA 3 TRAMO I
MNORTE 2B
LINEA 7-III
MNORTE 1B
LINEA 5
CARPETANA LINEA 5
% PARADAS POR TRENES
20
15
10
5
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
LONGITUD TÚNEL A ORIGEN
Figura 10.Evolución de los porcentajes de paradas a origen por trenes.
EVOLUCIÓN PARADAS POR CINTAS
25
VERNE
EXCAVOLINA
% PARADAS POR CINTAS
20
CHOTIS
15
10
5
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
LONGITUD TÚNEL A ORIGEN
Figura 11. Evolución de los porcentajes de paradas a origen por las cintas.
20
6.000
5.600
5.200
4.800
4.400
METROS EJECUTADOS
4.000
3.600
3.200
2.800
2.400
2.000
1.600
LINEA 1 "CARPETANA"
LINEA 3 "GUSTER"
LINEA 3 "LA ADELANTADA"
LINEA 5 "CARPETANA"
LINEA 7-II "ROMPEARENAS"
LINEA 7-III "MASCASTIZA"
MNORTE 1C-2A "CHOTIS"
MNORTE 2B "METROMACHINE"
LINEA 11 "EXCAVOLINA"
MNORTE 1B "MADRILADORA"
LINEA 1-4 "VERNE"
LINEA 8-T4 "ADELANTADA"
1.200
800
400
0
0
30
60
90
120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540
DÍAS DE CALENDARIO
Figura 12. Gráfica de avances acumulados a origen.
METROS ACUMULADOS EN LOS ÚLTIMOS 30 DÍAS
900,00
800,00
Metros acumulados
700,00
600,00
500,00
400,00
300,00
200,00
100,00
0,00
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Días calendario
Línea 1 PAU de Vallecas
Línea 5 Alam. de Osuna
Línea 3 Tramo 1
Línea 3 Tramo 2
Línea 11 Carabanchel
Línea 1-4 Chamartín
Línea 7 Tramo 2
Línea 7 Tramo 3
Metro Norte 1B
Metro Norte 1C-2A
Metro Norte 2B
Figura 13. Gráfica de metros acumulados en los últimos 30 días.
21