EXCAVACION DE TUNELES SUBTERRANEOS

Ing Manuel Figueroa Galiano

CONTENIDO

1. Definicin 2. Factores que condicionan la eleccin del mtodo de construccin. 3. Principales mtodos de construccin Sistema Rozadoras - Tuneladoras 4. Sistemas de avance cclico mecanizado con perforacin y voladura 5. Estabilidad de un tnel 6. Metodologa de construccin 7. Excavacin (Ciclo de minado de un tnel). 8. Sostenimiento 9. Mtodos de perforacin y voladura de tneles.

1.- DEFINICIN

Definicin de Tnel: Espacio Subterrneo abierto artificialmente para establecer una comunicacin a travs del monte, por debajo de un ro u otro obstculo.

1.- DEFINICIN

1. EXCAVACION: Actividad por el cual se realizan aberturas subterrneas orientadas a un fin especfico. 2. MECANISMO DE DEFORMACION EN LAS EXCAVACIONES: Al excavar se producen vacos en el interior del macizo rocoso alterando su estado original dndose una redistribucin de esfuerzos alrededor de la abertura.

2.- FACTORES QUE CONDICIONAN EL MTODO DE CONSTRUCCIN

El Proyecto de construccin de un tnel de acceso debe predecir de la forma ms precisa posible el comportamiento del terreno para un determinado mtodo de construccin. El mtodo de construccin debe ser suficientemente adaptado a la realidad del terreno, para que el tnel se construya de forma segura y sin sorpresas econmicas (riesgo geotcnico).

2.- FACTORES QUE CONDICIONAN EL MTODO DE CONSTRUCCIN

Un tnel puede ser construido mediante varios mtodos de construccin, pero slo uno proporcionar el mayor grado de seguridad a menor costo. El proyecto de un tnel termina una vez que su construccin (excavacin / sostenimiento) se ha finalizado. No se puede disear un tnel si no se determina su funcionalidad; ya que sta determinar su revestimiento, acabados e instalaciones.

3.- PRINCIPALES MTODOS DE CONSTRUCCIN DE TNELES Sistema de avance cclico por perforacin y voladura , manteniendo las operaciones en sus respectivas secuencias , perforacin , voladura, limpieza y acarreo. Sistemas de avance continuo , eliminando el empleo de explosivos. Tiene gran importancia , desde la aparicin de maquinas que avanzan por si mismas en la roca, revolucionando completamente la tcnica tradicional

Sistemas de avance continuo - Maquinas rozadoras

Excavacin con rozadoras

Sistemas de avance continuo - Maquinas rozadorasVentajas de la excavacin mecnica 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 excavacin. Su adopcin en terrenos fuertemente estratificados minimiza las sobreexcavaciones. Se adapta bien a la utilizacin del N.A.T.M.

Sistemas de avance continuo - Tuneladoras

Inicio de construccin de tnel con Tuneladora

Sistemas de avance continuo - TuneladorasVentajas de la excavacin mecnica con Tuneladoras Se ha logrado rendimientos de aprox. 33 metros por da. Actualmente se est en condiciones de poder excavar a plena seccin en cualquier tipo de roca por muy dura que esta sea Excelente control dimensional de la excavacin. Estn diseados para excavar formaciones de estabilidad limitada y permitir la instalacin de sistemas de sostenimiento.

4.- Sistemas de avance cclico mecanizado con perforacin y voladura

EFECTO DE LA EXCAVACIN EN EL CAMPO DE TENSIONES

Mientras no se altere la continuidad de la masa rocosa, esta se mantendr en equilibrio esttico, debido al estado de confinamiento natural en que se encuentra.

EFECTO DE LA EXCAVACIN EN EL CAMPO DE TENSIONES

Al practicarse una excavacin, se altera el equilibrio preexistente Y las tensiones de campo son obligadas a Redistribuirse al rededor de la excavacin, tal como se muestra en la figura.

CAUSAS DEL FRACTURAMIENTO Y LA DEFORMACIN:

- Perforacin y Voladura (Efecto rompedor) - Cargas gravitacionales (Peso de la roca) - Filtracin de agua (Lavado del relleno de las aberturas)

5.- ESTABILIDAD DE UN TUNEL El concepto de estabilidad en un tnel implica que la excavacin tiene que preservar su forma, dimensiones y permanecer durante un periodo de tiempo definido en condiciones de plena operatividad. Se considera entonces que la excavacin es estable cuando, durante su uso, su periferia (con o sin sostenimiento) est sujeta a menores desplazamientos que los permitidos por motivos naturales.

El significado de inestabilidad est por tanto ntimamente relacionado con el uso de la excavacin, de tal manera que en excavaciones que van de tener una corta vida (como algunos frentes de explotacin en minera) no es trascendente que exista una completa estabilidad despus de un perodo corto de duracin. Pero en una excavacin para una central hidroelctrica o un tnel carretero, incluso una pequea inestabilidad es muy importante.

Tipos de rotura en diferentes macizos rocosos bajo diferentes niveles de tensin. Hoek et al. (1995)

ALTOS NIVELES DE TENSIN

En esta imagen se observa de color rojo Inestabilidad de roca color azul Altos niveles de tensin y color amarillo se muestra cadas de rocas.

Clasificacin del macizo rocoso

6.-Metodologa de ConstruccinAFRONTONAMIENTO DE TUNEL.El afrontonamiento se realiza en la entrada del tnel mediante mtodos de excavacin en superficie considerando una secuencia de arriba hacia abajo lo que permitir ir dejando los diferentes niveles sostenidos en lo referente al talud, utilizando anclajes (marchavantes) y concreto rociado (shotcrete) u otros elementos de proteccin y sostenimiento necesarios.

Metodologa de Construccin

Metodologa de Construccin 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 sern colocados en la bveda lo que permitir formar un escudo de proteccin en forma de abanico;

Metodologa de Construccin

Metodologa de Construccin

Metodologa de Construccin Como sostenimiento en la parte inicial del tnel se empleara marcos metlicos de perfil industrial tipo H de 4 x 4 en plancha de 8 mm. en todo el permetro de la seccin para contrarrestar los esfuerzos laterales y verticales. Este proceso de ejecucin se seguir hasta conseguir el contacto con la roca solida de acuerdo a la estimacin geotcnica

Metodologa de Construccin

7.- EXCAVACIN

EXCAVACIONES

FORMAS

TAMAOS

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 INCREMENTAN SU TAMAO

VIDA LIMITADA A LA DURACION DEL MINADO (TEMPORALES) EJEMPLOS: CRUCEROS DE ACCESO CHIMENEAS DE ACCESO ECHADEROS DE MINERAL VENTANAS DE CARGUIO

VIDA COMPARABLE O SUPERIOR A LA VIDA DE LA MINA EJEMPLOS: GALERIAS DE NIVEL RAMPAS PIQUES DUCTOS DE VENTILACION

Tneles principales

EXCAVACIN: Ciclo de Minado del tnel El tipo de excavacin que se aplica es por el mtodo de perforacin y voladura. Siendo su ciclo el siguiente: Marcacin topogrfica Perforacin. Carga y voladura Ventilacin Limpieza de escombros. Perfilado de la seccin. (desquinche) Sostenimiento dependiendo del tipo de roca.

EXCAVACIN

MARCACION TOPOGRAFICA.La marcacin topogrfica ser realizada para cada voladura lo que permitir tener un correcto alineamiento y control de la pendiente del tnel, especficamente en lo referente a la pendiente teniendo un especial cuidado en la construccin de la canaleta de drenaje.

EXCAVACIN PERFORACIN.La perforacin 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 perforacin irn variando de acuerdo con lo indicado en las plantillas de voladura.

EXCAVACIN VOLADURA CONVENCIONAL EN LA CORONA VOLADURA CONTROLADA EN LA CORONA

1 Ms 1 Ms 1 Ms 1 Ms 1 Ms 1 Ms 1 Ms

EXCAVACINVOLADURA CONVENCIONAL Seccin Usual sin voladura controlada

Seccin de Diseo

EXCAVACINVOLAVVOLADURA CONVENCIONAL VOLADURA CONTROLADA URA CONTROLADA

DISCO : INSTRUMENTO PARA MEDIR LOS PERFILES PERIMTRICOS EN CADA SECCIN, SIGUIENDO EL EJE DEL TNEL

EXCAVACIN CARGA Y VOLADURA.El explosivo a emplear en la excavacin del tnel ser de acuerdo a las caractersticas de roca a encontrar (segn plantilla de clculo). El mtodo de voladura que se emplea puede ser de precorte y la detonacin por tiempos, para lo cual se empleara retardadores antiestticos no elctricos 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 excavacin del tnel en forma segura y estable.

EXCAVACIN

EXCAVACIN

EXCAVACIN VENTILACIN.La ventilacin en el tnel es del tipo impelente o mixto y su aplicacin es mediante la utilizacin de los siguientes equipos y accesorios. VENTILADOR ELECTRICO AXIAL: de 2 etapas y caudal variable de acuerdo a las caractersticas del tnel (10 - 15 mil CFM), con motor elctrico dimetro de salida 24 -32 . DUCTOS DE VENTILACION: Los ductos a emplear sern del tipo rgido o termoplstico flexible de 24 -32 de diam. con uniones del tipo collarn de instalacin rpida. Estos ductos sern instalados de acuerdo con el avance del tnel y siempre estarn a 30 m. mximo del frente de trabajo.

EXCAVACIN

EXCAVACIN

Utilizacin de Ventiladores AuxiliaresTneles largos son desarrollados usando varios ventiladores en un sistema soplante-aspirante combinadoVent 130 p

Vent 2

Empalme D30 p

Frente

M o t o r

Ducto Rgido

QT

Vent 3

Manga

Ventiladores 1 y 2 de capacidades mayores que ventilador 3

EXCAVACINLIMPIEZA 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 evacuacin hasta los 150 m. se realiza utilizando el cargador de bajo perfil (scooptram) recogiendo el material del frontn y evacundolo hacia el portal donde ser acumulado para luego ser retirado a las zonas de botadero.

EXCAVACIN Eficiencia de scoop 3,5 yd 3

EXCAVACIN PERFILADO DE LA SECCIN .El perfilado de la seccin se realizara inmediatamente despus de haber ventilado el frontn se ejecuta en forma manual y con el mayor cuidado posible en ciertos casos ser necesario el empleo de pequeas cargas de explosivo (plastas) para cuadrar la seccin y poder aplicar el sostenimiento requerido al tramo.

8.- SOSTEMINIENTO SOSTENIMIENTO DE LA SECCIN.El sostenimiento del tnel 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

SOSTEMINIENTOPernos de anclaje de Diam. 1" y 2.20 m de largo anclados con resina de pega rpida, cartuchos de " cembolt" o inyeccin de mortero de cemento esto con el fin de tener todo el perno protegido contra la corrosin. Shotcrete va humeda con malla electrosoldada de alambre negro N 8 cocada de 10 x 10 cm. Marcos metlicos (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 sern colocados a una distancia entre 0.60 m. hasta 2.00m. segn se requieran.

PROYECTO CULMINADO

GRACIAS