A tunnel boring machine funciona como una fábrica móvil que excava y construye el túnel en un ciclo continuo: la cabeza de corte arranca el terreno, el escudo sostiene la excavación, un sistema de extracción retira el material, los gatos de empuje hacen avanzar la máquina y, tras cada avance, se coloca el revestimiento (anillos de dovelas o tubos hincados) mientras el guiding system mantiene la dirección prevista.
Existen distintos tipos de tuneladora según el terreno y el diámetro; si quiere conocerlos, consulte cuántos tipos de tuneladora hay. En este artículo nos centramos en cómo funciona la máquina por dentro y en el ciclo de excavación.
1. Partes principales de una tuneladora
| Parte | Function |
|---|---|
| Cutting head | Gira contra el frente y arranca el terreno con discos, picas o rascadores |
| Excavation Camera | Espacio tras la cabeza donde se acumula el terreno (EPB) o el lodo a presión (hidroescudo) |
| Shield | Cilindro metálico que protege la máquina y sostiene el terreno mientras avanza |
| Sistema de extracción | Tornillo sinfín y cintas (EPB) o tuberías de lodos (hidroescudo) |
| Gatos de empuje | Cilindros hidráulicos que empujan la máquina hacia delante |
| Erector de dovelas | Brazo que coloca las piezas prefabricadas que forman cada anillo |
| Sistema de guiado | Láser, giroscopio y topografía para controlar dirección y cota |
| Back-up | Remolques posteriores con equipos eléctricos, hidráulicos, bombas, inyección y ventilación |
2. El proceso de excavación paso a paso
Paso 1. Lanzamiento desde el pozo o portal
La máquina se monta en un pozo de ataque o en un emboquille y se apoya en un marco de reacción. En la salida del pozo se instala un sello de entrada para evitar la entrada de agua y terreno al iniciar la excavación.
Paso 2. Excavación del frente
La cabeza de corte gira y presiona contra el terreno. En suelos se utilizan principalmente picas y rascadores; en roca, discos de corte que fracturan el material por compresión.
Paso 3. Sostenimiento del frente
En las tuneladoras de frente cerrado, la cámara de excavación se mantiene a presión para equilibrar el empuje del terreno y del agua subterránea. En una EPB tunnel boring machine la presión la ejerce el propio terreno excavado y acondicionado; en un hydro shield, un lodo bentonítico a presión.
Paso 4. Extracción del material excavado
En una EPB, un tornillo sinfín extrae el terreno de la cámara de forma controlada y lo deposita en cintas o vagonetas. En un hidroescudo o en una microtuneladora con circuito de lodos, el terreno sale mezclado con el lodo por tuberías hasta una planta de separación en superficie.
Paso 5. Avance
Los gatos de empuje se apoyan en el último anillo de dovelas colocado y empujan la máquina hacia delante. En microtunelación e pipe ramming el principio cambia: los gatos están en el pozo de ataque y empujan toda la tubería, con la microtuneladora en cabeza.
Paso 6. Colocación del revestimiento
Al terminar cada avance, el erector monta un nuevo anillo de dovelas dentro del escudo. En hinca, se baja un nuevo tubo al pozo y se acopla al anterior.
Paso 7. Relleno del espacio anular
El hueco entre el revestimiento y el terreno se rellena con mortero o lechada (inyección de trasdós) para dar apoyo al túnel y limitar asientos en superficie.
Paso 8. Guiado y corrección
El sistema de guiado compara la posición real con el trazado teórico y el operador corrige la dirección actuando sobre los gatos de empuje o sobre los cilindros de articulación del escudo.
Paso 9. Recepción
Al llegar al final, la máquina sale por un pozo de recepción o se recupera según el procedimiento previsto, como en la salida submarina de los emisarios.
3. Diferencias de funcionamiento según el tipo de máquina
| Tipo | Sostenimiento del frente | Extracción | Terrenos habituales |
|---|---|---|---|
| Open shield | Sin presión en el frente | Mecánica | Terrenos estables y sin agua |
| EPB | Terreno excavado a presión | Tornillo sinfín | Suelos finos, arcillas y limos |
| Hydroshield | Lodo bentonítico a presión | Circuito de lodos | Arenas, gravas y terrenos con agua |
| Microtuneladora | Lodo o terreno a presión, según modelo | Circuito de lodos o tornillo | Conducciones de pequeño y medio diámetro |
4. Qué parámetros se controlan durante la excavación
- Presión en el frente o en la cámara.
- Fuerza de empuje y par de la cabeza de corte.
- Feed rate.
- Volumen y peso del material extraído frente al teórico.
- Desviaciones de dirección y cota.
- Presión y volumen de la inyección de relleno.
- Desgaste de herramientas de corte.
Information Needed to Review the Project
Para valorar qué tuneladora y qué sistema de excavación conviene en una obra se necesita: trazado en planta y perfil, diámetro interior, longitud de cada tramo, estudio geotécnico, nivel freático, cobertura, infraestructuras o edificaciones afectadas, ubicación y dimensiones posibles de los pozos, y plazos previstos. Puede consultar también nuestra página de choice of tunnel boring machine.
CTA: Request a revisión técnica de su proyecto de túnel o microtúnel para definir el tipo de máquina más adecuado al terreno.
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