ESCUDOS EPB DE ÚLTIMA GENERACIÓN (15 AÑOS DE EXPERIENCIAS EN ESPAÑA)

Transcripción

1 OPERACIÓN N Y MANTENIMIENTO DE ESCUDOS: ESCUDOS EPB DE ÚLTIMA GENERACIÓN (15 AÑOS DE EXPERIENCIAS EN ESPAÑA) F. MENDAÑA Dr. Ingeniero de Caminos Canales y Puertos Barcelona 0

2 Sección circular Excavación manual (recintos) Empuje y revestimiento mecanizados Tracción animal ESCUDOS EN TÚNELES DE FINALES DEL SIGLO XIX 1

3 BREVE RESUMEN HISTÓRICO DE LAS TBMs FECHA APARICION TIPO DE MAQUINA AÑOS DESDE ORIGEN (1818) 1818 Máquina de Brunel ESC Máquina de Greathead ESC Presurización integral ESC TBM Robbins TBM /67 Anillos de hormigón roca /70 Primeros Hidroescudos ESC /89 Primeras EPBMs ESC /99 Escudos convertibles ESC 170 ( Hidro / EPB ) 2

4 Campos de aplicación de escudos EPB / Hidros EPB / Mixshield application fields Sieve Size 100 Clay Fine Silt Sand Gravel Medium Coarse Fine Medium Coarse Fine Medium Coarse ,001 0,002 0,006 0,02 0,06 0,2 0,6 2,0 6, ,0 EPB Methods Hydroshield Methods 3

5 Esquema general de un ESCUDO EPB General layout of a EPB Shield Mamparo 3. Cojinete principal 5. Esclusa 7. Tornillo 9. Erector dovelas 2. Barras batideras 4. Motores (Rueda de corte) 6. Cilindros (empuje) 8. Cinta 10. Dovelas 4

6 Escudos EPB.- Esquema de presiones de sostenimiento. EPB Shields.- Pressure Supporting schemes Presión de agua Water Pressure Presión del terreno Ground Pressure Presión de tierras de la cámara Earth chamber Pressure 5

7 Límites usuales del trabajo de los Escudos EPB Usual limits of EPB Operation Particle Size Distribution 100 Clay Fine Sieve Size Silt Sand Gravel Medium Coarse Fine Medium Coarse Fine Medium Coarse 90 Percentage Passing ,001 0,002 0,006 0,02 0,06 0,2 0,6 2,0 6, ,0 Particle size in mm Trabajo normal sin aditivos. / Normally work without foam additives. Trabajo posible sólo con aditivos. / Only possible with foam additives. Trabajo posible sólo con aditivos y sin carga de agua. / Only possible with foam additives / no groundwater presence 6

8 MEJORAS DE DISEÑO LOGRADAS EN LOS ESCUDOS EPB ESPAÑOLES ( ) Accionamiento de la rueda de corte 2) Los diseños de tipo dual. 3) Colmatación de la rueda / Formación de bloques. 4) Mantenimiento de la presión en cámara. 5) Relleno del gap escudo / terreno. 6) Sistemas antirrolling. 7) Detector de desgastes (frentes mixtos) 8) Detección de obstáculos? 7

9 PARÁMETROS PRINCIPALES DE LOS ESCUDOS EPB En los escudos EPB se pueden utilizar las siguientes fórmulas aproximadas para calcular el Empuje y el Par Empuje Fn = Esfuerzo nominal en KN F n 100 K Sex Con 7,5 < K < 15 Sex = sección excavación en m 2 Par 3 M D M = Par de giro en KNm 22 < α < 30 D = Diámetro excavación en m 8

10 ESCUDOS EPB.. Herramientas de corte. Aberturas Terrenos blandos: Cuchillas, tipo scrapers Frentes mixtos: Añadir cortadores de disco o herramientas tipo ripper 19 CORTADORES DE DOBLE DISCO Ø 17" CORTADOR DE DOBLE DISCO Ø17" NARIZ 2 CORTADORES DE G ÁLIBO 186 SCRAPERS Cuchillas tipo SCRAPERS 16 RASTRILLOS (2 COPY CUTTERS ) 30% S total < ABERTURAS = 32% S total <40% Stotal α: Ángulo de arranque β: Ángulo de ataque γ: Ángulo de desprendimiento δ: Ángulo de corte (α+β) s: Espesor de desprendimiento 9

11 Escudo E.P.B. Ø exc = 12,06 m LÍNEA 9 (Gorg-Sagrera) METRO BARCELONA 33% de Aberturas Par nominal: KN* m Desplazamiento axil: 400 mm Zapatas orientables. 10

12 Diámetro de excavación...12,06 m (Htas. Nuevas) % de aberturas de la rueda..33% Par nominal máximo kn* m (α 22) Par de desbloqueo kn * m (α 26) Velocidad de giro de la rueda.. 0 3,6 rpm Diámetro del cojinete principal mm Tipo de motorización de la rueda Hidráulica (24 moto-reductores) Potencia de la motorización kw Desplazamiento axial rueda.400 mm Empuje nominal máximo kn (K = 10) Empuje excepcional kn (K = 12) Presión hidráulica Bar Antirrolling si (zapatas orientables) 11

13 PROYECTO CALLE 30 DE MADRID) (Segmento SE-S-SW del periférico M-30) Circuito bitubo subterráneo de 12 km. / 3 carriles / ruta rescate. Comprende 2 Túneles Ø exc = 15 m (L m /ud) MEJORAS: Δ 100% Capacidad de tráfico Mejora de la seguridad (-400 acc/año) Reducción contaminación ( t/año CO 2 Restitución de amplias zonas verdes 12

14 ESCUDO EPB HNK Ø exc : 15,16 m TÚNEL NORTE CALLE 30 Doble cabeza: Impedir autorrolling / Compensar los Pares de giro parcialmente. Rueda interior: Ø exc = 7 m / 6 radios / Configuración mixta / Par = kn* m (10 motores) Corona exterior: 12 radios / Configuración mixta / Par = kn* m (24+32 motores) Motorización hidráulica: kw ( kw aplicados) 13

15 ESCUDO EPB HNK Ø exc : 15,16 m TÚNEL NORTE CALLE 30 Tornillos sinfín: 1 ud. central Ø 600 mm / 2 uds. en corona Ø mm/ud. Cabeza (conjunto): 57 cortadores dobles Ø 17 / 332 scrapers / 24 piezas periféricas. Aberturas: 32% de la Superficie total. Plazo y rendto.: 6,25 meses / 543 m/mes. 14

16 ESCUDO EPB MHI Rueda única Ø ext = 15,10 m Configuración mixta TÚNEL SUR CALLE cortadores triple disco 17 / 678 piezas ( scrapers y rippers ) Antirrolling por reorientación de las zapatas. Motorización eléctrica. F.V. Par nominal: kn* m (α=25) Par desbloqueo kn*m (α=37) Potencia: kw 28 Motores de 358 kw/ud (a la cara exterior de la corona) Aberturas: 43% Tornillo sinfín: 1 ud. Ø mm 1 agitador 3 brazos (cámara) Varios Erector con 2 mesas de vacío Plazo y rendto. mantenido: 6,25 meses / 566 m/mes 15

17 Montajes en factoría y en obra de los escudos de Calle 30 (Madrid) 16

18 ESCUDOS: EVOLUCIÓN DEL PAR DE GIRO 17

19 ESCUDOS: EVOLUCIÓN DEL EMPUJE NOMINAL 18

20 ESCUDOS EN TERRENOS CAMBIANTES ESCUDOS CONVERTIBLES ( Hidro / EPB ) Diseño alternativo para trabajar en modo E.P.B. (terrenos cohesivos) o bien en modo Hydro (terrenos granulares) En las máquinas modernas, el cambio de modo se hace en el túnel, en un plazo máximo del orden de 1 mes. Es obligado montar Instalaciones de transporte de escombro de ambas tipologías. 19