Las máquinas de perforación de túneles (TBM) son piezas sofisticadas de equipos que han revolucionado la construcción subterránea. Son esencialmente fábricas móviles diseñadas para excavar túneles con perturbaciones mínimas en el terreno circundante.
Cómo funcionan los TBM: el proceso fundamental
La operación central de un TBM implica varios pasos continuos:
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Excavación: En la parte delantera del TBM hay una cabeza cortadora masiva y giratoria. Este disco de acero está equipado con varias herramientas de corte, como cortadores de disco para rocas duras o brocas y raspadores para un terreno más suave. A medida que la cabeza del cortador gira, molesta, raspa o corta el material en la cara del túnel.
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Eliminación de la lápida: El material excavado, conocido como "Muck", cae a través de las aberturas en la cabeza del cortador en una cámara. A partir de ahí, generalmente es transportado por un transportador de tornillo (para TBMS de tierra blanda) o se carga en una serie de cintas transportadoras (para TBMS de roca dura) que funcionan a lo largo del túnel. Este lodo se elimina continuamente a la superficie para la eliminación o el reciclaje.
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Empuje y avance: El TBM es impulsado hacia adelante por potentes cilindros de empuje (Jacks) ubicados detrás de la cabeza del cortador. Estos cilindros empujan contra los segmentos de revestimiento del túnel previamente instalados, creando la fuerza necesaria para avanzar la cabeza del cortador al suelo.
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Instalación del revestimiento del túnel: Inmediatamente detrás de la cabeza del cortador, dentro de la cubierta protectora del TBM (el escudo), se encuentra el erector. Este brazo robótico recoge segmentos de concreto prefabricados (típicamente piezas curvas, trapezoidales) y los coloca meticulosamente para formar un anillo completo del revestimiento del túnel. Estos segmentos están atornillados, creando una estructura fuerte, estancada y permanente que soporta el suelo y forma la pared del túnel terminada.
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Grouting: Una vez que se instala un anillo de segmentos, el vacío entre el exterior de los segmentos y el suelo excavado (el "vacío de la cola") se llena inmediatamente con una lechada especializada. Esta lechada se solidifica, proporcionando soporte adicional al revestimiento del túnel, evitando el asentamiento del suelo y garantizando un ajuste apretado.
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Dirección y navegación: Los TBM están equipados con sofisticados sistemas de guía láser e instrumentos de encuesta. Los operadores pueden controlar con precisión la dirección de la TBM ajustando el empuje de las tomas individuales, variando la velocidad de rotación de la cabeza del cortador o utilizando juntas de articulación dentro de la máquina. Esto les permite mantener la alineación y el gradiente planificados, incluso navegar en curvas.
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Equipo de final (sistema de respaldo): Detrás del cuerpo principal de TBM, sigue una serie de pórticos o trailers articulados (el "sistema de respaldo"). Este trasero alberga sistemas de soporte esenciales, que incluyen:
- Suministros de energía y salas de control
- Sistemas de ventilación
- Transportadores de eliminación de estiércol
- Bombas de lechada y plantas de mezcla
- Agua y líneas de servicios públicos
- Acceso de personal y equipo de seguridad.
Tipos de TBM y sus aplicaciones
La elección del tipo TBM es crítica y depende en gran medida de las condiciones geológicas del suelo a ser tunneled:
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Hard Rock TBMS (TBMS / TBMS de roca dura blindada de asalto): estos TBM están diseñados para formaciones de rocas sólidas. Usan cortadores de disco que crean micro fracturas en la cara de la roca.
- TBMS de asalto abierto: avanzar al agarrar contra las paredes del túnel (roca) con almohadillas de pinza.
- TBMS de roca dura blindada: se usa cuando las condiciones de roca se fracturan o se mezclan, proporcionando soporte de tierra completa con un escudo y, a menudo, instalando un revestimiento de segmento.
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Balance de presión de la Tierra (EPB) TBM: Ideal para suelos suaves y cohesivos (arcilla, limo, arena) que pueden pararse sin soporte por un período corto. Un EPB TBM utiliza el material excavado en sí para crear un "pastel de lodo" que aplica presión a la cara del túnel, equilibrando la presión del suelo circundante. Un transportador de tornillo regula la eliminación de la lodo mientras mantiene este equilibrio.
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Slurry TBMS: El mejor adecuado para suelos sueltos y con agua (arenas, gravas, tierra saturada). En una Llama de TBM, el cabezal del cortador funciona en una cámara llena de lechada presurizada. La suspensión estabiliza la cara del túnel y transporta el material excavado a la superficie a través de las tuberías, donde se procesa para separar los sólidos del líquido.
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TBMS de tierra mixta (TBMS de densidad variable): Estas son máquinas versátiles que pueden adaptarse a las diferentes condiciones del suelo, a veces combinando características de EPB y TBMS de lodo. Pueden ajustar parámetros como la presión facial y las tasas de eliminación de lodo para adaptarse a las propiedades cambiantes del suelo encontradas.
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Máquinas de cabeceo de tubería (TBMS de microtunneling): Versiones más pequeñas de TBM, a menudo controladas a distancia, utilizadas para instalar tuberías o conductos de utilidad más pequeños. Empujan tuberías directamente detrás de la cabeza del cortador.
Ventajas de usar TBMS
- Velocidad y eficiencia: Los TBM pueden perforar continuamente y generalmente excavar túneles mucho más rápido que los métodos convencionales como la perforación y la explosión.
- Seguridad: El escudo cerrado del TBM proporciona un ambiente de trabajo más seguro para el personal, protegiéndolos de colapsos e ingreso de agua subterránea.
- Perturbación de la superficie mínima: A medida que operan bajo tierra, los TBM reducen significativamente la interrupción de la infraestructura de superficie, el tráfico y las comunidades, lo que los hace ideales para las áreas urbanas.
- Impacto ambiental reducido: Niveles de vibración más bajos y menos ruido en comparación con la explosión, con menos pilotes de botín en la superficie.
- Forma consistente del túnel: Los TBM producen un orificio de túnel circular liso, lo que a menudo reduce la cantidad de revestimiento secundario requerido.
- Automatización: muchas funciones de TBM están automatizadas, lo que lleva a un rendimiento constante y una mano de obra manual reducida.
Proyectos notables de TBM
Los TBM han sido fundamentales para construir algunos de los proyectos de infraestructura más impresionantes del mundo, que incluyen:
- Túnel de canal (Eurotunnel): Conectando el Reino Unido y Francia bajo el Canal de la Mancha.
- Túnel base de Gotthard: El túnel ferroviario más largo del mundo, que atraviesa los Alpes en Suiza.
- Crossrail (Elizabeth Line) en Londres: Un sistema ferroviario subterráneo masivo.
- Second Avenue Subway en la ciudad de Nueva York: Expandiendo la red de metro.
- Túnel SR 99 de Seattle (Bertha): Un túnel de carretera de gran diámetro.
En conclusión, los TBM son maravillas de ingeniería que han transformado la forma en que construimos bajo tierra. Su eficiencia, seguridad y capacidad para manejar diversas condiciones geológicas los convierten en herramientas indispensables para crear las arterias vitales ocultas de la sociedad moderna.
