Universidad de Los AndesFacultad de IngenieríaDepartamento de Vías

Geotecnia

Prof. Silvio Rojas

Mayo , 2009

CLASE Nº 2 DE TÚNELES

MÉTODOS DE EXCAVACIÓN DE TÚNELES

La ejecución de túneles en suelos, usa sistemas como:

a.- Escudos

b.- Precorte mecánico

c.- Prebóveda de jet grouting

d.- Congelación

e.- Hormigón proyectado de forma similar a los túneles en roca

Los métodos de excavación en túneles en roca son:

a.- Perforación y voladura mediante explosivos

b.- Excavación mecánica mediante tuneladoras o topos (TBM) y las máquinas de ataque puntual (rozdoras o martillos de impacto)

•Es el más utilizado para túneles en roca

•El aplicado cuando la roca es muy abrasiva, y muy resistente o se encuentra en estado masivo.

taladros en el frente de la excavación

Taladdroscargados explosivosy se hacen detonar

reacción explosivagenera una energía en forma de presión de gases y energía de vibración, que quebranta la roca.

El método de perforación y voladura

Ciclo de trabajo de este sistema :

a.- Replanteo en el frente del esquema de tiro

b.- Perforación de los taladros

c.- Carga de los taladros con explosivo (barrenos)

d.- Voladura y ventilación

e.- Retirada del escombro y saneo del frente, bóveda y hastíales.

Universidad de Los AndesFacultad de IngenieríaDepartamento de Vías

Fundaciones

Suelo Velocidad (m/seg)

Arena suelta 150 a 500

Loess 300 a 600

Arcilla dura, parcialmente saturada

600 a 1000

Arcilla saturada 1000 a 1600

Suelos saturados 1200 a 3800

Roca sana 2000 a 6000

Granito 4000 a 6000

Cuarcita 6000 a 7500

Suelo Velocidad (m/seg)

Arena y gravas (poco a medianamente densa)

400 – 800

Arenas y gravas (densas y muy densas)

1000 – 1800

Arcillas 1500 – 1800

Agua dulce 1450

Arenisca 2000 – 3500

Calizas y dolomía 3500

Esquistos 3000 – 4500

Gneis-cuarcitas 3500 – 5000

Granitos 4000 – 6000

Tabla Nº13: Velocidad de propagación de las ondas sísmicas en la superficie del suelo o a poca profundidad.

Tabla Nº14: Velocidad de propagación de las ondas sísmicas (otra referencia)

Las zonas en un esquema de tiro, tienen densidades de perforación y carga específica diferente. Estas zonas son:

a.- Cuele (Zona A)

b.- Contracuele (Zona AA)

c.- Destroza (Zona B)

d.- Zapateras (Zona C)

e.- Contorno (Zona D)

En la fig. se muestra la

ubicación de estas zonas.

Cuele:

Área del frente que se dispara primero creando una abertura que permite ofrecer superficies libres, facilitando el arranque de la roca al volar los siguientes sectores del frente. Es la fase más importante de todas las fases de la voladura.

Destroza:

Es la parte central más amplia de la voladura, cuya eficacia depende del éxito de la zona del cuele y contracuele.

Zapateras:

•Zona de la voladura situada en la base del frente, a ras del suelo.

•Se perforan un poco abiertos hacia fuera con el objeto de dejar espacio suficiente para la perforación del siguiente avance.

Caras libres que deja el cuele

Contorno:

Taladros perimetrales:

•Definen la formaperimetral de la excavación.

•Las irregularidades de las rocas y las discontinuidades dificultalograr la forma de la sección del proyecto.

•Son los más cargados, de manera que rompan la roca y la levanten hacia arriba.

•Van ligeramente inclinados hacia abajo (para evitar sobre bordes)

•Son disparados en último lugar.

Esquema de tiro típico

Esquema de tiro: Comprende la disposición en el frente de los taladros que se van a perforar, la carga de explosivo que se va introducir en cada uno y el orden en que se va a hacer detonar cada barreno.

El número indica orden de disparo

Fase de avance

Se dispara primero o de último

La fig. muestra una hoja resumen con los datos de una voladura en un frente de túnel.

Los esquemas indicados se refieren al avance o primera fase constructiva del túnel.

Los taladros de un esquema de tiro se disparan con cierto desfase (microretardo o retardo) entre ellos, con el objeto de hacer más efectiva la voladura.

En la fig. aparece junto a cada taladro un número que indica el orden de disparos.

En función del orden de disparo, se distinguen cuatro zonas, y cada una tiene un tratamiento diferente.

Esquema de tiro de destroza

destroza

posibilidad de perforar el frente con taladros horizontales o en banco

y con taladros verticales (similar a voladuras en banco y en exterior

destroza

Esquema de tiro de destroza

destroza

destroza

La voladura de la destroza con barrenos horizontales, tiene la ventaja que se utiliza la misma maquinaria y sistema de trabajo que para la fase de avance, y además puede recortarse con la voladura la forma teórica del túnel.voladura en banco es más rápida de llevarse a cabo

pero necesita un recorte posterior para conseguir el perfil del túnel en los hastíales.

Fase I

Fase II

Los taladros deben tener una longitud de un 5 a 10% superior a la distancia que se quiere avanzar con la pega, ya que siempre se producen pérdidas que impiden aprovechar al máximo la longitud de los taladros.

Las longitudes de avance típicas:

Entre 1 y 4 metros, dependiendo de la calidad de la roca.

calidad media-buena

3 a 3.50 metros para avanzar entre 2.80 m y 3.20 metros en cada voladura.

Los gráficos siguientes (obtenidos de la experiencia), permiten estimar aprox. el número de taladros y el consumo de explosivos necesarios en función de la sección de excavación, longitud de avance y la calidad de la roca.

Tipos de cueles:facilitan la salida de roca hacia el exterior

perforación tiene mayor dificultad.

más usado por su simplicidad para perforarlo

Taladro vacío llamado barreno de expansión, sin explosivos y con un diámetro de 75 mm a 102 mm.

tres o cuatro secciones de taladros cargados

puede sustituirse por dos taladros de 2 x 75 mm.

Es de sumo cuidado la ejecución y costosa. Se usa en casos especiales.

Técnica de precorte

taladros perimetrales y paralelos entre si, con distancias entre 25 mm y 50 cm.

La concentración de carga es de 0.1 y 0.30 kg/m

carga debe distribuirse uniformemente a lo largo del barreno, con explosivo para precorte

Son los primeros en detonar, generando una fisura que aísla y protege la roca de vibraciones

Técnicas para efectuar los tiros perimetrales:

Técnica del recorte:

taladros paralelos al eje del túnel en el contorno, con distancias entre 45 y 100 cm.son los últimos

en detonar

Es la de mayor uso

Carga muy pequeña o nula

Perforación de los taladros

Se puede hacer mediante dos procedimientos:

1.- Martillos manuales accionados por aire comprimido

2.- Martillos hidráulicos montados sobre una máquina denominada Jumbo.

Esquema de un martillo manual de aire comprimido

Funcionan a percusión, es decir la barrena golpea contra la roca y gira de forma de discontinua entre cada percusión, separándose del fondo del taladro.

se usan en túneles muy pequeños o de forma accidental

rendimientos son inferiores al de los jumbos y requieren mucha mano de obra.

Perforación de los taladros

Curvas características de los martillos de mano

Los martilos funcionan ha roto - percusión:

barrena gira continuamente y ejercen simultáneamente un impacto sobre el fondo del taladro.

Jumbos:

El accionamiento es hidráulico:

potencias mucho más elevadas que con el sistema neumático.

El arrastre de detritus se consigueigualmente con el agua que se inyecta.

Los rendimientos pueden superar los 3.5 m/mín

Roto percusión

Esquema de Jumbo Dos o tres brazos articulados

En operaciones de perforación trabajan con electricidad y para movilizarse tienen un motor diesel.

Jumbos

Los jumbos actuales tienen sistemas eléctricos para controlar la dirección de los taladros, el impacto y la velocidad de rotación de los martillos, memorizar el esquema de tiro y perforar todos los taladros automáticamente. Un solo maquinista puede perforar una pega en unas pocas horas.

PERFORACIÓN

El Rocket Boomer de Atlas Copco es el encargado de perforar el frente de voladura realizando los barrenos indicados en el diseño de voladura.

Su extraordinaria versatilidad le permite adaptarse a todo tipo de secciones de túneles, incluso en circunstancias geológicas cambiantes.

Puede conectarse en tiempo real con la oficina técnica desde la que se dirige el proyecto e intercambiar datos que le permitan automatizar de modo inmediato los procesos de replanteo y perforación, e incorporar los datos del Measure While Drilling, sistema con el que el Boomer incorpora los resultados del análisis de la perforación de la roca en tiempo real.

Perforación del frente de voladura en la ampliación de la línea 3 del metro de Barcelona en 2005

Frente de voladura cargado con detonadores Primadet (no eléctricos) y Unitronic(electrónicos)

LIMPIEZA DEL FRENTE

Se desescombra la roca fragmentada resultante de la voladura y se sanea el frente.

Secuencia de excavación y sostenimiento en avance por perforación y voladura

El Jumbo perforador realizando los barrenos en los que se introducirán los Swellex, los bulones, que se adaptarán al contorno ejerciendo presión transversal y ofreciendo resistencia a tracción, garantizando así el sostenimiento del terreno.

Una vez finalizada esta fase se comienza nuevamente el ciclo con la fase de perforación.

1 concreto proyectado

2 malla

3 costilla

4 bulones

Ventajas de construir un túnel con el método de per foración y Voladura

Adaptación a cualquier morfología de terreno, independientemente del diámetro de sección o longitud del túnel a construir.

mantenimiento y reposición de equipos en tiempo récord

Diseños pueden conseguir una buena fragmentación de la roca y superficie de contorno, facilitando además las labores de desescombro y saneo.

Se controlan las vibracionesproducidas por las voladuras

Los explosivos de última generación adaptables a las condiciones ambientales de las obras e insensibles a los posibles impactos, permiten conseguir altos niveles de seguridad en su transporte y manipulación.

Construcción continua del túnel sean cuales sean las variaciones geológicas encontradas en el avance de obra.

Reducción de costes. Los altos niveles de rendimiento global que supone la aplicación del Sistema de Perforación y Voladura para la construcción de túneles redundan en un sustancial ahorro económico.

Los medios mecánicos concebidos fundamentalmente para unas determinadas condiciones geológicas y con dificultad para adaptarse a las alteraciones que éstas probablemente presenten, derivando en problemas operativos que compliquen y alarguen de forma significativa el plazo de ejecución de la obra, con el consiguiente perjuicio económico que esto supone.

Barras y brocas de perforación

broca y sus diámetros, depende del tipo de la calidad de la roca y del diámetro de los cartuchos del explosivo

dispones de varias entradas de agua que ayudan al desalojo de los detritus.

s.r para los Jumbos

GOMA-2E-C (es gelatinoso, resistencia al agua buena, para rocas muy Las

RIOMEX E20/40 (emulsiones, resistencia al agua )

RIOMEX E20/40 (emulsiones, resistencia al agua )

Explosivos y detonadores:

Densidad de la roca

Resistencia a la compresión simple y

Velocidad de propagación sónica de la roca.

Grado de humedad de la roca

No deben generar gases tóxicos

Para:

Contracuele, destroza y zapatera:

explosivo a granel RIOFLEX T

Insensibilidad, tanto a la fricción como a los golpes, y al fuego directo.

•Se inyecta directamente en los barrenos desde un camión dotado con un equipo de bombeo controlado electrónicamente, y un brazo articulado con cesta para colocar el RIOFLEX T a cualquier altura.

Para la columna:

NAGOLITA, AMONITA 2-Y Ó EMUNEX 3000

Si hay filtraciones de agua en los barrenos, deberá usarse EMUNEX 6000-8000

Para los barrenos del contorno:

Como carga de columna usar RIOGUR F

Inicio de la explosión:

Se hace en el cartucho cebado instalado en el fondo del barreno y que contiene un detonador.

Los detonadores

•Los electrónicos UNITRONIC son extremadamente seguros

•Insensibles ante cualquier tipo de interferencia

• El disparo es codificado, lo que les permite una precisión de diezmilésimas de segundo.

• sus tiempos de secuenciación son casi infinitos y pueden reprogramarse en todo momento.

s.r en el interior están un microchip para los retardos

Detonadores:

Detonadores electrónicos permiten reducir el nivel de vibraciones, mejorar la fragmentación de la roca y conseguir una gran calidad de superficie de contorno

Los detonadores NO eléctricos PRIMADET se caracterizan por su reducido coste, la facilidad de uso y rapidez de conexionado, así como por su seguridad ante corrientes eléctricas extrañas.

Los detonadores pueden ser instantáneos, de microretardo (retardo de 25 ó30 mseg entre números contíguos), o de retardo de 0.5 seg entre números contiguos.

Otros elementos de

Cañas: Son tubos PVC abiertos longitudinalmente en cuyo interior se colocan los explosivos, cordón detonante, etc. Permite introducir fácilmente todos los elementos en su disposición correcta dentro del taladro.

Retacador: El retacador es el material que cierra o taponea el taladro impidiendo que la energía de la explosión se escape por la boca. Normalmente se usan unos cartuchos de arcilla muy plástica.

Explosor:

Es el mecanismo que produce la corriente eléctrica que da lugar a la explosión. Suelen estar basados en un condensador que se va cargando con una batería y que cierra el circuito.

Cables:

Transmiten la corriente desde el explosor hasta los detonadores

Emulsión explosiva a granel, suministrada en cajas de cartón de 25 kg neto.

CARACTERISTICAS

PLASTEX-E

Densidad, en g/cm3 1,13

Velocidad de detonación, en m/s 5 000

Poder rompedor o brisance (Hess), en mm 25

Presión de detonación, en kbar 100

Sensibilidad al detonador No. 6 y al cordón detonante

Vida útil 6 meses

En cartuchos de papel parafinado, en cajas de cartón de 25 kg neto.

CARACTERISTICAS

ESPECIFICACIONES

SEMEXSA80

SEMEXSA 65DINASOL 65 D

SEMEXSA60

SEMEXSA45

Densidad, en g/cm3 1,18 1,12 1,10 1,08

Velocidad de detonación, en m/s

4 500 4 200 4 000 3 800

Potencia por peso (Trauzl), en %

76 74 72 68

Poder rompedor o brisance (Hess), en mm

20 17 16 15

Presión de detonación, en kbar

100 80 75 70

Resistencia al agua sobresaliente muy buena muy buena buena

Categoría de humos 1ra. 1ra. 1ra. 1ra.

Volumen normal de gases, en l/kg

920 920 900 880

Vida útil 18 meses 18 meses 18 meses 18 meses

DIMENSIONES (DIÁMETRO X LARGO)

22 x 180 mm (7/8” x 7”) *

22 x 200 mm (7/8” x 8”)

25 x 180 mm (1” x 7”)

25 x 200 mm (1” x 8”)

28 x 180 mm (1 1/8” x 7”)

28 x 200 mm (1 1/8” x 8”)

32 x 200 mm (1 ¼” x 8”)

38 x 200 mm (1 ½” x 8”)

38 x 300 mm (1 ½” x 12”) * *

50 x 200 mm (2” x 8”) * *

* En Dinasol 65 D medida única

* * Sólo en Semexsa 65 y Semexsa

El pasado viernes se terminó de construir la visera de la boca 3 de uno de los dos túneles ubicados en el cerro San Eduardo. La culminación de este perfil metálico sirviópara realizar la primera explosión y así abrir la entrada al viaducto.

Control de vibraciones

Las vibraciones que transmiten las voladuras pueden llegar a producir daños:

a.- edificios y estructuras próximas al túnel

b.- A la roca circundante y al revestimiento.

El factor principal que provoca los daños es la velocidad pico de partícula.

Velocidad de la partícula:

Es la velocidad máxima que alcanzan las partículas del terreno al vibrar por la acción de la onda sísmica.

Ley de propagación de la velocidad de la partícula:

β

α

⋅=

Q

DkV

donde:

V: Velocidad pico de la partícula (mm/seg)

D: Distancia (m)

Q: Carga de explosivo en cada intervalo de retardo (Kg)

k: Constante empírica que oscila entre 200 y 400.

α: Factor empírico que oscila entre 0.33 y 0.66.

β: Factor empírico de amortiguamiento que oscila entre –1.40 y –1.60.

k, α y β, pueden ser determinados en forma experimental:

a.- Hacer una serie de voladuras de prueba

b.- Mediante un sismógrafo medir la velocidad para varías distancias y cargas de explosivo.

c.- Ajustar la expresión por mínimos cuadrados y determinar k, α y β.

La fig. presenta diversos criterios de daños en función de la velocidad. En general se considera que por debajo de 5 – 10 mm/seg no hay daños. Por encima de 100 – 200 mm/seg los daños son considerables.

β

α

⋅=

Q

DkV

Criterios de daños en voladura

Velocidad baja para frecuencia alta

Un hercio es la frecuenciade una partícula en un período de un segundo.

0

> f

< f mayor periodo

> F menor periodo

Vc de la onda de corte a través del suelo o roca

Mejor calidad de roca

Excavación mecánica en roca

La energía utilizada se concentra en los discos de corte de la máquina en contacto con la roca, que supera la resistencia d la roca a la penetración, a la tracción y al cizallamiento.

La energía inicial es transmitida por motores eléctricos, que mediante un circuito hidráulico, llega a las herramientas de corte en contacto con la roca.

Cabeza cortadora

Los sistemas de excavación son generalmente tres:

1.- Rozadora:.

máquina de ataque puntual

brazo desplazable que barre la sección de la excavación

cabezal provistos de las herramientas de corte de picas

El material rocoso no se desprende en forma de lajas.

Rotación de cabezal + cilindros hidráulicos del brazo+ fuerza de reacción de la máquina =

Acción de la picas

2.- Tuneladora, Topo o TBM (Túnel Boring Machine).

La excavación se hace a plena sección.

cabeza giratoria

Cortadores penetran la roca por tracción y cizallamiento

Se producen lajas por la acción de los cortadores

La energía la aportan motores eléctricos a la cabeza giratoria

La energía llega a los cortadores con medio de un sistema hidráulico

Mayor concentración de cortadores

3.- Martillo hidráulico

La roca se quebrantada por impacto del martillo

La energía se genera mediante motores eléctricos o diesel y se transmite a través de un circuito hidráulico a la herramienta puntera, situada en el extremo del brazo articulado de la máquina.

Es una máquina de ataque puntual.

y se desprende en forma de pequeños bloques o esquirlas.

Máquinas

Los topos, tuneladoras ó TBM (Tunnel Boring Machine): Excavan el túnel, retiran el escombro y aplican el revestimiento.

Se han diseñado tuneladoras como los dobles escudos que permiten trabajar satisfactoriamente en casi todo tipo de terrenos.

TOPOEscudo EPBRueda de corte de un mixshield

Si se elige la tuneladoraapropiada, la geología

Para cada tipo de terreno hay un tipo de tuneladoraideal

Tuneladora de tipo topo utilizada en Yucca Mountain, Washington

Foto de un modelo a escala de la tuneladora empleada para el Túnel de San Pedro

elementos principales:

cabeza de corte

los codales o grippers

cilindros

Back up o carro estructural.

Puntos de apoyo

Topos

La fuerza para realizar el avance se obtiene como reacción de los grippers contra el terreno.

diseñadas para poder excavar rocas duras y medias sin grandes necesidades de soporte inicial

Esquema básico de un topo:

1. Rueda de corte para roca2. Rodamiento principal3. Escudo para la rueda de corte4. Kelly interior5. Kelly exterior

6. Cinta transportadora7. Accionamiento rueda de corte8. Soporte delantero9. Soporte trasero10. Motor eléctrico

Gatos delanteros y traseros

Caja de velocidades

Pies de elevación

La sección de anclaje de un topo comprende: Un carro estructural o back up, un conjunto de zapatas de anclaje denominados codales o grippers, y los cilindros de empuje de la máquina.

También puede existir un sistema adicional para colocación de bulones, cerchas y hormigonado.

Tienen los sistemas para la colocación de railes sobre los que circulan las vagonetas y una plataforma donde va alojado todo el sistema

El topo ensanchador es, como su propio nombre indica, aquel topo que se utiliza para agrandar túneles y así evitar las consecuencias de las fuerzas de agarre en la excavación finalizada, ya que los topos ensanchadores tienen los grippers delante de la rueda de corte.

Los topos para planos inclinados están especialmente diseñados para la realización de túneles con pendientes mayores de 10% y que han llegado al 50%. Estos topos han sido utilizados en la construcción de funiculares subterráneos a estaciones de esqui, túneles de centrales eléctricas, minas, etc.

Pie trasero levantado

Pie delantero levantado

Codales o grippersapoyados en los hastíales del túnel

soportan la fuerza de empuje necesaria para el avance del topo

Las fuerza de empuje necesaria para el avance del topo, es proporcionada por los cilindros de empuje

Método de avance

1. La máquina es acodalada en el túnel. Comienza la excavación.

2. Los cilindros de empuje del cabezal de corte llegan al final de su carrera. Se para la excavación.

Mitad de desplazamiento de los gatos

3. Los soportes delanteros y traseros se extienden y se retraen los codales.

Se recogen los codales

4.- EL cuerpo principal de la máquina o Kellyexterior se desliza suavemente hacia delante.

5. Los codales son extendidos y los soportes recogidos. La máquina está lista para iniciar un nuevo ciclo

1. La máquina es acodalada en el túnel. Comienza la excavación.

Para rocas con resistencias entre los 800 kg/cm2 y 2200 kg/cm2 ??

cortador de disco es el elemento adecuado

Base de metal duro

filos recambiables de acero endurecido

discos de corte son aros de metal duro que giran libremente sobre su eje

carcasas se fijan sobre la rueda de corte

Mayor número de discos en el centro de la rueda de corte para forzar la rotura de la roca en esa zona a modo de cuele.

cortadores se colocan de forma que al girar la rueda de corte describan círculos concéntricos equidistantes

Disposición de los discos + ligera conicidad rueda de

corte = facilita el proceso de identación.

El proceso de corte:Se produce inicialmentemediante un proceso de rotura frontal originado por la presión que el cortador ejerce sobre la roca.

s.r:

Los tres dientes ejercen la misma presión simultaneamente

Escudo de presión de tierras EPB (presión de tierras balanceado)

Recomendable para:

Terrenos cohesivos, es recomendable el empleo de un escudo EPB (EarthPreasure Balance).

Sus ventajas: Un elevado rendimiento de extracción

La rentabilidad de su funcionamiento y su respeto al medio ambiente.

escudos EPB utilizan la tierra excavada como medio de sostenimiento del frente

acondicionamiento del terreno con espuma

Cámara de alojamiento

Suelo mezclado con agua y espumas

Se convierte en un barro pesado al que se puede aplicar presión (regulando su evacuación con un tornillo extractor).

El relleno de esa cámara está en contacto con el frente de excavación, se le transmite esa presión al terreno intacto, pudiendo igualar o aumentar los empujes que éste ejerce, por lo que se compensa los empujes de tierra y se disminuye la decompresión del frente

. El transporte del material al exterior se realiza mediante vehículos sobre raíles o camiones.

El material excavado se transfiere a una cinta transportadora a través de un sinfín

La fuerza de los cilindros de propulsión, transmitida a través del mamparo estanco, actúa sobre la tierra plastificada en la cámara de extracción, consiguiéndo así un equilibrio de fuerzas y evitándoderrumbamientos del frente

cámara frontal para alojar el escombro de excavación,

Esquema básico de un escudo EPB:

1. Rueda de Corte.2. Accionamiento.3. Cámara de excavación.4. Sensor de presión.5. Esclusa de aire comprimido.

6. Erector de dovelas.7. Dovelas.8. Cilindros de propulsión.9. Cinta transportadoras10. Sinfín de extracción.

Perfora en diferentes tipos de geología con una misma máquina

Diferentes modos operativos:

Como hidroescudo

Como escudo con control de presión de tierra EPB

Con aire comprimido o escudo abierto.

Hoy por hoy, es el tipo de escudo más utilizado en la construcción de túneles en ciudades para líneas de metro, ferrocarril, carreteras, etc.

El escudo Mixshield

Es un escudo muy polivalente:

Revestimiento por dovelas

Las dovelas son elementos prefabricados de hormigón armado

Se atornillan entre si formando un anillo troncocónico

La construcción del túnel con revestimiento por anillos prefabricados permite el trazado de curvas, tanto en planta como en alzado.

Los anillos son troncos de conos, y colocando las caras convergentes contiguas se consigue obtener una alineación curva.

El sostenimiento del frente mediante fluídos es el método de

operación más frecuente (s.r suelos granulares). Como medio de soporte y de transporte se utiliza una suspensión de bentonita. La mezcla agua/tierra/bentonita se trata en una planta separadora y La suspensión recuperada, se vuelve a introducir en el circuito.

Esquema básico de un Mixshield:

1. Rueda de Corte.2. Accionamiento.3. Suspensión de bentonita.4. Sensor de presión.5. Esclusa de aire comprimido.6. Erector de dovelas.

7. Dovelas.8. Cilindros de propulsión.9. Burbuja de aire comprimido.10. Mamparo sumergible.11. Machacadora.12. Tubería de extracción.

El erector de dovelas:Es un elemento de la tuneladora que se encarga de situar hasta su posición las dovelas.

Un erector ha de ser rápido, preciso, sencillo de maniobrar, robusto y seguro.

Un buen erector proporcionará mayor rendimiento a la tuneladora, puesto que la mitad del tiempo en la construcción de un túnel se invierte en la colocación del revestimiento.

Dovela superior en clave o pieza llave:dovela de menor tamaño, denominada clave o llave, que es la última pieza a colocar durante la construcción del anillo con el erector.

Relleno del trasdós:El trasdós es el espacio de sobrecorte que realiza la tuneladora con relación al diámetro exterior del anillo. Para evitar desplazamientos, roturas de las dovelas y asentamientos, este espacio es rellenado con mortero inyectado.

Gatos apoyados en dovelas ya colocadas

Gatos desplazados

Máximo desplazamiento de los gatos

El doble escudo

tuneladoras con caracterísitcas mixtas entre el topo y el escudo.

dos sistemas de propulsión independientes:

propulsión del escudo

Propulsión del topo.

sostenimiento continuo del terreno durante el avance del túnel.

El escudo delantero: Sirve como estructura soporte de la cabeza de corte, contiene el rodamiento principal, la corona de accionamiento y los sellos interno y externo.

El escudo trasero:incorpora las zapatas de los grippers

incorpora el erector de dovelas y los cilindros de empuje

rendimientos próximos a los de los topos, que los escudos para roca dura no podrían conseguir..

Al igual que los escudos para roca dura los dobles escudos permiten realizar túneles a través de terrenos con geología cambiante e inestable que los topos no podrían realizar

Escudo para roca dura

También denominados topos escudados ya que son utilizados en las mismas condiciones geológicas que los topos. Estos escudos se diferencian muy poco en la rueda de corte y en el sistema de extracción del escombro de los topos estándar. Sin embargo, son totalmente diferentes en el sistema de propulsión y en el escudo de protección.

Esquema básico de un Escudo para roca dura:

1. Rueda de Corte.2. Accionamiento.3. Erector de dovelas.4. Cinta transportadora.

5. Cilindros de empuje.6. Dovelas.7. Cuadros de distribución.

La seguridad es la ventaja fundamental que ofrece el topo escudado con relación al topo estándar y es que la excavación y el sostenimiento del túnel tienen lugar dentro del escudoprotector, eliminándose el riesgo continuo que se corre en las instalaciones libres de sostenimiento.

Otra ventaja importante que ofrece el escudo para rocas duras en contraste con el topo es, que el escudo permite colocar el revestimiento definitivo del túnel. De este modo con la colocación de las dovelas prefabricadas de hormigón armado el túnel queda totalmente finalizado con el paso de la tuneladora.

Mas e un tuneladora ha quedado atrapada sin salida en el interior del terreno, lo que a obligado a la liberación de empujes con galerías auxiliares o cambiar totalmente el proceso constructivo ( túnel de San Pedro Madrid). A veces incluso es necesario tratar el terreno en zonas difíciles para conseguir que las tuneladoras trabajen adecuadamente.

Sección circular resisten empujes relativamente uniformes alrededor del revestimiento

Como la excavación es a sección completa, no existen cambios de tensiones introducidos distintas fasesde construcción.

Después de excavar los túneles circulares, se ensanchan también a sección circular en zonas de estaciones, lo cual se ha hecho facilidad por su ubicación en la arcilla de londres

La fig. 12, corresponde a la sección circular de los túneles del by-pass sur de la M-30 de Madrid, construidos con dos tuneladoras de 15.20 m.

zona inferior con carril para ambulancias y bomberos, que permite acceder a cualquier punto del túnel en que se produzca incidente.

Tres carriles para vehículos automóviles en la zona media.

Una zona superior para ventilación forzada.

Ventajas de la sección circular

Mejor comportamiento de la sección por un estado de esfuerzos radiales bastantes uniformes.

La calidad del acabado del revestimiento, con hormigón de alta resistencia ( aprox550 kg/cm2), ya que hay que desencofrarlas dovelas poco después de su vaciado.

La rapidez de avance, disminuyendo los efectos de la descompresión del terreno.

La seguridad de los operarios.