EXCAVACION DE TUN EXCAV TUNELES ELES SUBTERRANEOS
Ing Manuel Figuero Figueroa a Galiano Galiano
CONTENIDO
1. Definición 2. Factores que condicionan la elección del método de construcción. 3. Princ Principal ipales es método métodos s de constr construcció ucción n ± Siste Sistema ma Rozadoras Rozado ras - Tunela uneladoras doras 4. Sistemas de avance cíclico mecanizado con perforación perfora ción y voladura 5. Estabilidad de un túnel 6. Metodología de construcción 7. Excavación (Ciclo de minado de un túnel). 8. Sostenimiento 9. Métodos de perforación y voladura de túneles.
CONTENIDO
1. Definición 2. Factores que condicionan la elección del método de construcción. 3. Princ Principal ipales es método métodos s de constr construcció ucción n ± Siste Sistema ma Rozadoras Rozado ras - Tunela uneladoras doras 4. Sistemas de avance cíclico mecanizado con perforación perfora ción y voladura 5. Estabilidad de un túnel 6. Metodología de construcción 7. Excavación (Ciclo de minado de un túnel). 8. Sostenimiento 9. Métodos de perforación y voladura de túneles.
1.- DEFINICIÓN
Definición de Túnel: Espacio Subterr Subterráneo áneo abierto artificialmente art ificialmente para establecer una comunicación a tra través vés del monte, por debajo de un río u otro obstáculo.
1.- DEFINICIÓN 1.
EXCAVACION: Actividad por el cual se real re aliz izan an ab aber ertu turras su subt bter errrán ánea eass or orie ien ntad adas as a un fin específico.
2. MECANISMO DE DEFORMACION EN LAS EXCAVACIONES: Al excavar se producen vacíos en el interior del macizo rocoso alterando su estado original dándose una redistribución de esfuerzos alrededor de la abertura.
2.-
FACTORES FACTORES QUE CONDICIONAN CONDICIONAN EL MÈTODO MÈTODO DE CONSTRUCCIÓN
El
Proyecto de construcción de un túnel de acceso debe pr preedecir de la forma más pr preecisa posibl blee el com ompo port rtam amiien entto de dell te terr rreeno pa parra un de dete term rmin inad ado o método de construcción. El
método m étodo de construcción construcción debe ser suficientemen suficientemente te adaptado a la realidad del terreno, para que el túnel se construya de forma segura y sin sorpresas económic econ ómicas as (rie (riesgo sgo geotécnico). geotécnico).
2.-
FACTORES QUE CONDICIONAN EL MÈTODO DE CONSTRUCCIÓN
Un
túnel puede ser construido mediante varios métodos de construcción, pero sólo uno proporcionará el mayor grado de seguridad a menor costo. El
proyecto de un túnel termina una vez que su construcción (excavación / sostenimiento) se ha finalizado. No
se puede diseñar un túnel si no se determina su funcionalidad; ya que ésta determinará su revestimiento, acabados e instalaciones.
3.-
PRINCIPALES MÉTODOS DE CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES Sistema
de avance cíclico por perforación y voladura , manteniendo las operaciones en sus respectivas secuencias , perforación , voladura, limpieza y acarreo. Sistemas de avance continuo , eliminando el empleo de explosivos. Tiene gran importancia , desde la aparición de maquinas que avanzan por si mismas en la roca, revolucionando completamente la técnica tradicional
Sistemas de avance continuo - Maquinas rozadoras
Excavación con rozadoras
Sistemas de avance continuo - Maquinas rozadoras Ventajas de la excavación mecánica con rozadora Rendimiento adecuado para la distancia entre puntos de ataque (150 metros/mes). Son factibles en terrenos medios. Excelente control de vibraciones. Excelente control dimensional de la excavación. Su adopción en terrenos fuertemente estratificados minimiza las sobreexcavaciones. Se adapta bien a la utilización del N.A.T.M.
Sistemas de avance continuo - Tuneladoras
Inicio de construcción de túnel con Tuneladora
Sistemas de avance continuo - Tuneladoras Ventajas de la excavación mecánica con Tuneladoras Se ha logrado rendimientos de aprox. 33 metros por día. Actualmente se está en condiciones de poder excavar a plena sección en cualquier tipo de roca por muy dura que esta sea Excelente control dimensional de la excavación. Están diseñados para excavar formaciones de estabilidad limitada y permitir la instalación de sistemas de sostenimiento.
4.-
Sistemas de avance cíclico mecanizado con perforación y voladura
EFECTO DE LA EXCAVACIÓN EN EL CAMPO DE TENSIONES
Mientras no se altere la continuidad de la masa rocosa, esta se mantendrá en equilibrio estático, debido al estado de confinamiento natural en que se encuentra.
EFECTO DE LA EXCAVACIÓN EN EL CAMPO DE TENSIONES
Al practicarse una excavación, se altera el equilibrio preexistente Y las tensiones de campo son obligadas a Redistribuirse al rededor de la excavación, tal como se muestra en la figura.
CAUSAS DEL FRACTURAMIENTO Y LA DEFORMACIÓN:
- Perforación y Voladura (Efecto rompedor) - Cargas gravitacionales (Peso de la roca) - Filtración de agua (Lavado del relleno de las aberturas)
5.-
ESTABILIDAD DE UN TUNEL
El concepto de estabilidad en un túnel implica que la excavación tiene que preservar su forma, dimensiones y permanecer durante un periodo de tiempo definido en condiciones de plena operatividad. Se considera entonces que la excavación es estable cuando, durante su uso, su periferia (con o sin sostenimiento) está sujeta a menores desplazamientos que los permitidos por motivos naturales.
El significado de inestabilidad está por tanto íntimamente relacionado con el uso de la excavación, de tal manera que en excavaciones que van de tener una corta vida (como algunos frentes de explotación en minería) no es trascendente que exista una completa estabilidad después de un período corto de duración. Pero en una excavación para una central hidroeléctrica o un túnel carretero, incluso una pequeña inestabilidad es muy importante.
Tipos de rotura en diferentes macizos rocosos bajo diferentes niveles de tensión. Hoek et al. (1995)
ALTOS NIVELES DE TENSIÓN
En esta imagen se observa de color rojo Inestabilidad de roca color azul Altos niveles de tensión y color amarillo se muestra caídas de rocas.
Clasificación del macizo rocoso
6.-Metodología
de Construcción
AFRONTONAMIENTO DE TUNEL.El afrontonamiento se realiza en la entrada del túnel mediante métodos de excavación en superficie considerando una secuencia de arriba hacia abajo lo que permitirá ir dejando los diferentes niveles sostenidos en lo referente al talud, utilizando anclajes (marchavantes) y concreto rociado (shotcrete) u otros elementos de protección y sostenimiento necesarios.
Metodología de Construcción
Metodología de Construcción Se colocara los elementos de sostenimiento como pernos de anclaje, shotcrete con fibra de acero, marchavantes inyectados de 3 A 6 m de longitud los cuales serán colocados en la bóveda lo que permitirá formar un escudo de protección en forma de abanico;
Metodología de Construcción
Metodología de Construcción
Metodología de Construcción Como sostenimiento en la parte inicial del túnel se empleara marcos metálicos de perfil industrial tipo H de 4 x 4 en plancha de 8 mm. en todo el perímetro de la sección para contrarrestar los esfuerzos laterales y verticales.
Este proceso de ejecución se seguirá hasta conseguir el contacto con la roca solida de acuerdo a la estimación geotécnica
Metodología de Construcción
7.- EXCAVACIÓN
EXCAVACIONES
FORMAS
TAMAÑOS
ORIENTACIONES
FUNCIONES ESPECIFICAS
TAJEOS
ABERTURAS DE ACCESO Y SERVICIOS A TAJEOS
ABERTURAS DE ACCESO Y SERVICIOS PERMANENTES
VIDA CONDICIONADA A LA EXTRACCION ACTIVA DEL MINERAL
VIDA LIMITADA A LA DURACION DEL MINADO (TEMPORALES)
VIDA COMPARABLE O SUPERIOR A LA VIDA DE LA MINA
INCREMENTAN SU TAMAÑO
EJEMPLOS: CRUCEROS DE ACCESO CHIMENEAS DE ACCESO ECHADEROS DE MINERAL VENTANAS DE CARGUIO
EJEMPLOS: GALERIAS DE NIVEL RAMPAS PIQUES DUCTOS DE VENTILACION
Túneles principales
EXCAVACIÓN: Ciclo de Minado del túnel El tipo de excavación que se aplica es por el método de perforación y voladura. Siendo su ciclo el siguiente: Marcación topográfica Perforación. Carga y voladura Ventilación Limpieza de escombros. Perfilado de la sección. (desquinche) Sostenimiento dependiendo del tipo de roca.
EXCAVACIÓN
MARCACION TOPOGRAFICA.La marcación topográfica será realizada para cada voladura lo que permitirá tener un correcto alineamiento y control de la pendiente del túnel, específicamente en lo referente a la pendiente teniendo un especial cuidado en la construcción de la canaleta de drenaje.
EXCAVACIÓN PERFORACIÓN.La perforación se realiza en caso de ser manual empleando martillos perforadores manuales y en caso e ser mecanizado con jumbos de dos o tres brazos De acuerdo al tipo de roca las longitudes de perforación irán variando de acuerdo con lo indicado en las plantillas de voladura.
EXCAVACIÓN VOLADURA CONVENCIONAL EN LA CORONA
VOLADURA CONTROLADA EN LA CORONA
1 Ms 1 Ms
1 Ms 1 Ms 1 Ms 1 Ms 1 Ms
EXCAVACIÓN VOLADURA CONVENCIONAL
Sección Usual sin voladura controlada
Sección de Diseño
EXCAVACIÓN VOLAVVOLADURA CONVENCIONAL VOLADURA CONTROLADA URA CONTROLADA
DISCO : INSTRUMENTO PARA MEDIR LOS PERFILES PERIMÉTRICOS EN CADA SECCIÓN, SIGUIENDO EL EJE DEL TÚNEL
EXCAVACIÓN CARGA Y VOLADURA.El explosivo a emplear en la excavación del túnel será de acuerdo a las características de roca a encontrar (según plantilla de cálculo). El método de voladura que se emplea puede ser de precorte y la detonación por tiempos, para lo cual se empleara retardadores antiestáticos no eléctricos en las series y tiempos marcados en el diagrama de voladura. Una nueva voladura solo se ejecutara una vez que se haya concluido con todo el proceso de sostenimiento de la voladura anterior esto con el fin de llevar la excavación del túnel en forma segura y estable.
EXCAVACIÓN
EXCAVACIÓN
EXCAVACIÓN VENTILACIÓN.La ventilación en el túnel es del tipo impelente o mixto y su aplicación es mediante la utilización de los siguientes equipos y accesorios. VENTILADOR ELECTRICO AXIAL: de 2 etapas y caudal variable de acuerdo a las características del túnel (10 - 15 mil CFM), con motor eléctrico diámetro de salida 24-32. DUCTOS DE VENTILACION: Los ductos a emplear serán del tipo rígido o termoplástico flexible de 2 4-32 de diam. con uniones del tipo collarín de instalación rápida. Estos ductos serán instalados de acuerdo con el avance del túnel y siempre estarán a 30 m. máximo del frente de trabajo.
EXCAVACIÓN
EXCAVACIÓN
Utilización de Ventiladores Auxiliares Túneles largos son desarrollados usando varios ventiladores en un sistema soplante-aspirante combinado Vent 1 Vent 2
30 p
Empalme D 30 p
Frente
M o t o r
Ducto Rígido QT
Vent 3
Manga
Ventiladores 1 y 2 de capacidades mayores que ventilador 3
EXCAVACIÓN LIMPIEZA DE ESCOMBROS
La limpieza de escombros se ejecuta con el empleo de cargadores de bajo perfil (Scooptram) de 2.5 a 3.5 (Yds3). El proceso de evacuación hasta los 150 m. se realiza utilizando el cargador de bajo perfil (scooptram) recogiendo el material del frontón y evacuándolo hacia el portal donde será acumulado para luego ser retirado a las zonas de botadero.
EXCAVACIÓN Eficiencia de scoop 3,5 yd 3
EXCAVACIÓN PERFILADO DE LA SECCIÓN .El perfilado de la sección se realizara inmediatamente después de haber ventilado el frontón se ejecuta en forma manual y con el mayor cuidado posible en ciertos casos será necesario el empleo de pequeñas cargas de explosivo (plastas) para cuadrar la sección y poder aplicar el sostenimiento requerido al tramo.
8.- SOSTEMINIENTO SOSTENIMIENTO DE LA SECCIÓN.El sostenimiento del túnel depende exclusivamente del tipo de roca que se tenga que atravesar. En este caso se tiene como elementos de sostenimiento lo siguiente: Marchavantes inyectados de 6 a 12 m de longitud
SOSTEMINIENTO Pernos de anclaje de Diam. 1" y 2.20 m de largo anclados con resina de pega rápida, cartuchos de " cembolt" o inyección de mortero de cemento esto con el fin de tener todo el perno protegido contra la corrosión. Shotcrete vía humeda con malla electrosoldada de alambre negro N 8 cocada de 10 x 10 cm. °
Marcos metálicos (cerchas) de perfil industrial tipo "H" de 4" x 4" e= 8 mm fabricados en 4 cuerpos unidos por bridas en plancha de 3/8"" con cuatro pernos de 1/2" cada uno. Estos marcos serán colocados a una distancia entre 0.60 m. hasta 2.00m. según se requieran.
PROYECTO CULMINADO
