La ejecución de túneles con máquina tuneladora es un procedimiento constructivo ampliamente utilizado en los últimos años en España en el ámbito de la obra civil para obras ferroviarias, viarias, metropolitanas e hidráulicas con muy buenos resultados.- Por Paz Navarro Gancedo-Rodríguez y Enrique Fernández GonzálezEl Túnel de Quejigares pertenece al tramo Arroyo de La Viñuela-Quejigares de la Línea de Alta Velocidad entre Bobadilla y Granada. Este túnel, en el proyecto constructivo, estaba diseñado para albergar doble vía y 3,2 km de longitud y se planteaba su ejecución con métodos convencionales al igual que para la construcción de su necesaria galería de emergencia. Durante la fase de estudio de licitación se contempló la posibilidad de realizar la obra con máquina tuneladora como túnel bi-tubo y galerías de conexión observándose las múltiples ventajas que esto conlleva, por lo que una vez adjudicada la obra se propuso está solución que fue aprobada por el Cliente y llevada a cabo con gran éxito.
En este artículo se describe el proyecto original, las modificaciones propuestas y la ejecución del Túnel de Quejigares resaltando las ventajas que tiene estudiar todas las posibilidades antes de comenzar a ejecutar una obra de estas características.
1. Proyecto originalEl proyecto original del Túnel de Quejigares contemplaba la construcción de un túnel de 3.343 m de longitud, de los que 3.273 m son de túnel en mina a ejecutar por métodos mecánicos convencionales, mientras que los 70 m restantes corresponden a los falsos túneles.
Según el Borrador de la Instrucción sobre seguridad en túneles ferroviarios ISTF-2005 se clasifica su nivel de explotación según el tráfico circulatorio y su longitud, de lo cual se desprende que es suficiente la construcción de un túnel monotubo con salidas de emergencia cada 1.500 m de forma que la máxima distancia a una salida sea de 750 m.
Para cumplir estos requisitos fue diseñado el túnel con una salida de emergencia intermedia compuesta por 5 galerías peatonales de conexión de 33 m que se conectaban a una galería de 340 m paralela al túnel principal y desde ahí una salida a la superficie. Esta galería de emergencia fue diseñada con una zona central de 50 m de longitud en la que se preveían zonas de estacionamiento y maniobra de vehículos ligeros. La galería de acceso tiene una longitud de 510 m y una pendiente del 8%. A este diseño se le denomina “peine” por la forma en que quedan las galerías peatonales con respecto al túnel.
La sección mínima del túnel a excavar es de 85 m2 por criterios aerodinámicos, de salubridad, de confort y de gálibo que es el más restrictivo. La sección, diseñada en forma de herradura, presentaba un único radio interior de 6,36 m.
La geología del túnel obligaba al diseño de dos tipos de revestimiento, uno para los tramos de caliza y otro para los tramos arcillosos y margosos, incluidos los tramos de rellenos arcillosos de cavidades kársticas.
Las tres formaciones mayoritarias en las que se excavaría el túnel según el proyecto son: Río Frío (1.175 metros), flysch (1.150 metros) y calizas del Lías (740 metros). Asimismo existen otras dos formaciones minoritarias, como son el Cretácico (180 metros) y una posible intrusión del Trías (60 metros).
La unidad Río Frío está formada por la intercalación de niveles arcillosos, arenosos y de conglomerados que presentan carácter de suelos a rocas blandas moderadamente expansivas.
La unidad flysh eo-oligoceno está formada por una alternancia de margocalizas y arcillas y es la predominante en el túnel. Su expansividad es de moderada a elevada.
El Cretácico se trata de margas, margas arcillosas y margocalizas, con un elevado grado de alteración.
Según el proyecto original “existe una posible intrusión triásica localizada entre el p.k 503+480 y el p.k 503+540 (…) Debido a la ausencia de sondeos esta unidad no ha podido ser caracterizada, si bien las características geotécnicas esperadas en este tramo son muy bajas, por lo que se preverá emplear mayoritariamente sostenimientos pesados”. Esta unidad triásica también tiene potencial expansivo según los ensayos de hinchamiento.
La unidad Lías-Dogger está formada por calizas Jurásicas que localmente se encontrarían intensamente karstificadas y por rellenos margosos y arcillosos de las cavidades de dicho sistema kárstico. La calidad del macizo difiere mucho de unas zonas a otras, con RQD de 90-100% en algunas zonas y en otras del 40%. Los posibles problemas geotécnicos previstos para esta zona son el encuentro de cavernas kársticas con rellenos arcillosos, aportes de agua importantes y atención con los ataques químicos por sulfatos en el agua provenientes de las formaciones superiores.
Por tanto, el riesgo potencial mayor, según el proyecto original, era el posible fenómeno de expansividad que se podría producir en las unidades anteriormente mencionadas.
Posteriormente se realizó una campaña geotécnica complementaria en la que se observaron algunos cambios con respecto a los datos del proyecto. El túnel se excavaría en cuatro tramos:
- Tramo 1: pK 504+520 – pK 504+390 (emboquille Este). Arcillas, arcillas margosas y margas, gris-azuladas, con gasterópodos y bivalvos, que en ocasiones pasan a alternancias centimétricas-milimétricas de arenas muy finas a finas, limos y arcillas margosas, con abundantes restos carbonosos.
- Tramo 2: pK 504+390 – pK 503+700. Formado por bloques métricos y olistolitos decamétricos de dolomías; calizas, dolomías, margocalizas con sílex, y margocalizas y margas, fragmentados y sin estructura alguna, englobados dentro de una matriz de arcillas, y margas, versicolores, con componentes y fauna fósil de muy variada edad.
- Tramo 3: pK 503+700 – pK 502+970. Compuesto por calizas grainstone, oolíticas, blancas, en ocasiones ortocristalinas y muy recristalizadas, inalteradas, masivas y homogéneas, y con valores de RCS entre 800-950 kg/cm2. Susceptibles, y potencialmente peligrosas de presentar cavidades kársticas por disolución.
- Tramo 4: pK 502+970 – pK 501+260 (emboquille Oeste). Es el mayor de los cuatro tramos (Formación Río Frío) y está formado por alternancias de arcillas, arcillas limosas, limos y arenas muy finas-medias, con cambios laterales a arenas medias-gruesas con matriz arcillosa y cantos aislados, y niveles aislados de gravas con matriz arcillo-limosa. Previsible presencia de niveles o paleocanales que actúen como acuitardos, con aportes de agua limitados y efímeros.
El método de excavación y sostenimiento elegido es el Nuevo Método Austriaco por tanto se utilizarían métodos convencionales. El proyecto indicaba lo siguiente en cuanto a la elección de este método: “Con carácter general los procedimientos de ejecución serán de tipo convencional (perforación y voladura, martillo mecánico, rozadora, etc), habiéndose descartado otros métodos como los mecanizados mediante máquinas tuneladoras debido a la escasa longitud de los túneles, que no las hacen viables ni en coste ni en plazo”. Esta afirmación del proyectista carece de rigor técnico. La posibilidad por parte del contratista de elegir el método constructivo, convencional o TBM, puede suponer un incremento en el coste de proyecto, pero éste se ve ampliamente compensado por una mayor competencia en la licitación y una mayor identificación del contratista con su propio método elegido. Los motivos de cambio del método constructivo para este proyecto se explican detalladamente en el apartado 3 de este artículo.
El túnel se excavaría en dos fases: avance y destroza. El proyecto recomendaba no comenzar la excavación de la destroza hasta que no se produzca el cale del avance por motivos geotécnicos. Además la destroza se excavaría en dos mitades en el caso de colocarse cerchas en el sostenimiento. Se definían 7 tipos de sostenimiento para el túnel, la galería de acceso y la galería de emergencia y 3 tipos para las galerías peatonales.
Por último, una vez terminada la excavación de la destroza se ejecutaría la contrabóveda. Todas las unidades se excavarían con medios mecánicos exceptuando las calizas que se excavaría con perforación y voladura.
Finalmente se ejecutaría el revestimiento de hormigón en masa previa impermeabilización del túnel con la lámina de PVC y geotextil de protección.
Se diseñaron dos tipos de revestimiento, uno para materiales arcillosos y margosos, que según los ensayos son altamente expansivos (STA), y otro para materiales calizos (STC). Estos dos tipos de revestimiento se diferencian en el espesor, mayor en el primero y al que se adicionaban fibras de vidrio con objeto de mejorar su resistencia a flexotracción y el comportamiento de la rotura a tracción. Además se adicionarían al hormigón fibras de polipropileno con objeto de mejorar su resistencia al fuego y minimizar la fisuración por retracción.
2. Modificaciones al proyectoEl proyecto original planteaba un túnel único con vía doble, una galería paralela de emergencia con conexiones al túnel principal y una galería de acceso, todo ello a ejecutar por medios convencionales (mecánicos de ataque puntual y perforación y voladura).
En fase de construcción se propuso por parte de la UTE Dragados-Tecsa una considerable modificación al proyecto a aprobar por parte de nuestro cliente ADIF (Administrador de Infraestructuras Ferroviarias).
Esta modificación suponía un cambio del procedimiento constructivo y de la sección del túnel.
La propuesta consistía en ejecutar un túnel bitubo de igual longitud que el del proyecto original para albergar una vía en cada tubo y a excavar con máquina tuneladora de tipo E.P.B. (Earth Pressure Balance o Equilibrio de Presión de Tierras). La mayor ventaja de este cambio es que supone una clara disminución del riesgo frente a terrenos expansivos o geológicamente desfavorables (fallas, terreno muy fracturado, cavidades kársticas etc.) y a posibles encuentros con acuíferos, además de un aumento significativo en los rendimientos de excavación. La galería de emergencia intermedia y la de acceso se sustituyen por galerías cada 450 m siguiendo los modelos de túneles de ferrocarril de alta velocidad realizados hasta el momento Guadarrama, Abdalajís, Pajares y Pertús entre otros.
Para la ejecución de esta variante al proyecto solo sería necesaria una máquina tuneladora que primero excavaría el tubo izquierdo, desde la boca Este a la Oeste, donde se desmontaría parcialmente y se transportaría nuevamente a la boca Este para excavar el túnel derecho. La máquina tuneladora tiene un diámetro de excavación de 9,33 m; 8,43 m de diámetro interior y coloca dovelas de 32 cm de espesor. Se propuso comenzar a excavar las galerías de conexión desde el túnel izquierdo cuando se produjera el cale del mismo y se terminaría alguna de ellas durante la excavación del túnel derecho, lo cual aumentaba las condiciones de seguridad en este túnel, ya que en caso de emergencia los trabajadores podrían ser evacuados a través del túnel paralelo.
En la propuesta oficial al Cliente para modificar el procedimiento constructivo y el diseño de la obra se expusieron los argumentos de mejora al proyecto original.
La ventaja principal de la propuesta planteada es la seguridad, tanto en la ejecución de los trabajos como en la explotación de la línea férrea. Seguridad en la construcción, ya que el revestimiento del túnel se coloca al amparo del escudo trasero, por lo que no existen riesgos de desprendimientos sobre los trabajadores. El material excavado se extrae por tornillo sinfín con lo que se controla el volumen y se evita los riesgos de sobreexcavaciones en el caso de terrenos inestables y de baja cohesión. Por último la presencia de agua en el terreno también es controlable, ya que al tratarse de un equipo capaz de operar en modo cerrado limita la entrada de agua al interior del túnel a aquel volumen que viene mezclado con el terreno durante su extracción y que se puede corregir fácilmente con el empleo de los aditivos de acondicionamiento del terreno.
Adicionalmente, el personal que trabaja en la TBM dispone de una cámara de seguridad para su aislamiento y protección en caso hipotético de incendio y la tuneladora está provista de dispositivos capaces de generar cortinas de agua a modo de cortafuegos. Además la tuneladora para su explotación monta doble vía de circulación de trenes de tal forma que una de las dos vías siempre sirve de escape en caso de accidente en una de ellas.
La limitación del empleo de explosivos a pequeñas cantidades para ejecutar las galerías de conexión en calizas reduce enormemente los riesgos derivados de su manipulación frente a la ejecución tradicional. La presencia de polvo en suspensión y gases nocivos procedentes de las voladuras quedan igualmente minimizados. Durante la explotación de la línea, el hecho de disponer de dos tubos paralelos unidos por galerías de conexión cada 450 m incrementa sustancialmente la seguridad frente a la solución propuesta en el proyecto de licitación. Estas galerías pueden ejecutarse de forma simultánea a la excavación del segundo tubo, por lo que aun durante la construcción, las propias galerías servirían de escape a los trabajadores.
Por lo que se refiere a la calidad del túnel terminado, la propuesta presentada de empleo de anillo de dovelas del tipo universal minimiza el riesgo de errores en su instalación, tales como cejas o resaltes, ya que por su propia configuración deben ser colocadas correctamente para permitir la instalación del anillo siguiente, que de otro modo es prácticamente imposible de realizar. En términos de estanqueidad, la colocación correcta del anillo de dovelas conjuntamente con la inyección en trasdós de mortero, incrementa notablemente las garantías de estanqueidad del revestimiento final, a lo largo de toda su longitud. A pesar de que el cálculo justificaba un anillo de dovelas de 28,5 cm de espesor, se prefirió proponer una dovela de 32 cm de espesor a fin de trabajar con mayores coeficientes de seguridad y minimizar los riesgos. Adicionalmente, este espesor de dovela ya había sido instalado en los túneles de Guadarrama, lo que sin duda era un referente a considerar y facilitaría su aprobación por parte del cliente.
La solución propuesta permitía, así mismo, reducir los plazos de construcción frente al sistema convencional de acuerdo a la geología presentada en el proyecto de licitación. La máquina tuneladora propuesta para la construcción de estos túneles había sido repetidamente utilizada con éxito en las diversas ampliaciones del Metro de Madrid obteniendo rendimientos notables. Además de las características técnicas de la TBM debemos considerar al equipo humano que la opera, verdaderos especialistas y que es tan importante o más que la disponibilidad de la propia máquina. En lo que se refiere a rendimientos esperables durante su ejecución, dada la naturaleza del terreno, con baja o media abrasividad no era esperable un consumo elevado de elementos de corte, cuya sustitución supone una quiebra notable de rendimiento.
Sin embargo, por el hecho de tratarse de túneles ejecutados con simple escudo en el que la colocación de dovelas no se puede efectuar de forma simultánea a la excavación, sino alternativamente a la misma, se estimaron unos rendimientos globales de excavación de 500 m/mes. Rendimientos similares y aún mayores son los obtenidos por este tipo de máquinas excavando en suelos con baja o nula cohesión, como es el caso del Metro de Madrid, verdadero centro de experimentación, aprendizaje y formación de equipos humanos a lo largo de los últimos 15 años en los que se han ejecutado más de 120 km de túneles con esta tecnología.
3. Elección del tipo de tuneladoraExisten en el mercado diferentes tipos de tuneladoras que cuentan con distintas características para la excavación y colocación del sostenimiento y/o revestimiento en los distintos tipos de terrenos.
Las máquinas tuneladoras se dividen en máquinas de roca (topo, escudo abierto y doble escudo) y máquinas de suelos (escudo cerrado).
Pueden considerarse, así mismo, combinaciones de ellas, como el caso de las máquinas cerradas (con frente cerrado) de tipo Mixshield que pueden trabajar tanto como EPB como hidroescudo.
La rueda de corte, puede alojar diferentes tipos de herramientas, ya sea para excavar suelos como para roca, por ello cuando se describe una TBM se debe aclarar si la rueda de corte excava suelos, roca o es mixta (suelos y roca).
La elección del tipo de tuneladora depende fundamentalmente de las condiciones geológicas específicas del terreno que se va a excavar y es un hito muy importante para asegurar los buenos rendimientos de la obra y la consecución de la misma.
En el Túnel de Quejigares de acuerdo con la geología prevista, el tipo más adecuado sería una máquina tuneladora válida tanto para excavar roca como suelos, por lo que se ha optado por una máquina tuneladora tipo E.P.B provista de una rueda de corte con posibilidad de excavar roca.
La tuneladora de tipo E.P.B. equilibra el frente de excavación llenando la cámara con el propio material excavado y extrae el escombro mediante un tornillo sinfín. Si el material excavado tiene un gran contenido de agua o un escaso porcentaje de finos es necesario acondicionar el terreno para poder seguir con la excavación. La diferencia con la tuneladora tipo hidroescudo es que la manera de sostener el frente, en estas últimas, es rellenando la cámara con agua y bentonita (en Europa) o arcilla natural (en Japón) para ejercer una presión sobre el frente, conteniendo el mismo y extrayendo el escombro mediante tubería.
En ambos tipos de tuneladora, ya sea EPB como hidroescudo se soporta el frente mediante presión. En la EPB se genera esta presión empujando la TBM hacia el frente con los gatos del escudo, la rueda de corte excava el material y entra la misma cantidad de terreno en la cámara que el volumen que extrae el tornillo sinfín. La presión es medida en la cámara mediante células de presión.
En el Túnel de Quejigares se tuvo en cuenta que se atravesarían formaciones muy heterogéneas desde arcillas y margas hasta calizas, por lo que la máquina a utilizar debería ser muy versátil.
En cualquier caso, y en todo tipo de terreno, es posible colocar el revestimiento definitivo del túnel al amparo del escudo trasero, con lo que las garantías de seguridad en el trabajo son prácticamente totales.
Los altos rendimientos de excavación de la tuneladora unidos al diámetro de la misma producirían una elevada cantidad de escombros, por lo que se previó realizar la evacuación del mismo mediante una cinta transportadora continua a lo largo de todo el túnel. Esta cinta, avanza automáticamente a la vez que progresa la TBM y, al disponer de un acumulador de banda con capacidad de 500 m situado en el exterior del túnel, únicamente hay que proceder a empalmar un nuevo tramo de cinta cada 250 m de avance.
De esta forma el transporte convencional sobre vía queda únicamente reducido al transporte de dovelas, materiales y personal.
Tomando en consideración todo lo anterior se eligió una tuneladora tipo EPB, de la casa Herrenknecht, propiedad de Dragados.
La rueda de corte tiene herramientas recambiables desde el interior rastreles en los bordes de las aberturas y picas cambiables y sustituibles por cortadores de disco. La inyección de aditivos se realiza mediante ocho puntos en la rueda de corte, ocho en la cámara de excavación y uno en el tornillo sinfín, además de inyección de agua en la cámara.
4. Ejecución de los túnelesLa máquina tuneladora elegida para la ejecución de estos túneles ha excavado múltiples tramos de Metro de Madrid, siempre trabajando en suelos: arenas y arcillas. Para la realización del túnel de Quejigares, que se excava en terrenos mixtos (roca y suelo), se ha diseñado una rueda de corte completamente nueva. Esta rueda cuenta con herramientas de corte de roca y de suelo con un diseño completamente diferente al utilizado en las obras del Metro de Madrid.
Utilizando esta nueva rueda de corte se amplía el rango de ejecución de este tipo de tuneladoras EPB, extendiéndolo a la excavación en roca y con operación en modo abierto aún siempre extrayendo el escombro desde la cámara de excavación con el tornillo sinfín y después con cinta transportadora al exterior del túnel.
4.1. Túnel izquierdoEl Túnel Izquierdo tiene una longitud de 3.260 m, una pendiente de 1,75‰ y un recubrimiento máximo de 40 m. El diámetro de excavación es de 9,33 m y se coloca un revestimiento formado por anillos de dovelas prefabricadas de tres tipos: F40 (HA-50) para emboquilles, C100 (HA-50) para el túnel y HA-60 para zonas de fallas. El túnel se excavó en 193 días por lo que el rendimiento medio diario de excavación es de 16,9 m/día (507 m/mes). El rendimiento máximo diario fue de 51 m.
La geología corresponde en gran medida al perfil geológico obtenido de la campaña complementaria de sondeos realizada antes de comenzar la excavación. Así se excava en tres tramos:
- Tramo 1 (504+541-504+396; 145 m): Arcillas y margas con gasterópodos y bivalvos.
- Tramo 2 (504+396-503+520; 876 m): Matriz arcillosa o margosa con bloques decimétricos de distinta naturaleza y edad. Tramo más difícil de excavar puesto que es muy heterogéneo encontrándose en un mismo frente de excavación suelo y roca.
- Tramo 3 (503+520-502+980; 540 m) Calizas masivas estratificadas.
- Tramo 4 (502+980- 501+276; 1.704 m): Gravas y arenas con presencia de agua.
Durante la excavación del Túnel Izquierdo se producen algunas paradas prolongadas como:
- Reparación de la rueda de corte: Se repara la rueda de corte puesto que se han producido daños por el tipo de terreno excavado en los cortadores dobles centrales y un desgaste en la parte central.
- Reparación del tornillo sinfín. Se producen desgastes significativos en la hélice del sinfín que es necesario reparar debido a la excavación en roca y en matriz arcillosa con presencia de bolos en el terreno.
- Parada por orden de la Dirección de Obra por tema medioambiental.
El tiempo productivo en el túnel izquierdo fue del 59,8%, excavación y colocación del anillo de revestimiento, lo que es un rendimiento óptimo para este tipo de máquina.
4.2. Túnel DerechoLa excavación del Túnel Derecho se terminó en 170 días. Al principio se detecta una importante avería en los sellos del accionamiento principal por lo que es obligada una parada prolongada para repararlos.
La geología en que se excava este túnel es similar a la del primero, lo que da una clara ventaja para predecir las dificultades a encontrar, además y más importante es que los equipos de producción y maquinaria ya han superado la curva de aprendizaje, por lo se obtienen nuevamente rendimientos óptimos.
El tiempo productivo en el túnel derecho fue del 58,7%, excavación y colocación del anillo de revestimiento, lo que es un rendimiento óptimo para este tipo de máquina.
El rendimiento medio diario en el Túnel Derecho ha sido de 18,7 m/día y el máximo diario ha sido de 54 m/día. Además se ha obtenido un rendimiento máximo en 30 días seguidos de 1.168 m que es una cifra óptima para un túnel de estas características.
4.3. Gráficas de avance diario y mensualSe observa que los rendimientos diarios mejoraron del Túnel Izquierdo al Derecho y que las paradas prolongadas afectan significativamente al plazo total de la obra, aún así se ha reducido considerablemente el plazo del primer al segundo túnel ejecutado.
En este gráfico (página 18) se observa que en gran parte del tiempo de excavación se ha superado la previsión de 500 m/mes y que se ha alcanzado hasta 1.168,5 m en 30 días de trabajo, un resultado excelente.
5. Revisiones de la rueda de corte y cambios de herramientasLas revisiones de la rueda de corte y los cambios de herramientas se realizan periódicamente ya que la geología es muy heterogénea y un mantenimiento escaso puede provocar daños severos en la rueda de corte. Por este motivo, el tiempo invertido en los trabajos de inspección de la rueda, siempre realizados en modo abierto, es decir, sin presión en la cámara de excavación, es directamente proporcional al buen mantenimiento de la rueda de corte y sus herramientas, por lo que juega a favor de unos rendimientos óptimos.
En la actualidad se continúa invirtiendo mucho tiempo en la revisión de la rueda de corte y en el cambio de herramientas, ya sean cortadores de disco como picas y rastreles. Aun se puede mejorar considerablemente la reducción de tiempo empleado en estas actividades en el futuro para incrementar la producción en este tipo de túneles.
6. Innovaciones6.1. Rueda de corte mixta para EPBEl túnel de Quejigares se ha excavado con una máquina tuneladora tipo EPB para la cual se fabricó una rueda de corte nueva capaz de excavar tanto los tramos en suelos como en roca.
En comparación con la rueda de corte que se utilizó con esta misma máquina en las obras de Metro de Madrid, para la del Túnel de Quejigares, se realizaron las siguientes modificaciones de diseño:
- Aumento del número de cortadores de disco
- Se montaron “uñas” en las aberturas para limitar la entrada de bolos
- Se disminuyeron las aberturas de la rueda de corte
- Se diseñó una ventana en la parte central para evitar un posible taponamiento en la excavación en arcillas
- Se montaron cortadores dobles en la parte central
- Se estudió la posibilidad de aumentar las revoluciones
Esta rueda de corte ha resultado ser óptima para la excavación de terrenos de carácter mixto (suelo y roca) por supuesto, realizando periódicamente revisiones exhaustivas de la rueda y sus herramientas y realizando los cambios y reparaciones oportunos.
6.2. Desmontaje de la tuneladoraDespués de terminar la excavación del Túnel Izquierdo fue necesario el desmontaje de la máquina tuneladora para ser transportada al emboquille de entrada del Túnel Derecho. Para ello se desmontó parcialmente la máquina, lo mínimo posible, para ser transportada en piezas lo más grandes posible para reducir el plazo de desmontaje y montaje. De esta manera se transportó el escudo y la rueda de corte completos. El plazo de desmontaje, transporte y montaje fue de cinco semanas.
6.3. Acondicionamiento del terreno. Condiciones geológicas adversasEn la ejecución de túneles con tuneladora de presión de tierras es esencial realizar un acondicionamiento adecuado del terreno, ya que éste facilita la creación de la presión en el frente, la evacuación del material excavado y su transporte, al tiempo que minimiza el desgaste y las dificultades para la operación que pueden ocasionar las alternancias de tipos de terreno.
En la excavación de los tramos con arcillas se ha producido en algunas ocasiones atascos de material incipientemente cerámico en la cámara de excavación. Debido a las características de las arcillas y a la temperatura en la cámara se produce un tapón que solamente es posible reducir utilizando lanzas de agua a presión para limpiar la cámara y poder reiniciar la excavación.
En arcillas se acondiciona el terreno con espumas y desestructurantes que mejoran las propiedades del material excavado provocando las siguientes ventajas: facilita el transporte del material excavado, crea propiedades que facilita ejercer la presión necesaria en el frente, reduce el desgaste y la pegajosidad de ciertos suelos que pueden ocasionar taponamientos.
Siempre que se producen paradas prolongadas de la máquina, para evitar el posible efecto de empuje que pudieran producir las arcillas expansivas sobre el escudo y por tanto el atrapamiento de la máquina, se inyectan lodos bentoníticos a través del escudo frontal como precaución para permitir a la máquina arrancar con mayor facilidad, disminuyendo así el rozamiento entre escudo-terreno.
Durante la excavación se han encontrado tramos con terrenos no cohesivos y presencia de agua, en los que el material excavado se aditiva con polímeros para mejorar su comportamiento y regular su consistencia para permitir su evacuación. Los polímeros utilizados tienen un efecto aglutinante que facilitan la unión de los finos presentes en el terreno con el agua formando un gel. El problema surge cuando hay muy bajo contenido en finos, en este tipo de terrenos se debe añadir lodos bentoníticos para compensar la escasez de finos. La máquina tuneladora no se diseñó para la adición de lodos bentoníticos por lo que se utilizan las instalaciones de inyección de mortero para este fin, lo que complica el avance en este tipo de terrenos, si bien se han obtenido finalmente rendimientos satisfactorios.
En terrenos poco cohesivos se tomó como referencia la experiencia en acondicionamiento del terreno obtenida de los túneles del Metro de Sevilla y se aditivó el terreno con un 7,5% en volumen de terreno de lodos bentoníticos y un 0,3% de polímeros. Esta dosificación funcionó para el fin expuesto en el párrafo anterior.
En excavación de tramos en roca solamente se inyecta agua en el frente de excavación, lo que reduce el desgaste de herramientas.
7. Una mirada al futuroEl Túnel de Quejigares ha sido una obra que ha permitido llevar a cabo una modificación al proyecto cambiando su ejecución de túnel único a excavar con métodos convencionales a túnel bitubo a excavar con tuneladora. Esta solución se ha demostrado completamente válida como solución técnica, económica y social. Aunque en el proyecto original se descartaba la opción de excavación con tuneladora por la escasa longitud y el mayor plazo y coste, la realidad pesa sobre la teoría y esta obra finalmente se ha ejecutado con un coste y un plazo menor al estimado para túnel convencional. Además se añaden a ello todas las ventajas técnicas que se describen en el presente artículo.
Las máquinas tuneladoras son el futuro en cuanto a ejecución de túneles en el mundo, sin embargo, todavía hay un obstáculo que salvar y es que no existe aún una máquina universal, es decir, que pueda excavar todo tipo de geologías. El ejemplo más aproximado que tenemos es el que nos ocupa, el Túnel de Quejigares, que ha permitido la excavación de una máquina tuneladora tipo EPB diseñada específicamente para suelos amplíe su rango a la excavación de roca, simplemente cambiando el diseño de su rueda de corte. Esto se puede considerar un avance significativo ya que amplía el abanico de posibilidades de utilización de este tipo de máquinas. Además se ha obtenido un tiempo productivo próximo al 60% que es un resultado sumamente positivo para estas máquinas.
Es importante resaltar que tanto la elección adecuada del tipo de tuneladora como el diseño de la misma puede ser determinante para el éxito del túnel.
Esto no quiere decir que los métodos convencionales de excavación de túneles se deban descartar para una obra determinada, por el contrario, se entiende que para el correcto proyecto y estudio de una obra se deberán estudiar todas las alternativas técnica, económica, medioambiental y socialmente viables para poder alcanzar la mejor solución en todos los sentidos. Este propósito es el que hemos intentado conseguir para esta obra y gracias al esfuerzo de los medios humanos de la Administración, Asistencia Técnica y Constructora el objetivo se ha cumplido con éxito.
