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Aplicación de la tuneladora de doble escudo
Las tuneladoras de doble escudo se cuentan entre las más sofisticadas técnicamente. Combinan los principios funcionales de las tuneladoras Gripper y de escudo único en una sola máquina. En geologías estables, la combinación de procesos permite la instalación de dovelas de hormigón en paralelo a la perforación del túnel y, por tanto, velocidades de perforación muy elevadas. Así pues, esta potente tecnología está predestinada a la excavación de túneles largos en roca dura.
250 metros de Túnel excavado por semana y revestido con dovelas en el proyecto Palomino, República Dominicana.
Con fuerza hacia delante
En las tuneladoras de doble escudo, un cabezal de perforación giratorio equipado con cortadores es presionado contra el frente de trabajo con hasta 32 toneladas de presión por cortador. El movimiento de rotacion de los cortadores hace que se desprendan de la pared rocosa trozos individuales de roca, los llamados chips. Las boquillas de agua pueden refrigerar los cortadores y reducir la formación de polvo. Los rascadores acoplados a la cabeza de perforación recogen el material de excavación de la perforación. Gracias a la gravedad, la rotación de la cabeza de perforación hace que se deslicen por los canales integrados hasta el centro de la máquina y caigan a través de un anillo de escombros en forma de embudo sobre la cinta de la máquina. Desde allí, el material de excavación se transfiere a cintas transportadoras o vehículos de transporte y se transportan fuera del túnel.
Principo de funcionamiento
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Alta velocidad gracias al modo de propulsión continua
Las tuneladoras de doble escudo constan de dos componentes principales: un escudo frontal con cabeza de perforación, rodamiento principal y accionamiento, así como un escudo Gripper con unidad tensora de gripper, cilindro auxiliar de avance y cola de escudo. Los cilindros de elevación principales conectan ambas partes del escudo entre sí. Se asientan en la protección del escudo telescópico, donde se superponen las carcasas de los escudos frontal y del Gripper. Por ello, las tuneladoras de doble escudo también se denominan escudos telescópicos. En roca estable, la máquina se apoya radialmente en el túnel con las zapatas de agarre. Esto permite que el escudo frontal avance independientemente del escudo de agarre con la ayuda de los cilindros de accionamiento principales.
Las fuerzas de reacción durante el proceso de perforación se disipan en la roca mediante las zapatas de agarre extendidas. Al mismo tiempo que se conduce, se instalan los segmentos de revestimiento en la zona de la cola del escudo. Los cilindros de elevación auxiliares sólo se utilizan para asegurar la posición de los segmentos de hormigón. Tras completar un ciclo de avance, las zapatas de agarre se sueltan y el escudo de agarre se empuja tras el escudo frontal mediante los cilindros auxiliares de elevación. Esta fase de reposicionamiento dura sólo unos minutos. De este modo, es posible un avance casi continuo. En formaciones rocosas ideales, las tuneladoras de doble escudo también pueden trabajar sin soporte de revestimiento.
Funcionalidad de un vistazo:
Los rodillos de corte rompen las virutas de la cara debido a la elevada presión de contacto.
El rascador, los canales y el anillo de suciedad garantizan la evacuación eficaz de los recortes de perforación a una cinta transportadora central.
Los cilindros de accionamiento principal o los cilindros de accionamiento auxiliar empujan la máquina hacia delante.
Revestimiento con segmentos prefabricados
Un escudo telescópico deslizante permite acceder a la pared del túnel para realizar trabajos de limpieza en tuneladoras de doble escudo.
Seguridad en zonas de fallas geológicas
En zonas alteradas o con poca resistencia de la roca, no es posible el arriostramiento radial mediante las zapatas de agarre. En estos tramos, el escudo telescópico puede replegarse opcionalmente por completo; los escudos frontal y de pinzas forman entonces una unidad rígida. Las fuerzas de avance necesarias se aplican a través de los cilindros de avance auxiliares. Al igual que en las tuneladoras de escudo único, el anillo del último segmento construido sirve de pilar de apoyo. El avance y la construcción del anillo ya no pueden realizarse simultáneamente. Por otro lado, este modo discontinuo ofrece una mayor seguridad de conducción en tramos de carretera difíciles.
Soluciones especiales específicas para casos difíciles
Las tuneladoras de doble escudo tienen un escudo relativamente largo. En caso de convergencia de rocas, esto aumenta el riesgo de que la máquina se atasque. Los ingenieros de Herrenknecht contrarrestan esto de forma constructiva con varias soluciones. Entre ellas se incluyen, por ejemplo, diámetros de escudo escalonados y un desplazamiento vertical de los ejes longitudinales de los escudos del cabezal de perforación, frontal y de las pinzas. Las refracciones y los recortes pueden bloquear la junta telescópica y el hueco anular. Esto impide el deslizamiento del escudo de agarre. Como contramedida, en las tuneladoras Herrenknecht de doble escudo se suele instalar un escudo telescópico móvil independiente. Con la ayuda de cilindros deslizantes adicionales, se puede abrir el acceso a la pared del túnel para realizar tareas de limpieza o tomar medidas de seguridad en caso necesario. Las perforadoras adicionales y los canales de perforación en la zona trasera del escudo permiten asegurar la zona telescópica abierta por encima de la tuneladora con un escudo de tuberías.
Los accionamientos de caja de torsión permiten opciones de sobrecorte local y control horizontal y vertical preciso.
El accionamiento adecuado para cada diámetro
En la gama de diámetros de 2,8 a 6 metros, las tuneladoras de doble escudo utilizan accionamientos fijos con cilindros de elevación principales rectos o cilindros de celosía en forma de V.. El control durante la excavación se realiza directamente a través de los cilindros de elevación. En cambio, para diámetros superiores a 6 metros se suelen utilizar accionamientos deslizantes con cilindros deslizantes longitudinales adicionales. A través de los cilindros se puede medir directamente la presión de contacto del accionamiento y, de este modo, aprovechar al máximo la potencia disponible. Un cojinete esférico o los llamados cilindros de caja de torsión soportan el control de la tuneladora. Estos últimos permiten un desplazamiento horizontal y vertical infinitamente variable del accionamiento. De este modo, el cabezal de perforación se puede controlar con precisión en todas las direcciones e incluso se puede crear un sobrecorte local. En todos los tipos de accionamiento, el cabezal de perforación puede retraerse para acceder directamente al frente de trabajo.
Metros de túnel sin paradas
Las tuneladoras de doble escudo se utilizan principalmente en proyectos de túneles con formaciones rocosas cambiantes. En roca estable, alcanzan valores de avance muy elevados gracias al modo de avance continuo. Por ello, la combinación de proceso de tuneladora Gripper y tuneladora de escudo único suele ser la solución más rápida y económica para las excavaciones largas en roca dura.
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Bernhard Wienhold
Jefe de División Gestión de Proyectos | Túneles de tráfico
Marcus Lübbers
Jefe de producto | Túneles para servicios públicos
