Máquinas de perforación de túneles (TBM) son maravillas modernas de ingeniería, revolucionando la construcción subterránea al excavar túneles a través de diversas condiciones geológicas, desde los suelos más suaves hasta las formaciones rocosas más duras. A diferencia de los métodos tradicionales de perforación y explosión, los TBM ofrecen un proceso de túnel continuo, más seguro y a menudo más rápido. El núcleo de su operación se encuentra en una cabeza cortadora giratoria equipada con herramientas de corte especializadas, diseñadas para interactuar y descomponer el suelo.
El principio fundamental: excavación rotativa
En su forma más básica, un TBM se excava por girando una cabeza cortadora circular contra la cara del túnel mientras aplica simultáneamente significativo fuerza de empuje para empujarlo hacia adelante. El tipo de herramientas de corte y el método para administrar el material excavado (a menudo llamado "lodo") varían mucho según las condiciones del suelo.
Excavación en la roca dura
En formaciones de rock dura, TBMS utiliza cortadores de disco Montado en el cabezal. Estos cortadores de disco no están diseñados para "moler" la roca, sino para inducir fracturas de estrés. A medida que el cabezal gira y el TBM se impulsa hacia adelante, los cortadores de disco de acero endurecido o de carburo de tungsteno ejercen una inmensa tensión de compresión en la cara de la roca. Este estrés hace que la roca fractura y apagado desde el cuerpo principal frente a la máquina.
El "Muck" producido, típicamente en forma de chips de roca y fragmentos, luego cae a través de aberturas en la cabeza de corte y sobre un sistema de transporte Dentro del TBM. Este sistema transporta el material excavado a través de la máquina y fuera del túnel para su eliminación. Hard Rock TBMS puede ser de tipo abierto (sin un escudo completo, permitiendo un soporte de roca inmediata detrás del cabezal) o protegido (proporcionando apoyo temporal a las paredes del túnel, particularmente en roca fracturada). Para avanzar, Hard Rock TBM a menudo usa un sistema de pinza Eso empuja contra las paredes laterales del túnel ya excavado, proporcionando la fuerza de reacción necesaria para el empuje hacia adelante.
Excavación en terreno blando
Excavar a través de un terreno suave, que incluye arcilla, limo, arena y grava, presenta diferentes desafíos, principalmente relacionados con el mantenimiento de la estabilidad de la cara y la prevención del colapso del suelo. Para abordar esto, se emplean TBM especializados:
Máquinas Balance de presión de la Tierra (EPB)
Las TBM de EPB se usan comúnmente en terrenos blandos cohesivos. Su cabezal está equipado con una combinación de brocas de carburo de tungsteno, selecciones de arrastre y, a veces, cortadores de disco (para terreno mixto con algunas inclusiones más duras). La clave para la operación de un EPB es su capacidad para equilibrar la presión en la cara del túnel utilizando el material excavado en sí.
El cabezal gira y excava el suelo, que luego entra en un cámara de trabajo Detrás del cabezal. A transportador de tornillo En la parte trasera de esta cámara controla la velocidad a la que se elimina el derreto. Al regular cuidadosamente la velocidad de rotación de la cabeza de corte y la velocidad de descarga del transportador de tornillo, la presión dentro de la cámara se puede controlar con precisión, permitiendo que el suelo excavado actúe como medio de soporte, estabilizando así la cara del túnel y evitando el asentamiento en la superficie. Se pueden inyectar aditivos como la espuma en el suelo para mejorar su flujo y reducir su pegajosidad, evitando la obstrucción de la cabeza de corte y el transportador.
Slurry Shield TBMS
Los TBM de blanqueador son los más adecuados para suelos granulares altamente saturados o inestables, particularmente aquellos con alta presión de agua subterránea. En lugar de confiar únicamente en el material excavado para el soporte facial, estos TBM usan un lechada (una mezcla de agua y arcilla bentonita) para estabilizar la cara de excavación.
El cabezal, a menudo equipado con herramientas de corte similares a EPBS, excava el suelo, que luego se mezcla con la suspensión presurizada en el cámara de excavación . Esta mezcla de mochilas de lodo se sale del túnel a un planta de separación en la superficie. En la planta, el material excavado se separa de la lechada, que luego se trata y se recicla de regreso a la TBM. La circulación continua de la lechada presurizada asegura que la presión hidrostática en la cara del túnel esté equilibrada contra la presión externa de tierra y agua, evitando la entrada de agua y la inestabilidad del suelo.
Empuje y avance
Independientemente de las condiciones del suelo, todos los TBM requieren un mecanismo para impulsarse hacia adelante. Esto generalmente se logra a través de cilindros de empuje hidráulico . Estos cilindros empujan contra el revestimiento del túnel instalado (segmentos de hormigón prefabricados o cremallera) o, en el caso de TBMS de la pinza, directamente contra la roca excavada, conduciendo el cabezal de cortador hacia la cara del túnel. A medida que avanza la máquina, se erigen nuevos segmentos de revestimiento del túnel detrás del escudo, formando la estructura de túnel permanente.
En esencia, los TBM son fábricas subterráneas sofisticadas, excavando y apoyando continuamente el túnel a medida que avanzan, lo que las convierte en herramientas indispensables para el desarrollo moderno de infraestructura.
