unnatomía e ingeniería de las máquinas perforadoras de túneles.
A Máquina perforadora de túneles (TBM), a menudo denominado "topo mecánico", es una sofisticada pieza de equipo pesado diseñada para excavar túneles con una sección transversal circular a través de diversos estratos de suelo y roca. A diferencia de los métodos tradicionales de perforación y voladura, las tuneladoras ofrecen la ventaja de limitar la alteración del terreno circundante y producir una pared de túnel lisa. La máquina consta de un cabezal de corte giratorio que rompe la superficie de la roca o del suelo, un sistema de empuje para empujar la máquina hacia adelante y un engranaje de arrastre que facilita la eliminación de lodo y la instalación de revestimientos permanentes del túnel.
Componentes principales de una tuneladora
- Cabezal de corte: El disco frontal equipado con cortadores de carburo de tungsteno o cortadores de disco diseñados para pulir formaciones geológicas.
- Escudo: Un cilindro protector de acero que evita que la tierra circundante se desplome dentro de la máquina mientras se instala el revestimiento del túnel.
- Cilindros de empuje: Gatos hidráulicos que presionan contra las dovelas de hormigón previamente instaladas para impulsar la máquina hacia adelante.
- Sistema transportador: Una cinta transportadora o tornillo sin fin que transporta material excavado (estiércol) desde la parte delantera de la máquina hasta la parte trasera para su eliminación.
Tipos de tuneladoras especializadas para diversas condiciones geológicas
La selección de la tuneladora adecuada depende en gran medida de las condiciones del terreno, como roca dura, arcilla blanda o arena acuífera. Los ingenieros deben realizar estudios geológicos exhaustivos antes de poner en servicio una tuneladora hecha a medida. Por ejemplo, las máquinas Balanza de Presión de Tierra (EPB) son ideales para terrenos blandos y cohesivos, mientras que las tuneladoras Escudo de lodo son más adecuadas para terrenos inestables con alta presión hidrostática.
| Tipo de tuneladora | Condición del terreno | Mecanismo primario |
| Tuneladora de roca dura | Granito Sólido/Basalto | Cortadoras de disco para picar roca |
| Earth Pressure Balance (EPB) | Limo, Arcilla, Arena | Utiliza suelo excavado para equilibrar la presión. |
| Slurry Shield | Alta presión de agua/suelo suelto | Suspensión de lechada de bentonita presurizada |
El ciclo operativo de la excavación subterránea
La operación de una TBM es un ciclo continuo de excavación y revestimiento. A medida que el cabezal de corte gira y la máquina avanza, un brazo levantador de vacío en la parte trasera del escudo levanta los segmentos de concreto prefabricado hasta su lugar. Estos segmentos se atornillan entre sí para formar un anillo completo, que se convierte en la estructura permanente del túnel. Una vez que se completa un anillo, los cilindros de empuje empujan el nuevo anillo para comenzar la siguiente carrera de excavación. Este proceso permite excavar túneles a alta velocidad, alcanzando a menudo de 10 a 15 metros por día, dependiendo del diámetro y el entorno.
Orientación y navegación de precisión
Las máquinas de túneles modernas utilizan sofisticados sistemas de guía láser y GPS para mantener una trayectoria precisa. Los operadores monitorean la posición de la máquina desde una cabina de control ubicada dentro de la tuneladora, asegurando que la desviación de la alineación planificada se mantenga dentro de milímetros. Esta precisión es fundamental en entornos urbanos donde la máquina debe navegar entre cimientos de edificios existentes, líneas de metro y tuberías de servicios públicos sin provocar asentamientos en la superficie.
Ventajas ambientales y de seguridad de la construcción de túneles mecánicos
El cambio de la excavación manual a la tecnología TBM ha mejorado drásticamente los estándares de seguridad en la industria de la construcción. Debido a que la máquina proporciona un escudo de acero continuo para los trabajadores, los riesgos de derrumbes casi se eliminan. Además, el impacto ambiental se reduce mediante la eliminación controlada de escombros y una menor contaminación acústica en comparación con la construcción a nivel de superficie. Los sistemas de circuito cerrado de las tuneladoras de lodo también permiten el reciclaje de fluidos de perforación, lo que hace que el proceso sea más sostenible para proyectos de infraestructura a largo plazo.
- La reducción de la vibración de la superficie protege los edificios históricos en los centros de las ciudades.
- La instalación automatizada de segmentos minimiza el trabajo manual en zonas de alto riesgo.
- Una logística eficiente mediante el uso de equipos de arrastre garantiza un lugar de trabajo limpio.
