¿Tecnología de túneles de escudo para crear espacio subterráneo?

En un pozo a 40 m bajo el nivel del mar, cuando apoyas la oreja contra la pared del pozo, puedes escuchar el sonido de la máquina de escudos acercándose gradualmente y luego volver al silencio.

Desde un pozo a 70 m de profundidad bajo el nivel del suelo, se lanzó un escudo de agua y barro de φ9,1 m. El túnel submarino utilizado para las tuberías en la planta de gas Fanjima de Tokio, el más profundo de Japón, excavó 530 m en los estratos submarinos antes de llegar al pozo submarino, y la máquina de escudo se detuvo en un instante.

Este proyecto de excavación con máquina de escudo se llevó a cabo en un plazo de 6 meses, desde el 6 de marzo de 1995 hasta el 8 de septiembre del mismo año, incluyendo la construcción del pozo, el hundimiento, el inicio del escudo y la protección de llegada. Después de esperar los trabajos preparatorios, tomó 21 meses y bajo una alta presión de agua de 700 KPa para completar un túnel de escudo que era completamente impermeable a las fugas de agua, convirtiéndose en otra prueba de que la tecnología de construcción de escudos de Japón se encuentra en el nivel más alto del mundo.

El origen de los túneles de escudo se remonta a 1818, cuando el británico M.I. Bruselas instaló un pozo de trabajo de 21 m de profundidad en la orilla del río Támesis en Londres, utilizando un "túnel de escudo" para empujar la barrera. La estructura de tierra utiliza la pared trasera del pozo de trabajo como pared de soporte y utiliza el gato de tornillo como potencia de propulsión para hacer avanzar este "escudo de retención de tierra". En el camino fue interrumpido por colapso del suelo del lecho del río y accidentes por inundaciones. En realidad, se necesitaron más de 20 años para completar el túnel. En ese momento, Bruselas, el fundador de la tuneladora, tenía ya 72 años. El método de construcción de túneles en escudo que se ha desarrollado hasta el día de hoy es el resultado del entusiasmo de Bruselas que se ha extendido a lo más alto.

Después de eso, en el Proyecto del Túnel Ferroviario del Sur de Londres en 1887, también se utilizó la propulsión de escudos utilizando el método de construcción neumática, sentando las bases para el método de construcción de escudos.

En la década de 1890, la mayoría de países como Estados Unidos, Alemania y Francia también utilizaban el método de túnel con escudo en la construcción de túneles. También se utilizan semiescudos (protectores de techo), ovalados, de herradura, rectangulares y otros escudos.

En Japón, aprendiendo de las tecnologías europeas y americanas, el método de túnel de escudo se utilizó en la construcción de metro, alcantarillas, etc. a partir de 1940 aproximadamente. Después de 1970, se desarrolló el método de construcción cerrada y ha habido un rápido desarrollo. En el proyecto del Túnel Trans-Mancha de la Mancha de 1989 se utilizó una máquina de protección contra presión de tierras fabricada en Japón, que es líder mundial hasta el día de hoy.

A continuación se describe la introducción y el desarrollo del método de túnel de escudo en Japón, así como sus perspectivas futuras.

Método japonés de construcción de túneles

1. Introducción y desarrollo del método de construcción de túneles.

El primer método exitoso de construcción de túneles en Japón fue el túnel submarino de Kanmon de los Ferrocarriles Nacionales. En el proyecto (1939-1944), se utilizó una máquina de excavación manual de φ7,2 m en la línea ascendente de 405 m y en la línea descendente de 725 m sobre los cimientos deficientes de Moji, utilizando tanto el método de construcción neumático como el método de lechada química líquida. A través de este proyecto, se puede considerar que se estableció la tecnología de túneles de escudo de Japón.

Se utilizaron protectores de techo en el túnel de la autopista Kanmon en 1953 y en el área de trabajo Nagatacho 2 de la línea 4 de la autopista Teito en 1957. Además, se utilizó el metro de Kakuoyama en la ciudad de Nagoya. Excavación manual y excavación de túneles mediante el método de construcción neumático.

Después de eso, debido al rápido desarrollo económico en preparación para los Juegos Olímpicos de Tokio de 1964, los proyectos de construcción de instalaciones urbanas tuvieron que aumentar dramáticamente, y la contaminación causada por los proyectos de construcción a veces se hizo evidente. El uso del método de construcción de escudo de excavación manual ha reemplazado el método de construcción anterior a cielo abierto en túneles urbanos. Durante este período, junto con la construcción de túneles de protección, se utilizaron métodos de ingeniería de precipitación y métodos de ingeniería de presión de aire como medidas para tratar el agua subterránea, y también se utilizaron métodos de ingeniería auxiliares como la inyección química líquida como medida para abordar el asentamiento de los cimientos.

Si bien el método de túnel con escudo se populariza, se espera desarrollar un método de túnel con escudo que pueda acortar el período de construcción, ahorrar mano de obra y abordar problemas como cimientos complejos. El método de túnel con escudo mecánico fue. utilizado en el canal de la ciudad de Osaka en 1963. El nuevo túnel protector se utilizó por primera vez en el acueducto de Dadian (φ2,6 m, longitud 227 m).

Al año siguiente, en el proyecto del metro de la ciudad de Osaka, se utilizó el método de construcción de túneles mecánicos de gran sección con un diámetro de 6,97 m y una longitud de túnel de 668,4 m. Varios fabricantes y empresas están comprometidos con el desarrollo y el uso práctico de túneles mecánicos. máquinas de escudo. etapa de transformación.

2. Desarrollo del método de construcción de escudo cerrado

Como resultado del uso del método de construcción neumático o del método de lechada química como método de construcción auxiliar, pueden producirse accidentes por hipoxia y daños por lodos químicos. Ocurrir o incendio accidente en túnel. La búsqueda de contramedidas contra estos accidentes condujo al nacimiento de métodos de construcción de túneles con escudo de agua y lodo y métodos de túneles con escudo de presión de tierra.

El principio de protección de barro-agua fue concebido en 1961 por la empresa francesa Camino Peronate, y en Japón se utilizó para la Línea 9 del metro de Teito Expressway Transportation Corporation en 1967. El método de construcción de protección de barro-agua se ha utilizado en el túnel de desvío (φ3,1 m, longitud 312 m) del proyecto de la línea principal del Kanda River Works District. El método de construcción del escudo de agua y lodo consiste en mantener sin cambios la parte del cabezal de corte del escudo mecanizado, sellarlo con una pared divisoria, usar presión para enviar agua de lodo a la superficie de excavación y usar una válvula de descarga de lodo para transportar de manera fluida el suelo excavado. lastre. Como una gran sección de túnel, en 1969, el Túnel Haneda de la Línea Keiyo de la Corporación de Construcción de Ferrocarriles de Japón adoptó un proyecto de línea de φ7,29 m y 856 m × 2 en el Área de Obras del Canal Morisaki, que atrajo la atención de personas extranjeras de mayor tamaño. inquietud.

Además, Japón desarrolló de forma independiente el escudo de presión de tierra en 1974. Este método de construcción de escudo también tiene una pared divisoria detrás del cabezal de corte de la máquina de escudo mecanizada, utiliza un transportador de tornillo para descargar el suelo y mezcla el suelo excavado en la cabina cerrada con el suelo a través de un mecanismo de mezcla y agitación. Se utiliza para obtener la estabilidad de la superficie de excavación. Como una versión mejorada del método de tunelización con escudo de presión de tierra, el método de tunelización con escudo de presión de tierra mixta se desarrolla inyectando materiales aditivos (materiales de lodo, materiales de lodo) en la cámara cerrada del cortador y usando un impulsor de agitación. método El alcance de las posibles aplicaciones de los métodos de construcción se está ampliando gradualmente. El método de construcción de escudo presurizado de suelo se utilizó por primera vez en el proyecto de construcción de tuberías de agua en el área local de la Oficina Metropolitana de Agua de Tokio en 1976. El material aditivo utilizado es un método de construcción de túneles con escudo de burbujas (espuma) que utiliza burbujas de aire para mejorar la fluidez y las propiedades de retención de agua del suelo de excavación.

Los métodos de excavación de túneles con protección cerrada, como el tipo de agua con lodo y el tipo de presión de tierra, mejoran el ambiente de trabajo a presión atmosférica en el túnel de construcción. Ya no hay problemas como fugas de aire y falta de oxígeno, lo que garantiza la protección del medio ambiente. y se ha convertido en la corriente principal de los métodos de túneles de escudo en el futuro.

3. Diversificación de los métodos de túneles de escudo

Debido a la implementación práctica del método de túneles de escudo cerrado, el impacto en el entorno circundante, como la estabilidad de la superficie de excavación y el asentamiento de los cimientos. se ha vuelto más pequeño, el método de construcción del escudo se ha convertido en la fuerza principal para hacer frente a las condiciones de construcción desfavorables para proyectos de túneles a gran escala, como ferrocarriles subterráneos, suministro de agua y alcantarillado, comunicaciones eléctricas, carreteras y ríos subterráneos.

Además, al entrar en la segunda mitad de la década de 1980, surgieron diversas necesidades como escala, forma, alineación, automatización, ahorro de mano de obra y reducción de costos para estos túneles, y se llevaron a cabo proyectos. Dinámica de la competencia tecnológica entre contratistas generales y fabricantes.

(1) Gran sección

Para superar los problemas de estabilización de la superficie de excavación y mejorar la eficiencia de la combinación de materiales, maquinaria y materiales, comenzamos con la Con una longitud de φ14,14 m que cruza la bahía de Tokio, el instituto ha llevado a cabo la construcción de túneles de gran diámetro, como ferrocarriles de gran sección, autopistas y ríos subterráneos.

(2) Mayor profundidad

Dado que los espacios subterráneos relativamente poco profundos de la ciudad están ocupados por estructuras existentes, los nuevos túneles deben ser más profundos, por lo que la profundidad de construcción debe ser menor. Para un túnel de 60-70 m, es necesario mejorar la capacidad de soportar presión y la durabilidad de la máquina de protección y los segmentos, que son condiciones necesarias para la construcción a grandes profundidades y alta presión de agua.

(3) Larga distancia

En áreas urbanas demasiado densas, cuando es difícil asegurar terrenos para pozos, mediante el uso efectivo de máquinas de escudo y otras funciones, la reducción de La El objetivo de costo requiere el uso de una máquina de escudo para excavaciones a larga distancia.

En este caso, existen cuestiones como la durabilidad de la máquina de escudo, la tecnología de reemplazo del cabezal de corte, el equipo de procesamiento para excavación y lastre, y el equipo para transportar materiales y equipos a la superficie de excavación a alta velocidad. Hay resultados reales de proyectos con una longitud de construcción de 6,5 km.

(4) Optimización de la sección transversal

Normalmente, el coste de ingeniería es directamente proporcional a la sección transversal de la excavación. Además, sujeto a las limitaciones del terreno, se determina una forma. que pueda cumplir con el propósito de uso. Minimizar el área de la sección transversal del túnel. En respuesta a tales necesidades, MF, DOT, H

(5) La tecnología de revestimiento de túneles y muelles subterráneos se ha desarrollado continuamente como uno de los desarrollos tecnológicos para acortar el período de construcción y reducir el costo. Mediante bloques de revestimiento de dovelas prefabricados se desarrolló el método de construcción ECL, en lugar de ello se colocó el encofrado directamente en la pantalla y el revestimiento del túnel se vertió in situ. En este caso, la máquina de protección que excava túneles desde ambos lados realizará la tecnología de unión de protección en el suelo, y se desarrollarán proyectos como el método de construcción de congelación del suelo y el método de construcción MSD.

4. Evaluación en el extranjero

En varias secciones importantes del proyecto del Eurotúnel (49 km de longitud), inaugurado en mayo de 1994, en el diseño, producción, mantenimiento y otros aspectos, se utilizaron máquinas protectoras japonesas. están totalmente utilizados.

Lo que se ha transmitido son excelentes logros de construcción, la tecnología de escudos de Japón y los esfuerzos del personal relevante que ha estado involucrado en este campo durante mucho tiempo se han convertido en objetivos de evaluación en el extranjero.

Problemas y perspectivas técnicas futuras

De acuerdo con el desarrollo de la tecnología de excavación de túneles de gran profundidad y sección representada por el Túnel del Canal o el túnel submarino a través de la Bahía de Tokio, y el desarrollo de túneles de gran escala en grandes zonas urbanas. En el contexto de la dificultad de conseguir terrenos para la infraestructura interna, en mayo de 2000 se establecieron las "Medidas especiales para el uso de avenidas subterráneas de gran profundidad", y la tecnología de desarrollo subterráneo atrajo una vez más la atención de la gente.

En particular, existen grandes expectativas para el método de túnel de escudo para estructuras subterráneas largas, como ferrocarriles y carreteras, y se espera que en el futuro sea seguro, de alta velocidad y, al mismo tiempo, garantice la calidad. Desarrollo de tecnología orientada a la construcción de bajo costo. En concreto, se pueden citar las siguientes cuestiones técnicas.

Gran profundidad (métodos de sellado, salida y llegada, mecanismo de descarga a tierra de la máquina de protección, etc.)

Gran sección transversal (control de dirección de la máquina de protección, juntas de segmentos), montaje método...)

Larga distancia (transporte de excavación y lastre, transporte de dovelas, reparación y sustitución de cabezales de corte, seguridad y salud de los trabajadores...)

Eliminación de obstáculos del terreno (eliminación de pilotes de cimentación de estructuras originales, perfiles de madera, etc.)

Construcción en el centro de la ciudad (compactación de instalaciones temporales sobre el terreno, reducción de ruidos y vibraciones...)

Recientemente, como uno de los nuevos métodos de excavación de túneles, se ha anunciado la idea de que se deben utilizar varias máquinas tuneladoras en conjunto para excavar y se puede ramificar arbitrariamente para lograr construcciones razonables, como rampas de carreteras subterráneas. los signos de la avanzada tecnología de túneles de escudo. En cuanto a las necesidades de la sociedad, esperamos más resultados de investigación por parte del personal técnico.

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