CARACTERISTICAS ESPECIFICADAS A LAS TUNELADORAS EPB DE MADRID
MANUEL J. MELIS.- Prof. Dr. Ing. De Caminos, Canales y Puertos, M.Sc., MBA
Director General de lnfraestructuras del Transporte,
Consejería de Obras Públicas, Urbanismo y Transportes
Presidente de Metro de Madrid, S.A.
1. - ESPECIFICACIONES FIJADAS A LAS EPB DE MADRID
1.1. - DIAMETRO EXTERIOR DE EXCAVACION
1.3. - PAR MOTOR DE DESBLOQUEO EN LA CABEZA DE CORTE
1.4. - PICAS Y CORTADORES DE DISCO
1.5. - PORCENTAJE DE ABERTURA DE CABEZA
1.7. - MODOS ABIERTO (CINTA) Y CERRADO (EPB, TORNILLO)
1.8. - TIEMPOS DE EXCAVACION Y DE COLOCACION DE ANILLO
1.9. - INYECCION DE MORTERO POR COLA.
1.10. - INYECCION DE ESPUMA AL EXTERIOR DE LA CABEZA E INTERIOR DE LA CAMARA
2. - FABRICANTES SELECCIONADOS
El objetivo de las tuneladoras pedidas para la ampliación del Metro de Madrid es fundamentalmente (además de la seguridad en los trabajos para los operarios del túnel) construir los túneles sin que se produzcan asientos en la superficie del terreno ni daños a los edificios y estructuras de superficie o enterradas.
La construcción de túneles sin escudo ni sujeción en el frente se ha estudiado científicamente desde hace más de 50 años, cuando el Prof. Terzaghi comenzó los estudios del Metro de Chicago. En definitiva, admitiendo en una primera aproximación que el terreno es un semiespacio elástico, el túnel es una excavación cilíndrica situada a una cierta profundidad, y su influencia sobre las deformaciones en el semiespacio es la dada en la figura 1.
En esta figura, dada por Attewell, puede observarse que al ir avanzando el túnel se produce una cubeta de asientos que ya se detecta en superficie antes de que el frente del túnel llegue a la vertical del punto. En una sección cualquiera del túnel la curva de asientos o subsidencias normales al eje tiene forma de campana, y de hecho, se suele representar analíticamente por una campana de Gauss invertida. La curva de asientos según el eje del túnel es así mismo la curva invertida de Gauss acumulada. En general, los estudios de subsidencias y asientos se suelen llevar a cabo con estas curvas de Gauss, como se resume en la figura 2.
La solución analítica exacta de esta superficie de asientos fue obtenida por el Prof. César Sagaseta, de la ETS de Caminos de Santander, en 1987. La figura 3 detalla algo más el esquema de Atteweil, identificando algunas particularidades para los casos de suelos cohesivos y suelos granulares.
La curva de asientos longitudinales según el eje del túnel puede verse en la figura 4, obtenida de los metros de Lille y Lyon y el túnel del TGV en Villejust, París. Obsérvese que el asiento final tiene tres componentes, denominados a, b y c en la figura. El "a" es del orden del 25% del asiento total, y se produce antes de llegar el túnel. El "b" es del orden del 60%, y se produce al salir el escudo y reducirse el diámetro al del anillo de dovelas, y el "c" es del orden del 15% y se produce encima del anillo
Vemos en consecuencia que para reducir los asientos es necesario que las tuneladoras cumplan una serie de requisitos, que pueden resumirse como sigue:
Asiento inicial "a"
Si hay asientos, siempre se producirá un asiento del tipo "a" en un material elástico. Ello es inherente al proceso de deformación. Sin embargo, parece evidente que este asiento puede reducirse aumentando el empuje en cabeza. Por ello se ha especificado una capacidad de empuje suficiente, de forma que incluso pudiera llegar a vencer el empuje pasivo del terreno, es decir, a levantarlo ligeramente.
Asiento "b" sobre el escudo
Su causa fundamental es el hueco que queda cuando sale del escudo el gusano formado por los anillos de dovelas, que son de un diámetro exterior 9.07 m, inferior en 31 cm al diámetro exterior del escudo, 9.38 m. Este hueco no es anular, porque el anillo, al salir del escudo, queda tangente abajo al círculo de la excavación. El área de la sección excavada (F = 9.38 m) es de 69.1 m2, y el área del anillo (F = 9.07 m) es de 64.6 m2. La superficie del hueco es por tanto de 4.49 m2, y el volumen perdido, para la longitud del anillo (1.50 m) es de 6.74 m3.
Para evitar que se produzca este hueco es necesario inyectarlo, y por ello se ha especificado el sistema de inyección que consideramos más efectivo, la inyección por cola. Se ha especificado un mínimo de 4 conductos de inyección por cola, con conducciones dobles por si se atascan.
Asiento "c" a lo largo del túnel
Si el hueco queda bien inyectado, no debería producirse este asiento. Sin embargo siempre hay fenómenos de consolidaciones, fenómenos reológicos o de otro tipo, que no pueden evitarse.
1.- ESPECIFICACIONES FIJADAS A LAS EPB DE MADRID
El diámetro del túnel viene fijado, como es natural, por la explotación del Metro. Todos los túneles de la presente Ampliación (salvo los de la Línea 1 a Vallecas villa) se han diseñado para los trenes formados por coches del tipo 5000, es decir, de gálibo ancho, 2.80 metros. Las partes más exigente en cuanto a gálibo son las zonas curvas del trazado, por el sobreancho en las curvas y por el gálibo dinámico, y ellas fijan en definitiva el diámetro interior libre.
La figura 6 indica esta sección pésima. Se ha diseñado para catenaria clásica, pese a que con catenaria rígida hubiese sido algo menor el diámetro necesario. Se llega con esto a una sección interior de 8.43 metros de diámetro.
Obsérvese que el plano de vías, plano de la cota superior del carril, está situado a 2.21 metros sobre la parte inferior del Túnel. Esto hace perder 7.2 m2 de sección, lo que frente a los 55.8 m2 totales libres representa un 13% de la sección total. Se están estudiando formas de aprovechar esta sección perdida para Metro de Madrid, como por ejemplo situar en ella conducciones o galerías de cables y fibras ópticas.
Dado el diámetro interior, se pasa al diámetro de excavación una vez fijados el espesor del anillo de dovelas y los huelgos necesarios de máquina. Para la dovela de Madrid, de 32 cm de espesor, y los huelgos fijados por los fabricantes Herrenknecht y Mitsubishi, se obtiene un diámetro de excavación de 9.38 m.
