Escudo de tunelización

Un escudo de túneles es una estructura de protección utilizada durante la excavación de grandes túneles hechos por el hombre. Al excavar en terreno blando, líquido o inestable, existe un peligro potencial para la salud y la seguridad de los trabajadores y del proyecto en sí debido a la caída de materiales o un derrumbe. Se puede usar un escudo de túnel como estructura de soporte temporal. Por lo general, está en su lugar a corto plazo desde que se excava la sección del túnel hasta que se puede revestir con una estructura de soporte permanente. La estructura permanente puede estar compuesta, según la época, por ladrillos, hormigón, hierro fundido o acero. Aunque los escudos modernos suelen ser cilíndricos, el primer 'escudo', diseñado por Marc Isambard Brunel, era en realidad una estructura de hierro grande, rectangular, similar a un andamio, con tres niveles y doce secciones por nivel, con una carga sólida. superficie superior del cojinete. La estructura protegía a los hombres de los derrumbes mientras trabajaban dentro de ella, excavando el túnel frente al escudo.

Historia

El primer escudo para túneles rectangular exitoso fue desarrollado por Marc Isambard Brunel y patentado por él y Lord Cochrane en enero de 1818. Brunel y su hijo Isambard Kingdom Brunel lo usaron para excavar el Túnel del Támesis a partir de 1825 (aunque el túnel no se abrió hasta 1843). Se dice que Brunel se inspiró en su diseño en el caparazón del gusano de barco, un molusco cuya eficiencia para perforar madera sumergida observó mientras trabajaba en un astillero. El escudo fue construido por Maudslay, Sons & Field de Lambeth, Londres, que también construyó las bombas de vapor para vaciar el túnel.

En 1840, Alfred Ely Beach, editor de la revista Scientific American, fue el primero en sugerir que un diseño circular sería superior al diseño rectangular de Brunel. En 1868, Beach construyó un escudo circular, cuya imagen se publicó en un artículo de noticias de Nueva York sobre su idea del sistema de túnel neumático. El diseño se basó en el enrejado del escudo de Brunel y se atornilló hacia adelante a medida que la cara avanzaba manualmente.

En 1864, Peter W. Barlow patentó un diseño que tenía una sección transversal circular. Teóricamente, esto hizo que el escudo fuera más fácil de construir y más capaz de soportar el suelo circundante; teóricamente, porque nunca se construyó un escudo con este diseño. La patente de Barlow de 1864 se mejoró aún más y se le otorgó una patente provisional en 1868, pero nunca se ratificó porque Barlow murió poco tiempo después.

El diseño original de Brunel fue mejorado sustancialmente por James Henry Greathead, a quien se le concedieron tres patentes para diferentes diseños de escudos. Además, inventó el concepto de lechada de hormigón proyectado para estabilizar los movimientos de tierra con hormigón proyectado, una bandeja de arena que inyectaba hidráulicamente lechada de refuerzo entre el revestimiento construido y la pared del túnel.

Greathead fue el primero en usar un escudo de túnel cilíndrico, lo que hizo durante la construcción de Tower Subway bajo el río Támesis en el centro de Londres en 1870. El escudo de Greathead medía 2,21 m (7 pies y 3 pulgadas) en diámetro.

Greathead también usó uno en la construcción del City and South London Railway (hoy parte de la línea Northern del metro de Londres) en 1884, con túneles de 10 pies y 2 pulgadas (3,10 m) de diámetro. Su escudo también se usó en la conducción del 1+3 de 12 pies ⁄4 túneles de circulación de 3,702 m (pulgadas) de diámetro para Waterloo & City Railway, que se inauguró en 1898. Los túneles de la estación en la estación City (ahora conocida como Bank) eran los escudos de túneles de mayor diámetro del mundo en ese momento, midiendo 23 pies (7,0 m).

Un escudo Greathead original utilizado en la excavación de las profundas líneas del metro de Londres permanece en su lugar en túneles en desuso debajo de la estación de Moorgate.

La mayoría de los escudos de túneles todavía se basan libremente en el diseño de Greathead.

Tunelización de escudo manual

En los primeros túneles con escudo, el escudo funcionaba como una forma de proteger a los trabajadores que realizaban la excavación y hacían avanzar el escudo, reemplazándolo progresivamente con secciones preconstruidas de la pared del túnel. Los primeros túneles profundos del metro de Londres se construyeron de esta manera. El escudo dividía la superficie de trabajo en partes superpuestas que cada trabajador podía excavar.

Modernas tuneladoras

Una tuneladora (TBM) consta de un escudo (un gran cilindro de metal) y mecanismos de soporte de arrastre.

Una rueda de corte giratoria se encuentra en el extremo frontal del escudo. Detrás de la rueda de corte hay una cámara donde el suelo excavado se mezcla con lodo (la llamada tuneladora de lodo) o se deja tal cual (balance de presión de tierra o escudo EPB), según el tipo de tuneladora. La elección del tipo de tuneladora depende de las condiciones del suelo. También existen sistemas para la eliminación de la tierra (o la tierra mezclada con purines).

Detrás de la cámara hay un conjunto de gatos hidráulicos sostenidos por la parte terminada del túnel que se utilizan para empujar la TBM hacia adelante. Una vez que se ha excavado una cierta distancia (aproximadamente 1,5 a 2 metros (5 a 7 pies)), se construye un nuevo anillo de túnel con el erector. El erector es un sistema giratorio que recoge dovelas de hormigón prefabricado y las coloca en la posición deseada.

Detrás del escudo, en el interior de la parte terminada del túnel, se pueden encontrar varios mecanismos de apoyo que forman parte de la tuneladora: desescombrado, conducciones de lodos en su caso, salas de control, raíles para el transporte de las dovelas, etc.

Forro

El revestimiento del túnel es la pared del túnel. Por lo general, consiste en dovelas de hormigón prefabricado que forman anillos. Los revestimientos de hierro fundido se usaban tradicionalmente en los túneles subterráneos de Londres, mientras que los revestimientos de acero se usaban a veces en otros lugares. El concepto de utilizar secciones de revestimiento moldeadas prefabricadas no es nuevo y fue patentado por primera vez en 1874 por James Henry Greathead.

Escudos en Japón

En Japón hay varios enfoques innovadores para proteger el túnel, por ejemplo, el doble tubo o el túnel del DOT.
Este túnel parece dos círculos superpuestos. También hay escudos con brazos computarizados que pueden utilizarse para cavar un túnel en prácticamente cualquier forma.