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Un túnel es más que un simple espacio subterráneo. Es un conector-de personas, de comunidades, de países. Puede ampliar las oportunidades económicas. Pero construir un túnel lleva mucho tiempo. Las tuneladoras (tuneladoras) han mejorado la velocidad a la que se completan estos proyectos de construcción masivos. En este artículo analizamos los diferentes tipos de tuneladoras y cómo funcionan.
La primera Tuneladora
El túnel del Támesis fue el primer túnel submarino que se completó. Tardó 18 años en construirse y finalmente se abrió al público en 1843. El trabajo fue posible con el uso de una máquina tuneladora diseñada por el ingeniero Marc Brunel y su padre, Isambard Kingdom Brunel. A diferencia de las tuneladoras de hoy en día, la roca se eliminó manualmente. Cada trabajador se paraba en una celda de lo que era esencialmente una jaula de hierro. La jaula (también llamada escudo) se movió hacia adelante unas seis pulgadas y la excavación continuaría.
Los Cuatro Sistemas de una tuneladora
Una tuneladora tiene cuatro sistemas básicos:
Aburrido
El sistema de perforación a través de recortes de la roca. Tiene un cabezal de corte montado con cortadores de disco. El cabezal de corte gira y presiona los discos de corte contra su cara. Esto crea un movimiento de corte. La alta presión que ejerce el cabezal de corte es mayor que la resistencia a la compresión de la roca y la muele con relativa facilidad. El tipo de cabezal de corte y cortadores de disco utilizados se basa en el tipo de roca.
Empuje y sujeción
El sistema de empuje y sujeción de la tuneladora es responsable de mover la máquina hacia adelante a través de cilindros hidráulicos. La sujeción restringe el empuje según sea necesario.
Eliminación de lodo
La roca y el suelo eliminados por el cabezal de corte se pueden mezclar con agua u otras sustancias para crear un «lodo» que se elimina más fácilmente. Por lo general, un transportador de tornillo extrae el estiércol a una cinta transportadora estándar donde el material finalmente se saca fuera del túnel y se elimina.
Soporte
La tuneladora debe estar protegida del material que caiga a su alrededor mientras se muele. Los sistemas de soporte para proteger la tuneladora de zonas de falla incluyen tuberías, inyección de lechada, pernos de roca y congelación utilizados sobre o delante del cabezal de corte. Se puede usar un sistema de soporte de protección para techos para proteger a los trabajadores que están detrás del cabezal de corte a medida que la tuneladora avanza en roca fracturada.
Principales tipos de Tuneladoras
Hay dos clasificaciones principales de tuneladoras: escudo abierto y escudo cerrado. Las tuneladoras de blindaje abierto pueden tener un blindaje único o un blindaje doble. Este tipo de tuneladora solo proporciona soporte lateral. Las tuneladoras con blindaje cerrado ofrecen soporte lateral y frontal.
Ejemplos de tuneladoras
Las tuneladoras siguen volviéndose más grandes y sofisticadas. The Robbins Company es uno de los principales fabricantes de tuneladoras en los Estados Unidos. De hecho, el fundador de la compañía, James Robbins, diseñó y fabricó la primera tuneladora moderna en 1952. Fue utilizado en el proyecto de la presa Oahe de Dakota del Sur. La empresa Robbins clasifica cinco tuneladoras específicas:
Cómo funciona una tuneladora
Las tuneladoras de haz principal se utilizan para perforar rápidamente a través de roca dura. Son un tipo abierto de tuneladora. El cabezal de corte tiene el mismo diámetro que el túnel. Los cilindros hidráulicos de propulsión empujan los cortadores hacia la roca dura a medida que gira el cabezal de corte. Mientras tanto, un sistema de pinzas flotantes empuja contra las paredes del túnel. La pinza permanece bloqueada en su posición. Los cilindros de propulsión se extienden y la luz de carretera mueve la tuneladora hacia adelante. Hay un transportador de banda en la viga principal que mueve el estiércol de los cubos dentro del cabezal de corte giratorio a la parte trasera de la tuneladora. Los cilindros de propulsión se retraen, lo que a su vez vuelve a colocar el conjunto de la pinza. El proceso de mandrinado continúa después de que se extienden las pinzas y se levantan las patas traseras.
Doble blindaje
Esta tuneladora de tipo abierto se utiliza para hacer túneles a través de suelos difíciles a una velocidad comparable a la de una máquina de viga principal. Aunque se llama Escudo Doble, en realidad tiene tres escudos: un escudo telescópico, un escudo de agarre y un escudo de cola. La pinza escudo empuja contra las paredes del túnel, mientras que el principal impulsar los cilindros de empuje del cutterhead apoyo y cutterhead adelante. El escudo telescópico se extiende a medida que la máquina se mueve y perfora a través de la roca. Toda la tuneladora está protegida del suelo a su alrededor. La máquina perfora simultáneamente a través de la roca y erige el revestimiento del túnel. Esta operación se lleva a cabo dentro del escudo de cola.
Escudo único
La tuneladora de escudo único se utiliza para rocas fracturadas masivamente. El cuerpo de la tuneladora está encerrado en un escudo que es ligeramente más pequeño que el propio túnel. De esta manera, los trabajadores están protegidos de rocas rotas hasta que se instala el revestimiento del túnel. La perforación y la erección del revestimiento del túnel se realizan secuencialmente.
Tuneladoras cruzadas
Las tuneladoras cruzadas se utilizan para la tunelización de tierra mixta. Esta tuneladora reemplaza la necesidad de usar varias máquinas para manejar una variedad de tipos de tierra. Sin embargo, para trabajar de forma segura, las tuneladoras cruzadas requieren datos geológicos precisos.
Equilibrio de presión de tierra
Las máquinas de equilibrio de presión de tierra son una tuneladora de tipo cerrado. Son útiles para taladrar a través de rocas erosionadas o en suelos blandos bajo la capa freática. Especialmente en las zonas urbanas, donde el hundimiento de la superficie del suelo debe reducirse al mínimo. La máquina EPB de Robbins Company utiliza un blindaje articulado que puede soportar una presión de entrada de agua de hasta 10 Bar. Esta tuneladora estabiliza la superficie del túnel y el hundimiento de la superficie del suelo ajustando la presión dentro de la cámara del cabezal de corte para mantenerla en equilibrio con la presión frente al cabezal de corte. El revestimiento del túnel se erige después de cada empuje. Los sellos de alta presión en el protector de cola protegen la máquina contra la presión sobre el suelo.
El entorno de trabajo de la tuneladora
Una tuneladora es un entorno autónomo para los trabajadores. Cuenta con instalaciones como oficinas, cocina y cafetería,y baños. Como cualquier ambiente de trabajo, está sujeto a las reglas y regulaciones estatales y federales.
Wrap Up
Las tuneladoras nos han permitido crear conexiones entre personas y lugares que antes eran impensables. Las máquinas son cada vez más grandes y sofisticadas. Sin embargo, cada tuneladora puede reducirse a cuatro sistemas principales: perforación, empuje y sujeción, eliminación de suciedad y soporte. Los diferentes tipos de tuneladoras manejan una variedad de situaciones de suelo y diferentes ambientes, desde el agua hasta las ciudades subterráneas. Las máquinas perforadoras de túneles continuarán satisfaciendo las necesidades cambiantes de nuestro complejo mundo.
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