MAQUINAS DE TBM PARA TUNELES

Las máquinas tuneladoras y los sistemas asociados de retroceso y avance hacen el proceso de excavación más automatizado. Existe una gran variedad de tuneladoras en función de las condiciones de puesta en obra, desde roca densa a suelo disgregado y saturado de agua. Algunos tipos de tuneladoras son los escudos, topos, dobles escudos.

Una tuneladora T.B.M (Tunnel Boring Machine) o minador a sección completa es una máquina capaz de excavar  túneles  a sección completa, a la vez que colabora en la colocación de un sostenimiento si este es necesario, ya sea en forma provisional o definitiva.

La excavación se realiza normalmente mediante una cabeza giratoria equipada con elementos de corte y accionada por motores hidráulicos (alimentados a su vez por motores eléctricos, dado que la alimentación general de la máquina se realiza con energía eléctrica), aun cuando también existen tuneladoras menos mecanizadas sin cabeza giratoria.

El empuje necesario para adelantar se consigue mediante un sistema de gatos perimetrales que se apoyan en el último anillo de sostenimiento colocado o en zapatas móviles (denominadas grippers), accionados también por gatos que las empujan contra la pared del túnel, de forma que se obtiene un punto fijo desde donde empujarán.

Detrás de los equipos de excavación y avance se sitúa el denominado "equipo de rezaga" de la tuneladora (o en denominación inglesa back up), constituido

por una serie de plataformas arrastradas por la propia máquina y que, a menudo, ruedan sobre rieles que la misma tuneladora coloca, donde se alojan todos los equipos transformadores, de ventilación, depósitos de mortero y el sistema de evacuación del material excavado.

Los rendimientos conseguidos con tuneladoras de cabeza giratoria son elevadísimos si se comparan con otros métodos de excavación de túneles, pero su uso no es rentable hasta una longitud mínima de túnel a excavar: hace falta amortizar el precio de la máquina y eclipsar el tiempo que se tarda en diseñarla, fabricarla, transportarla y montarla (que puede llegar a los dos años). Además, los túneles a excavar con tuneladora tienen que tener radios de curvatura elevados porque las máquinas no aceptan curvas cerradas y la sección tiene que ser circular en túneles excavados con cabezas giratorias.

TOPOS

Son tuneladoras diseñadas para excavar rocas duras o medianas, sin

demasiadas necesidades de sostenimiento. Su diferencia fundamental con los

escudos es que no están dotados de un cilindro de acero tras la rueda de corte

que realiza la función de entibación provisional.

La fuerza de empuje se transmite a la cabeza de corte mediante cilindros (cilindros de empuje). La reacción producida se transmite al hastial del túnel mediante los grippers (fuerza de anclaje).

Cuando se ha terminado un ciclo de avance, se necesita reposicionar las zapatas de agarre (grippers), para la cual se apoya la viga principal en el apoyo trasero. Una vez anclados los grippers en su nuevo emplazamiento, se libera el apoyo trasero y se inicia un nuevo ciclo de avance.

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 esquinas, túneles de centrales eléctricas, minas, etc.

ESCUDOSSon tuneladoras diseñadas por excavar rocas blandas o suelos, terrenos que necesitan sistemáticamente la colocación de un sostenimiento.

Los escudos cuentan con una carcasa metálica exterior (que da el nombre a este tipo de máquina) que sostiene provisionalmente el terreno desde el frente de avance hasta algo más allá de donde se coloca el sostenimiento definitivo, normalmente consistente en anillos formados por unas 7 dovelas. A menudo están preparadas para avanzar bajo el nivel freático.

Si se trata de una tuneladora de cabeza giratoria, suele estar equipada con picas, rastreles o rippers" (elementos que arrancan los suelos) y cortadores. También dispone de una serie de aperturas, frecuentemente regulables, por donde el material arrancado pasa a una cámara situada tras la rueda de corte y desde donde se transporta posteriormente hacia el exterior de la máquina.

El sistema de perforación: primero los cilindros perimetrales (con un recorrido entre 1,20 y 1,50 m). Cuando finaliza el recorrido de los cilindros de avance, se coloca un nuevo anillo de dovelas (en el interior de la carcasa, que se extiende algo más allá, de forma que el túnel siempre está sostenido) y se empieza un nuevo ciclo de excavación. Una inyección de mortero o grasa es necesaria para llenar el vacío de 7 a 9 cm de grueso entre las dovelas y el terreno excavado.

zoom

Este tipo de tuneleras con escudo se divide en las siguientes clasificaciones:

1. ESCUDOS DE FRENTE ABIERTO: Se usan cuando el frente del túnel

es estable. El sistema de excavación puede ser manual, mediante brazo

fresador, con un brazo excavador o con una cabeza giratoria. Con este

tipo de máquina, si la cabeza no es giratoria, es posible trabajar con

secciones no circulares.

2. ESCUDOS DE FRENTE CERRADO: Se usan cuando el frente del túnel

es marcadamente inestable, por ejemplo en terrenos no cohesivos,

saturados de agua, etc, y se divide en:

a) Escudos con cierre mecánico: la entrada y salida de

material en el cuarto de tierras se regula mediante dos puertas

de apertura controlada hidráulicamente. La máquina tiene

limitaciones con presencia de agua.

b) Escudos presurizados con aire comprimido: prácticamente

no se usan.

c) Escudos de bentonita o hidroescudos: con la inyección

de bentonita se consigue estabilizar el terreno por sus

propiedades tixotrópicas y facilitar el transporte de material

mediante bombeo

d) Escudos de balance de presión de tierras o EPBs: el

material es extraído del cuarto de tierras mediante un tornillo

de Arquímedes. Variando la fuerza de empuje de avance y la

velocidad de extracción del tornillo, se consigue controlar la

presión de balance de las tierras, para que ésta garantice la

estabilidad del frente y se minimicen los asentamientos en

superficie. Para facilitar la evacuación de productos poco

plásticos con tornillos, a menudo se han de inyectar productos

químicos por aumentar la plasticidad de los terrenos. En la

actualidad, las EPB son la tecnología predominante en

cuando a excavación de túneles bajo nivel freático.

DOBLE ESCUDO

Esta maquina es capaz de trabajar como topo o como escudo, en función de la

calidad del macizo rocoso, siendo la mejor solución para macizos con tramos

de tipología variable suelo-roca. En este tipo de tuneladoras el escudo está

dividido en dos partes, la delantera en la que se encuentra la cabeza de corte,

y la zona trasera en la que se realiza el montaje del anillo de dovelas.

El movimiento de estas dos partes del escudo es independiente, situándose los

"grippers" en un hueco abierto entre ambas, por lo que la cabeza puede

excavar mientras que en la cola del escudo se van montando los anillos de

dovelas. De esta manera los rendimientos alcanzados con este sistema son

mucho mayores que con un escudo simple.

Este sistema se aplica en aquellos terrenos capaces de resistir la presión que

transmiten los “grippers”. Al mismo tiempo que los cilindros de empuje principal

impulsan hacia delante el escudo de cabeza y la rueda de corte realizan la

excavación, en el escudo trasero se procede al montaje de un nuevo anillo de

dovelas de sostenimiento al abrigo del mismo.

Cuando el terreno es más débil y no es capaz de resistir la presión de los

“grippers”, la tuneladora funciona como escudo simple, cerrándose el hueco de

los "grippers", y apoyándose la tuneladora, mediante unos cilindros auxiliares,

en el último anillo colocado, para así obtener la reacción necesaria para el

empuje de la cabeza de corte (es decir, como trabaja un escudo normal).

DESCRIPCIÓN BÁSICA DE LA TBM ATLAS COPCO JARVA MK 12

Este tipo de TBM consta básicamente de 2 secciones, sección de fijación o estacionaria y la sección de trabajo o móvil (Robbins 1999). La sección de fijación: consta del cuerpo principal, 4 mordazas (grippers) y la pata delantera. Su función de esta sección es soportar todo el peso de la máquina y transferir las reacciones del torque y el empuje a la roca durante la excavación. La pata delantera está ubicado debajo del cuerpo, en el mismo plano que los grippers delanteros, haciendo una “T”. La sección de trabajo: consta del tubo de torque fijado al portarrodaje, y la unidad de accionamiento, y el transportador de escombro. El portarrodaje, soporta el rodaje principal al cual se monta el cabezal. El tubo de torque tiene una sección cuadrada y se desplaza pasante en el cuerpo principal sobre cojinetes de fricción y transfiere vía el cuerpo principal a los grippers y éstos a la roca, las reacciones del torque del cabezal. Los cilindros de empuje unen la

sección de fijación con la de trabajo e impulsan su movimiento contra el frente de excavación produciendo la trituración de la roca

DIÁMETRO DEL CABEZAL: 4100 mm (con discos nuevos) RODAJE PRINCIPAL: Doble rodillo ahusado CABEZAL Capacidad instalada: 1000 Kw Velocidad de rotación: 12,2 RPM Torque: 783 kNm (79 850,34 kg m) Empuje recomendado del cabezal: 7209 kN, máxima para continua operación Tipo de cortador Disco Robbins, cuña de traba de: 432 mm Disposición de cortadores de 17” 4 centrales (2 discos mellizos), 18 frontales y 5 cantoneras Carga recomendable por cortador: 267 kN (27 226,26 Kg) Empuje recomendado del cabezal: 7209 kN (735 116,15 Kg) Carrera (stroke): 1500 mm

CONFIGURACIÓN DEL ACCIONAMIENTO Motores principales, número/tipo: 250 Kw x 4 motores AC = 1000 Kw Reducción, engranaje planetario 30,736:1 planetario de 2 etapas Piñón/engranaje anular, Zp / Zrg = 21 / 83 3,951:1 Reducción total: 121,482:1

SISTEMA HIDRÁULICO Presión máxima del Sist. Hidráulico: 345 bar (34,5 Mpa) Máxima presión normal de trabajo: 276 bares (circuito de empuje)

REMOCIÓN DE ESCOMBRO Transportador (conveyor) Ancho de faja: 600 mm Velocidad de la faja transportadora 0 – 2,4 m/s, mando hidráulico Distancia de retracción del transportador 4 200 mm

SISTEMA ELÉCTRICO Diseñado para suministro de energía de: 7 200 V / 60 Hz Circuito eléctrico del motor principal: 660 V, 3 fases, 60Hz Otros circuitos de motores eléctricos: 460 V, 60 Hz Iluminación y tomacorrientes: 120 V, 60 Hz Sistema de control : PLC 24 V DC Transformadores 2 x 630 kVA, 6 000 V / 660 V 1 x 600 kVA, 7 200 V / 400 V PESO DE LA MÁQUINA: 190 Tons Longitud de TBM + transportador primario: 15,30 m.

TBM WIRTH TBS III 458/480H

Diametro cabeza de perforacion 4.58mPotencia de funcionamiento 4x 240kwRotación de la cabeza 0 a 7 rpmPar de la maquina 1000 knmPresión de avance 275 barCarrera de avance 1500 mmvelocidad 0 a 5m/hrNº Cilindros de Avance 4Potencia Total Instalada 1500 kwEquipo de Apoyo Backup con 13 carros. L= 120mLogística y transporte En base a locomotoras eléctricas de 10 ton

con vagones de 8m3 para evacuación de la marina.

SELI DOBLE ESCUDO UNIVERSAL COMPACTO DSU450

Diametro de Excavación 4500 mmLongitud de Avance 1400 mmCortadores 28 de 19" de diametro (Max. 300kN/cortador)

instalados detrás de la cabeza, sin tener que acceder a la frente.

Empuje Máximo Principal 15700kNEmpuje Máximo Auxiliar 14300 KNPotencia de Cabeza Cortadora 1575kWVel. Rotación Cabeza Cortadora

0,7 a 4,0 rpm

Torque Cabeza Cortadora 2612kNm(3395kNm desbloqueo)

Capacidad Cinta TRANSPORTE

320 ton/h

Máxima Tasa Penetración 120mm/min

Longitud Total (incl. Backup) 90m

Ventilación Ducto plegable de 800mm, alimentado desde atrás.

CONCLUSIONESLos resultados que permitirán predecir la producción de las máquinas tuneleras tipo TBM en un determinado período de tiempo conociendo el tipo de roca. Sin embargo, amerita realizar otros estudios similares, a fin de mejorar la certeza de la productividad en función del tipo de roca.

El conocimiento de la productividad de las TBM en función del tipo de roca, permitirá hacer un planeamiento más certero del avance de la excavación en un período a fin de tomar las previsiones operacionales en un proyecto tunelero.

El costo de excavación con TBM, sin considerar el sostenimiento, revestimiento, ventilación, etc; resulta superior a la de la perforacion y voladura. Sin embargo, para grandes longitudes esta diferencia es mínima o nula.

BIBLIOGRAFIA

http://es.scribd.com/doc/52694481/Tunelera-TBM

http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/silviorojas/tuneles/Clase10_TunelesMetroValencia.pdf

http://www.scielo.org.pe/pdf/iigeo/v12n23/a07v12n23.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Tuneladora

http://www.microtunel.com/24_escudoepb.htm

http://www.estrucplan.com.ar/articulos/verarticulo.asp?IDArticulo=2210

www.slideshare.net/95175328/tesis-terminada1 - Estados Unidos

http://www.slideshare.net/95175328/avance-de-la-tesis