Experiencias de la construcción de túneles de ferrocarril en España, con

Túneles
Experiencias de la
construcción de
túneles de ferrocarril
en España, con
tuneladoras
Mario Peláez González, Ineco
Noelia Alonso Fernández, Ineco
manera casi exclusiva. Desde esa fecha se han
construido 111 Km de nuevas líneas en zona
urbana y en terrenos blandos. Otras ciudades
han incrementado también su red de metro,
utilizando técnicas similares. La utilización de
TBMs en las líneas de metro, se resume en la
tabla 1.
Introducción
El desarrollo de las Líneas de Alta Velocidad
del ferrocarril en España, se puso en marcha
hace unos 20 años, y hoy en día continúa con la
construcción de nuevas líneas, que comprenden
la ejecución de grandes obras de ingeniería civil,
especialmente túneles, para superar las
numerosas barreras orográficas de la Península
Ibérica.
Pero el reto de la construcción de grandes
túneles en España alcanzó su cenit con los
conocidos Túneles de Guadarrama de 28 km de
longitud, en la línea de Alta Velocidad MadridSegovia, que entró en servicio en Diciembre de
2007. Túneles de sección bi-tubo con 52 m2 se
sección libre cada tubo, excavados en roca dura
con 4 TBM “doble-escudo”, sin ataques
intermedios.
Paralelamente, también se han construido
nuevas líneas de Metro en Madrid, Barcelona,
Valencia, Sevilla, etc., lo que supone muchos
kilómetros de construcción de túneles en zonas
urbanas.
En la construcción de estos túneles se han
empleado las metodologías más avanzadas que
la técnica ofrecía en cada momento;
incrementándose el uso de máquinas TBM de
manera muy rápida: en las obras urbanas de
forma generalizada, y en los túneles ferroviarios
con longitudes superiores a 5-6 kilómetros.
Otros muchos túneles se han construido
con TBM en España; de menor longitud, pero
con diversa problemática, que nos han
proporcionado una amplia variedad de
experiencias. De estas experiencias, y en
especial las relativas a la utilización de TBMs en
túneles ferroviarios de Alta Velocidad, se hace
un resumen en el presente artículo.
La ampliación del Metro de Madrid, desde
1994, se ha realizado con máquinas EPB de
Tabla 1. Resumen de túneles de Metro con tuneladoras EPB
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Túneles
Tabla 1I. Túneles construidos con tuneladora para Líneas de Alta Velocidad en los que ha
participado INECO
INECO como empresa de ingeniería de
capital público, cuyo uno de sus accionistas es
ADIF (Administrador de Infraestructuras
Ferroviarias), ha participado en el proyecto y/o
en la construcción de diversos túneles de las
nuevas líneas de Alta Velocidad Ferroviaria. Esto
ha permitido vivir las dificultades acaecidas
durante todo el proceso, y tener una visión
amplia de la problemática.
el diseño de las tuneladoras y comportamiento
durante la ejecución de las obras.
Redacción del proyecto
Elección del Método Constructivo
El primer tema a considerar es la decisión del
método constructivo a emplear en el nuevo
túnel. No es un tema sencillo, pues intervienen
aspectos técnicos, económicos y políticos. En el
ámbito de un Congreso Internacional de
Túneles, con la presencia de muchos ingenieros
que trabajan actualmente en túneles con
diversas problemáticas, los aspectos técnicos
pueden despertar el máximo interés, pero no
debemos olvidarnos de los otros temas.
En los últimos 12 años, se ha participado en
la construcción de 174 km de túneles de más
de 7 km de longitud (todos ellos en líneas de
Alta Velocidad Ferroviaria), con máquinas
tuneladoras de diversas tipologías. En la tabla II
se resumen las principales características de
estos túneles.
Aspectos Técnicos
La evolución de la tecnología de las máquinas
ha sido imprescindible para lograr buenos
resultados, y la experiencia que se adquiere
durante la construcción de los túneles hace
posible mejorar los objetivos en obras
posteriormente proyectadas y ejecutadas.
- Para decidir la utilización de una TBM es
fundamental tener un conocimiento
profundo y cierto de las características del
terreno, y de su comportamiento durante la
excavación. Un error en este aspecto puede
llevar al fracaso de no poder avanzar en la
excavación, por no ser la máquina
apropiada; y no es fácil corregir después
estos errores (en los túneles de San Pedro,
se tuvo que cambiar la excavación con
máquina abierta por la utilización de
métodos convencionales; por la mala
calidad del terreno y la imposibilidad de
avanzar sin utilizar sostenimientos
adecuados de hormigón proyectado)
La geología y geotecnia de los macizos
atravesados en estos túneles, son muy
diferentes, aunque todas ellas puedan
considerarse excavaciones en roca con menor o
mayor grado de complejidad geotécnica, y los
túneles son de diámetros similares.
Vamos a comentar los aspectos más
relevantes de los túneles citados, tanto en la
concepción y redacción del Proyecto, como en
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Túneles
equipos y experiencias que permiten
presentar ofertas económicas más
competitivas; y disponer de TBMs en
túneles que, hace muy pocos años no se
plantearían con estas máquinas, por su
reducida longitud. Este aspecto no es sólo
técnico sino político, y si los plazos de
puesta en servicio son cortos, la elección es
más probable que recaiga sobre la
utilización de TBM.
Fig. 1. Túnel de Pajares,
Boca Norte
- El acceso a la obra debe ser adecuado para
el montaje de los mayores componentes
una tuneladora, y para el posterior
suministro de materiales y evacuación de
escombros. Una logística defectuosa por
falta de espacio puede condicionar
gravemente los rendimientos de la
excavación; en este sentido, el
desescombro con cinta hasta vertedero,
puede ser una solución.
- Un buen proyecto es el que estudia con
detalle,
entre
otras
cosas,
el
comportamiento mecánico del terreno, la
presencia de agua y gases, etc. No se
pueden dar reglas fijas, pues depende de la
homogeneidad del terreno; pero un túnel
debe ser estudiado con numerosas
prospecciones geológico-geotécnicas. Las
más efectivas son los sondeos mecánicos
profundos con recuperación de testigo, a
intervalos inferiores a 500 m a lo largo de
la traza del túnel. Cuando la accesibilidad
no lo permite, se corren riesgos no
cuantificables.
- Igualmente, el espacio disponible para las
instalaciones de obra puede condicionar la
decisión: el montaje de la TBM, el
mantenimiento de maquinaria, la planta de
dovelas, el acopio de dovelas, etc, precisan
de un espacio mínimo sin el cual
difícilmente se puede trabajar (la boca
norte de los túneles de Pajares es un
ejemplo de cómo se puede resolver el
problema en un espacio muy estricto y con
fuertes restricciones medio ambientales).
- Los estudios geotécnicos deben estudiar
los empujes del terreno sobre la TBM y los
revestimientos (con las consecuentes
deformaciones), la resistencia del terreno y
su abrasividad en la excavación, la presencia
de agua cuantificando el orden de magnitud
de los caudales, la presencia de gas, etc. Los
estudios
hidrogeológicos
han
experimentado un apreciable incremento,
debido a los problemas surgidos en los
túneles profundos; tanto en la construcción
como en la afección a terceros.
- La utilización de una TBM implica un
desarrollo técnico y socio-económico
mínimo de la zona: en primer lugar debe
ser posible el suministro de energía (la
sustitución por grupos electrógenos es
posible pero sujeta a múltiples incidencias),
así como de materiales específicos, y
fundamentalmente la existencia de mano
de obra con diferente especialización, para
cubrir los numerosos puestos de trabajo.
- También en sentido contrario; la falta de
disponibilidad de equipos adecuados para
un método alternativo, puede ayudar a la
decisión de utilizar una TBM (esta situación
se planteó en Madrid en 1994, ante la
necesidad de construir 100 km de metro
en 4 años, pues no había equipos suficientes
de personal experimentado en los
métodos mineros tradicionales: excavación
manual y sostenimiento provisional con
madera).
- La longitud del túnel, y el plazo previsto
para su puesta en servicio, son también
datos importantes en la decisión.
Evidentemente, en cada proyecto se deberá
estudiar y justificar la decisión tomada, pero
la experiencia última en España está siendo
la de utilizar TBM en túneles de más de 5
km. Además, según se van utilizando TBMs,
las empresas constructoras disponen de
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Túneles
Aspectos Económicos
tener que “liberar” una tuneladora
mediante excavación manual en el exterior,
o avanzar con una máquina abierta en un
terreno de mala calidad.
- La inversión debe estar justificada, ante la
longitud y problemática del túnel. A partir
de 5 km de longitud, las diferencias
económicas se van reduciendo, sobre todo,
si se considera la necesidad de construir
una galería de emergencia por razones de
seguridad: en estos casos, un doble tubo
construido con TBM (donde cada tubo es
zona de seguridad del otro) es competitivo
frente a un túnel de doble vía y una galería
de evacuación al exterior.
- En algunos casos, la decisión de utilizar una
tuneladora ha estado condicionada por la
presión política local, que ve en esta
tecnología un signo de modernidad. De
todas formas esto no es de extrañar,
cuando muchas veces es lo que se
transmite ante la opinión pública.
Diseño del revestimiento
El uso de TBMs lleva asociado el concepto de
rapidez en la ejecución, y por ello se ha
generalizado el revestimiento mediante anillos
prefabricados de hormigón armado. Esto es así
en el caso de escudos cerrados, y cuando no se
necesita una impermeabilización muy efectiva.
Las tipologías existentes de revestimientos
prefabricados, son muy diversas, y es en la fase
de proyecto cuando se elige la más adecuada,
atendiendo a las características geométricas,
sección tipo, trazado, etc.
- La utilización de una TBM condiciona la
importancia de la empresa constructora
adjudicataria: no todas las empresas tienen
la experiencia necesaria. El contratista debe
adquirir finalmente la máquina, asumiendo
su idoneidad, manejándola correctamente, y
siendo capaz de solucionar los múltiples
problemas que en toda obra se presentan.
La posibilidad de formar una UTE entre
varias empresas sin experiencia es muy
mala solución.
El tipo de anillo más utilizado en España es
actualmente el cónico-universal y el cónico de
derechas e izquierdas. En los túneles de Metro,
donde los radios en planta son muy pequeños,
el uso del anillo universal es básico. Sin embargo,
en los túneles para la Alta Velocidad, con radios
muy grandes (7.000 m o más), son utilizados
ambos tipos de anillo. Es importante señalar
que, ante posibles desvíos de la TBM durante la
excavación, el anillo universal es el que mejor se
adapta a la excavación realizada, y la calidad final
del revestimiento es mejor.
- Las grandes empresas constructoras en
España disponen actualmente de TBMs de
segunda mano y equipos experimentados
en su utilización y mantenimiento. Esta
circunstancia facilita, como se ha
comentado anteriormente, la utilización de
TBMs en túneles de menor longitud (desde
5 km) a costes competitivos con otros
métodos.
Aspectos Políticos y Sociales
- Cuando por razones políticas los plazos de
ejecución son estrictos, el uso de
tuneladora puede ser una garantía para el
cumplimiento de los mismos. Esto es así, si
los aspectos técnicos se resuelven
positivamente, y no surgen imprevistos que
puedan invalidar el método (esto se
resuelve con un proyecto muy bien
estudiado; especialmente en sus aspectos
geológicos, hidrogeológicos y geotécnicos).
La experiencia de Guadarrama con anillos
cilíndricos, con caras paralelas, enseñó que es
muy difícil conseguir resultados satisfactorios
cuando se producen desviaciones, porque este
tipo de revestimiento solo permite una posición
de ensamblaje, y las desviaciones tienen que ser
corregidas con cuñas. A la vista de esta
experiencia, no se ha vuelto a utilizar este tipo
de revestimiento con caras paralelas en túneles
con grandes radios en el trazado.
- El uso de una tuneladora escudada implica
una mayor seguridad del personal, frente a
los métodos convencionales de frente
abierto. Pero esto es así cuando la máquina
avanza sin graves problemas, según lo
previsto en el proyecto; pero el riesgo de
accidente puede ser grande en los casos de
Dentro del diseño del anillo, un tema
fundamental
es
el
diseño
de
la
impermeabilización del túnel, donde van
unidos el revestimiento, la inyección del trasdós
y los elementos de drenaje del túnel definitivo.
Cuando la presencia de agua no es muy
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Túneles
ejecute de acuerdo a los plazos establecidos. En
muchas ocasiones, si en el Proyecto no se define
con mucho detalle la tuneladora, es al inicio de
la obra cuando se decide el tipo de máquina, así
como sus características y equipos.
abundante, las dovelas prefabricadas permiten
reducir la entrada de agua en el túnel, y
canalizarla a los conductos que se colocan bajo
las aceras y bajo la vía. Para que esta solución
funcione correctamente se debe colocar un
tipo de junta hidrófuga en dos caras de las
dovelas, a la vez que se ejecuta con calidad el
relleno con mortero del trasdós.
Las tipologías de tuneladoras existentes, han
avanzado mucho en los últimos años gracias a la
evolución de las tecnologías. Si bien hace 20
años se hablaba únicamente de tuneladoras de
roca (topos), y máquinas de suelos (escudos),
actualmente se empiezan a utilizar y con mayor
frecuencia, máquinas capaces de excavar
terrenos mixtos y heterogéneos.
Cuando el agua es muy abundante, las
dovelas no son muy eficaces en la
impermeabilización del túnel. En estos casos se
puede reducir el caudal de infiltración mediante
el tratamiento del terreno circundante, con
inyecciones que reduzcan la permeabilidad del
entorno. Esto se puede conseguir mediante
coronas de tratamiento alrededor del túnel; es
un sistema laborioso, que exige una
metodología muy cuidada, tras realizar pruebas
de ajuste.
Las tuneladoras más utilizadas en España son
los escudos EPB y las máquinas de roca dura,
con simple o doble escudo. En el caso de
tuneladoras para roca, la experiencia con simple
escudo y con doble escudo, ha sido buena;
consiguiendo altos rendimientos con buena
calidad del macizo de roca.
La solución de colocar una lámina de
impermeabilización es factible, colocándola
entre las dovelas (o sobre el sostenimiento
provisional, en el caso de máquinas abiertas) y
un anillo interior de hormigón; pero sin
pretender nunca la estanqueidad total del túnel:
este es un objetivo difícil de conseguir y que
entraña graves riesgos, por las altas presiones
hidráulicas que se pueden alcanzar. Si se coloca
lámina, se debe dar salida al agua, controlando
los caudales y las presiones. Esta problemática
exige unos estudios hidrogeológicos muy
detallados, especialmente en túneles profundos
que pueden afectar a diversos acuíferos.
Por otro lado, las máquinas EPB, adecuadas
para arcillas y arenas, han desarrollado su
tecnología y han conseguido buenos resultados
en situaciones donde se podrían emplear
hidroescudo. Y también se han adaptado en
alguna ocasión, para trabajar en terrenos
heterogéneos de roca y suelos; es el caso de los
Túneles de Quejigares, donde se modificó una
EPB para trabajar en roca y en suelos, con una
rueda de corte mixta, también con buenos
resultados.
A la hora de decidir el tipo de máquina a
utilizar, es fundamental tener un buen estudio
geológico y geotécnico del terreno que se va a
atravesar con la tuneladora. En muchos casos,
por ejemplo en ciudades como Madrid donde
se conoce claramente el terreno, debido a las
Elección de la tuneladora y sus
características
La elección del tipo de tuneladora para la
ejecución del túnel, es fundamental para que el
proyecto quede bien definido, y la obra se
Figura 2.
Tuneladoras
de los túneles
de Pajares
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Túneles
numerosas obras realizadas previamente, es
sencillo elegir la máquina a utilizar. Sin embargo,
los túneles de montaña, de base, que atraviesan
formaciones complejas y donde es más
complicado realizar sondeos, no es tan sencillo.
Ya se han comentado algunas experiencias
aplicables a la redacción del proyecto,
especialmente en cuanto a la necesaria calidad
de los estudios geológicos, hidrogeológicos y
geotécnicos.
Tabla 3. Parámetros de las TBMs
considerar los riesgos importantes que existen
en la obra, como pueden ser:
Ante los graves problemas que se pueden
presentar en túneles profundos, conviene que la
longitud de los escudos no sea muy grande: del
orden del diámetro de la excavación.
Terrenos de mala calidad, o heterogéneos,
en una máquina de roca dura: esto obliga a
la instalación de equipos para realizar
tratamientos del terreno, que eviten la
rotura del frente y colaboren a la
estabilidad del techo. El número de
perforaciones que se pueden hacer
alrededor de la rueda de corte está
condicionado por el empuje máximo de
los gatos principales (por el espacio libre
entre los mismos). Las TBMs utilizadas
permitían
unos
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taladros
aproximadamente, de 125 mm de
diámetro.
Elegida la tipología adecuada, los parámetros
básicos como el Empuje y el Par Motor, y los
equipos básicos que debe llevar la tuneladora
con el “back up” son muy importantes.
Para la elección de los parámetros
básicos, se tienen en cuenta las referencias
existentes en el mercado y las condiciones
concretas de la obra. En este aspecto, en los
túneles realizados en España, para diámetros
similares, los parámetros se han ido mejorando,
en base a experiencias previas y sobre todo en
aquellas obras donde el riesgo de atrapamiento
era elevado, y donde puede ser necesario usar
el 100% de su potencia.
Terrenos abrasivos: lo que provocará un
alto desgaste de herramientas, y una
reposición muy frecuente de las mismas.
Presencia de agua: equipos de bombeo,
especialmente si el túnel se ejecuta en
descenso. En Pajares se instalaron bombas
para caudales de 500 l/s, en los túneles
descendentes.
En la tabla 3 se incluye un resumen de los
parámetros de tuneladoras utilizadas en túneles
ferroviarios de Alta Velocidad en España.
Es importante que la cabeza de corte tenga
posibilidad de excavar con el eje descentrado,
pudiendo así realizar sobre-excavaciones de
hasta 20 cm. La rueda de corte también debe
tener la posibilidad de moverse axialmente, para
facilidad de la excavación y la reposición de
cortadores.
Presencia de gases tóxicos o explosivos:
dimensionamiento del sistema de
ventilación de la tuneladora, equipos
antideflagrantes y sensores de gas.
Además, en el caso de los tratamientos del
terreno, es muy importante que además se
prevea su ejecución en Proyecto, para disponer
de presupuesto para ello y evitar reclamaciones
posteriores.
Por otro lado, el dimensionamiento de
los equipos básicos que llevan las
tuneladoras es fundamental para lograr buenos
resultados. La mayor parte de ellos, son
comunes a todas las máquinas pero hay ciertos
equipos, como son las perforadoras para la
ejecución de tratamientos del terreno, que para
túneles complejos donde no se pueden hacer
tratamientos desde el exterior, son
fundamentales definir en la fase de diseño.
Instalaciones de obra y sistemas de
seguridad.
El dimensionamiento de las instalaciones de
obra es otra parte importante de este tipo de
obras. En Proyecto se suelen definir los espacios
disponibles para la implantación, así como los
accesos. En muchas ocasiones, debido a la
situación de la obra, es difícil disponer de
Para el diseño de estos equipos, se han de
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Túneles
Figura 3. Instalaciones exteriores en
Abdalajis (izq.) y Guadarrama (dcha.)
espacio suficiente para el montaje de todas las
instalaciones y una vez adjudicada la obra, se
estudia con detalle las opciones y se recurre a
otras alternativas. Si además, para la ejecución
de dos túneles paralelos trabajan dos empresas
diferentes, la situación se complica al duplicarse
instalaciones, o compartir algunas de ellas. El
que define finalmente la ubicación de las
instalaciones es el contratista, con la aprobación
de la Dirección de obra.
situación del vertedero, se va a soluciones
diversas como es el transporte con cinta hasta
el vertedero, o en camiones o ferrocarril, si la
distancia es muy alta (Túnel de Guadarrama,
Boca Sur).
La extracción de escombro con cinta no
implica la eliminación de los trenes de trabajo,
pues estos son imprescindibles para el
transporte de materiales al frente, así como
para el transporte del personal.
En el conjunto de instalaciones auxiliares, es
el sistema de extracción de escombro desde la
tuneladora y en el exterior, el que juega un
papel fundamental en la excavación. Hoy en día,
la cinta está sustituyendo a los vagones que se
utilizaban hace años. En todos los túneles de
roca ejecutados con escudos en España, se ha
utilizado la cinta continua para la extracción de
escombro, obteniendo excelentes resultados.
En túneles de estas dimensiones (diámetro
interior del revestimiento del orden de 8,5 m)
el sistema óptimo, y que se ha adoptado en
todas las obras, es el de doble vía, con cambios
móviles. Esto permite disponer de una vía para
trabajos de limpieza y mantenimiento a lo largo
de todo el túnel, como para trabajos en las
galerías de comunicación; manteniendo la otra
vía para el abastecimiento de la TBM, sin
afecciones considerables. Con este sistema se
ha conseguido compatibilizar la construcción de
las galerías de comunicación con el avance de la
TBM, sin afectar el rendimiento de ésta.
Las mayores complicaciones que ofrece la
cinta, suelen ser en trazados con curvas
cerradas, como ocurre en los túneles del Metro,
no así en los trazados AVE donde los radios son
muy amplios.
Finalmente, en el diseño de la máquina, se
han de incluir los sistemas básicos de seguridad
que se contemplan en toda obra de estas
características, como son:
En las tuneladoras EPB del Metro de Madrid,
se comenzó extrayendo el material con
vagones, sin embargo en las últimas obras
ejecutadas desde 2005, se ha implantado la
cinta; con la experiencia adquirida, se han
mejorado los rendimientos y sobre todo,
mejora mucho el funcionamiento de la vía, al
necesitar menos mantenimiento, ya que se
reduce el tráfico de trenes a la mitad y se evita
el vertido del material a la misma.
Una vez en el exterior, dependiendo de la
Detectores de gases
Cámara de escape para 20 personas, con
botellas de aire respirable
Sistema de extinción de incendios
Equipos mínimos antideflagrantes, incluida
la iluminación de emergencia
Comunicación vía telefónica y radio
Estos sistemas se encuentran en un continuo
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Túneles
Figura 4.
Cinta extractora de
escombro.
Guadarrama (izquierda)
y Pajares (derecha)
desarrollo y mejora, encontrando en el mercado
una amplia variedad. El criterio básico que se ha
impuesto en estas obras es la instalación de
equipos con generosidad en su definición y
calidad (su repercusión económica es baja) y de
manera redundante.
dado en las obras mencionadas anteriormente,
y que gracias a la experiencia transmitida de
unas a otras, se han mejorado tanto los equipos
como la forma de trabajar en situaciones
complejas.
Dificultades debidas al terreno.
En todo túnel el terreno es el principal
enemigo a la hora de dar problemas en la
ejecución de la obra. Por un lado, aunque se haya
hecho un buen estudio geotécnico, la
información es una estimación y es probable
que problemas puntuales no se detecten con los
sondeos. Si además, no se hace un estudio en
condiciones, las probabilidades de encontrar
dificultades aumentan.
Dificultades en la construcción
de los túneles
La ejecución de túneles con escudos,
presenta una gran ventaja frente a los medios
convencionales y a los topos abiertos: la
seguridad de los trabajadores. Este método gana
en seguridad a cualquier otro, al estar
protegidos del terreno constantemente gracias
al escudo y al revestimiento.
En segundo lugar, los rendimientos que se
obtienen son hasta 10 veces más altos que los
métodos convencionales; si se ha elegido bien la
máquina y se ha hecho un buen estudio del
terreno contemplando todos los riesgos
posibles.
En los grandes túneles ejecutados en España
hasta la fecha, los problemas por motivos del
terreno han sido muy diversos, la mayor parte
de ellos asociados a terrenos de mala calidad
dentro de un macizo rocoso, donde las fallas y
discontinuidades, o formaciones rocosas
blandas, han dado problemas para las máquinas
de roca.
Sin embargo, como en toda obra
subterránea, las complicaciones surgen en la
obra y no siempre es sencillo afrontarlas, al ser
un sistema más rígido que los métodos
convencionales. A continuación, se van a
describir las principales dificultades que se han
Las tuneladoras de roca, van equipadas para
cortar y extraer roca dura, y están diseñadas
para eso. Cuando una tuneladora de roca se
encuentra en una formación rocosa de baja
calidad geotécnica, o con fallas donde la roca
está triturada, empiezan los problemas al no
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Túneles
estar diseñada para ello.
empujes excepcionales y otros elementos
auxiliares, llegando a empujes de 225.000 kN.
Por otro lado, cuando la cabeza de corte se
bloqueó, fue necesario hacer un penoso trabajo
de limpieza de la cámara de la rueda de corte,
además de inyectar espumas expansivas para
contener el terreno del frente y sobre la
cabeza.
En el caso de los Túneles de Abdalajís, las
máquinas se diseñaron para ejecutar
tratamientos del terreno (paraguas a través del
escudo delantero y del escudo de cola), en
previsión de tener que atravesar zonas de mala
calidad y ante la imposibilidad de realizar
tratamientos desde el exterior por las elevadas
coberteras. Estos
equipos
resultaron
fundamentales para atravesar una formación de
700 m de longitud (el 10 % del trazado), donde
la rueda de corte quedaba bloqueada al
derrumbarse el terreno del frente.
En estas formaciones de baja calidad, también
Por otro lado, el paso de fallas con una
tuneladora también suele ser complicado,
aunque se trate de zonas puntuales, y la
solución a adoptar puede ser muy diferente
según el tipo de falla. En los túneles de
Guadarrama, a pesar de ser un macizo rocoso
de buena calidad, hubo algunas complicaciones
en algunas fallas detectadas durante el Proyecto.
Una de ellas, situada en una zona de poca
cobertera, donde no fue posible realizar
tratamientos del terreno previos al paso de la
tuneladora, se produjo una chimenea que llegó
a superficie, además de producirse un
importante desvío en alzado de la máquina. Para
reanudar la excavación, se hicieron tratamientos
del terreno desde el exterior (una vez resueltos
los permisos administrativos, que previamente
se habían negado), tanto para esa máquina
como para la que pasaría después por el tubo
paralelo. Esta segunda, gracias a los
tratamientos, atravesó la falla sin problemas.
Figura 5. Perforadora de sondeos en el Doble
Escudo de Abdalajís
surgen los problemas de atrapamiento por la
fluencia del terreno. En los casos en que ha
ocurrido algún atrapamiento, bien porque se
pierde gálibo o porque el terreno aprieta, el
empleo de los empujes excepcionales
disponibles en las tuneladoras ha sido
fundamental.
En la falla con mayor cobertera (más de 200
m), se completaron los estudios con nuevas
prospecciones y análisis de la zona, lo que
permitió tomar la decisión de modificar el
trazado en planta, para evitar una zona de
material compuesto de arena y arcilla, de lo
contrario esto podría suponer complicaciones
en la excavación con una máquina para roca
dura.
A este problema, en el caso de los Túneles de
Pajares, se le tenía mucho miedo por las
estimaciones realizadas en proyecto; por lo que
se decidió diseñar las TBMs con un empuje
excepcional de 180.000 kN. En los 50 Km de
túneles solo se produjo atrapamiento
significativo de alguna máquina en tres
ocasiones, no siempre por el elevado empuje de
las tierras sobre los escudos, sino también por
el bloqueo de la cabeza de corte, por el
escombro introducido en la cámara.
Dificultades por presencia de agua.
La presencia de agua en el terreno, es otra de
las complicaciones que se han dado en varios de
los túneles realizados con tuneladora de roca
en España. Suele ser un tema que muchas veces
no se estudia con el detalle suficiente que se
debiera, en fase de proyecto, y luego surgen
complicaciones en la obra, con las consecuentes
afecciones al medio ambiente.
Tanto en los túneles de Abdalajís como en
los de Pajares, estaba previsto atravesar zonas
con acuíferos importantes, pero no se había
llegado a cuantificar con precisión los caudales
En los casos en que el escudo quedaba
atrapado por el empuje del terreno fluyente, se
resolvió con éxito gracias a la aplicación de los
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Túneles
tan importantes que se dieron al perforar el
túnel.
en el túnel, para poder sacar el agua al exterior.
Presencia de gas.
La presencia de gas en el terreno, añade un
grado más de dificultad al tener que garantizar
la seguridad del personal, trabajando con un
procedimiento
específico
y
siempre
controlando las concentraciones de gas, para
estar siempre por debajo de las
concentraciones permitidas.
En la primera aparición de agua, se llegaron a
estimar caudales de 400 l/s, con el consecuente
arrastre de finos y material al interior de la
tuneladora. Esto supuso una parada de varios
días, hasta que se pudo reanudar la excavación,
y gracias a que los túneles se ejecutaban en
sentido ascendente, la evacuación del agua no
suponía ninguna complicación. Durante la
perforación, se pincharon otros 2 acuíferos,
pero con menor repercusión. Aunque los
caudales fueron disminuyendo a lo largo del
tiempo, las filtraciones de agua eran excesivas
para garantizar la explotación de los túneles con
seguridad, por lo que fue necesario realizar un
revestimiento interior adicional, para conseguir
la impermeabilización de los túneles, aunque sin
pretender conseguir una estanqueidad absoluta,
dada la elevada carga freática del terreno.
En los túneles de Pajares, ejecutados
Tanto en los túneles de Abdalajís como en los
de Pajares, la presencia de gas en formaciones
Carboníferas, hizo que se ralentizara la
excavación por las elevadas concentraciones de
gas.
En Abdalajís los rendimientos se vieron
afectados considerablemente, hasta que se
redimensionaron los equipos de ventilación en
ambas tuneladoras. Esto permitió mayores
caudales de ventilación, ayudados por
dispositivos puntuales para mover el gas, en
aquellas zonas del escudo donde más se
concentraba; gracias a ello, se redujo el tiempo
de parada cuando era necesario diluir la
concentración de gas.
En los túneles de Pajares, gracias a la
experiencia adquirida en los de Abdalajis, se
diseñaron las tuneladoras con equipos más
potentes de ventilación e incorporando las
modificaciones realizadas en Abdalajis, así como
un número mayor de detectores de gas.
En cualquier caso, todas las tuneladoras
llevaban los equipos antideflagrantes mínimos
necesarios (iluminación, ventilación, bombeo,
etc.), y se excavaba según los procedimientos
establecidos provocando la parada automática
de la máquina al llegar a los límites establecidos
del 10% LIE.
Figura 6. Drenajes de agua en los Túneles de
Abdalajis, durante la construcción.
posteriormente, la presencia de agua estaba
prevista según los estudios de Proyecto, y aquí si
que se añadía el problema de la evacuación de
agua, en los tramos ejecutados desde el Sur en
sentido descendente con 1,6%. Por ello, se dotó
a las máquinas de equipos de bombeo y
depósitos para almacenar agua. En una de las
galerías de acceso, con una pendiente en
descenso del 7 %, se llegó a inundar la
tuneladora al atravesar una formación cuarcítica.
Con caudales de hasta 500 l/s, se produjo el
arrastre de suelo dentro de la TBM. Como
consecuencia de este incidente, fue necesario
incrementar la capacidad de los equipos de la
TBM, así como instalar estaciones de bombeo
Calidad del revestimiento.
La calidad en la ejecución y colocación del
revestimiento, es muy importante durante la
construcción de los túneles. En primer lugar, es
esencial fabricar las dovelas con calidad, de
acuerdo al diseño preestablecido y cumpliendo
las normativas; es básico para poder montar las
dovelas en su posición definitiva. Generalmente,
esto se suele cumplir y es durante el montaje
del revestimiento en la tuneladora donde se
producen la mayor parte de los problemas en
cuanto a calidad.
Las roturas de esquinas es un defecto que se
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Túneles
produce en muchas ocasiones, por mal montaje
del anillo, o porque las dovelas están sometidas
a esfuerzos para los que no están calculadas.
Una primera solución fue reforzar las esquinas
con armadura, pero fue realmente la
incorporación de fibras metálicas a la
dosificación del hormigón lo que ha mejorado
mucho la calidad y las roturas se han reducido
considerablemente. Estas fibras se añaden en
dosificaciones de 25 Kg/m3, además de la
armadura de cálculo.
En los túneles muy largos se planteó desde el
inicio de la obra la necesidad de extremar al
máximo la calidad de estos trabajos, ante el
riesgo de cometer errores inaceptables por las
siguientes causas:
• Cualquier error por pequeño que sea en
las figuras topográficas en las bocas, puede
generar errores en las alineaciones que
conduzcan a errores muy grandes en el
interior del túnel, a 14 km de distancia
(zona central del túnel de Guadarrama, en
donde se proyecto el “cale” de los túneles).
Otros aspectos que contribuyen a una mejor
calidad del revestimiento, son evitar que se
muevan las armaduras durante el hormigonado,
y usar “packers” en el contacto entre dovelas.
Por otro lado, para conseguir una buena
calidad de revestimiento, también hay que tener
en cuenta la inyección del trasdós de las
dovelas. El relleno del gap hace que el anillo
quede colocado en su sitio y contribuye a la
impermeabilización del revestimiento. Si este
tema no se cuida lo suficiente, es necesario
reinyectar posteriormente; lo que suele ser más
caro y complejo, una vez finalizado el túnel. En
túneles con presencia de agua importante, se
debe asegurar que queda bien inyectado el
trasdós y minimizar las filtraciones, utilizando
morteros aditivados.
• Una longitud de 28 km de túnel, sin ataques
intermedios, obliga a realizar largas
poligonales en las que los errores se van
acumulando,
sin
posibilidad
de
comprobación
con
los
métodos
convencionales.
• Estas distancias son sensibles a la redondez
de la Tierra, así como a la convergencia de
los meridianos. Por tanto, estas
circunstancias deben tenerse en cuenta,
para hacer las correcciones oportunas.
Estos trabajos no son ya de topografía
clásica, sino de geodesia; y deben ser
desarrollados por expertos en esta
disciplina.
En los últimos túneles ejecutados, se está
utilizando una junta hidrofílica, además de la
junta EPDM, para disminuir las filtraciones en
los túneles. Esta junta, expande con el agua,
cerrando el paso del agua hacia el interior.
Con estas ideas claras, se plantearon estos
trabajos, consiguiéndose finalmente una
precisión considerable (10 cm) en el momento
del encuentro de las primeras TBMs en el tubo
Este de Guadarrama. Las experiencias más
significativas a extraer son:
Trabajos topográficos
• Importancia de las figuras exteriores, para
lo cual se utilizaron diversos métodos
redundantes: apoyo en la red geodésica
nacional, posicionamiento GPS de precisión
(con lectura de 12 satélites), comprobación
del azimut con alineaciones a la estrella
Polar. Estos trabajos se repitieron
numerosas veces, para mejorar las lecturas
al máximo posible.
• Comprobación en cota de las bases,
realizando una nivelación gravimétrica
entre ambas bocas, cruzando la montaña
por carretera (unos 50 km de recorrido).
• Utilización sistemática de un equipo
giroscópico para comprobar el azimut del túnel.
• Comprobación de todos los trabajos
Figura 7. Calidad del revestimiento en el
túnel de ancho UIC Atocha – Chamartín
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Túneles
anteriores, realizadas por equipos
diferentes a los habituales de obra, incluido
el equipo giroscópico (con este equipo se
hicieron 4 comprobaciones a lo largo de la
obra).
Todas las experiencias son positivas; incluso
aquellas de problemas sufridos previamente. De
todo se aprende, y todo es susceptible de
aplicar al nuevo trabajo. Por tanto, es
importante contar con equipos de gente
experimentada en todos los aspectos.
• Mejora continua de las poligonales dentro
del túnel, utilizando las nuevas medidas que
se van tomando, por todos los equipos.
Esto es fundamental en la Dirección de
Obra, tanto para las personas que constituyen
la Dirección Facultativa como para las empresas
de ingeniería colaboradoras, en la resolución de
cada uno de los problemas que diariamente
surgen en el seguimiento y control, así como en
posibles trabajos de revisión del proyecto.
Conclusiones.
Un trabajo de la magnitud y complejidad
como los túneles de gran longitud, demanda la
colaboración de todas las partes implicadas, y la
suma de experiencias. Los proyectistas, los
constructores, las empresas de ingeniería en la
supervisión y control, y las administraciones
actúan con diferentes puntos de vista: todos
válidos y necesarios.
Además de la organización y colaboración
entre las diferentes empresas, es muy
importante contar con el apoyo político y
económico
de
la
correspondiente
administración pública. Cuando aparecen los
problemas, el rigor técnico es fundamental para
solucionarlos, pero también se necesita habilitar
los recursos administrativos y económicos
adecuados. Los problemas suelen aparecer de
improviso, y con la necesidad de solucionarlos
tan pronto como sea posible.
Referencias
Arroyo Diez, Carlos; Peláez González, Mario. Los
túneles de Pajares, infraestructura de última
generación. Revista CAUCE 2000. Número 138
Noviembre 2007.
Arroyo Diez, Carlos; Míguez Bailo, Raúl. Túneles
de Pajares. Jornada Técnica “Singularidades
constructivas en los túneles de las Líneas
Ferroviarias del Noroeste y Sur de Alta Velocidad”.
Abril 2008.
De la Fuente, Jesús; Gil, Jesús; Alonso, N.Túnel de
Abdalajís ejecutado con TBM para la Línea de Alta
Velocidad Córdoba-Málaga. Revista de Obras
Públicas, Diciembre 2004.
Varios autores. Túnel de Guadarrama. Ministerio
de Fomento, ADIF.
Varios autores. Túneles de Pajares. Ministerio de
fomento, ADIF.
www.ineco.es
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