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ÍNDICE

1.- DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA OBRA.............................................1 1.1.- Circunvalación Sur de la M-30 de Madrid ....................................................1 1.2.- Túneles de la circunvalación Sur de la M-30 ...............................................5 1.3.- Túnel Sur de la circunvalación .....................................................................9

1.3.1.- Trazado .............................................................................................. 9 1.3.2.- Tipo de terreno ................................................................................... 9 1.3.3.- Características generales ................................................................. 10

1.4.- Pozo de ataque de la tuneladora ...............................................................13 1.5.- Revestimiento del túnel ..............................................................................18 1.6.- Parque para acopio de dovelas. Instalaciones auxiliares ..........................22 1.7.- Pozos de ventilación y salidas de emergencia ..........................................24 1.8.- Plataforma de rodadura .............................................................................25 1.9.- Auscultación..........................................................................................32

Instrumentación .............................................................................................. 34

1.10.- Magnitudes de la Obra...............................................................................35

2.- TUNELADORA “TIZONA” ..................................................................37

2.1.- ANTECEDENTES ......................................................................................37 Prescripciones del Ayuntamiento de Madrid .................................................. 37

2.2.- FUNCIONAMIENTO DE LA TUNELADORA ............................................38 2.3.- ESCUDO ..............................................................................................44

2.3.1.- Cuerpo del escudo ........................................................................... 44 2.3.2.- Chapas antidesgaste del escudo delantero...................................... 46 2.3.3.- Articulación ....................................................................................... 47 2.3.4.- Cilindros de empuje.......................................................................... 49 2.3.5.- Sellados de cola ............................................................................... 52 2.3.6.- Estabilizadores ................................................................................. 53 2.3.7.- Andamio trasero ............................................................................... 53 2.3.8.- Erector .............................................................................................. 55

2.3.9.- Sistema de corte ...............................................................................59

2.3.9.1.- Mecanismo de excavación ...............................................59 2.3.9.2.- Mecanismo de sobreexcavación (“copy-cutter”) ..............63 2.3.9.3.- Accionamiento principal....................................................64

2.3.10.- Junta giratoria y puertos de inyección...............................................68 2.3.11.- Cámara de tierras y agitador central.................................................70 2.3.12.- Sensores de presión de tierras .........................................................73 2.3.13.- Tornillo sinfín y compuertas ..............................................................74 2.3.14.- Conductos de inyección de relleno (mortero) ...................................77 2.3.15.- Dispositivo para el tratamiento del frente..........................................77 2.3.16.- Detector de colapso de tierras ..........................................................78 2.3.17.- Esclusa de personal..........................................................................78 2.3.18.- Esclusa de material...........................................................................79 2.3.19.- Ascensor ...........................................................................................80

2.4.- BACK-UP...................................................................................................81 2.4.1.- Estructura..........................................................................................81 2.4.2.- Funciones..........................................................................................85

2.4.2.1.- Sistema de mortero ........................................................85 2.4.2.2.- Sistema de espuma........................................................85 2.4.2.3.- Sistema de bentonita......................................................87 2.4.2.4.- Sistema de aire comprimido respirable ..........................87 2.4.2.5.- Sistema de aire comprimido industrial............................88 2.4.2.6.- Sistema de agua industrial .............................................88 2.4.2.7.- Sistema de aguas residuales .........................................88 2.4.2.8.- Sistema de cintas transportadoras .................................89 2.4.2.9.- Descargador rápido de dovelas......................................89 2.4.2.10.- Grúa de dovelas .............................................................90 2.4.2.11.- Alimentador de dovelas ..................................................92 2.4.2.12.- Otros sistemas................................................................94

2.5.- CICLO DE TRABAJO................................................................................95

_______________________________________________ Descripción general de la Obra ________

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1.- DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA OBRA

1.1.- CIRCUNVALACIÓN SUR DE LA M-30 DE MADRID

La M-30 de Madrid es una gran vía urbana, hasta hace poco autopista, que circunda la capital de España. Tiene una longitud de 32,5 km con un radio medio de 5,17 km con respecto a la Puerta del Sol, y una intensidad de circulación media superior a los 100.000 vehículos/día. Es la vía más transitada del país, con cerca de 300.000 vehículos diarios en algunos puntos, siendo famosa por sus atascos.

El Nudo Sur es su zona más congestionada, con la mayor densidad de tráfico de todos sus tramos. El trayecto comprendido entre la Autovía de Valencia A-3 y la Carretera de Toledo A-42 tiene un tráfico diario de 260.000 vehículos en sus 8 carriles, 4 por sentido. Por no hablar del resto de los recorridos Este-Oeste y Norte-Sur, así como la interconexión con el Nudo Super Sur de la M-40, lo que eleva el número de vehículos a 300.000.

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_______ Descripción general de la Obra ________________________________________________

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Estas intensidades de tráfico producen importantes retenciones que dificultan la circulación por la zona de manera notable, e incluso establecen itinerarios alternativos por el centro de la ciudad, con la consiguiente problemática.

La construcción de un túnel entre la A-3 y el Puente de Praga resultaba, por tanto, prioritaria para hacer desaparecer los colapsos que se producían diariamente en dicho Nudo Sur, a la vez que disminuiría la elevada accidentalidad (descrita en términos absolutos, ya que relativamente es la vía más segura de España, en cuanto a nº accidentes/nº de vehículos circulantes).

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La circunvalación Sur de la M-30 se configura así como una ruta alternativa a los movimientos Este-Oeste que se realizan en su zona Sur, permitiendo reducir el tráfico en superficie en más de 80.000 vehículos al día, acortando el recorrido en 1’5 km, incrementando la seguridad vial y reduciendo la contaminación.

Con su construcción los vehículos recorrerán 120.000 km menos al día, y el trazado en superficie se recuperará para trayectos de la zona, potenciando la integración urbana, implantando un nuevo sistema de movilidad y recuperando para el ciudadano espacios de extraordinario valor arquitectónico y medioambiental.

Esta circunvalación se lleva a cabo mediante dos túneles gemelos unidireccionales prácticamente paralelos de 4.200 m de longitud, que permitirán la conexión directa entre el tramo soterrado del Manzanares, a la altura del Pº de Santa María de la Cabeza, y la M-30 en superficie, en las proximidades del Puente del Mediterráneo. Ello permitirá la segregación de estos movimientos de los de medio y largo recorrido que se producen en el Nudo Sur.

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La actuación se completa con la construcción de los túneles de comunicación directa de la circunvalación Sur con la autovía A-3.

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Técnicos del Ayuntamiento inspeccionaron 227 edificios de la zona e instalaron 1.911 aparatos de control, que comprobaban permanentemente el estado de las estructuras del entorno, el terreno donde se trabajaba y el propio proceso constructivo.

Esta actuación del Ayuntamiento de Madrid pretende, junto con el resto de actuaciones del Proyecto "Madrid Calle 30", vertebrar la ciudad, actualmente dividida por la M-30, reduciendo al mismo tiempo la accidentalidad y la contaminación, tanto medioambiental como acústica, ampliando las zonas verdes y confiriendo al río Manzanares el protagonismo que le corresponde.

1.2.- TÚNELES DE LA CIRCUNVALACIÓN SUR DE LA M-30

Para la selección del método más conveniente, se consideraron válidas las prioridades establecidas por el profesor M. J. Melis (1997) para la selección de los sistemas más adecuados a adoptar en la ampliación del metro de Madrid 1995-1999, que son las que se resumen a continuación:

* máxima seguridad para los trabajadores en el interior del túnel

* máxima seguridad para los edificios y otros elementos en la superficie del terreno

* mínima superficie de frente abierto del túnel en todo momento

* las consideraciones de coste o de plazo no primarán sobre las de seguridad y calidad

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Para este caso el sistema constructivo considerado fue el de la excavación mecanizada.

En este sentido, y primando por encima de cualquier otra consideración, la seguridad, siempre que sea posible, se considera prioritaria la excavación mecanizada con tuneladoras (TBM) que puedan trabajar con presión de tierras en modo EPB( )1 . Como contrapartida es casi obligado recurrir al sistema tradicional Clásico de Madrid (o método Belga) de excavación, cuando hay que ejecutar túneles de geometrías complicadas o de gran sección.

El aumento progresivo de la excavación de túneles en la última década ha favorecido desde el punto de vista de la seguridad y económico el desarrollo de equipos mecanizados cada vez más potentes y sofisticados.

Dependiendo de la naturaleza de los materiales a excavar, estos equipos se agrupan por los sistemas de corte, de extracción, de modo de contención y de trabajo en el frente de excavación, así como por la forma en la que ejecuta el desescombro y la extracción, y finalmente por el tipo y colocación del sostenimiento - revestimiento del túnel.

Para la construcción de estos nuevos túneles, y dada la complejidad del tramo a atravesar, se han utilizado dos tuneladoras EPB de última generación, y dovelas prefabricadas.

Estas tuneladoras, las más grandes del mundo hasta la fecha (tienen 15 m de diámetro), son sin embargo distintas, tanto en su forma como en el funcionamiento de su cabeza de corte.

Las tuneladoras EPB, acompañadas del sistema de montaje de dovelas, se han consolidado claramente en los últimos años como el método más seguro para la ejecución de túneles en terrenos blandos, inestables o con presencia de agua; siendo aún mayores sus ventajas cuando se ejecutan, como en este caso, en zonas urbanas con alta densidad de tráfico o bajo construcciones importantes.

Este sistema de excavación mecanizada con mínima superficie de frente de excavación abierto y presión equilibrada de tierras, con revestimiento simultáneo del túnel durante la excavación, permite afrontar su ejecución en condiciones de máxima seguridad y mínima afección al entorno urbano en el que se inscriben.

1 Siglas de “earth pressure balanced ”, en inglés (presión equilibrada de tierras)

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La construcción de túneles en las grandes ciudades mediante este tipo de máquinas, las gigantescas y modernas tuneladoras, ofrece la máxima seguridad, tanto para los propios trabajadores como para los edificios e infraestructuras del entorno, consiguiendo a la vez un alto rendimiento debido a que la excavación y el revestimiento del túnel se realizan simultáneamente.

Este método de excavación, automatizado informáticamente y controlado mediante láser, permite una exacta perforación a la vez que un control total de los ciclos de avance, consiguiendo importantes rendimientos, tanto cualitativos como cuantitativos; así como unos elevados índices de seguridad en la excavación, impensables en otros sistemas de ejecución.

Para ubicar inicialmente las tuneladoras se realizaron sendos pozos de ataque - extracción( )1 localizados junto al Palacio de Cristal de la Arganzuela (inicio túnel Sur) y el Puente de Vallecas (inicio túnel Norte).

La sección transversal de los túneles, de 15’01 m de diámetro de excavación y 13’45 m de diámetro libre, permite albergar calzadas de circulación de 3 carriles de 3,5 m de anchura, junto con sus correspondientes arcenes y aceras de servicio en ambos lados. Además, se ha dispuesto también una galería inferior de evacuación (nivel de emergencia) bajo la losa de la estructura interior del túnel, con un gálibo mínimo de 4 m.

1 El pozo de ataque de cada una de las tuneladoras será el de extracción de la otra

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Ambos túneles se conectan entre sí mediante galerías transversales peatonales de evacuación distribuidas uniformemente cada 200 m a lo largo de su recorrido, además de otras para vehículos cada 600 m, complementadas con 4 (túnel Sur) y 3 (túnel Norte) accesos de evacuación comunicados directamente con el exterior y ubicados en pozos de ventilación y de emergencia, y en los pozos de ataque de las tuneladoras.

Se ejecutan así mismo unas galerías que, partiendo de las ya contempladas, comunican el nivel de rodadura con el de emergencias, sirviendo por tanto el nivel inferior no solo de acceso para las emergencias, sino también de galería de evacuación.

Para garantizar la máxima seguridad y fiabilidad en servicio, se implementan sistemas e instalaciones convencionales y especiales de tecnología avanzada, propias de túneles viarios urbanos de gran longitud con elevadas intensidades de circulación, y cuyo funcionamiento será gobernado desde el Centro de Control de Túneles de la M-30.

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1.3.- TÚNEL SUR DE LA CIRCUNVALACIÓN

La empresa municipal “Madrid Calle 30” adjudicó a FCC Construcción, en UTE al 50% con otra empresa, la construcción del túnel Sur de la circunvalación Sur de la M-30, desde el Pº de Santa María de la Cabeza hasta la A-3.

1.3.1.- TRAZADO

La circunvalación Sur de la M-30 es un tramo prácticamente subterráneo que comienza en las inmediaciones del actual enlace con el Pº de Santa María de la Cabeza y finaliza junto al enlace de la Avenida del Mediterráneo.

El trazado del túnel comienza en el Parque de la Arganzuela, donde está situado el pozo de ataque, en la ubicación del antiguo Matadero Municipal de Madrid, y en el que confluye el tramo anterior de soterramiento de la M-30.

Discurre bajo el citado Parque de la Arganzuela, siguiendo por el Pº de la Chopera hasta pasar bajo la Plaza de Legazpi, cruzando por debajo de la línea 6 de Metro de Madrid, y continuando por debajo del Pº del Molino y la Plaza de Italia para, girando sensiblemente hacia el Este, cruzar bajo zonas donde se están construyendo nuevas edificaciones, llegando a la Calle del Hierro. Continúa hasta cruzar bajo la Avenida del Planetario y las vías del ferrocarril, pasando a continuación bajo el Parque Tierno Galván.

Hasta ese punto los dos túneles se mantienen prácticamente paralelos a una distancia aproximada de 30 m, separándose después para ocupar cada uno de los laterales de la M-30, pasando bajo el enlace de Méndez Álvaro, junto a los estribos del Puente de los Tres Ojos y en paralelo al viaducto existente sobre la Avenida de la Albufera en Vallecas.

1.3.2.- TIPO DE TERRENO

En el tramo en estudio, los materiales atravesados corresponden a los suelos de la cuenca terciaria de Madrid, básicamente los conocidos como facies intermedias (peñuelas) y evaporíticas (yesos).

A lo largo del trazado se han distinguido 4 grandes unidades litoestratigráficas, correspondientes dos de ellas al Terciario y otras dos al Cuaternario, situándose los

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materiales de edad cuaternaria sobre los depósitos terciarios. También se localizan depósitos recientes constituidos por materiales de origen antrópico.

Atraviesa el túnel zonas de lutita litificada verde y gris, arcilla basta, arcilla arenosa, arena arcillosa, niveles sepiolíticos, carbonato cálcico del Mioceno masivo y carbonato cálcico nodular con filtros de arcilla.

El recubrimiento de tierras sobre clave oscila entre los 15 y los 60 m, y la presión de agua considerada son 0,4 MPa (4 kp/cm2).

1.3.3.- CARACTERÍSTICAS GENERALES

La sección del túnel tiene en su parte media aproximadamente la calzada con 3 carriles, y debajo de ésta una vía de emergencia para bomberos, ambulancias, policía y servicio de mantenimiento.

A lo largo de su recorrido, garantizando la máxima seguridad, cuenta con las galerías transversales ya mencionadas (peatonales y vehiculares), paneles de información, circuito cerrado de televisión (464 cámaras), detección automática de incidencias, sistemas de detección y extinción de incendios (18 km de cable y 472 BIEs), comunicaciones, 15.710 puntos de luz y señalización variable (112 señales gráficas).

Se han instalado sistemas de ventilación y filtrado que garantizan la calidad del aire y son capaces de retener el 80% de las partículas y del dióxido de nitrógeno de los vehículos circulantes.

Ello ha requerido la construcción de 2 pozos circulares de 20 m de diámetro: uno situado en el Parque Tierno Galván y otro junto al ferrocarril, al Sur del Puente de los Tres Ojos.

La tuneladora que perforó este túnel (el denominado túnel Sur), a la que muy apropiadamente se bautizó como Tizona, entró en funcionamiento el 20-2-06, desde el pozo de ataque situado a 30 m de profundidad en la M-30, a la altura del Palacio de Cristal de la Arganzuela.

Con 148 m de longitud y más de 4.200 t de peso, era capaz de desarrollar una fuerza de empuje de 31.700 t, llegando a perforar diariamente hasta 46 m de túnel de 15’01 m de diámetro.

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Un equipo de 600 personas, divididas en 3 turnos, permitió a la tuneladora Tizona trabajar de manera continua durante las 24 horas los 7 días de la semana.

1.4.- POZO DE ATAQUE DE LA TUNELADORA

Este recinto, destinado al montaje de la tuneladora, el inicio de la perforación y centro logístico de toda su etapa de trabajo, resulta muy condicionado por las características de la máquina.

En él se ejecuta una estructura de reacción sobre la que se transmite la fuerza necesaria para el inicio de la excavación, hasta que la fuerza de empuje para

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el avance de la tuneladora es contrarrestada por los pesos y rozamientos de los primeros anillos de dovelas montados en el túnel.

En este caso el pozo de ataque dará servicio a dos túneles a igual cota, sirviendo de pozo de ataque para la tuneladora del túnel Sur que nos ocupa, y de pozo de salida para la tuneladora del túnel Norte, estando situada la solera de montaje a unos 27 m bajo la cota del terreno.

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En previsión de las dimensiones de la rezaga y de la necesidad de espacio lateral para el montaje, se construyó un recinto entre pantallas de 60 m de anchura, 100 m de longitud y 35 m de profundidad.

Se instalaron protecciones con plástico transparente de 6 m de altura soportado por perfiles metálicos en el testero del Palacio de Cristal inmediato al frente de ataque.

El obligado retranqueo del frente de ataque para obtener una mínima franja de respeto a los edificios reduce el espacio disponible para las instalaciones de Obra y los acopios, lo que condiciona el desarrollo de los trabajos.

El recinto del pozo se define con pantallas de pilotes de hormigón armado de 1,5 m de diámetro de espesor, secantes a pilotes de mortero de 1 m de diámetro, con objeto de favorecer la estanquidad del recinto. Así mismo, se ejecutan pilotes de mortero exteriores al recinto y dispuestos al tresbolillo, cuya función es recibir las sobrecargas sobre el terreno que existen durante los trabajos, y así reducir las flexiones sobre los pilotes estructurales.

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Para la fase inicial de funcionamiento como pozo de montaje y trabajo de la tuneladora se requiere la ausencia de impedimentos al desplazamiento en la vertical de la zona de montaje y adyacentes, por lo que se sujetaron las pantallas mediante un nivel superior de puntales definitivos a base de vigas de hormigón armado, y un nivel intermedio de anclajes activos provisionales.

Las soleras de montaje se han efectuado con un espesor medio de 2’5 m, con dientes inferiores de 6 m de canto, necesarios para su función inicial de resistir los empujes horizontales de la tuneladora. La cimentación de pilares con grandes cargas se lleva a cabo a base de zapatas aisladas o combinadas.

Las zonas de la pantalla frontal que serán afectadas por el trabajo de la tuneladora en el inicio de la excavación, denominadas “frente de ataque”, se tratan de manera específica:

en el tramo a demoler por la tuneladora no se arman los pilotes

antes de iniciar la excavación del pozo se consolida el bloque de terreno en el trasdós del frente de ataque y de salida de las tuneladoras con pilotes de mortero de 1 m de diámetro, dispuestos formando un recinto perimetral rectangular dentro del cual se ejecutan pilotes intermedios según una malla

el inicio de la excavación se protege con un paraguas de micropilotes de 200 mm de diámetro armados con tubo de acero 152’4 x 10 mm, de 15 m de longitud, perforados sobre la poligonal de clave envolvente a la perforación, a distancias de 0’7 m a ejes, desde un arco de descarga de hormigón armado de 0,5 x 1 m adosado a la pantalla.

Finalizada la operación de la tuneladora, en el pozo se construirán las plataformas de rodadura correspondientes, con el mismo sistema utilizado en los túneles, y se ejecutará la estructura interior.

El apuntalamiento definitivo de las pantallas se llevará a cabo mediante 2 niveles de forjado.

Parte de la planta superior se dedicará a centro de control e instalaciones de filtración, mientras que en la otra parte y en el forjado inferior se dispondrá de una gran superficie con acceso desde la rampa y que podrá ser destinada al uso público como aparcamiento.

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Para la excavación y funcionamiento del pozo de ataque en la fase de trabajo de la tuneladora se construyó una rampa de acceso soterrada que comunicaba el pozo con el Pº de la Chopera. Con un ancho útil de 7 m que permitía el tráfico de camiones en ambos sentidos, el coste de este elemento auxiliar será amortizado por su reutilización como acceso a la galería de emergencia y a los niveles superiores de forjado.

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Debido a su gran superficie y al reducido plazo previsible para su ejecución, condicionada a los rendimientos que pudieran obtenerse en la perforación de los túneles, la estructura interior y la cubierta se proyectaron para su construcción con pilares, vigas y placas prefabricados, con los que existe experiencia de rendimientos superiores a los 1.500 m2/semana/equipo.

Para la cubierta se han previsto 2 vanos resueltos con vigas prefabricadas de hormigón pretensado de 1’2 m de canto, y losa de compresión de 30 cm de espesor.

Los paramentos de las pantallas se recubrirán con medio pie de ladrillo y cámara en cuyo interior se fijará una lámina impermeabilizante. Los recintos correspondientes a las calzadas de la M-30 en el pozo serán cerrados con muros de un pie de ladrillo, enfoscados a dos caras.

1.5.- REVESTIMIENTO DEL TÚNEL

Está constituido por una serie de anillos unidos entre sí y compuestos por dovelas prefabricadas de hormigón armado HA-40, con armadura de acero B-500-S. El buen ensamblaje de los anillos y de las dovelas requiere una gran precisión, por lo que las tolerancias de fabricación son muy exigentes (del orden de 0,5 mm).

Cada anillo tiene 13,45 m de diámetro interior, 60 cm de espesor y una longitud media (según el eje del túnel) de 2 m, siendo la mínima 1,95 m y la máxima 2’05 m, correspondientes a un radio de curvatura de trazado teórico mínimo de 350 m.

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Se ha adoptado un anillo universal, formado por 9 dovelas más 1 de cierre (llave). El número de dovelas se determina en función, fundamentalmente, del diámetro del túnel.

El anillo universal está formado por la intersección de un cilindro con dos planos, uno de ellos perpendicular a su eje y otro formando un cierto ángulo que es función de la longitud media del anillo, según su generatriz, y del radio mínimo de la curva en el espacio del eje del túnel. Girando cada anillo alrededor de su eje el ángulo conveniente respecto al anterior, se sigue el trazado con un único tipo de anillo.

Dado que cada anillo se fija al anterior por medio de tornillos, el ángulo de giro relativo no puede ser cualquiera, sino que tiene que tener un valor entre una serie de valores predeterminados fijados por el número de tornillos.

Esto, junto con la longitud no nula de cada anillo, hace que el ajuste sea poligonal, aunque suficientemente próximo al teórico.

Los giros del anillo son múltiplos del ángulo de la pieza de llave, por lo que el anillo tiene 19 posiciones distintas ( 360º / θº ), y las dovelas tienen también geometrías distintas según su posición en el anillo.

Las primeras 9 dovelas se definen por un ángulo en el centro de 37’895º, mientras que la de llave, de menores dimensiones, tiene un ángulo de 18’945º. Para poder cerrar el anillo, las dovelas son trapeciales (de lados paralelos en el sentido del eje del túnel) salvo la de cierre (llave) y adjuntas (contrallaves), que son trapezoidales (ningún lado paralelo entre sí).

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Para este diseño estructural se han tenido en cuenta todas las acciones a las que estarán sometidas las dovelas, comenzando con el desencofrado, pasando por las etapas de manipulación, almacenamiento y colocación, analizando posteriormente los empujes producidos por los cilindros hidráulicos de empuje y finalizando con la entrada en carga del anillo debido a la acción del terreno encajante.

La elección del anillo universal frente a uno no universal se debe a las ventajas que presenta el primero, que son:

El anillo no universal exige dos juegos de moldes, uno a derechas y otro a izquierdas, para describir curvas en planta; mientras que el anillo universal requiere un solo juego de moldes.

El anillo universal es el que permite una gama más amplia de radios de curvatura, tanto en planta como en alzado, consiguiendo un mayor ajuste del túnel a la traza del Proyecto.

En el anillo no universal, las juntas anillo/dovela son siempre en cruz, lo que se considera menos eficaz ante filtraciones de agua que las juntas en T obtenidas con el anillo universal.

Las dovelas se montan al abrigo de la coraza del escudo, mediante el encaje de unas con otras, atornillándose en las juntas, circunferenciales y radiales, mediante tornillos rectos de alta resistencia, que se alojan en insertos embutidos en las dovelas.

Los anillos son troncocónicos para poder describir curvas (aunque pueden utilizarse en tramos rectos, sin más que alternar su colocación), y su conicidad se define en función del radio mínimo a describir por la tuneladora, en este caso 293 m.

Las juntas longitudinales entre dovelas son paralelas al eje del anillo, con excepción de las de la dovela de llave, que forman un ángulo para permitir la colocación de esta dovela cuando ya están colocadas todas las demás.

Si el trazado se ajustara estrictamente al teórico, la posición de cada anillo estaría prefijada. Como ello no es así, hay que determinar cada vez la posición más adecuada.

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Esto se hace, en primer lugar, teniendo en cuenta que las juntas longitudinales no deben coincidir en tres anillos seguidos, para evitar la formación de planos más débiles.

En segundo lugar, midiendo la separación entre trasdós de dovelas y escudo en parte superior e inferior, derecha e izquierda y midiendo la elongación de los cilindros de empuje en esos puntos.

La posición de la dovela de llave viene fijada por la mayor distancia de separación entre trasdós de dovelas y escudo, junto con la menor elongación de cilindros de empuje.

El hueco entre el anillo de 14,65 m de diámetro exterior y el terreno, excavado teóricamente con un diámetro de 15’01 m, se rellena con mortero de cemento y cenizas, que tiene la doble finalidad de impedir la convergencia del terreno y contribuir a la impermeabilidad del túnel.

En total se han instalado 1.824 anillos.

1.6.- PARQUE PARA ACOPIO DE DOVELAS. INSTALACIONES AUXILIARES

Se dispuso como zona de acopio de dovelas el Parque de la Arganzuela, situado entre el Pº de la Chopera y la actual M-30, ubicado dentro del recinto de la Junta Municipal de la Arganzuela (junto al pozo de ataque de la tuneladora).

La superficie total de almacenamiento era de 14.660 m², con una rampa de acceso que partía del Pº de la Chopera y conectaba directamente con el pozo de ataque. Se evitó en todo momento la afección al invernadero existente, por lo que no pudo ser de 20.000 m², que eran aproximadamente los necesarios para el acopio. Por ello se propuso como zona complementaria de acopio la propia losa del pozo de la calzada izquierda (la del túnel Norte, paralelo a este), incrementando la superficie en 3.500 m².

En el recinto inicial se colocaron todas las instalaciones de Obra, incluyendo la grúa de montaje de la tuneladora, que se situó en el trasdós de las pantallas del pozo de ataque.

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Se evitaron así mismo las afecciones a cualquier edificio del parque o a sus fuentes. Posteriormente el parque se restituirá a su estado inicial, según se especifica en el anejo de “Integración ambiental”.

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1.7.- POZOS DE VENTILACIÓN Y SALIDAS DE EMERGENCIA

Se han construido pozos de ventilación combinados, que alojan las instalaciones de impulsión y extracción, permitiendo su emplazamiento con separaciones de 1.200 m.

Para satisfacer las necesidades funcionales cada pozo es de sección circular de 20 m de diámetro libre, en el que se aloja, concéntrico, un conducto de 10 m de diámetro, soportado por estructura metálica.

El conducto interior, formado por un sistema de paneles compuestos de chapa – aislante térmico – chapa perforada se destina a la extracción de gases y aloja en su interior las 4 máquinas destinadas a este fin.

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La corona anular entre el conducto de extracción y el revestimiento del pozo se utiliza como conducto de impulsión, situándose también en este y en posición vertical los 4 ventiladores que fuerzan el aire exterior hacia los túneles.

El espacio entre conductos en el pozo permite la instalación de una cómoda rampa de emergencia de 1,2 m de ancho libre y con un 6% de pendiente, que se adosa al revestimiento, y cuyo “pavimento” será una rejilla de pletinas para mantener la sección útil del pozo.

El pozo de ventilación incorpora además el acceso exterior de la salida de emergencia.

1.8.- PLATAFORMA DE RODADURA

La Obra debía ejecutarse en un plazo reducido, en el que previsiblemente resultaría crítica la actividad de la tuneladora, por lo que las estructuras interiores del túnel se plantearon para permitir su construcción simultánea con la excavación y revestimiento del túnel, teniendo en cuenta el decalaje obligado por la rezaga y el margen de seguridad necesario para permitir trabajos adicionales en cola.

Con vistas a un alto rendimiento en la construcción de la plataforma de rodadura se proyectó una solución basada en el empleo de elementos prefabricados.

El sistema de transporte y montaje de los elementos de la estructura interior se independizó de las vías de trabajo de la tuneladora, respetando los gálibos de los sistemas de extracción de escombros y de ventilación y alimentación de energía y fluidos.

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El tráfico rodado discurre sobre una losa de hormigón pretensado (plataforma de rodadura) de 55 cm de espesor y 12,2 m de anchura. Esta plataforma aloja 3 carriles de 3,5 m con arcenes de 0,4 m y aceras de 0,65 m de ancho útil.

El sistema estructural es un tablero continuo de hormigón pretensado, isostático, formado por placas aligeradas pretensadas de 55 cm de canto sin losa de compresión sobre las que posteriormente se extienden dos capas de aglomerado de 5 y 3 cm respectivamente. Estas placas apoyan en toda la longitud del túnel sobre dos ménsulas longitudinales de 11,8 m de luz, ejecutadas “in situ”.

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31_______________________________________________ Descripción general de la Obra ________

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Se dimensionaron las placas con 1,2 m de ancho para favorecer su adaptación a las curvas del trazado. La superficie final de rodadura se trataba posteriormente para reducir el desgaste y la formación de polvo.

Entre el hormigón del tablero y las dovelas se dispuso en toda la superficie de contacto una capa de poliestireno expandido de 4 cm de espesor, para evitar problemas de hiperestatismo en caso de incendio (efecto puntal).

1.9.- AUSCULTACIÓN

El seguimiento del avance de la tuneladora se inició con una semana de antelación al inicio de los trabajos de excavación desde el pozo de ataque y tuvo un carácter exhaustivo (24 h/día, 7 días/semana), hasta que la tuneladora rebasó la zona de los edificios situados entre la Calle del Hierro y la Avenida del Planetario, realizándose a partir de ese momento y hasta una semana después de finalizar los trabajos de excavación un control ordinario (8 h/día, 7 días/semana).

En ese momento se inició la campaña de recuerdo cuyos resultados son los que se van a comentar a continuación.

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A partir de los datos de control y operación de la tuneladora se obtenían directamente los siguientes parámetros:

* velocidad de avance

* localización de la máquina

* empuje total medio por anillo

* presión de confinamiento en el frente

* presión de inyección en el trasdós de las dovelas

* volumen excavado

* consumo de espumas y aditivos en la cámara de presión

El conocimiento de todos estos datos se considera, junto con el control de subsidencias( )1 , fundamental para ajustar las posibilidades operativas de la tuneladora a las diferentes condiciones de trabajo que imponen las características geotécnicas en cada punto de la traza.

En general, los asientos originados por la tuneladora eran pequeños, teniendo su origen en la combinación de los siguientes factores:

* desconfinamiento que sufre el terreno por delante del frente

* sobreexcaciones por encima de la teórica

* desconfinamiento del terreno que queda por detrás del frente, al existir un primer hueco entre el escudo y el terreno, y otro entre el trasdós de las dovelas y el terreno

La holgura existente entre el escudo y el terreno, que en este caso era de 3 cm aproximadamente, no podía evitarse, pero al ser un valor relativamente pequeño, su influencia sobre la subsidencia fue limitada.

Sin embargo, en caso de no rellenarse adecuadamente el hueco total entre las dovelas y el terreno, en este caso de 18 cm, hubiera podido constituir una pérdida potencial de volumen muy apreciable, por lo que se exigía el control sistemático de la inyección de relleno por cola del escudo, para limitar la subsidencia inducida en el entorno.

1 Hundimiento paulatino del suelo, originado por las cavidades subterráneas producidas por la

excavación

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INSTRUMENTACIÓN

* Inclinómetros: se dispusieron 5 aparatos en el perímetro del pozo de ataque y varios a lo largo de la traza

* Anillos instrumentados: células de presión y extensímetros

* Fisurómetros (“crackmeter”)

* Piezómetros abiertos

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1.10.- MAGNITUDES DE LA OBRA

* Inicio de las obras ...........................................................................Septiembre 2004

* Plazo de ejecución ...................................................................................... 30 meses

* Equipo de seguimiento arqueo-paleontológico .......................................... 30 meses

* Equipo de auscultamiento........................................................................... 30 meses

* Túnel ejecutado con tuneladora.................................................................... 3.663 m

* Excavación en mina.....................................................................................7.900 m3

* Excavación en túnel.................................................................................968.000 m3

* Galería de evacuación de vehículos................................................................... 3 ud.

* Galería de evacuación de personas .................................................................... 8 ud.

* Estaciones de depuración de aire....................................................................... 2 ud.

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* Hormigón en pantallas y pilotes ................................................................41.450 m3

* Hormigón armado....................................................................................148.750 m3

* Acero en chapas y perfiles.............................................................................. 1.300 t

* Acero en armaduras ...................................................................................... 29.050 t

* Prelosa prefabricada en hormigón .............................................................94.100 m2

* Superficie ajardinada .................................................................................49.000 m2

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____________________________________________________ Tuneladora “Tizona” _________

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2.- TUNELADORA “TIZONA”

2.1.- ANTECEDENTES

Fue fabricada para la UTE por MHI-DF, empresa formada por Mitsubishi Heavy Industries Ltd. y Duro Felguera S.A., en la fábrica asturiana de la filial de esta última Felguera Construcciones Mecánicas S.A., aunque, dada la complejidad del diseño, algunas piezas fueron fabricadas por MHI en Japón. Se fabricó de acuerdo con las prescripciones del Excmo. Ayuntamiento de Madrid que se resumen a continuación.

Prescripciones del Ayuntamiento de Madrid

El Excmo. Ayuntamiento de Madrid intervino, de forma directa, en la definición de los parámetros y características principales que debían tener las máquinas a utilizar en la ejecución de los túneles correspondientes a la circunvalación Sur de la M-30 de Madrid. Los datos siguientes son los más importantes de ellos:

* Las tuneladoras tenían que trabajar en modo EPB * Diámetro de excavación: suficiente para un anillo de dovelas con 13,45 m de

diámetro libre (entre 15 y 16 m) * Espesor de las dovelas: 60 cm * Diseño para realizar curvas de 350 m de radio mínimo * Empuje mínimo: 205.000 kN * Par motor mínimo: 85.000 kN.m * Par de desbloqueo: 127.000 kN.m

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_______ Tuneladora “Tizona” ________________________________________________________

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* Gama de velocidades de giro de la cabeza de corte (r.p.m.): 0 - 2,4 * Nº mínimo de cortadores de 17’’: 44 * Nº mínimo de cuchillas: 190 * Sensores de presión de tierras: al menos 8 * Nº boquillas de inyección agua/espuma: 15 * Erector de dovelas hidráulico * Rendimiento mínimo del tornillo: 1.400 m3/h * Volumen de inyección de mortero > 60 m3/h * Capacidad de espuma > 350 m3/h * Equipo para sondeos al avance * Equipo para inyección de bentonita( )1 : 50 m3/h * Esclusas: 2, con capacidad cada una para 2 personas * Contenedor de rescate: para 20 personas durante 12 h * Generador de emergencia: 350 kVA

2.2.- FUNCIONAMIENTO DE LA TUNELADORA

De los diferentes elementos que conforman una tuneladora de presión equilibrada de tierras se distinguen los siguientes:

* una cabeza de corte circular giratoria, equipada con diferentes herramientas de corte, destinada a excavar el terreno

* la cámara de presión de tierras, elemento fundamental para trabajar en EPB * los cilindros de empuje, que transmiten la fuerza necesaria para el avance de la

máquina * el tornillo sinfín, dedicado a la extracción controlada del material excavado * un erector de dovelas giratorio, encargado de su colocación, configurando el

revestimiento del túnel * un sistema para el transporte del escombro al exterior, que normalmente es una

cinta transportadora * ... y el back-up, donde se ubican todas las instalaciones necesarias para el

funcionamiento de la tuneladora: suministro de energía, retirada de escombro, provisión de dovelas, inyección de espumas o mortero, etc.

1 Entiéndase por bentonita “lodo bentonítico” o “suspensión de bentonita” y no el mineral propiamente

dicho

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La tuneladora está formada por un escudo EPB de 15,01 m de diámetro exterior y 13,075 m de longitud, y un back-up de 132 m aproximadamente, lo que hace una longitud total aproximada de 145 m.

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Todos los mecanismos necesarios para el accionamiento de la cabeza de corte y empuje de la tuneladora se emplazan dentro de una estructura cilíndrica llamada "escudo principal".

El sistema EPB o de equilibrio de la presión de tierras tiene por objeto contrarrestar la presión del terreno, evitando deformaciones que se traducirían en asientos en la superficie.

Para lograrlo, tras la cabeza de corte hay una cámara con compuertas estancas hacia el interior a la que penetra, por los huecos de la cabeza de corte, el terreno excavado, que es extraído de la misma por medio de un tornillo de Arquímedes.

Una inyección de espuma - mezcla de agua, producto tensoactivo, polímeros estabilizadores y aire - a una determinada presión, y la agitación producida por la cabeza de corte, convierten el terreno excavado en un lodo que se presuriza debido a la presión ejercida por los cilindros hidráulicos de empuje. La presión dentro de la cámara es controlada por medio de la velocidad de rotación del tornillo sinfín y de la apertura de la compuerta situada en la descarga del tornillo.

Hace 20 años esta cámara no existía, por lo que los trabajos con tuneladoras en frentes inestables eran mucho más complicados.

El escudo excava por rotación de la cabeza de corte y avanza gracias a los cilindros hidráulicos de empuje, que se apoyan en el revestimiento formado por dovelas de hormigón. Una vez que ha avanzado la longitud de un anillo el escudo se para y se coloca el anillo siguiente mediante el erector de dovelas.

El back-up es un conjunto de pórticos o remolques metálicos enganchados entre sí y al escudo, que se desplazan por medio de bogíes que apoyan sobre el revestimiento. Se mueve arrastrado por el escudo y sirve de soporte a las instalaciones necesarias para la operación de excavación y colocación de anillos. El de Tizona es de tipo “abierto”, y permite situar en su interior dos composiciones de trenes para la alimentación de dovelas, mortero, etc.

La retirada del escombro excavado se hace mediante cinta transportadora continua hasta el exterior del pozo de ataque. La máquina trabaja 20 h/día y 7 días/semana. Las 4 h diarias restantes son para labores de mantenimiento.

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2.3.- ESCUDO

2.3.1.- CUERPO DEL ESCUDO

El cuerpo del escudo tiene una sección transversal cilíndrica y comprende 3 secciones: cámara de tierras (escudo delantero), soporte principal (escudo intermedio) y escudo de cola (escudo trasero).

Su estructura está diseñada para soportar la presión de las tierras, la del agua, las fuerzas de reacción de los cilindros hidráulicos del escudo y la fuerza de reacción de la excavación.

El accionamiento de la unidad de excavación está situado en la zona delantera del soporte principal, estando esta zona separada de la cabeza por un mamparo. En la parte inferior del mamparo se monta un único tornillo sinfín.

En la zona central del mamparo del escudo existe un agitador central y una junta giratoria. La zona superior del soporte principal está provista de una esclusa de personal o cámara hiperbárica; a ambos lados de la parte horizontal del agitador central se disponen unas entradas de hombre, y en la parte periférica superior hay 2 esclusas de material.

Los cilindros del escudo utilizados para su avance están distribuidos uniformemente en sentido circunferencial alrededor de la periferia exterior de la zona trasera del soporte principal. La zona trasera del escudo sirve de apoyo al erector móvil de montaje de dovelas, y al andamio trasero usado como plataforma.

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2.3.2.- CHAPAS ANTIDESGASTE DEL ESCUDO DELANTERO

Para evitar el descenso de la parte delantera del escudo se dispone de unas chapas antidesgaste fijas a él, que van desde la zona inferior de la cámara de tierras hasta el soporte principal. Estas chapas tienen 15 mm de espesor, un rango de 80º y 3 m de longitud desde la parte delantera a la trasera.

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2.3.3.- ARTICULACIÓN

Para asegurar el correcto seguimiento de un trazado en curva, el escudo está provisto de un sistema de articulación activa. La unidad de articulación divide el escudo en cuerpo delantero y cuerpo trasero, los cuales se conectan por medio de 46 cilindros de articulación de 4.860 kN cada uno, que transmiten los empujes desde los cilindros principales de empuje hasta la cabeza de corte (articulación activa) y, además, permiten la angulación entre ambos cuerpos del escudo.

Entre ambas partes del escudo existen también unos dispositivos antigiro para evitar la rotación de una parte del escudo con respecto a la otra.

Con este tipo de articulación, denominada “activa”, se consigue que los cilindros de empuje trabajen perpendicularmente al anillo de dovelas y, por tanto, paralelos al escudo de la tuneladora, evitando así el alabeo de la máquina.

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En las zonas de conexión entre ambos cuerpos hay unos sellos de articulación que impiden la filtración de agua subterránea, tierras y arena. Entre los cierres se suministra grasa de manera automática.

En el caso de utilizar la articulación, primero deben extenderse todos los cilindros de articulación 50 mm o más antes de que comience a trabajar la articulación. El ángulo de articulación máximo es de 1º en sentido horizontal. Los cilindros nos 12, 22, 35 y 46 disponen de medidores de carrera.

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2.3.4.- CILINDROS DE EMPUJE

El desplazamiento del escudo se realiza mediante el empuje de 57 cilindros hidráulicos, montados en el escudo posterior y dispuestos uniformemente alrededor del anillo, que se apoyan sobre las dovelas ya montadas.

La fuerza de empuje desarrollada por la máquina, de 28.236 toneladas, además de hacer avanzar a la tuneladora durante la excavación, tiene que contrarrestar las fuerzas resultantes de la presión en la cámara cuando trabaja en EPB y las de rozamiento contra el terreno, así como arrastrar todo el conjunto de remolques del sistema de back-up contra el anillo de dovelas.

El valor del empuje es el resultado de las presiones de la máquina contra el terreno, por lo que depende de:

* la propia máquina (longitud, peso y posición del centro de gravedad)

* el terreno encontrado

* el modo de funcionamiento y de la presión de confinamiento

* otros ajustes de la tuneladora (velocidad de corte y avance)

* el trazado del túnel y su cobertura

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Para determinar los ajustes en el empuje, hay que elegir los criterios siguientes:

* presión de confinamiento

* velocidad de avance de la máquina

* velocidad de rotación de la cabeza

* valor del empuje total

* repartición del empuje y guiado de la tuneladora

Estos criterios dependen unos de otros. El ajuste final de la máquina lo hace el piloto mediante correcciones sucesivas. Es importante comprender la influencia de cada parámetro sobre los otros, para la buena conducción y excavación con la tuneladora.

La velocidad nominal de avance de la máquina son 66 mm/min. Para un óptimo rendimiento, el funcionamiento debe de estar lo más cerca posible de este valor. Pero siendo la velocidad de avance proporcional al empuje, puede ser necesario disminuirla si el empuje total fuera demasiado grande.

El contacto entre la dovela y el vástago del cilindro de empuje se ejerce a través de una zapata articulada de 700 mm de longitud por 400 mm de anchura. Esta zapata puede rotar alrededor de un eje radial, lo que limita la carga excéntrica sobre el revestimiento (la excentricidad máxima de los cilindros de empuje es de 50 mm).

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En caso de que haya una angularidad excesiva entre la zapata del cilindro y el revestimiento, hay que utilizar las cuñas adecuadas. Las zapatas no deben descansar directamente sobre el revestimiento sino a través de unas placas elásticas u otro material apropiado.

La fuerza máxima de cada cilindro de empuje es de 4.860 kN, lo que representa un empuje máximo total sobre el anillo ya montado de 277.000 kN.

Los cilindros de empuje se numeran en orden ascendente en sentido horario a partir de la parte superior, visto desde la cola.

La velocidad y recorrido de los cilindros se detectan utilizando los cilindros nos 14, 28, 43 y 57. Todo ello se encuentra indicado en el panel de mando.

Los 57 cilindros se dividen en 8 bloques, permitiendo al operador ajustar la presión hidráulica para cada bloque y corregir la orientación del escudo.

El movimiento de giro del escudo puede corregirse inclinando los cilindros nos 11 a 20 y 39 a 48 (es decir, inclinando la orientación de los cilindros hacia la dirección circunferencial del cuerpo).

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2.3.5.- SELLADOS DE COLA

La parte posterior del escudo (cola) está provista de sellado de cola. Los sellos impiden la entrada de materiales tales como tierra, arena y relleno por el hueco que hay entre la dovela y la chapa de revestimiento. La máquina está equipada con 4 filas de sellos tipo cepillo. La empaquetadura de cepillos de la última fila dispone de una placa anti-retorno, o placa deflectora.

Para mejorar el rendimiento del sellado se aplica grasa de alta viscosidad entre los cepillos del sello. Durante la excavación inicial se llena el hueco entre los cepillos con aproximadamente 3.300 litros de grasa de alta viscosidad (grasa de cola). En las excavaciones posteriores se sigue rellenando la zona con grasa de cola, controlando la cantidad inyectada. Para ello la máquina dispone de un dispositivo que suministra automáticamente la grasa de cola en las 3 zonas situadas entre las 4 filas de cepillos, en función de las presiones requeridas.

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2.3.6.- ESTABILIZADORES

Aunque no son utilizados normalmente en las tuneladoras tipo EPB, en Tizona se han dispuesto 4 estabilizadores en la zona superior, delante del soporte principal, diseñados para evitar el exceso de vibraciones durante la excavación. La estructura de los estabilizadores está basada en la extensión de los cilindros hidráulicos. La fuerza de los 4 estabilizadores es de 2.000 kN, y su presión de contacto basada en el área proyectada es de 3.100 kN/m2 como máximo.

2.3.7.- ANDAMIO TRASERO

El andamio trasero es un bastidor solidario con el erector, que se mueve hacia delante y hacia atrás 1,65 m en la parte superior de la viga de deslizamiento del erector, la cual se extiende hacia atrás desde el larguero lateral del cuerpo del escudo.

Se trata de una plataforma para el trabajo de montaje de dovelas, y tiene 5 pisos. En la zona que conecta con la pasarela posterior hay una cubierta que se mueve manualmente.

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En el andamio se montan equipos tales como el dispositivo hidráulico para giro del erector, la caja de mando y la caja de conexiones.

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2.3.8.- ERECTOR

La colocación de las dovelas se efectúa mediante un erector giratorio al cual se le suministran, una por una, las distintas dovelas que componen un anillo. El erector va situando las dovelas al mismo tiempo que los cilindros de propulsión se van retrayendo, colocando así cada una en su posición y formando de esta manera un anillo completo.

Como innovación, Tizona dispone de un erector doble, pudiendo colocar dovelas con una u otra mesa de succión, con lo que se optimiza el tiempo de colocación de anillos y se mejora la productividad del ciclo de excavación y colocación de los mismos.

El erector está situado en el escudo de cola. Se monta en 2 vigas guía que se extienden hacia atrás desde el larguero lateral de la zona posterior del soporte principal.

El erector se mueve mediante cilindros hidráulicos hacia delante y hacia atrás 1’65 m, junto con el andamio trasero descrito con anterioridad.

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Está provisto de 2 dispositivos de agarre por vacío. La rotación del erector se produce mediante 4 motores hidráulicos. Los cilindros hidráulicos de extensión (en dirección radial), de deslizamiento en la dirección de la excavación, de deslizamiento en la dirección circunferencial, de alabeo, de giro y de cabeceo de cada uno de los brazos se mueven de forma individual. Dispone también de unos cilindros que agarran la dovela llave (para extender la zapata de vacío de ésta).

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58 _______ Tuneladora “Tizona” ________________________________________________________

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Cada mesa está provista de 2 conos de guiado y de seguridad que proporcionan resistencia y apoyo contra la fuerza externa tangencial que se aplica cuando se produce el agarre de una dovela por la acción del vacío. Los conos se alinean e insertan en las cajeras de la dovela y posteriomente se realiza su agarre utilizando las mesas de vacío.

El erector se acciona usando un radiomando, aunque posee otros sistemas para casos de emergencia.

Su velocidad de giro puede alternarse entre 3 disponibles – alta, media o baja – presionando una palanca. Normalmente gira a una velocidad de 1,4 r.p.m. Si la carga aumenta, la velocidad puede reducirse hasta aproximadamente 1 r.p.m. Puede girar un ángulo de 220g (grados centesimales) tanto hacia la izquierda como hacia la derecha. Un limitador de la bobina de cable impide un giro excesivo.

2.3.9.- SISTEMA DE CORTE

Está formado por un mecanismo de excavación (cabeza de corte), otro de sobreexcavación (“copy-cutter”) montado en la periferia de la cabeza de corte y los dispositivos de accionamiento correspondientes.

2.3.9.1.- MECANISMO DE EXCAVACIÓN

La cabeza de corte es el elemento frontal de la máquina. Tiene un diámetro nominal de 15,01 m y una longitud de generatriz de 850 mm. Posee 4 brazos (principales) y 12 semibrazos radiales (auxiliares), que son el soporte de las herramientas de corte, encontrándose entre ellos las aberturas para el paso del material excavado al interior de la cámara de escombros.

Su giro en ambos sentidos excava el terreno. Está equipada con las siguientes herramientas de corte para la excavación (su diseño depende del material a excavar):

Picas de corte

Están sujetas con pasadores a la superficie lateral del brazo. Se utilizan para introducir el suelo excavado dentro de la cámara de escombros. La altura desde la placa frontal es de 100 mm.

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Cuchillas de corte

Se encuentran soldadas a la parte posterior de las picas de corte y al centro de los brazos. Son de menor anchura y mayor altura que las picas de corte. Las secciones de ángulo de inclinación y ángulo de espacio libre forman un arco circular. Este diseño mejora el rendimiento de corte y la durabilidad de las picas de corte. La altura desde la placa frontal es de 120 mm.

Las cuchillas también van soldadas en el anillo periférico de la cabeza de corte, proporcionando una capacidad de corte eficaz de la periferia exterior, así como protección del lado frontal del anillo periférico.

Nariz de corte (“tail fish”)

Se utilizan para corte y excavación en el centro de la cabeza de corte y para facilitar el movimiento de tierra y arena en la zona central. Los cortadores se fijan mediante soldadura a la unidad.

Picas de protección periférica

Evitan el desgaste de la periferia exterior del anillo periférico de la cabeza de corte. Son de forma rectangular y tienen una longitud que abarca el espesor de la cabeza de corte, a la que van soldadas.

Cortadores de disco

Se trata de cortadores de triple disco, que van atornillados a los alojamientos dispuestos a tal efecto en los brazos de la cabeza de corte.

Pueden desmontarse desde el lado de la cámara de escombros.

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61____________________________________________________ Tuneladora “Tizona” _________

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Detectores de desgaste

Se montan en la parte trasera de las picas de corte y en el centro de los brazos. La altura de los detectores es la misma que la de las picas de corte: 100 mm. Permiten detectar el desgaste de las picas de corte. Cuando éste alcanza los 20 mm establecidos o más, se produce una indicación de aviso de dicho desgaste.

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2.3.9.2.- MECANISMO DE SOBREEXCAVACIÓN (“COPY-CUTTER”)

En la periferia de la cabeza de corte van montados 4 mecanismos de sobreexcavación con control automático (de accionamiento hidráulico), que se utilizan para rectificar posibles desviaciones de la trayectoria, tomar curvas en situaciones extremas o en caso de bloqueos del escudo.

El mecanismo de sobreexcavación es un dispositivo que extiende, durante la rotación de la cabeza de corte, el cortador denominado “copy-cutter”, realizando de ese modo una sobreexcavación de la periferia del escudo en la cantidad y ángulo requeridos para la construcción de curvas.

La cantidad de sobreexcavación máxima posible es de 100 mm sobre el diámetro exterior del escudo. La extensión del “copy-cutter” aparece mostrada en el panel de mando, en la cabina de control.

En cualquier momento pueden utilizarse 2 “copy-cutters”, permaneciendo otros 2 de repuesto.

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2.3.9.3.- ACCIONAMIENTO PRINCIPAL

El accionamiento principal transmite el movimiento de giro del modo siguiente: motor eléctrico con reductor → piñones de ataque → corona del rodamiento → tambor cortador (“cutter drum”) → viga intermedia → cabeza de corte. Tanto la carga de empuje como la carga radial aplicadas a la cabeza de corte son soportadas por el rodamiento principal. En la actualidad se fabrican rodamientos de hasta 8,73 m de diámetro, capaces de soportar cargas axiales de hasta 340.000 kN (casi 34.700 t).

El par motor aplicado a la cabeza de corte no es constante en la excavación. En ciertas condiciones de terreno heterogéneo, puede variar de forma importante.

En este caso, el par motor máximo aplicado es de 85.700 kN.m, con una velocidad de rotación de la cabeza de corte de 1,05 r.p.m. (variable entre 0 y 2,43 r.p.m.), y el mínimo de 37.000 kN.m a 2,43 r.p.m., siendo aconsejable no sobrepasar el 60%, es decir, 51.420 kN.m.

Para disminuir el par motor, se debe elegir entre:

* disminuir la velocidad de avance

* aumentar la velocidad de rotación

* aumentar el volumen de inyección de espuma

Las variaciones rápidas del par motor y las fluctuaciones importantes deben señalarse imperativamente al responsable de la máquina, a fin de que pueda analizar su origen. Estos fenómenos son, en general, indicadores de problemas de excavación, y pueden provenir del terreno (naturaleza o humedad), pero también de la venida del frente, la convergencia de la bóveda, el colmatado de las aberturas de la cabeza, la presencia de objetos duros en el frente, etc. Cada caso deberá ser analizado en términos de riesgo para la máquina, antes de tomar cualquier decisión relativa a tratar de eliminar la causa o continuar en las mismas condiciones.

En los motores eléctricos del accionamiento equipados con reductores, la velocidad de rotación se modifica mediante variadores de frecuencia. Si la velocidad de rotación aumenta por encima de ese valor máximo, el par motor del cortador se reduce basándose en el control de potencia constante.

En el caso que nos ocupa, el rodamiento principal, de más de 8’7 m de diámetro, está formado por los siguientes elementos:

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3 filas de rodillos capaces de soportar las cargas axiales, las radiales y las provocadas por el par de vuelco que actúan sobre la cabeza de corte durante su trabajo de excavación y avance. Dichas cargas suelen ser muy importantes en tuneladoras EPB.

La pista exterior con la corona principal tallada, sobre la cual engranan 28 piñones, solidarios cada uno a su correspondiente motorreductor y accionados eléctricamente por medio de motores de velocidad variable.

La cadena dinámica necesaria, capaz de transmitir a la cabeza de corte un par de trabajo de 85.700 kN.m (8.745 t.m) y un par de desbloqueo de 127.000 kN.m (12.960 t.m), compuesta por las siguientes partes:

* 28 equipos electrónicos de variación de frecuencia que regulan la velocidad de giro de los 28 motores eléctricos

* La potencia generada por estos motores es transformada a su vez mediante 28 reductores. Estos reductores hacen girar 28 piñones de 16 dientes cada uno …

* ... que a su vez hacen girar la corona principal de 8,64 m de diámetro primitivo en cuya pista exterior lleva tallados 270 dientes.

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Este rodamiento principal va protegido por dos conjuntos de sellado, uno interior y otro exterior, compuesto cada uno de ellos por 3 filas de sellos tetralabiados y 2 filas de sellos monolabiados. Su disposición, junto con los separadores correspondientes, forman 4 cámaras que evitan la entrada de materiales externos, agua, arena, etc., al rodamiento. Los anillos de fricción sobre los que deslizan dichos sellos se encuentran refrigerados con agua para aumentar su durabilidad y eficacia.

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La corona del rodamiento se lubrica con aceite mediante un ”bus” de aceite. Este circula continuamente, reduciendo la resistencia de rozamiento y evitando el calentamiento (suministro de aceite automático).

La empaquetadura de sellados se monta en las partes giratorias para evitar la infiltración de agua subterránea, tierra y arena. La zona se lubrica de manera continua con grasa para empaquetaduras de sellado.

La unidad de accionamiento está provista de un mecanismo que enfría con agua la zona de contacto de la empaquetadura de sellados y el conjunto motorreductor.

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2.3.10.- JUNTA GIRATORIA Y PUERTOS DE INYECCIÓN

En la cabeza de corte va montada una unión giratoria para las tuberías que se extienden desde el interior del escudo hasta la cabeza de corte. La unión se monta directamente sobre el centro de la cabeza de corte y pasa a través del eje del agitador de tierras.

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Las tuberías que pasan a través de la unión giratoria suministran la espuma, el agua, la suspensión de bentonita, los aditivos químicos para inyectar en el frente de excavación (facilitan el tratamiento, la sostenibilidad y la mezcla del terreno), los aceites de los cilindros hidráulicos de los útiles de sobreexcavación y del detector de desgaste de picas; y las grasas necesarias para lubricar dichos útiles, el eje del agitador de tierras y la propia junta giratoria, así como otra tubería para drenaje de esta última grasa.

Cada tubería está provista de un dispositivo anti-retorno redundante (válvula de plato y aleta y banda de goma).

2.3.11.- CÁMARA DE TIERRAS Y AGITADOR CENTRAL

El material excavado por la cabeza de corte pasa a una "cámara de presión de tierras", donde es amasado por un "agitador central de tierras" de 3 brazos y 5 m de diámetro, además de haber sido ya removido por barras agitadoras situadas en la propia cabeza de corte y en el mamparo. Todo ello proporciona una mezcla muy homogénea de los escombros, facilitando la transmisión hidráulica de los mismos.

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En modo cerrado de excavación la cantidad de agua contenida en el terreno y extraída por el tornillo sinfín debe estar comprendida entre el 25 y el 40% en peso. Por debajo de este valor, la mezcla terreno - agua en la cámara es difícilmente manejable, por lo que habría que recurrir a inyectar agua en la cámara.

Por encima del 30%, sin embargo, la mezcla es demasiado líquida y difícilmente se asegura la estanquidad del tornillo sinfín.

Gracias a esta cámara se consigue un confinamiento artificial del terreno excavado, permitiendo controlar posibles asentamientos en superficie, así como una irrupción brusca de tierras.

La presión en la cámara sirve para:

* equilibrar la presión hidrostática del nivel freático

* equilibrar la presión horizontal del terreno

* participar en el sostenimiento de la bóveda, con el objetivo de evitar sobreexcavaciones

La presurización de la cámara se produce por la entrada y salida del material de la misma, y viene determinada por:

* la velocidad de avance

* las revoluciones de la cabeza de corte

* la adición de espuma, lodo bentonítico o aditivos químicos

* las revoluciones del tornillo sinfín

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Dicha presión ha de estar controlada en todo momento (ni mayor ni menor de la necesaria), por lo que se mide de forma continua mediante 8 sensores de presión.

El agitador es accionado por 5 motores eléctricos equipados con engranajes reductores. El par motor se transmite a la corona de giro del agitador a través de 5 piñones de ataque. La velocidad de rotación del agitador es variable y se basa en un control VFD( )1 .

2.3.12.- SENSORES DE PRESIÓN DE TIERRAS

En el mamparo se montan 8 detectores de presión de tierras para medir la presión en el lado del frente, disponiéndolos circunferencialmente en ubicaciones simétricas respecto al eje vertical.

Estos detectores utilizados tienen un diámetro de la superficie sensible a la presión de 86 mm.

1 Variable-frequency drive

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2.3.13.- TORNILLO SINFÍN Y COMPUERTAS

La tierra y la arena excavadas e introducidas por la cabeza de corte dentro de la cámara de tierras se extraen por medio de un único tornillo sinfín montado en la parte inferior del mamparo. En esta parte se dispone una compuerta, de doble puerta, que se abre por medio de cilindros hidráulicos.

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Para extraer el material de la cámara de tierras el sinfín consta de una hélice apoyada en un extremo y flotante en el otro, accionada por 6 motores hidráulicos a través de los reductores correspondientes.

Puede girar en ambos sentidos. En condiciones normales, sin embargo, solamente se usa la rotación normal (sentido de las agujas del reloj). La rotación inversa se utiliza en situaciones de emergencia, como por ejemplo en caso de retención. La velocidad de rotación puede ajustarse.

La camisa del tornillo sinfín está equipada con 5 toberas de inyección y 6 escotillas de inspección, así como 4 sensores de presión de tierras. Estos sensores permiten conocer el grado de compactación del suelo a lo largo del tornillo sinfín.

La cámara de engranajes se lubrica por medio de un baño de aceite y los rodamientos con un baño de grasa. La zona de cierre estanco se lubrica automáticamente con grasa.

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Los cilindros de mantenimiento del tornillo sinfín tienen un recorrido de 1’5 m, si bien usualmente está limitado a 0,5 m.

El escombro es conducido hasta una compuerta regulable, por donde sale hacia la cinta transportadora, que es la encargada de trasladar el material extraído de la excavación. Esta compuerta (de guillotina) se encuentra en la parte inferior del extremo posterior del tornillo.

El panel de la compuerta se abre y cierra por medio de los cilindros hidráulicos que la accionan. La apertura se ajusta de acuerdo con el estado del suelo descargado, pudiendo identificarse desde la cabina de control. Se dispone de un acumulador para cerrar la compuerta en caso de fallo de energía, si bien puede cerrarse también manualmente abriendo y cerrando la válvula de parada.

2.3.14.- CONDUCTOS DE INYECCIÓN DE RELLENO (MORTERO)

El escudo de cola dispone de 24 conductos (12 activos y 12 de repuesto) distribuidos circunferencialmente por los que se inyecta mortero desde su interior, hasta el trasdós del anillo de dovelas.

2.3.15.- DISPOSITIVO PARA EL TRATAMIENTO DEL FRENTE

Es un taladro - sonda montado en el erector. Mediante la rotación de éste, el taladro - sonda permite realizar exploraciones de reconocimiento en el frente de excavación, así como proceder a su tratamiento si es necesario (terrenos inestables) mediante inyecciones.

Se posiciona girando el erector y ajustando la elevación por medio de las correderas y cilindros, y la perforación se lleva a cabo desde las válvulas y conductos en la dirección radial del mamparo.

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2.3.16.- DETECTOR DE COLAPSO DE TIERRAS

En la parte exterior delantera más alta del escudo se dispone un detector de colapso de tierras. Este dispositivo revela si la masa de terreno está suelta, y por tanto apoyada en la tuneladora.

El detector de colapso de tierras detecta la fuerza de reacción del terreno durante la excavación y el estado del mismo, midiendo la presión de aceite y el recorrido. La medida puede realizarse hasta una distancia de 190 mm del diámetro exterior del cuerpo del escudo.

2.3.17.- ESCLUSA DE PERSONAL

El escudo está provisto de una esclusa doble dispuesta en paralelo en la parte superior del anillo del escudo.

Se utiliza como cámara de compresión - descompresión por el personal que accede hacia o desde la cámara de escombros respectivamente, que suele encontrarse presurizada.

Además de conductos de aire, tuberías de escape, válvulas y apliques para alumbrado, se dispone de conexiones finales dentro y a través de la esclusa: suministro de energía para máquina de soldadura, toma de tierra, toma para alumbrado con proyectores, conexiones de oxígeno y conexiones de gas.

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2.3.18.- ESCLUSA DE MATERIAL

El escudo está provisto de 2 esclusas de material en la parte superior del exterior del agitador central.

Dentro de estas esclusas se cuenta con un dispositivo de acompañamiento para transportar equipos y materiales, que puede moverse manualmente desde el lado no presurizado hacia el interior de la cámara de escombros.

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2.3.19.- ASCENSOR

Delante del larguero del lado derecho del cuerpo trasero se monta un ascensor con capacidad para moverse entre los pisos 1 y 3.

Este ascensor se mueve basándose en un método de cremallera y piñón. Con fines de seguridad se disponen también dispositivos amortiguadores en la parte superior e inferior de la caja del ascensor.

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2.4.- BACK-UP

2.4.1.- ESTRUCTURA

Se trata de un back-up abierto de doble vía, desescombro por cinta y dotado de 7 carros (gantries) conectados entre sí mediante uniones articuladas. El back-up se concibe y fabrica para actuar como soporte logístico y material de la máquina EPB y, al mismo tiempo, facilitar el trabajo del personal de Obra.

Los carros se estructuran en 2 niveles, exceptuando los carros 1 (el más cercano al escudo), 3 y 7, que disponen de 3 niveles. En el 1er nivel los carros 1, 2 y 3 sólo poseen pasillos laterales para posibilitar el recorrido de la grúa de dovelas (encargada de llevar las dovelas desde los trenes de suministro hasta el alimentador de dovelas), que se desplaza a lo largo de su eje longitudinal, suspendida sobre raíles de la parte superior del 2º nivel.

El resto de carros, aparte de los pasillos laterales, dispone en este 1er nivel de puentes de interconexión entre ambos pasillos. Cabe reseñar también que el carro 4 presenta en este nivel una plataforma a una cota ligeramente superior a la de los pasillos laterales sobre la que se coloca el sistema de refrigeración, el sistema de desagüe y el comedor.

El 2º nivel en todos los carros está constituido por pasillos laterales y una plataforma central sobre la que se posicionan los equipos. El 3er nivel, en los carros que lo poseen, está constituido por una plataforma central en la que se fijan los equipos.

La estructura metálica de todos los carros está constituida por módulos formados por perfiles soldados unidos entre sí por medio de tornillos de alta resistencia, lo que facilita su transporte, montaje y desmontaje. De forma genérica, en cada uno de los carros están instalados los siguientes equipos y sistemas:

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Carro Equipos

Carro 1

Cabina de control Sistema de aire respirable Sistema de inyección de mortero Variador del agitador VFD nº 3 Cinta C-2

Carro 2

Sistema eléctrico Cinta C-3 Sistema de tensado cinta C-2

Carro 3 Sistema de engrase Sistema hidráulico

Carro 4

Sistema de trasiego de mortero Sistema de espuma Sistema de aire comprimido industrial Transformador de baja tensión Puente grúa de descarga de los vagones de mortero Enrollador de media tensión Interruptor general

Carro 5

Sistema de agua industrial Sistema de desagüe Comedor Enrolladores de manguera Sistema de bentonita

Carro 6

Taller Sistema de alargamiento de la cinta continua

Carro 7

Sistema de ventilación Sistema de captación de polvo Polipastos colocación del cassette de ventilación

El alimentador de dovelas al erector está posicionado en la parte inferior del puente de conexión EPB / back-up.

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Los carros se desplazan directamente sobre las dovelas colocadas por el EPB, por medio de bogíes guiados hidráulicamente. Para evitar desplazamientos indeseados en las dovelas recién colocadas, la carga máxima por eje de los bogíes transmitida a las dovelas es de 12 t.

Esta limitación determina el número de bogíes por carro de la siguiente manera:

* carro 6: 4 bogíes de eje simple (2 a cada lado, situados en la parte delantera y final de la plataforma)

* resto de carros: 6 bogíes de doble eje (3 a cada lado, situados en la parte frontal, intermedia y final del carro)

Cada bogí doble dispone de 2 cilindros hidráulicos de guiado, y cada bogí simple de 1, lo que hace un total de 84 cilindros. El accionamiento de los cilindros se realiza eléctricamente por medio de una botonera de conexión rápida.

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2.4.2.- FUNCIONES

Los principales sistemas del back-up se describen a continuación:

2.4.2.1.- SISTEMA DE MORTERO

El objetivo de este sistema es inyectar mortero en el espacio existente entre el terreno excavado y el anillo de dovelas que va colocando la máquina a lo largo de su avance, con el fin de evitar asentamientos del terreno que podrían provocar la rotura del anillo de dovelas.

En este caso, este sistema se divide en dos subsistemas:

Sistema de trasiego

Trasvasa el mortero que procede del portal del túnel en trenes de suministro a 2 tanques fijos de 12 m3 provistos de agitadores sobre la estructura del back-up (en carro nº 1). Este subsistema consta además de 4 bombas de pistones y 2 grupos hidráulicos que accionan las bombas (en carro nº 4).

Sistema de inyección

Inyecta el mortero desde los 2 tanques fijos mencionados en el punto anterior al trasdós del anillo de dovelas. Este subsistema está formado por 6 bombas de pistones dobles (lo que da un total de 12 líneas de inyección) y 4 grupos hidráulicos (cada grupo acciona 3 pistones).

Cada una de las 12 líneas de inyección dispone de un manómetro y de un caudalímetro electromagnético a situar en la salida de las bombas, así como un transmisor de presión colocado próximo al punto de inyección (cabeza de la máquina).

2.4.2.2.- SISTEMA DE ESPUMA

Este sistema aporta espuma y polímero a la cabeza de la máquina, a la cámara de escombros y al tornillo sinfín, para adecuar las propiedades físico-químicas del terreno excavado, consiguiendo con ello:

* disminuir el par motor necesario en la cabeza de corte

* reforzar la estanquidad al agua del terreno

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* facilitar la extracción del material de la cámara de escombros, pues homogeneiza la mezcla en la cámara, rellenando los huecos creados por el esponjamiento del terreno y “envolviendo” las partículas de material excavado, con lo que disminuye su rozamiento interno y se consigue la similitud del escombro con un fluido

* reducir el desgaste de los elementos en contacto con el terreno, pues disminuye el coeficiente de rozamiento del terreno con el acero, además de evitar su adherencia

Consta de tanques y bombas dosificadoras para el agente espumante y para el aditivo (independientes), unidades de generación de espuma (cañones) y una bomba dosificadora de polímero.

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La dosificación de cada elemento que compone la espuma se realiza en función del avance de la tuneladora y los parámetros fijados por los controles situados en la cabina de control.

En cada una de las 8 unidades de generación de espuma se dosifica el agente espumante y el aditivo con sus correspondientes bombas dosificadoras, y se inyecta aire comprimido y agua para generar la espuma, que se conduce por medio de tuberías a la junta giratoria (para la cabeza de corte) y a los distintos puntos de inyección de la cámara de escombros y del tornillo sinfín.

Todos los elementos están situados en el carro nº 4 excepto los cañones de espuma, que están situados en la cabeza de la máquina.

2.4.2.3.- SISTEMA DE BENTONITA

Este sistema inyecta una suspensión de bentonita a la cabeza de corte para el sostenimiento del frente de excavación durante las labores de mantenimiento de esta. También dispone de la posibilidad de inyectar bentonita en el escudo intermedio de la cabeza, en caso de que sea necesario, con el fin de disminuir la fricción entre la carcasa de la máquina y el terreno en los movimientos de avance de la tuneladora.

Cuando la bentonita se emplea como sostenimiento se inyecta a través de la junta giratoria. Cuando es como lubricante se inyecta a través de puertos dispuestos radialmente en la carcasa de la máquina.

El sistema consta de un tanque de almacenamiento de 16 m3 dotado de agitadores y sensores de nivel, y 5 bombas de tornillo de velocidad variable para la inyección de la bentonita.

2.4.2.4.- SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO RESPIRABLE

Proporciona aire comprimido respirable a las cámaras hiperbáricas (esclusas de personal) situadas en el escudo delantero, a la cámara de escombros y a las esclusas de material, cuando se realizan intervenciones de mantenimiento en la cabeza de corte bajo presión.

Los principales elementos de este sistema son 3 compresores (uno de ellos de repuesto), 1 tanque pulmón, 3 filtros en serie con carbón activado (eliminan las partículas y el aceite que porta el aire comprimido tras su salida de los compresores) y el sistema de control de presión encargado de mantener regulada la presión en la cámara hiperbárica.

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2.4.2.5.- SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO INDUSTRIAL

Suministra aire comprimido industrial al sistema de espuma, las bombas de grasa, y a las herramientas y sistemas que lo utilizan como fuerza motriz. Lo forman 3 compresores (uno de ellos de repuesto), 1 tanque pulmón, un secador para eliminar la humedad en el aire comprimido y una cadena de filtrado para la eliminación de partículas.

2.4.2.6.- SISTEMA DE AGUA INDUSTRIAL

Proporciona agua en las condiciones necesarias de caudal, presión y temperatura que permitan el funcionamiento de todos los sistemas que integran el back-up y la TBM. Para ello consta de un tanque de almacenamiento para agua fría y otro para agua caliente, 40 m de manguera enrollada para conectar el sistema a la tubería de alimentación fijada al túnel, y grupos de bombeo para la alimentación de los diferentes circuitos: refrigeración de los compresores de aire, sellos hidráulicos, variadores de frecuencia, motores del accionamiento principal y reductores; para el sistema de espuma, las bombas de presión y servicios varios.

2.4.2.7.- SISTEMA DE AGUAS RESIDUALES

Su finalidad es evacuar hacia el exterior el agua procedente del terreno, en caso de que exista, y el agua en exceso procedente de los distintos sistemas de inyección de la máquina. Para ello posee un tanque, una manguera de 40 m conectada a la tubería fijada al túnel, grupos de bombeo y grupos motobomba.

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2.4.2.8.- SISTEMA DE CINTAS TRANSPORTADORAS

Evacúa el material excavado procedente del tornillo sinfín hasta la cinta fija al túnel que lo llevará al exterior del mismo. Está formado por 2 cintas: una primera, longitudinal, que parte de las vigas del erector, recoge el material procedente del tornillo y lo lleva hasta la parte trasera del carro nº 2 (con una capacidad de 1.800 t/h y que dispone de un doble sistema gravimétrico de pesaje, un sistema volumétrico mediante láser y otro sistema detector de metales), y otra segunda, transversal, que trasvasa el material desde la descarga de la cinta anterior hasta la cinta fija situada en las paredes del túnel.

2.4.2.9.- DESCARGADOR RÁPIDO DE DOVELAS

Este dispositivo agiliza la descarga de dovelas del tren de suministro y actúa como un almacén móvil desde el que la grúa puede cogerlas para colocarlas sobre el alimentador. Básicamente consiste en una estructura metálica dotada de cilindros hidráulicos que, una vez que el tren se encuentra posicionado sobre ella, se elevan, descargando las dovelas del tren. De esta forma el tren se libera de ellas y puede retirarse. Esta estructura es arrastrada por el back-up mediante un sistema de poleas.

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2.4.2.10.- GRÚA DE DOVELAS

Consta de un bastidor en el que se encuentran los dispositivos de elevación y traslación, y de una pieza que coge las dovelas desde el tren de suministro o desde el dispositivo de descarga rápida y las transporta y dispone sobre el alimentador de dovelas.

Tiene una capacidad de carga de 30 t, lo que posibilita que pueda cargar 2 dovelas simultáneamente. Se desplaza por la parte central de los 3 primeros carros mediante 2 vigas carrileras.

Su accionamiento se realiza por medio de un radio mando que porta el operador, si bien existe la posibilidad de que, en caso de avería del radio mando, se pueda accionar mediante botonera.

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2.4.2.11.- ALIMENTADOR DE DOVELAS

Este dispositivo, con capacidad para el almacenamiento de un anillo completo de dovelas (10 piezas), alimenta de las mismas al erector desde la parte delantera del back-up, para que puedan ser colocadas, mediante el sistema de vacío de aquel, en su posición dentro del anillo de dovelas.

Está formado por 2 bastidores metálicos: uno inferior, que se desplaza (por medio de bogíes) arrastrado por la tuneladora sobre los anillos de dovelas ya colocados, y otro superior, que se mueve (mediante ruedas de acero y merced a un cilindro hidráulico de 2,4 m de carrera) sobre unas vigas carrileras situadas en la parte superior del bastidor inferior.

El sistema hidráulico que posibilita el movimiento de las dovelas está formado por una central hidráulica dotada de una bomba de 30 kW de caudal variable, 40 cilindros de elevación, un cilindro de traslación y un cilindro de emergencia.

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2.4.2.12.- OTROS SISTEMAS

Aparte de los sistemas principales descritos anteriormente, el back-up está equipado con una serie de servicios auxiliares como:

* sistema de detección de gases: encargado de alertar ante posibles situaciones de riesgo como consecuencia de la existencia en el terreno de gases inflamables y/o peligrosos

* sistemas de teléfono, vídeo y megafonía: estos sistemas permiten al operador controlar, mediante pantallas colocadas en la cabina de control, los puntos que entrañan mayor riesgo como pueden ser las descargas de las cintas, la descarga de materiales del tren, etc.; y avisar a los operarios de cualquier anomalía

* sistema de comunicación con el exterior: permite un intercambio continuo de información entre la superficie y la máquina

* sistema contraincendios: evita o al menos minimiza las consecuencias de un posible incendio

* generador diésel: permite mantener las funciones vitales de la máquina en caso de fallo en el suministro eléctrico

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2.5.- CICLO DE TRABAJO

Una vez colocado un anillo se dispone la maquinaria para realizar un nuevo avance de la tuneladora. Este lo proporciona el empuje de los 57 cilindros hidráulicos, denominados "cilindros principales de empuje", que transmiten dicho esfuerzo hasta el frente de excavación a través de los llamados "cilindros de articulación", que son 46 cilindros hidráulicos situados entre el escudo delantero y el de cola, que permiten afrontar trazados curvos con radios mínimos de hasta 350 m.

La puesta en marcha de los distintos elementos se realiza en el orden siguiente:

* cinta transportadora del túnel

* cinta transportadora nº 2 (entre cinta nº 1 y cinta del túnel)

* cinta transportadora nº 1 (la adyacente al tornillo sinfín)

* tornillo sinfín

* rotación cabeza de corte

* central hidráulica, cilindros hidráulicos de empuje

* central de mortero, inyectando mortero por las 12 líneas

* bomba de inyección de mástic

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La alimentación de dovelas al frente se realiza mediante trenes de suministro. El anillo se conforma en la cola de la tuneladora, sirviendo de revestimiento del túnel y al mismo tiempo de elemento de reacción para el avance de la máquina.

Llega el tren a la parte de atrás de la tuneladora. Se transporta el contenedor de mortero que viene en el vagón al back-up de la máquina, conectando la tubería de trasvase a dicho contenedor y bombeando el mortero desde el mismo al depósito fijo, con agitador, situado en el back-up.

Mediante el sistema de descarga rápida de dovelas se descargan éstas del tren (estas dovelas constituirán el siguiente anillo) y se vuelve a cargar sobre dicho tren el contenedor de mortero ya vacío. A partir de ese momento se puede iniciar la excavación.

Esta comienza con el giro de la cabeza de corte. El mecanismo encargado de hacerla girar, también llamado "motorización", está formado por el rodamiento principal y los grupos motorreductores, que le transmiten el par necesario para la excavación del material y el amasado del escombro en el interior de la cámara de tierras.

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En las tuneladoras EPB dicho par de trabajo es muy elevado, llegando a alcanzar valores superiores a 85.000 kN.m (8.700 t.m) para escudos de algo más de 15 m de diámetro.

La cabeza de corte comienza a girar y los 57 cilindros hidráulicos de empuje, situados en el perímetro interior del escudo de cola, empujan sobre el último anillo colocado, impulsando el escudo hacia adelante. El terreno se excava, mediante las herramientas de corte de que dispone la cabeza, y entra por sus aberturas a la cámara de escombros, desde donde se sacará con el tornillo sinfín.

En este modo, se aprovecha el propio suelo excavado para la estabilización del frente. El sistema de extracción del material de la cámara de escombro permite mantener una presión de confinamiento en la misma.

El tornillo sinfín extrae el material excavado. En el inicio de la excavación, dicho tornillo no gira y, por tanto, no extrae escombro de la cámara. De este modo, se consigue que ésta se llene con la mezcla del material excavado, del agua nativa o añadida y de la espuma siministrada para tal fin. Estos ingredientes son mezclados por los batidores de la cabeza, el agitador central y las barras de mezclado.

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Al no extraer de la cámara el material excavado, a medida que la excavación se desarrolla la presión de la mezcla en la cámara de escombros aumenta hasta alcanzar la presión de tierra deseada en el frente. Entonces se pone en funcionamiento el tornillo sinfín, ajustando su velocidad de rotación, de tal modo que se consiga el equilibrio entre el caudal de material entrante (terreno + agua + espuma) y el saliente, para mantener dicha presión. La pérdida de carga a lo largo del tornillo sinfín mantiene la diferencia de presión entre la entrada (presión en la cámara de escombro) y la salida de éste (presión atmosférica).

Excavar con la tuneladora requiere llenar la cámara de tierras con material y controlar la velocidad de rotación de la cabeza de corte, la fuerza en los cilindros hidráulicos de empuje, las revoluciones del tornillo sinfín y la presión de tierras en el frente.

Si cambian los parámetros de excavación, la velocidad de rotación de la cabeza de corte, el empuje o el volumen de productos inyectados, hay que variar la velocidad angular del tornillo para conservar la presión constante en el frente de excavación.

En modo de colocación de dovelas o en parada, se tiene que inyectar espuma cada cierto tiempo para compensar fugas.

El material pasa del sinfín a la cinta nº 1 y de ésta a la nº 2, vertiendo finalmente sobre la cinta del túnel. Al producirse el avance del escudo, la cola del mismo va retirándose del anillo, que entra en contacto con el terreno mientras se inyecta el mortero, que rellena el sobreancho excavado.

El operador de la tuneladora dirige el guiado, controlando los parámetros necesarios en cabina. Con la medida de la carrera de los cilindros hidráulicos de empuje comprueba que la longitud excavada se corresponde con el peso del escombro que pasa por la cinta nº 1, mediante las estaciones de pesaje de que dispone dicha cinta. Es muy importante este control para comprobar la estabilidad del frente de excavación.

La excavación finaliza cuando se llega a la longitud de carrera establecida, permitiendo la colocación del siguiente anillo de dovelas.

El erector giratorio aprehende mediante “vacío” y va colocando las dovelas que se le suministran, de una en una, empezando por las 7 piezas “normales” y acabando con las dovelas de contrallave y, por último, la de llave, con lo que quedará conformado y cerrado el nuevo anillo. Para colocar cada pieza deben retraerse primero los cilindros de empuje de ese área, para acabar al final todos ellos retraídos, y listos para el siguiente empuje.

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Las dovelas son de hormigón prefabricado con fibras de polipropileno y se unen entre sí y con el anillo anterior mediante tornillos y otros elementos de fijación, y al terreno por medio de una inyección de mortero entre el anillo y la sección de excavación realizada.

Hay además una pieza de solera que apoya sobre el anillo y sirve de soporte a las vías.

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