La arquitectura mecánica de las tuneladoras de escudo único
el Tuneladora de escudo único (TBM) está diseñado específicamente para excavaciones en condiciones de roca dura donde el macizo rocoso está fracturado o inestable. A diferencia de las tuneladoras de viga abierta, la variante Single Shield alberga toda su maquinaria interna dentro de una capa protectora de acero cilíndrica. Este escudo proporciona soporte superior y lateral inmediato, protegiendo tanto al personal como a los componentes de alta precisión de la caída de escombros o "explosiones de rocas". El cabezal de corte en la parte delantera está equipado con cortadores de disco de alta resistencia que aplican una presión inmensa a la superficie de la roca, creando fracturas por tensión que hacen que la roca se desintegre en fragmentos manejables.
Dentro del escudo, el sistema de propulsión se basa en un mecanismo de empuje longitudinal. Debido a que la máquina opera en una configuración de un solo escudo, normalmente se empuja desde los segmentos de concreto previamente instalados para avanzar. Esta integración de excavación y revestimiento lo convierte en una opción excepcionalmente eficiente para túneles de transporte de agua de larga distancia, pasajes ferroviarios y conductos de servicios públicos donde se requiere un revestimiento de concreto terminado inmediatamente después del proceso de perforación.
Dinámica operativa y secuencia de perforación
el operational cycle of a Single Shield TBM is a synchronized process of excavation and structural reinforcement. The cycle begins with the boring phase, where hydraulic cylinders extend to push the cutterhead into the rock. As the rock is crushed, a series of buckets or scoops on the cutterhead transfer the muck onto a conveyor belt that runs through the center of the machine to the rear. This continuous removal system ensures that the face remains clear for the cutters to maintain optimal penetration rates.
el Ring Building Phase
Una vez que los cilindros de empuje alcanzan su máxima extensión, la perforación se detiene. Luego, los cilindros se retraen en pequeños grupos para dejar espacio para el formador de segmentos. Este brazo robótico levanta segmentos de hormigón prefabricados y los atornilla para formar un anillo completo. Este proceso se resume a continuación:
- Retracción de los cilindros de empuje hidráulico contra el último anillo completado.
- Colocación precisa de segmentos prefabricados mediante el brazo montador con agarre por vacío.
- Rellenar el espacio anular entre la roca y el segmento de hormigón para garantizar la estabilidad.
- Hacer avanzar el escudo empujando el anillo recién instalado.
Comparación técnica: escudo simple versus escudo doble
La elección de la tuneladora correcta depende en gran medida de la resistencia a la compresión ilimitada (UCS) de la roca y de la presencia de zonas de falla. Si bien las tuneladoras Double Shield permiten perforar y revestir simultáneamente, requieren roca competente para agarrarla con sus zapatas de "pinza". Las tuneladoras Single Shield son más versátiles en geología que varía entre roca competente y zonas altamente fracturadas, ya que no dependen del agarre de las paredes laterales para su estabilidad.
| Característica | Tuneladora de escudo único | Tuneladora de doble escudo |
| Soporte primario | Segmentos de Concreto | Zapatas/segmentos de agarre |
| Idoneidad geológica | Fracturado a roca estable | Roca dura principalmente estable |
| Modo aburrido | Secuencial (agujero y luego línea) | Concurrente (agujero y línea) |
| Complejidad | inferior | superior |
Ventajas en condiciones geológicas desafiantes
el primary advantage of the Single Shield TBM is its superior safety profile in "poor" rock. In zones where the rock is prone to collapsing or where water pressure is a concern, the shield acts as a secondary hull. Modern machines are often equipped with "back-loading" cutterheads, allowing disc changes from within the safety of the cutterhead itself, minimizing the time workers spend in front of the machine in unsupported ground.
Eficiencia en la gestión del aporte de agua
Al excavar túneles a través de roca dura que contiene acuíferos, las tuneladoras Single Shield pueden equiparse con sellos y equipos de sondeo especializados. Al perforar delante del cabezal de corte, los ingenieros pueden inyectar lechada para estabilizar el suelo y bloquear la entrada de agua incluso antes de que la máquina llegue al área. El diseño del escudo permite un entorno más controlado para gestionar estos cambios repentinos en la hidrogeología, asegurando que el cronograma del proyecto permanezca intacto a pesar de las sorpresas subterráneas.
