Clasificación de Tuneladoras Según el Tipo de Terreno
Las tuneladoras se clasifican según el tipo de terreno para el que son apropiadas. A continuación, se detallan los principales tipos:
- Para suelos:
- Escudos sin presión
- Tuneladoras de lodos (Hidroescudos)
- Tuneladoras EPB (Earth Pressure Balance)
- Para rocas:
- Topos
- Doble escudo
- Simple escudo
- Multimodales: Permiten adaptarse a ambas situaciones.
1. Topos
Son las tuneladoras óptimas para macizos rocosos muy buenos. Aunque se trate de un macizo muy bueno, se debe disponer de algún tipo de protección (coraza y espadines) por la posibilidad de cuñas puntuales. Utilizan grippers (“pinzas”) para apoyarse sobre la pared y así poder empujar la cabeza de corte contra el frente. Trabajan, por lo tanto, por empuje y rotación de la cabeza de corte.
Partes:
- Rueda de corte
- Coraza de protección
- Espadines
- Grippers
- Cilindros de empuje
- Motores de la rueda de corte
- Apoyo de cola
- Back-up
Proceso:
- Se extienden los grippers y se apoyan sobre el terreno.
- Se va excavando en función de que se extienden los cilindros de empuje hasta su máximo.
- Recogida de los grippers y acortamiento de los cilindros de empuje.
La tuneladora dispone de un pie de apoyo para sujetar la maquinaria cuando los grippers no apoyan sobre la pared. Para girar a un lado u otro nuestro túnel, basta con alargar los cilindros de empuje de nuestra máquina más por un lado que por otro.
Desde la tuneladora se puede colocar algún tipo de sostenimiento. Sin embargo, no resulta apropiado para este tipo de tuneladoras, solamente en algún tipo de cuña puntual. Son, por lo tanto, tuneladoras oportunas para obras que no necesiten de revestimientos.
2. Tuneladora de Simple Escudo
Tuneladoras destinadas a rocas muy malas (las peores de todas). Aquí, como revestimiento-sostenimiento, se utilizarán dovelas que, además, serán aprovechadas por la maquinaria para apoyarse y empujar la cabeza de corte contra el frente.
Partes:
- Rueda de corte
- Escudo
- Erector de dovelas
- Cilindros de empuje
- Motores de la rueda de corte
- Cangilones
- Cinta transportadora
Proceso:
- Apoyo los cilindros de empuje sobre las dovelas.
- Estiro los cilindros mientras voy excavando hasta su tope.
- Recojo los cilindros de empuje.
- Coloco las dovelas.
- Repito el proceso.
3. Tuneladoras de Doble Escudo
En terrenos buenos, trabaja como un topo apoyando los grippers y empujando con su sistema hidráulico (sistema principal), mientras por detrás se van colocando dovelas. Una vez el sistema principal está totalmente extendido, se recogen los grippers y se apoya en las dovelas con el sistema auxiliar, empujando con este ahora hasta su máximo y continuando la excavación.
En roca muy mala, se recogen los grippers (el terreno no es capaz de aguantar la reacción del empuje) y trabaja como un simple escudo.
Partes:
- Rueda de corte
- Escudo delantero, trasero y telescópico
- Grippers
- Sistema principal de empuje
- Sistema auxiliar
- Erector de dovelas
- Motores de la rueda de corte
- Cangilones
- Cinta transportadora
En rocas sanas, el proceso de excavación-dovelas resulta continuo, mientras que en rocas malas primero se excava y luego se colocan las dovelas.
Además, si hay posibilidad de que la tuneladora quede atrapada, es mejor utilizar un doble escudo, pues esta es más pequeña y será más fácil de rescatar (menos presión sobre las paredes). Para túneles mayores de 15 metros de diámetro, las de doble escudo tienen problemas de telescopaje.
4. Escudos sin Presión
Funcionan de manera parecida a las rozadoras y hay que tener mucho cuidado en su utilización, pues el frente no está protegido.
5. Hidroescudos
Como ya se ha dicho, es una tuneladora para suelos, por lo que utiliza picas en lugar de discos (terreno más blando). Se utiliza en materiales sin cohesión y su funcionamiento consiste en introducir lodos al frente para así mantener la presión en este y que no se venga contra la maquinaria. Si bien, cuando excavas estás empujando la máquina contra el frente apoyando en las dovelas, pero cuando paras de excavar no habría forma de mantener el frente si no existiese este sistema.
Partes:
- Rueda de corte
- Escudo
- Cámara de trabajo
- Cámara de presión
- Esclusa de aire comprimido
- Erector de dovelas
- Cilindros de empuje
- Machacadora
- Tuberías de alimentación y de escombro
Son muy problemáticas dentro de las ciudades, pues es necesario limpiar los lodos utilizados, para lo que se necesita de grandes instalaciones.
6. EPB (Earth Pressure Balance)
Parte del material excavado se deja dentro de la cámara de excavación (normalmente mezclado con algún tipo de espuma). La presión que se crea en esta cámara permite sostener el frente del túnel. La otra parte del material se extrae de forma controlada con un tornillo sinfín.
Partes:
- Rueda de corte
- Cámara de excavación
- Mampara
- Brazos de mezclado
- Escudo
- Transportador sinfín
- Erector de dovelas
- Cilindros de empuje
Mecanismos de Arranque en la Construcción de Túneles
Los túneles pueden ser excavados, dependiendo del tipo de roca, a través de:
- Excavación en terrenos duros mediante voladuras.
- Excavación en terrenos duros mediante discos.
- Excavación en terrenos blandos mediante métodos mecánicos.
A continuación, se irán desarrollando de manera individualizada estos métodos.
Excavación Mediante Perforación y Voladura
Fases:
- Perforación
- Carga de explosivos
- Voladura
- Ventilación
- Carga
- Saneo
- Sostenimiento
- Topografía
1.1. Perforación
La perforación se lleva a cabo con un martillo Jumbo.
Partes:
- Boca
- Empujaderas
- Jumbo
- Sarta de perforación
- Martillo
El modo de romper la roca es a través de ejercer una presión y una rotación que hace que se desprendan pequeños trozos de roca. Para barrer el material del orificio, se inyecta aire o agua a través del varillaje. Sin embargo, en túneles se opta por el agua, ya que el aire provocaría gran cantidad de polvo, impidiendo la labor de los operarios en su interior.
1.2. Carga
El explosivo empleado se determina por sus propiedades:
- Potencia explosiva
- Velocidad de detonación
- Densidad de encartuchado
- Resistencia al agua
- Sensibilidad
- Humos
En general, se opta por cargas de gran potencia y velocidad en rocas duras y cargas más lentas, pero que generan más gases en rocas más blandas.
1.3. Voladura
Las explosiones no se producen de forma simultánea en todo el frente del túnel, estas se producen en distintas fases como se muestra a continuación:
La idea básica es que se comienza con el cuele, que deja espacio libre para que pueda desprenderse y romperse el material del contracuele. Por último, se ejecutan las voladuras en los perímetros para perfilar la roca. En ocasiones, se comienza con las explosiones perimetrales, es decir, se realiza un precorte de la sección. Estos taladros perimetrales se realizan, además, con cierta inclinación hacia afuera para dejar el espacio necesario para hacer la siguiente perforación.
Si no se plantea el suficiente retardo entre las distintas explosiones, el material se puede apelmazar, dificultando su extracción. Una buena excavación es, en definitiva, aquella donde se ejecutan correctamente las explosiones, pues de no ser así, podemos dañar la roca remanente (formación de cuñas con necesidades específicas de sostenimiento) y mal perfilado del contorno (necesidad de reperfilar este, necesidad de rellenar huecos entre el sostenimiento y la roca).