*Por Peter Schmäh, Stefan Frey, Maximilian Bischoff, Herrenknecht AG.
Las soluciones mecanizadas para la construcción de pozos y pasos superiores en proyectos de túneles son vitales para aplicaciones urbanas, ya que garantizan la seguridad y la flexibilidad en el sitio, al tiempo que minimizan las emisiones de ruido y mejoran la sostenibilidad. En cuanto a los pozos, la tecnología de hundimiento vertical de pozos (VSM) es un enfoque mecanizado para superar condiciones de suelo mixto desafiantes con niveles freáticos altos, y los límites de seguridad o económicos de los métodos convencionales. Las soluciones mecanizadas también son cruciales para construir pasos superiores bajo alta presión de agua subterránea, esenciales para la seguridad en túneles de tráfico de doble tubo. El microtunelado con lodo garantiza un avance seguro con soporte controlado del frente y equipo a medida para el respectivo diámetro del túnel principal en los lados de lanzamiento y recepción.
INTRODUCCIÓN
En los proyectos de túneles, particularmente en entornos urbanos, la construcción de pozos y pasos superiores presenta desafíos significativos, especialmente en condiciones de suelo mixto y bajo alta presión de agua subterránea. Los métodos convencionales, como la congelación del terreno, a menudo implican procesos intensivos en mano de obra y que consumen mucho tiempo, con limitaciones en seguridad y viabilidad económica. Para abordar estos problemas, las soluciones mecanizadas son cada vez más vitales, ya que ofrecen mayor seguridad, flexibilidad y sostenibilidad, al tiempo que minimizan las emisiones de ruido y el impacto ambiental.
Las Máquinas de Hundimiento Vertical de Pozos (VSM) representan un enfoque mecanizado innovador para construir pozos en entornos geológicos desafiantes, superando las limitaciones de los métodos tradicionales. De manera similar, las soluciones mecanizadas, como el microtunelado con lodo, son esenciales para la construcción de pasos superiores en túneles de tráfico de doble tubo bajo alta presión de agua subterránea. Estas tecnologías permiten una excavación precisa y controlada con equipos diseñados a medida para el diámetro específico del túnel, lo que garantiza una ejecución segura y eficiente del proyecto.
CONSTRUCCIÓN MECANIZADA DE PASOS SUPERIORES
Con la creciente demanda y los estándares de seguridad más altos, se requerirán más pasos superiores en túneles de carretera y ferrocarril en el futuro. Existen varios enfoques para fines de rescate. Para una disposición de túnel doble, una aplicación típica en discusión es la provisión de pasos superiores para conectar túneles paralelos, ya sea en construcción nueva o en túneles existentes ya en operación. Aparte de la conexión entre dos túneles, la conexión de un pozo y un túnel es otro concepto para salidas de emergencia, a menudo utilizado para túneles de doble vía de tren y metro o túneles de tráfico. Los pasos superiores también pueden desempeñar un papel donde los colectores de aguas residuales tienen que conectarse para extender esquemas existentes o para conectar nuevos interceptores al sistema existente.
El enfoque general para conectar dos estructuras subterráneas mediante un paso superior no es nuevo. El enfoque técnico es muy similar al de la perforación por empuje de tuberías estándar, donde dos pozos sirven como estructuras de lanzamiento y recepción para el equipo de tunelación. La Figura 1 ofrece una visión general de los diferentes conceptos de pasos superiores utilizando el enfoque de empuje de tuberías.
El principal beneficio de un enfoque completamente mecanizado para la construcción de pasos superiores es el concepto integrado para la excavación y el revestimiento final al mismo tiempo. En el pasado, los métodos mecanizados a veces se han utilizado para la excavación de pasos superiores; sin embargo, el revestimiento se ha realizado con métodos convencionales.
Conceptos de máquinas tuneladoras
En general, el empuje de tuberías en combinación con una Tuneladora de Lodo (TBM) es la solución más versátil para la construcción mecanizada de pasos superiores, ya que es adecuada para una gran variedad de condiciones del terreno y puede manejar mejor las altas presiones del agua subterránea. Las llamadas máquinas AVN son máquinas de microtunelación cerradas de frente completo con un circuito hidráulico de lodo para soporte del frente y eliminación del suelo, que requiere una planta de separación en superficie. Un triturador cónico dentro de la cámara de excavación puede triturar guijarros, cantos rodados y otros obstáculos hasta un tamaño de grano transportable durante la tunelación y el avance. Para trabajar bajo presión de agua, un sello de lanzamiento y un freno de tubería son importantes y deben considerarse en cuanto al espacio de trabajo disponible. Se ha desarrollado en el pasado un diseño de equipo muy compacto para una configuración de lanzamiento y recepción en túneles, que incluso pueden estar en construcción o ser de diámetro pequeño.
Sin embargo, se pueden considerar otros conceptos de TBM, de acuerdo con las condiciones del terreno investigadas, los requisitos específicos del proyecto y las consideraciones económicas. Como ejemplo, el tipo de máquina de frente parcial permite la implementación de secciones transversales circulares y no circulares. Para la excavación de pasos superiores rectangulares específicos para cruces peatonales, se diseñó una adaptación de una máquina de frente abierto, la llamada MH Box.
Criterios de diseño de pasos superiores para la selección de TBM
Para elegir el concepto de TBM más eficiente para el enfoque mecanizado, se deben analizar los siguientes criterios. Una geometría de túnel circular es típicamente preferida por su facilidad de sellado y optimización del espacio, particularmente en terreno con agua. El equipo del paso superior debe posicionarse cuidadosamente para evitar reducir el espacio de trabajo en el túnel principal. El proceso de construcción debe minimizar la interrupción de las operaciones del túnel principal, siendo las soluciones ciegas o sin salida con TBM retráctil el caso extremo para garantizar la continuidad. Las condiciones geológicas e hidrogeológicas dictan la tecnología y el concepto de TBM, respectivamente. Las adaptaciones estructurales, como modificaciones de refuerzo y sellos, son necesarias para acomodar la construcción del paso superior. Las limitaciones de espacio requieren que los pasos superiores sean tan grandes como sea necesario pero lo más pequeños posible, típicamente de 2,5 a 4 metros de diámetro. La clarificación temprana de las condiciones específicas del proyecto es crítica para definir el enfoque técnico y planificar una solución mecanizada.
Proyecto de referencia: Tuen Mun – Chek Lap Kok Link, Hong Kong
El importante proyecto Tuen Mun – Chek Lap Kok Link en Hong Kong conecta el aeropuerto con el distrito de la ciudad de Tuen Mun a través de un gigantesco túnel de carretera de doble tubo bajo el mar. Los altos requisitos de seguridad para el tráfico de vehículos exigen pasos superiores a intervalos regulares como túneles de escape y rescate entre los tubos del túnel. Construir tales pasos superiores bajo presión de agua es muy complejo y costoso de realizar, por ejemplo, utilizando tecnologías de congelación. Es por eso que la probada tecnología AVN (AVN3000, OD 3605mm) se desarrolló aún más para la construcción mecanizada de pasos superiores durante los trabajos en curso en los túneles principales. La TBM más grande del mundo, una Tuneladora de Escudo Mixto Herrenknecht (Ø 17,6 m) y dos Tuneladoras de Escudo Mixto (Ø 13,95 m) han construido el gigantesco túnel de carretera de doble tubo. Con una longitud de unos 5 kilómetros cada uno, el Tuen Mun – Chek Lap Kok Link conecta el aeropuerto internacional y el Hong Kong-Zhuhai-Macao con el continente al norte, cruzando bajo una rama del Delta del Río Pearl a profundidades de hasta 50 metros. Desde el pozo de lanzamiento norte, el gigante Mixshield récord mundial primero condujo una sección de 650 metros de largo con el diámetro mayor. Luego, la TBM se redujo a un diámetro de 14 metros para el resto de la distancia de tunelación hacia el aeropuerto.
Debido a la necesidad de construir 46 pasos superiores en condiciones extremadamente difíciles y con un cronograma muy ajustado, Herrenknecht y la Unión Temporal Dragages-Bouygues desarrollaron conjuntamente un concepto para las dos TBMs de paso superior especialmente diseñadas AVN3000. Además, se diseñaron estructuras especiales de lanzamiento y recepción. Estas permiten el empuje de tuberías directamente desde uno de los grandes tubos del túnel, mientras que todos los procesos logísticos para las TBMs de gran diámetro pueden continuar simultáneamente. Para la finalización de los pasos superiores de hasta 13 metros de longitud cada uno, se han utilizado dos juegos completos de equipos para cumplir con el ajustado cronograma. Dado que la logística en ambos túneles de gran diámetro tuvo que ser considerada para asegurar que la excavación de los túneles pudiera continuar simultáneamente con la construcción de los pasos superiores, el espacio disponible para el equipo de paso superior está muy restringido. Por lo tanto, se requirió un diseño muy compacto de la máquina y la estructura de lanzamiento.
En el lado de lanzamiento, se utilizó un remolque de empuje con una grúa pórtico móvil para permitir un rápido reposicionamiento del equipo para la construcción del siguiente paso superior. Debido a la presión del agua subterránea circundante de 5,5 bar, se diseñó un procedimiento seguro de lanzamiento y avance. Mientras que un sello de lanzamiento especial con sello de emergencia está instalado en el lado de lanzamiento, el avance seguro hacia el «túnel objetivo» se aseguró utilizando una construcción de cápsula de recepción, que se puede ver en la Figura 6.
El rendimiento promedio para la construcción de un paso superior en el proyecto TM-CLK fue de 20 días, abarcando todo el ciclo de avance, incluido el montaje, avance, desmontaje y transporte del equipo dentro del túnel. En un proyecto similar posterior de paso superior, este rendimiento incluso se ha mejorado significativamente.
HUNDIMIENTO MECANIZADO DE POZOS CON VSM
Casi todos los proyectos de túneles requieren pozos, ya sea como pozos de lanzamiento y recepción para el proceso de tunelación o para inspección, ventilación y fines de rescate. Además, se observa una tendencia actual hacia instalaciones de infraestructura a profundidades crecientes. Esto es impulsado, entre otras cosas, por proyectos de construcción de alcantarillado profundo que buscan evitar estaciones de bombeo, así como por la necesidad de construir nuevas instalaciones debajo de infraestructuras existentes. Nuestro artículo analiza los beneficios de la tecnología de hundimiento mecanizado de pozos y presenta una selección de referencias mundiales de una variedad de proyectos de túneles.
La Máquina de Hundimiento Vertical de Pozos (VSM) fue desarrollada originalmente por Herrenknecht para la construcción mecanizada de pozos de lanzamiento y recepción profundos para microtunelación. Después de comenzar el diseño y las pruebas a principios de 2004, el primer conjunto de equipos entró en funcionamiento en Kuwait y Arabia Saudita en 2006. El concepto de la máquina, controlado completamente a distancia desde la superficie, así como su implementación en el sitio demostró ser una solución eficiente desde el principio para la construcción segura y rápida de pozos, especialmente en entornos urbanos difíciles sin bajar el nivel freático.
Beneficios de la tecnología de hundimiento mecanizado de pozos
El enfoque mecanizado supera los principales desafíos asociados con el hundimiento de pozos. Las estructuras de pozos en entornos urbanos exigen condiciones de trabajo seguras para los edificios circundantes y el medio ambiente, especialmente en cuanto a posibles asentamientos del terreno. Existe una mayor necesidad de evitar el descenso del agua subterránea durante el período de construcción para evitar el asentamiento asociado, que puede afectar a un área amplia. Las empresas de construcción de pozos profundos a menudo encuentran condiciones geológicas difíciles, como alta presión de agua subterránea combinada con capas de material duro y blando. Además, los pozos profundos necesitan atención especial para la seguridad del personal operativo.
Beneficios de costo y tiempo
La excavación y construcción de anillos simultáneas facilitan altas tasas de avance y una duración total del proyecto más corta. Al mismo tiempo, el rendimiento continuo garantiza una alta fiabilidad de planificación para todas las partes interesadas. El revestimiento del pozo consiste en segmentos prefabricados o concreto colocado en el lugar. Dado que la instalación del revestimiento se completa en la superficie, se puede lograr una instalación de alta calidad, lo que conduce a una mayor precisión de la estructura general del pozo. En la mayoría de los casos, no se requiere un revestimiento secundario que consuma mucho tiempo, lo que resulta en un grosor de pared reducido del pozo y, por lo tanto, en menos excavación de suelo.
La posibilidad de combinar los dos métodos de revestimiento proporciona la flexibilidad de tener la mejor configuración estructural y funcional a diferentes profundidades. Esta característica permite una mayor eficiencia desde el punto de vista técnico y económico de los proyectos. Además, los diversos tipos de máquinas VSM son muy flexibles, ya que su diámetro de excavación se puede ajustar dentro de un rango específico. Una VSM12000, por ejemplo, puede cubrir un rango de diámetro interior de pozo de 7 metros a 12 metros y, por lo tanto, es una inversión única para múltiples opciones de uso en varios diámetros.
Beneficios de seguridad en la construcción y ocupacional
Dado que el nivel de agua en el pozo se mantiene cerca del nivel freático fuera del pozo, se evita el flujo de agua que, de otro modo, podría causar movimiento del terreno y provocar un alto riesgo de asentamiento. La máquina VSM opera por debajo de la tabla de agua subterránea, incluso con una alta presión hidrostática, y en suelo heterogéneo y roca dura con resistencias a la compresión de hasta 140 MPa en capas intermedias.
Todas las instalaciones, incluido el montaje del revestimiento, se controlan a distancia desde la superficie. Ningún personal tiene que entrar al pozo hasta que haya alcanzado la profundidad final y esté completamente asegurado. En general, el hundimiento mecanizado de pozos requiere menos personal y maquinaria en el sitio, lo que conduce a una exposición al riesgo minimizada.
Beneficios ambientales
Las medidas para el descenso del nivel freático no son necesarias, ya que el concepto de la máquina VSM está diseñado para operar bajo el nivel freático. Dado que la tecnología mecanizada aplica un alto grado de precisión en la construcción del pozo, el grosor del revestimiento del pozo puede reducirse al mínimo, lo que reduce la cantidad de suelo excavado y, por lo tanto, los costos de construcción.
Componentes de la máquina VSM
La VSM consta de dos componentes principales (Figura 7): la unidad de excavación y la unidad de descenso. La unidad de excavación corta y excava el suelo sistemáticamente y consiste en un tambor de corte unido a un brazo telescópico que permite excavar una sobre-excavación determinada. La unidad de descenso en la superficie estabiliza toda la construcción del pozo contra el hundimiento incontrolado al sostener el peso total del pozo con cables de acero y gatos hidráulicos. Cuando se completa un ciclo de excavación, el revestimiento completo se puede bajar de manera uniforme y precisa.
Un sistema de descarga de lodo elimina el suelo excavado, y una bomba de lodo sumergida se encuentra directamente en la carcasa del tambor de corte. Transporta la mezcla de agua y suelo a través de una línea de lodo a una planta de separación en la superficie. Toda la operación tiene lugar desde la superficie y es controlada por el operador desde el contenedor de control en la superficie. Todas las funciones de la máquina se controlan de forma remota sin la necesidad de ver el fondo del pozo o la máquina. El suministro de energía para la VSM sumergida está asegurado por la cadena portacables. Después de alcanzar su profundidad final, la VSM es levantada del pozo por los cabrestantes de recuperación y la grúa de la obra.
Disposición de la obra en condiciones urbanas
Dependiendo de las condiciones de espacio en el sitio, el equipo puede posicionarse de manera flexible para adaptarse a las circunstancias locales (Figura 8). Dado que la mayoría de los sitios se encuentran en áreas urbanas muy edificadas, el acceso para la logística, por ejemplo, camiones, stock de segmentos de anillo o eliminación de suelo, es limitado. Ya existen conceptos especiales para reubicar componentes como la planta de separación para este propósito y se pueden discutir si es necesario.
Instalación del equipo de hundimiento de pozos
La unidad de excavación llega al sitio en tres partes: el brazo telescópico con el tambor de corte, el cuerpo principal de la máquina y las partes del adaptador al diámetro interno requerido del pozo. La unidad de descenso consiste en los gatos de cable y los cables de acero enrollados en un tambor. El número de cables depende del peso total previsto del pozo, incluido el peso de la máquina y las fuerzas estimadas de flotación y fricción. Los gatos de cable se atornillan a la cimentación del anillo con pernos de anclaje. Viniendo del tambor de cable, los cables se alimentan a través del gato, se bajan a través del anillo exterior de la pared del pozo y se conectan al filo de corte. Cuando todos los gatos de cable están instalados y conectados al filo de corte, los cables se pueden tensar y soportar las cargas.
Ahora, la unidad de excavación preensamblada se puede levantar a la sección de inicio. La VSM se asegura mediante pernos de bloqueo activados hidráulicamente. Cuando la VSM está en su lugar, se instalan los cabrestantes de recuperación y se conectan a los tres brazos de la máquina. Los cabrestantes de recuperación se utilizan para recuperar la VSM para el mantenimiento requerido o para la recuperación final de la máquina.
A continuación, se instala la torre de la cadena portacables y la unidad de excavación se conecta al suministro hidráulico y eléctrico, así como a las líneas de alimentación y descarga. La torre de la cadena portacables con su cabrestante tiene conexiones atornilladas para un fácil montaje. Como paso final, se realizan todas las conexiones eléctricas e hidráulicas, y el equipo ahora está listo para operar. Antes de comenzar la excavación, se requiere una calibración de la VSM en referencia a la alineación proyectada del pozo para garantizar la acción precisa del brazo de corte.
El procedimiento de hundimiento del pozo
La excavación se controla completamente de forma remota desde la cabina del operador en la superficie. Los datos almacenados, junto con la posición del brazo de corte, se muestran en una pantalla gráfica, dando al operador control total sobre el proceso de excavación y hundimiento. El brazo de corte se mueve radialmente desde el centro hacia el exterior del pozo con una extensión telescópica adicional. Con una rotación de +/-190°, el brazo de corte cubre toda la sección transversal del pozo. La velocidad de corte y el movimiento del brazo pueden variarse para lograr la mejor tasa de excavación.
Durante el proceso de excavación y hundimiento, el pozo se mantiene lleno de agua para equilibrar el nivel de la tabla de agua subterránea en la geología circundante. El tambor de corte corta y tritura el material hasta un tamaño granular que puede ser manejado por las bombas (capacidad de bomba hasta 400 m³/h). Un circuito de lodo transporta el material excavado desde el pozo a una planta de separación en la superficie.
La unidad de excavación puede operar en tres opciones diferentes de sobre-excavación. El respectivo anillo debe estabilizarse con una suspensión de bentonita-agua en condiciones de terreno blando. Además, cada segmento puede equiparse con boquillas de bentonita para lubricación, que también pueden usarse posteriormente para inyectar lechada en el anillo. Dentro de la instalación estándar, la lubricación con bentonita solo se instala en la sección de inicio del pozo.
A diferencia del procedimiento de tunelación horizontal, la excavación y la construcción de anillos tienen lugar simultáneamente. Por lo tanto, las unidades de descenso sostienen la estructura del pozo ya ensamblada en su lugar hasta que se complete el ciclo de excavación posterior. Luego, la estructura del pozo se baja a la siguiente posición y la excavación puede comenzar nuevamente. La estabilización del anillo, junto con el hundimiento controlado del pozo por las unidades de descenso, minimiza los riesgos de asentamiento.
Revestimiento del pozo
En la mayoría de los casos, el revestimiento del pozo consiste en segmentos de concreto prefabricados instalados en la superficie. Esta llamada construcción de anillos es comparable al revestimiento segmentado en tunelación. El anillo se construye en la superficie con la ayuda de una grúa. El número de segmentos depende del diámetro del pozo. El trabajo de construcción de anillos incluye la conexión adecuada de los anillos mediante anclajes y pernos, que se pueden manejar desde fuera del pozo. El proceso de excavación no se ve afectado por el proceso de construcción de anillos. Esto aumenta significativamente el rendimiento del hundimiento del pozo.
Alternativamente, el colado de concreto en el lugar para las paredes del pozo es otra solución, especialmente para diámetros de pozo más grandes donde el manejo de segmentos se vuelve más difícil. En este caso, el progreso de los trabajos de construcción del pozo se ralentiza por el tiempo necesario para construir el encofrado y el tiempo de fraguado de la estructura de concreto. El beneficio del colado en el lugar es la estructura «continua» sin juntas y la posibilidad de integrar estructuras completas de entrada y salida, por ejemplo, para actividades de microtunelación en las paredes del pozo.
Como se mencionó anteriormente, existe la posibilidad de combinar los dos métodos de revestimiento, lo que permite tener la mejor configuración estructural y funcional a diferentes profundidades dentro de un mismo pozo.
Finalización del pozo
Después de alcanzar la profundidad requerida del pozo, se debe instalar el tapón de fondo. Por lo general, la VSM se utiliza para excavar la sobre-excavación requerida para crear espacio adicional para el tapón de fondo. Cuando se realiza esta excavación final, la VSM se puede desconectar automáticamente, recuperar por los cabrestantes de recuperación y levantar a la superficie y luego fuera del pozo con una grúa. El tapón de fondo se cuela con concreto submarino. En un siguiente paso, el anillo del pozo se inyecta con lechada a través de las líneas de lubricación para estabilizar y anclar el pozo al terreno circundante. Finalmente, el agua del pozo se puede bombear y el pozo está completo. Ahora es posible el acceso del personal.
REFERENCIAS DE VSM EN PROYECTOS DE TÚNELES
Girona, España
Una de las primeras aplicaciones de VSM en proyectos de túneles de tráfico fue la construcción de cuatro pozos en Girona en 2010. Para el enlace ferroviario de alta velocidad desde Barcelona a la frontera francesa, un total de cuatro pozos fueron construidos en Girona por una VSM de Herrenknecht como pozos de estabilización del terreno antes de los trabajos de tunelación (4 pozos, DI 5.250 mm, profundidad 20 m).
Condiciones del suelo
La diversidad de las capas geológicas en este proyecto, desde arena con piedras pasando por detritus hasta cantos rodados o incluso arcilla, además de la presencia de agua subterránea, generó una falta de verdadera estabilidad del terreno en el centro de la ciudad de Girona. Este hecho permitió la implementación solo de grúas pequeñas y ligeras en el área de la obra. Por esta razón, el uso de la tecnología VSM fue favorable para este proyecto, ya que reduce el riesgo de cualquier asentamiento por su capacidad de construir la pared del pozo simultáneamente al proceso de excavación y perforación.
Huella de la obra
Otro desafío en Girona fue el espacio muy reducido disponible en el centro de la ciudad para las instalaciones del sitio. En algunos lugares, la distancia a los edificios adyacentes era de solo 1,50 metros. Esto, en combinación con las difíciles condiciones del terreno, creó la necesidad de implementar un procedimiento logístico completamente nuevo para el montaje y desmontaje del sistema VSM. Los componentes principales del equipo se entregaron justo a tiempo y se ensamblaron directamente en la sección de inicio del pozo (anillo ciego). Así, se pudo evitar el uso de una grúa grande para levantar toda la máquina de una pieza y meterla en el pozo.
Como ejemplo, uno de los pozos en Girona estaba ubicado entre dos filas de casas con un espacio de solo 12 m (Figura 10). Aquí, la capacidad de la VSM para trabajar en condiciones de espacio limitado en el centro de las ciudades demostró ser un beneficio importante.
Emisiones de ruido
Otro punto importante a considerar en las obras del centro de la ciudad son las emisiones de ruido. Los componentes que crean niveles acústicos más altos son la planta de separación y el generador diésel. La flexibilidad de este equipo hace posible colocarlo a una mayor distancia de los componentes principales del sistema si es necesario, lo que lo convierte en una ventaja muy apreciada no solo por los contratistas sino también por los residentes en estas áreas.
Grand Paris Express, Francia
El Grand Paris Express es actualmente el proyecto de infraestructura más grande de Europa con 200 kilómetros de vías en cuatro nuevas líneas de metro completamente automatizadas con 68 estaciones y siete centros técnicos. El área metropolitana de la capital francesa está obteniendo una red adicional de rutas diseñadas con sostenibilidad en mente, cuya tarea principal es conectar los municipios que rodean la ciudad entre sí de manera más eficiente. Desde agosto de 2018, una VSM de Herrenknecht ha estado en operación por primera vez en Francia en la Línea 15 Sur (T3C). Hasta fines de noviembre de 2019, la VSM12000 hundió cuatro pozos de emergencia y ventilación para los túneles de la Línea 15 Sur excavados por tuneladoras Herrenknecht. Los pozos tienen hasta 48 metros de profundidad con diámetros interiores entre 8,3 y 11,9 metros. Hasta ahora, el respectivo diámetro exterior de 12,8 metros es el diámetro más grande jamás instalado por tecnología VSM con segmentos de concreto prefabricados, incluso si ya existen conceptos de máquinas de mayor diámetro.
Construcción de pozos de gran diámetro
En la construcción mecanizada de pozos de gran diámetro, el uso flexible y las opciones de configuración de todos los componentes VSM es un beneficio importante de la tecnología VSM. Dentro de una superficie de obra dada en condiciones urbanas extremadamente restringidas, todos los componentes pueden organizarse de acuerdo con las condiciones de espacio disponibles, lo que permite la construcción de un pozo de gran diámetro al mismo tiempo. Sin embargo, una planificación detallada de la logística de la obra y la organización del proceso general es obligatoria antes de la llegada del equipo al sitio. Con el aumento del diámetro, la disposición del anillo y el número relacionado de segmentos deben adaptarse. Para el gran diámetro interior de 11,9 metros en París, se han utilizado seis segmentos para la construcción del revestimiento del pozo. La entrega puntual de los grandes y pesados segmentos prefabricados requirió una planificación detallada y adaptación al progreso del hundimiento durante la construcción.
Emisiones de ruido
Además, el cliente y el contratista consideraron el nivel significativamente menor de emisiones de ruido como un beneficio decisivo adicional de la tecnología mecanizada en comparación con los métodos convencionales de construcción de pozos. Durante la construcción del pozo, los componentes principales funcionan bajo el agua y son alimentados con energía eléctrica. En lugar de utilizar generadores diésel, la energía eléctrica para la obra fue proporcionada por la red eléctrica municipal. Así, se logró una reducción considerable de las emisiones de ruido.
Movilidad
Debido a las ubicaciones en el centro de la ciudad de los diferentes sitios de construcción de pozos, se requirió una movilización y desmovilización rápida y fluida de todos los componentes VSM y una planificación logística detallada, no solo antes del inicio de la construcción del primer pozo, sino también para el desmontaje, transporte e instalación del equipo VSM en ubicaciones posteriores. Después de la finalización del pozo, el desmontaje y montaje del equipo en la siguiente ubicación tuvo lugar simultáneamente, debido a la flexibilidad y diseño compacto del equipo VSM. Una duración de tres semanas desde la recuperación de la máquina en un pozo hasta estar lista para perforar en la siguiente ubicación fue un rendimiento notable de la cuadrilla de obra y logística.
Condiciones del suelo
Las condiciones geológicas desafiantes con terreno cambiante desde arcilla muy cohesiva hasta piedra caliza con hasta 100 MPa de resistencia a la compresión requirieron un monitoreo continuo, adaptación de los parámetros de excavación y corrección de la posición del pozo en todo momento. Debido a la arcilla expansiva esperada, la sobre-excavación alrededor del revestimiento del pozo tuvo que adaptarse de manera flexible para evitar que la estructura del pozo se atasque. Las herramientas de corte se han adaptado regularmente según las condiciones del terreno para lograr las mejores tasas de rendimiento. Además, se ha utilizado un sistema de boquillas de alta presión para limpiar el tambor de corte durante la excavación en condiciones de suelo pegajoso para mantener las tasas de rendimiento en un nivel alto. El diseño modular del equipo de separación proporcionó la posibilidad de adaptarse a las condiciones del suelo y del espacio en cada ubicación de pozo y al uso flexible de pantallas gruesas y finas, diferentes etapas de ciclón y centrífuga.
Pozos de Tunelación construidos con VSM en Norteamérica
Seattle, EE.UU.
La construcción del pozo de lanzamiento para la tunelación bajo Salmon Bay marcó el debut de la tecnología de hundimiento mecanizado de pozos de Herrenknecht en los EE. UU., utilizada en el «Ballard Siphon Replacement Project» en 2012. La máquina de hundimiento vertical de pozos VSM10000 es superior al hundimiento convencional de pozos en todos los aspectos materiales: mayor rendimiento y precisión, menos ruido y mejor seguridad laboral para el personal. Con un diámetro de excavación de 9,8 metros, se hundió un pozo de 45 metros de profundidad a una tasa de hasta 2,6 metros por día. En solo 4 semanas, los trabajos de hundimiento del pozo se completaron en mayo de 2012, por debajo de la tabla de agua subterránea, que era especialmente alta aquí en la cercanía directa de Salmon Bay.
Hawái, EE.UU.
Poco tiempo después, se hundieron dos pozos grandes con un diámetro interior de 10 m en Honolulu, Hawái. Estos pozos de 36 m de profundidad se utilizarían como pozos de lanzamiento para un proyecto de empuje de tuberías. El colado en el lugar fue el método de revestimiento preferido para manejar las fuerzas de empuje necesarias en la pared del pozo al lanzar la máquina de empuje de tuberías. Además, el refuerzo de fibra de vidrio simplificó el proceso de lanzamiento para la TBM. En Hawái, la VSM alcanzó un rendimiento diario máximo de 2,3 m y manejó con éxito una geología desafiante compuesta de basalto duro y coral, que habría sido problemática para los métodos convencionales.
CONCLUSIÓN
La tendencia actual y mundial en el entorno urbano es construir cada vez más infraestructura bajo tierra, lo que provoca una creciente demanda de construcción de túneles cada vez más profundos. En terrenos desafiantes con altos niveles freáticos y profundidades crecientes, los métodos convencionales tanto para el hundimiento de pozos como para la construcción de pasos superiores alcanzan sus límites técnicos y económicos.
El enfoque mecanizado para pasos superiores es una tecnología probada, implementada con éxito en varios proyectos, incluidas condiciones desafiantes como los espacios reducidos de los túneles de Hong Kong y altas presiones de agua subterránea de hasta 5,5 bar. Mientras que los métodos convencionales como la congelación del terreno son más complejos y costosos en tales entornos, las técnicas mecanizadas ofrecen ventajas significativas en términos de seguridad, eficiencia y adaptabilidad a diversas condiciones geológicas. Con la experiencia existente y la práctica, el enfoque mecanizado garantiza riesgos reducidos, ejecución más rápida y mejor control de costos para proyectos futuros. Estas ventajas también se aplican a la construcción mecanizada de pozos con VSM, con un enfoque en la alta seguridad ocupacional debido a la operación controlada de forma remota del sistema, bajo el agua. Esto ha resultado en la finalización exitosa de más de 111 proyectos VSM, principalmente para proyectos de túneles en entornos urbanos.