Equipos auxiliares
Las tuneladoras por si mismas no pueden acometer los trabajos al completo ya que simplemente realizan el proceso de excavación. Estas máquinas requieren de equipos auxiliares que permiten su manejo, control, guiado y gestión del material extraído de la excavación.
Equipos auxiliares
En este apartado se incluirán:
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Equipos auxiliares para la excavación (cabina de control, generadores eléctricos, bombas, depósitos de agua, mezcladoras de bentonita y cemento, sistemas de empuje…)
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Equipos de tratamiento de material extraído de la excavación (planta de separación, filtro prensa…)
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Equipos de guiado (láser, giróscopo…)
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Herramientas de corte
Equipos auxiliares de excavación
Los equipos auxiliares de excavación dependen en gran medida del tipo de tuneladora a la que acompañan, sin embargo es posible enumerar y describir una serie de elementos que son comunes a casi todas las tuneladoras.
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Cabinas de control: estos equipos son el centro de la ejecución de los túneles, en ellos se recogen todos los datos obtenidos en los sensores presentes en las tuneladoras, los presentan en un monitor para que el piloto, o trabajador encargado de manejar la TBM, pueda analizar el estado de la excavación y realizar acciones en el panel de control para realizar el avance.
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Generadores eléctricos: la gran mayoría de las máquinas modernas funcionan mediante energía eléctrica, para lo cual es necesario disponer de, o bien una batería de generadores que proporcionen la potencia necesaria, o bien de un suministro continuo desde la red general hasta un centro de transformación y distribución adecuado en la obra.
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Bombas: en todos los túneles se requieren bombas para movilizar diferentes tipos de fluidos que intervienen en las operaciones de tunelación: fluidos en base bentonítica para los hidroescudos, agua de achique, grasas y aceites entre otros.
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Depósitos de agua: en todas las obras subterráneas se requiere una disponibilidad inmediata de agua para diferentes procesos, con lo que es necesario disponer tanques y depósitos varios a pie de obra para evitar paradas innecesarias por el desabastecimiento de agua.
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Unidades de mezclado: tanto en las fases de ejecución como en fases posteriores a la finalización de un túnel, es habitual que se requiera de la fabricación in situ de diferentes mezclas para cementos, morteros y fluidos bentoníticos. Por tanto, es recomendable considerar este tipo de equipos como parte de los medios necesarios para un proyecto.
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Unidades de empuje: todas las tuneladoras requieren de sistemas de empuje para conseguir el avance de la máquina, si bien su ubicación variará según el tipo de tuneladora y sostenimiento empleado. Por lo general, las unidades de empuje están compuestas de equipos de empuje o de acción y elementos de reacción que absorben dicho empuje y lo transmiten de forma segura al terreno.
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Los elementos de acción suelen ser cilindros hidráulicos que utilizan diferentes sistemas de presión, habitualmente hidráulicos, para su apertura y cierre, lo cual permite el avance. Su ubicación varía según el tipo de sostenimiento de túnel, en hinca de tubería las unidades de empuje se ubican en el pozo de entrada, desde donde se genera el empuje necesario para desplazar todo el conjunto de tubos y tuneladora, mientras que en túneles de dovelas, los elementos de acción se ubican en la parte trasera de la tuneladora y empujan contra el último anillo colocado.
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Los elementos de reacción también dependen del tipo de sostenimiento, aunque por lo general se ubican siempre en el pozo de ataque. Pueden tratarse de anillos de reacción en el caso de túneles con dovelas o chapones y muros de reacción en el caso de hinca de tuberías.
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Unidades de empuje auxiliares: En los túneles ejecutados mediante hinca de tubería es habitual incluir las denominadas Estaciones Intermedias, aproximadamente colocadas cada 100 m del tramo, que están compuestas de 2 tubos especiales en los que se aloja un conjunto de cilindros de empuje adicionales a los ubicados en el pozo de ataque. Estos cilindros se accionan en tramos largos cuando las presiones desde el bastidor principal son excesivas, permitiendo compartimentar el túnel y avanzar los diferentes segmentos del túnel de forma individual , con lo que se reducen las presiones y se habilita el avance.
Sistema de empuje principal
1. Cilindros de empuje
2. Anillo de reparto
3. Chapón de reacción
4. Bastidor
Estación de empuje intermedia
Equipos de tratamiento de material de excavación
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Planta de Separación: el material extraído de la excavación de los túneles habitualmente requiere un tratamiento que cumple con dos funciones principales, la primera es reducir el consumo de agua y aditivos necesarios para el fluido de excavación y la segunda es facilitar la retirada y transporte del material procedente de la excavación. La incorporación de equipos de separación de material de excavación a la ejecución de túneles es muy extendida y prácticamente de uso obligado en casi cualquier circunstancia. La planta de separación consiste en un sistema de varias etapas en el que se bombea el fluido, procedente del frente de excavación, para conducirlo, en primer lugar hasta un conjunto de ciclones que separan la parte de menor granulometría y, en segundo lugar, hasta una serie de cribas que separan las diferentes granulometrías que transporta el fluido. Todo el material seco se vierte en un punto que es de fácil acceso para equipos de carga y transporte. El funcionamiento de estos equipos es sencillo pero requiere de un gran conocimiento previo del terreno para ajustar las diferentes etapas de separación y conseguir un tratamiento eficiente.
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Filtro prensa: es habitual para las tuneladoras de escudo cerrado trabajar en terrenos cuya excavación genera una gran cantidad de sólidos con granulometrías muy bajas, tales como arcillas o limos. Estas partículas incrementan en gran medida las densidades de los fluidos de excavación, hasta el punto en que éstos deben ser desechados y sustituidos por nuevos fluidos. Los filtros prensa evitan malgastar los recursos en exceso ya que permiten separar las fracciones más finas presentes en el fluido, reduciendo los consumos de agua del proceso de excavación en estos tipos de terreno. El funcionamiento del filtro prensa consiste en una serie de telas filtrantes a través de las cuales se fuerza la circulación del fluido de perforación. Una vez alcanzada una presión determinada en el interior del filtro, se extrae la fracción líquida por succión, quedando una torta húmeda compuesta por el material fino, que es apta para su vertido en las zonas de la obra habilitadas para ello.
Planta de separación
Filtro prensa
Sistemas de guiado
Los diferentes sistemas de guiado utilizados en la construcción de túneles mediante tuneladoras, dependen en gran medida, por un lado, del tipo de revestimiento utilizado para el túnel, es decir, dependerá de si se trata de un túnel de dovelas o un túnel de tubería hincada y por otro lado, de la alineación del túnel, es decir, si se trata de un túnel recto o un túnel curvilíneo.
En la hinca de tubería, el revestimiento está en continuo movimiento durante la ejecución del túnel, con lo que dentro del túnel no existen punto de coordenadas fijas y se requerirá un sistema que sea capaz de medir ese desplazamiento de coordenadas, mientras que en los túneles de dovelas, siempre será posible definir puntos de coordenadas fijas ya que el revestimiento se instala en el su posición definitiva.
Los sistemas de guiado siempre se componen de 2 niveles de acceso. El primer nivel simplemente muestra la información de la posición y orientación de la tuneladora para que el piloto tenga a su disposición los datos que le permitan manejar los equipos de direccionamiento y en un segundo nivel, se integra el sistema de definición de la alineación del túnel en el que el responsable de topografía del túnel introduce los datos de ésta para poder conocer las desviaciones que se van produciendo y también mostrarlas en el primer nivel.
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Electronic Laser System (ELS): consta de un láser-guía para el avance, instalado en el pozo de ataque y dirigido a la tarjeta ELS de la TBM. Se utiliza para alineaciones rectas con una distancia máxima de 250 m.
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Electronic Laser System - Hydrostatic Water Leveling (ELS-HWL): este modo aplica el láser-guía para el avance y utiliza el nivel hidrostático-electrónico integrado que proporciona los valores de altura que se miden por medio de un sensor de referencia en el pozo de ataque y el sensor de altura en la TBM. Es utilizado para tramos rectos hasta los 400 m.
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Gyro Navigation System (GNS): el girocompás instalado en la TBM localiza la dirección del norte a partir del eje de la máquina. La posición efectiva de la máquina se calcula a partir del procedimiento de navegación por estima. El nivel hidrostático-electrónico integrado proporciona los valores de altura que se miden por medio de un sensor de referencia en el pozo de ataque y el sensor de altura de la máquina. Este sistema se utiliza para tramos largos y/o curvos.
Herramientas de Corte
Las herramientas de corte, son elementos auxiliares de excavación que se encuentran ubicadas en la denominada Rueda de Corte (RdC), cuya función principal es romper y arrancar el material presente en el terreno para conseguir que la tuneladora penetre en él.
El tipo de herramientas, su disposición en la RdC y la configuración de ésta, dependen en gran medida de los condicionantes geológicos que se presenten en cada proyecto, pudiéndose diferenciar básicamente en herramientas y configuraciones de RdC para Rocas, Suelos o Mixtas.
Los tipos de herramientas de corte más comunes y utilizados son:
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Discos cortadores: Son herramientas de corte, utilizadas para excavar en rocas o terrenos muy consistentes, compuestos por discos de metal de diferentes durezas (según las características geotécnicas del terreno a atravesar) fijados en la RdC mediante unos soportes que les permiten girar sobre su propio eje.
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Picas: Distribuidas a lo largo de toda la RdC, mediante la compresión y el giro de la RdC desgranan poco a poco el suelo para que de esta forma pueda ser extraído. Se utilizan principalmente en suelos poco consistentes, debido a su fragilidad es conveniente revisar con frecuencia su estado en condiciones de terreno heterogéneo.
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Rastreles: Se ubican en la parte más exterior de la RdC, tienen como misión principal conducir el material excavado hacía la cámara de excavación tras la cara de la RdC y así proceder a la extracción.
Los tipos de herramientas de corte más comunes y utilizados son:
