tuneles y metodos de excavacion

76
1 MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS Presente y futuro de las obras subterráneas en la minería e infraestructuras chilenas Santiago, 9 de Enero de 2008 M M é é todos constructivos para la todos constructivos para la excavaci excavaci ó ó n de t n de t ú ú neles en neles en suelos suelos Jos Jos é é Miguel Galera Fern Miguel Galera Fern á á ndez ndez Dr. Ingeniero de Minas Dr. Ingeniero de Minas Profesor Titular de la UPM de Madrid Profesor Titular de la UPM de Madrid Subdirector General de Geocontrol, S.A. Subdirector General de Geocontrol, S.A.

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Page 1: Tuneles y Metodos de Excavacion

1

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Presente y futuro de las obras subterráneas en la minería e infraestructuras chilenasSantiago, 9 de Enero de 2008

MMéétodos constructivos para la todos constructivos para la excavaciexcavacióón de tn de túúneles en neles en suelossuelos

JosJoséé Miguel Galera FernMiguel Galera Fernáándezndez

Dr. Ingeniero de MinasDr. Ingeniero de MinasProfesor Titular de la UPM de MadridProfesor Titular de la UPM de MadridSubdirector General de Geocontrol, S.A.Subdirector General de Geocontrol, S.A.

Page 2: Tuneles y Metodos de Excavacion

2

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Índice

I.- Clasificación de los métodos constructivos

II.- Criterios para la selección del método constructivo

III.- Métodos de cálculo

IV.- Ejemplos de aplicación

V.- Conclusiones

Page 3: Tuneles y Metodos de Excavacion

3

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

I. Clasificación de los métodos constructivos

Los métodos de construcción de túneles se pueden clasificar, básicamente en función de dos parámetros:

GRADO DE MECANIZACIÓN.

COMPORTAMIENTO TENSO-DEFORMACIONAL DE LA EXCAVACIÓN.

Page 4: Tuneles y Metodos de Excavacion

4

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS CONSTRUCTIVOS(Celada,2004)

ADECO

GALERÍAS DE CIMENTACIÓN

MÉTODO BELGA, ALEMÁN,…

N.M.A.

AVANCE Y DESTROZASECCIÓNCOMPLETA

PARCIAL(MÉTODOS CONVENCIONALES)

E.P.B.HIDRO

DOBLE-ESCUDOT.B.M.-ESCUDADA

TBMDOBLE-ESCUDO

TOTAL(TUNELADORAS)

DEFORMACIÓN INTENSA

DEFORMACIÓN MODERADAELÁSTICO

COMPORTAMIENTO DE LA EXCAVACIÓNGRADO DE

MECANIZACIÓN

Page 5: Tuneles y Metodos de Excavacion

5

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOSEscudo de Presión de Tierras utilizado en la Línea 9 del

Metro de Barcelona

Page 6: Tuneles y Metodos de Excavacion

6

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOSHidro-escudo de 14,2 m de diámetro que construyó el 4º Túnel bajo el Elba

Page 7: Tuneles y Metodos de Excavacion

7

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Procedimientos constructivos

Nuevo Método Austriaco

Ejecución de paraguas mediante equipos de perforación

Page 8: Tuneles y Metodos de Excavacion

8

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Método clásico de Madrid (Belga) Fases constructivas de túnelFases constructivas de túnel

Prolongación Línea 3 – Intercambiador de Moncloa FCC (Fuente: TYPSA Enero 2006)

DESMOLDAJE DE LA JUNTA DEL PASE DE BÓVEDA

DETALLE DE ROLLIZOS DE SOPORTE TEMPORAL INTEGRADOS EN LA BÓVEDA

Ensanche de bóveda y apuntalamiento de longarinas (túnel del eje aeropuerto)

Procedimientos constructivos

Page 9: Tuneles y Metodos de Excavacion

9

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Método clásico de Madrid (Belga)

Mina de avance y bóvedaMina de avance y bóveda

ENTIBACIÓN CUAJAD A (Tabla de A. Negro) RETACADO CON CUÑAS CONTRA LONGARINA APUNTALAD A

Prolongación Línea 3 –Intercambiador de Moncloa (Fuente: TYPSA Enero 2006)

EXCAVACION de MINA de AVANCE (1996)

Procedimientos constructivos

Page 10: Tuneles y Metodos de Excavacion

10

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Método clásico de Madrid (Belga) Esquema de avanceEsquema de avance

PUNTO DE INSERCIÓN PARA INYECCIONES DE CONTACTO Presión (0,2 –0,5 Bar en manómetro de salida de bomba)

Prolongación Línea 3 – Intercambiador de Moncloa FCC(Fuente: TYPSA Enero 2006)

“MAQUINARIA”

BÓVEDA HORMIGONADA Y DESTROZA CENTRAL

Túnel de María de Molina

Procedimientos constructivos

Page 11: Tuneles y Metodos de Excavacion

11

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOSMétodo belga (2)

Page 12: Tuneles y Metodos de Excavacion

12

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Método Alemán. Galerías sucesivas

Procedimientos constructivos

Page 13: Tuneles y Metodos de Excavacion

13

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOSMétodo alemán (1)

Page 14: Tuneles y Metodos de Excavacion

14

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Método alemán (2)

Método alemán (2)

Page 15: Tuneles y Metodos de Excavacion

15

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOSMétodo alemán (3)

Método alemán (3)

Page 16: Tuneles y Metodos de Excavacion

16

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

R9,

99

4,27

9,99

6,48

13,1

9

R8,46

1,0

5

0,75

6,72

5,20

PASSE D'AVANÇ : 1m

9,99

0,520,35

1,75

DEFINICIÓ DE LA SECCIÓ

4,27

3,78

A'

A

0,525,20

Método de las galerías de cimentación

Page 17: Tuneles y Metodos de Excavacion

17

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOSLínea 5 FMB. Estación de Vall d’Hebrón

Page 18: Tuneles y Metodos de Excavacion

18

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Método ADECO

Procedimientos constructivos

Page 19: Tuneles y Metodos de Excavacion

19

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOSCarro perforador para la ejecución de paraguasy del refuerzo del frente

Page 20: Tuneles y Metodos de Excavacion

20

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOSDetalle de colocación de la contrabóveda

a pocos metros del frente

Page 21: Tuneles y Metodos de Excavacion

21

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

II. Criterios para la selección del método constructivo

GeometrGeometríía (dimensiones y forma)a (dimensiones y forma)

LongitudLongitud

UbicaciUbicacióón (Urbano, edificaciones,n (Urbano, edificaciones,……))

Rendimiento (Plazo)Rendimiento (Plazo)

Respuesta del terreno (Respuesta del terreno (DeformDeform., ., aguaagua…….).)

Flexibilidad ante cambios del terrenoFlexibilidad ante cambios del terreno

Page 22: Tuneles y Metodos de Excavacion

22

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Métodos constructivos empleados a lo largo de los 4,5 km de la Central Artery (Boston)

Page 23: Tuneles y Metodos de Excavacion

23

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Riesgo de inestabilidades (Oteo, 2005)

Page 24: Tuneles y Metodos de Excavacion

24

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Teorías clásicas (Basados en formas de hundimiento Permiten encajar el orden de magnitud)

Modelos numéricos EF o DF (FLAC; PLAXIS, Z-SOIL, SIGMA,..2D-3D

Modelos de interacción (Convergencia-confinamiento)

Métodos empíricos

III.- Métodos de Cálculo

Page 25: Tuneles y Metodos de Excavacion

25

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Estabilidad de la sección

B

B+Ht=4R

Hd

Ht

Hipótesis de Terzaghi (1945)

Reparto de cargas del terreno según la figura

III.- Métodos de Cálculo

Page 26: Tuneles y Metodos de Excavacion

26

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Convergencia - confinamiento

Estabilidad de la sección

Presión radial

σi

Curva característica del sostenimiento

Curva característica del terreno

Tiempo

δf

σf

deformación (convergencia) radial

Rabcewick y Müller (1962); Hoek y Brown (1980)

Carranza-Torres (2003)

III.- Métodos de Cálculo

Page 27: Tuneles y Metodos de Excavacion

27

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Recomendaciones AFTES Grupo de trabajo 7

III.- Métodos de Cálculo

Page 28: Tuneles y Metodos de Excavacion

28

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Estabilidad de la sección

FLAC (Version 3 .40)

LE GE ND

1 7-Oct - 4 22:45 step 288 793 -5.000 E+ 00 < x< 2.000 E+ 01 3.000E + 01 <y < 5 .5 00E +0 1

X -dis pla cem ent con to urs -4.50E -02 -4.00E -02 -3.50E -02 -3.00E -02 -2.50E -02 -2.00E -02 -1.50E -02 -1.00E -02 -5.00E -03 0.0 0E +0 0

Con to ur i nterva l= 5.00 E-03Di spl ace ment vec to rsMax V ector = 4.67 5E -0 2

0 1 E -1 3.200

3.600

4.000

4.400

4.800

5.200

(* 10^1)

- 0.200 0. 200 0.600 1.000 1. 400 1.800( *10^1)

JOB T IT LE : x07-E NMG-09 -f27 .s av

T YP S A MA DRID

Modelización numérica

D.F. (FLAC) E.F. (PLAXIS, SIGMA, Z-SOIL... )

Planos, axisimétricos, 3D

Ley de resistencia lineal (Mohr-Coulomb suelos) o no lineal (Hoek-Brown) Módulos de deformación variables con el confinamiento (Cam-Clay) Coeficiente de reparto de tensiones Ko

(Difícil determinación -> análisis de sensibilidad )

III.- Métodos de Cálculo

Page 29: Tuneles y Metodos de Excavacion

29

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

En túneles excavados en suelos es fundamental comprobar la estabilidad del frente

Estabilidad del frente de excavación

III.- Métodos de Cálculo

Inestabilidad del frente en túnel somero

Page 30: Tuneles y Metodos de Excavacion

30

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Estabilidad del frente

III.- Métodos de Cálculo

Page 31: Tuneles y Metodos de Excavacion

31

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Mecanismo de colapso de cuñas y bloques en el frente (Tamez, 1997)

Equilibrio de momentos respecto al eje BB

Estabilidad del frente

III.- Métodos de Cálculo

Page 32: Tuneles y Metodos de Excavacion

32

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Método de los conos de colapso a 180º .Círculos y espirales logarítmicas (M. Melis, 2005 ROP Sep 2005 )

Estabilidad del frente

III.- Métodos de Cálculo

Page 33: Tuneles y Metodos de Excavacion

33

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Cálculos tenso-deformacionales (FLAC, PLAXIS, SIGMA, Z-SOIL ...)

FLAC (Version 3.40)

LEGEND

17-Oct- 4 22:45 step 288793 -5.000E+00 <x< 2.000E+01 3.000E+01 <y< 5.500E+01

X-displacement contours -4.50E-02 -4.00E-02 -3.50E-02 -3.00E-02 -2.50E-02 -2.00E-02 -1.50E-02 -1.00E-02 -5.00E-03 0.00E+00

Contour interval= 5.00E-03Displacement vectorsMax Vector = 4.675E-02

0 1E -1 3.200

3.600

4.000

4.400

4.800

5.200

(*10^1)

-0.200 0.200 0.600 1.000 1.400 1.80 0(* 10^1)

JOB TITLE : x07-ENMG-09-f27.sav

TYPSA MADRID

Estabilidad del frente

III.- Métodos de Cálculo

Page 34: Tuneles y Metodos de Excavacion

34

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

IV. Ejemplos

1.- Línea 5 FMB – Estación de Val d’ Hebrón.2.- Línea 3 FMB – Cruce bajo ATLL.3.- Ronda Oeste de Córdoba.4.- Túneles de San Cristóbal. Eje C2S.5.- Metros de Málaga y Sevilla.

Page 35: Tuneles y Metodos de Excavacion

35

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

1.- Línea 5 FMB – Estación de Val d’ Hebrón

Estación de Metro y telescopio de conexión con el túnel de línea.Anchura de excavación de 20 m, bajo las cocheras existentes de Sant Genís.La excavación se realizó íntegramente en sauló (maicillo totalmente descompuesto a arenas).Para minimizar la subsidencia se optó por el método de las galerías de cimentación.

Page 36: Tuneles y Metodos de Excavacion

36

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

C4

C3

C2

C1

COCHERAS D ESANT GENÍS

ESTA CIÓVALL D’H EBRÓN

D E LA LINIA 5

Línea 5: Planta de las cocheras de Sant Genís

Page 37: Tuneles y Metodos de Excavacion

37

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

R9,9

9

4,279,99

6,48

13,1

9

R 8,46

1,05

0,75

6,72

5,20

PASSE D'AVANÇ : 1m

9,990,520,

35

1,75

DEFINICIÓ DE LA SECCIÓ

4,27

3,78

A'

A

0,525,20

Características geométricas de la estación Vall d’Hebrón de la Línea 5

Page 38: Tuneles y Metodos de Excavacion

38

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Detalle del mallado de la caverna de la estación de Vall d’Hebrón, de la Línea 5

FLAC3D 2.10

GEOCONTROL S.A.MADRID, SPAIN

Step 201544 Model Perspective10:08:11 Wed May 26 2004

Center: X: -7.986e+000 Y: 5.329e+001 Z: 7.179e+000

Rotation: X: 10.000 Y: 0.000 Z: 20.000

Dist: 6.130e+002 Mag.: 7.45Ang.: 22.500

Plane Origin: X: 0.000e+000 Y: 5.800e+001 Z: 0.000e+000

Plane Normal: X: 0.000e+000 Y: 1.000e+000 Z: 0.000e+000

Block Model: Mechanical Plane: on behind

elasticmohr

BÓVEDA

DESTROZA

GALERÍAS DECIMENTACIÓN

Page 39: Tuneles y Metodos de Excavacion

39

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

FLAC3D 2.10

GEOCONTROL, S.A.MADRID

Step 8167 Model Perspective11:36:14 Wed Oct 13 2004

Center: X: 0.000e+000 Y: 3.000e-001 Z: 2.568e+000

Rotation: X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000

Dist: 8.298e+002 Mag.: 14.6Ang.: 22.500

Sketch Magfac = 0.000e+000 Linestyle

Block Grouprocasost_f_1rell_latrell_lat+sost_f_1sost_bov_1sost_bov_2sol_gal_latrevestimientorev+sost_f_1exc_gal_latavancesost_f_1+contrabovedacontrabovedadestroza

II

I’IIII

Fases constructivas del método de GALERÍAS DE CIMENTACIÓN

Page 40: Tuneles y Metodos de Excavacion

40

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOSVista de los elementos que simulan las obras de la Línea 5 y la estructura de las cocheras de

Sant Genís

FLAC3D 2.10

GEOCONTROL S.A.MADRID, SPAIN

Step 201544 Model Perspective10:35:58 Thu May 20 2004

Center: X: 7.151e+000 Y: 6.600e+001 Z: 1.124e+001

Rotation: X: 40.000 Y: 0.000 Z: 50.000

Dist: 6.130e+002 Mag.: 1.95Ang.: 22.500

Block Groupsostcbpatasostelecocherafincentroavancegaleriasosttunsostgal1sostgal2sostele2reves

Page 41: Tuneles y Metodos de Excavacion

41

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOSDistribución de los desplazamientos verticales, en el entorno del telescopio y de la estación de Vall

d’Hebrón, tras la construcción de la bóveda

FLAC3D 2.10

GEOCONTROL S.A.MADRID SPAIN

Step 201544 Model Perspective12:53:22 Wed May 19 2004

Center: X: 1.431e+000 Y: 6.083e+001 Z: 9.488e+000

Rotation: X: 10.000 Y: 0.000 Z: 60.000

Dist: 6.339e+002 Mag.: 5.96Ang.: 22.500

Plane Origin: X: 0.000e+000 Y: 0.000e+000 Z: 0.000e+000

Plane Normal: X: 1.000e+000 Y: 0.000e+000 Z: 0.000e+000

Contour of Z-Displacement Plane: on behind Magfac = 0.000e+000

-1.0758e-001 to -1.0000e-001-1.0000e-001 to -9.0000e-002-9.0000e-002 to -8.0000e-002-8.0000e-002 to -7.0000e-002-7.0000e-002 to -6.0000e-002-6.0000e-002 to -5.0000e-002-5.0000e-002 to -4.0000e-002-4.0000e-002 to -3.0000e-002-3.0000e-002 to -2.0000e-002-2.0000e-002 to -1.0000e-002-1.0000e-002 to 0.0000e+000 0.0000e+000 to 1.0000e-002 1.0000e-002 to 2.0000e-002

Page 42: Tuneles y Metodos de Excavacion

42

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Subsidencia de las cocheras, tras la construcción de la bóveda de la estación

FLAC3D 2.10

GEOCONTROL S.A.MADRID, SPAIN

Step 201544 Model Perspective12:51:39 Wed May 19 2004

Center: X: 1.462e+001 Y: 5.935e+001 Z: 7.583e+000

Rotation: X: 50.000 Y: 0.000 Z: 40.000

Dist: 6.541e+002 Mag.: 2.44Ang.: 22.500

Plane Origin: X: 0.000e+000 Y: 0.000e+000 Z: 1.900e+001

Plane Normal: X: 0.000e+000 Y: 0.000e+000 Z: 1.000e+000

Block Grouppatasostelesostgal1sostgal2sostele2

Contour of Z-Displacement Plane: on behind Magfac = 0.000e+000

-4.3017e-002 to -4.0000e-002-4.0000e-002 to -3.5000e-002-3.5000e-002 to -3.0000e-002-3.0000e-002 to -2.5000e-002-2.5000e-002 to -2.0000e-002-2.0000e-002 to -1.5000e-002

Page 43: Tuneles y Metodos de Excavacion

43

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

M1 M2 M3 M4TÚNEL DE LÍNEA GALERÍAS DE CIMENTACIÓN

Subsidencia máxima calculada en un perfil situado 20 m al Sur del eje del Túnel de la Línea 5

Page 44: Tuneles y Metodos de Excavacion

44

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

2.- Línea 3 FMB – Cruce bajo ATLL

El túnel de línea del metro se sitúa 6 m bajo el túnel de suministro de agua a Barcelona, excavado en en suelos cuaternarios (“tricicle”-arcillas y limos).El túnel de excavó en el contacto entre maicillo y granito fuertemente meteorizado.Tras su comprobación se excavó en avance y destroza, empleando pata de elefante y bajo paraguas pesado de protección. Se construyó una viga de apoyó para los marcos metálicos.

Page 45: Tuneles y Metodos de Excavacion

45

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Sostenimiento y revestimiento del túnel Detalle de la excavación del túnel

Page 46: Tuneles y Metodos de Excavacion

46

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Se realizó un pozo para prever inyecciones de compensación

Paso bajo ATLL

Page 47: Tuneles y Metodos de Excavacion

47

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOSPerfil geológico-geotécnico longitudinal del túnel de metro

Page 48: Tuneles y Metodos de Excavacion

48

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOSLa sección se instrumentó de forma extensiva para controlar las deformaciones al túnel existente

Page 49: Tuneles y Metodos de Excavacion

49

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

FLAC3D 2.00

Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USA

Step 2770 Model Perspective17:20:43 Fri Sep 29 2000

Center: X: 0.000e+000 Y: 4.000e+001 Z: 4.885e+000

Rotation: X: 30.000 Y: 0.000 Z: 40.000

Dist: 3.165e+002 Mag.: 0.9Ang.: 22.500

Block Groupterrenojetgroutingcontraboveda2hastialdestrozacontraboveda1nucleosostenim3atllsost

Modelo tridimensional de cálculo

Geocontrol, S.A.Madrid

Page 50: Tuneles y Metodos de Excavacion

50

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

FLAC3D 2.00

Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USA

Step 14224 Model Perspective12:42:59 Fri Sep 29 2000

Center: X: 0.000e+000 Y: 4.000e+001 Z: 4.885e+000

Rotation: X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000

Dist: 3.204e+002 Mag.: 5.96Ang.: 22.500

Plane Origin: X: 0.000e+000 Y: 4.010e+001 Z: 0.000e+000

Plane Orientation: Dip: 90.000 DD: 0.000

Block Group Plane: on behind

terrenojetgroutingcontraboveda2hastialdestrozacontraboveda1nucleosostenim3atllsost

Modelo de cálculo. Detalle de la geometría del túnel y de la tubería de A.T.LL.

Geocontrol, S.A.Madrid

Page 51: Tuneles y Metodos de Excavacion

51

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

FLAC3D 2.00

Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USA

Step 14224 Model Perspective16:54:54 Fri Sep 29 2000

Center: X: 2.857e+000 Y: 3.950e+001 Z: 4.885e+000

Rotation: X: 22.500 Y: 0.000 Z: 10.000

Dist: 3.165e+002 Mag.: 1.56Ang.: 22.500

Contour of Z-Displacement-2.2000e-002 to -1.8000e-002-1.8000e-002 to -1.6000e-002-1.6000e-002 to -1.4000e-002-1.4000e-002 to -1.2000e-002-1.2000e-002 to -1.0000e-002-1.0000e-002 to -8.0000e-003-8.0000e-003 to -6.0000e-003-6.0000e-003 to -4.0000e-003-4.0000e-003 to -2.0000e-003-2.0000e-003 to 0.0000e+000 0.0000e+000 to 0.0000e+000

Interval = 2.0e-003

Resultados de los cálculos en 3D. Asientos inducidos en el túnel existente

Geocontrol, S.A.Madrid

Page 52: Tuneles y Metodos de Excavacion

52

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Pero el 90% se sitúa a menos de 5 m del túnel

DEFORMACIÓN VERTICAL TOTAL: < 1 mm

DEFORMACIÓN MÁXIMA: 2,8 mm

EXTENSÓMETRO E10C

Page 53: Tuneles y Metodos de Excavacion

53

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

3.- Ronda Oeste de Córdoba

Túnel de autopista a excavar en gravas sueltas, bajo las vías de la Línea de Alta Velocidad Madrid-Sevilla, en Córdoba.

La rasante se sitúa bajo la napa.

Se optó por un cajón empujado.

Page 54: Tuneles y Metodos de Excavacion

54

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Situación

El tramo estudiado forma parte de la Ronda Oeste de Córdoba entre la carretera del Aeropuerto y la glorieta de Vereda de Trassiera.

En este tramo destaca la necesidad de sendos túneles bajo las vías del ferrocarril a Sevilla y Málaga

Page 55: Tuneles y Metodos de Excavacion

55

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Antecedentes

El soterramiento y depresión de las vías AVE tuvieron una apreciable dificultad constructiva, por problemas de índole hidrogeológica.

La necesidad de pasar la ronda bajo las vías del ferrocarril implicaba, a priori, un importante riesgo geotécnico que debía ser acotado.

Page 56: Tuneles y Metodos de Excavacion

56

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Caracterización Geomecánica

Page 57: Tuneles y Metodos de Excavacion

57

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

- Ensayo previo con caudal escalonado(0,2-14 l/s).

- 5,4 l/s.

- 44 hr bombeo.

- 9 hr recuperación

Caracterización hidrogeológica

TRANSMISIVIDAD COEF. DE ALMACENAMIENTO ESQUEMA DE

INTERPRETACIÓN PARÁMETRO (m2/d)

VARIANZA DE ESTIMACIÓN

PARÁMETRO (%)

VARIANZA DE ESTIMACIÓN

Zona Inmediata 775 3,8.10-6 3,3 3,6.10-6

Zona Cercana 670 1,7.10-5 1,0 1,7.10-7

Zona Lejana 670 5,4.10-4 10,9 1,3.10-5

Page 58: Tuneles y Metodos de Excavacion

58

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Caracterización hidrogeológica

Interpretación: Zona Inmediata - PB

0,0E+00

2,0E-01

4,0E-01

6,0E-01

8,0E-01

1,0E+00

1,2E+00

0,0E+00 5,0E+02 1,0E+03 1,5E+03 2,0E+03 2,5E+03 3,0E+03 3,5E+03

Tiempo (minutos)

Descenso medido Descenso calculado

Curvas de descensos. Pozo de bombeo. Zona Inmediata

Interpretación: Zona Inmediata - SB

-5,0E-02

0,0E+00

5,0E-02

1,0E-01

1,5E-01

2,0E-01

2,5E-01

3,0E-01

3,5E-01

0,0E+00 5,0E+02 1,0E+03 1,5E+03 2,0E+03 2,5E+03 3,0E+03 3,5E+03

Tiempo (minutos)

Des

cens

o (m

)

Descenso medido Descenso calculado

Curvas de descensos. Pozo de observación S-B. Zona Inmediata.

Interpretación: Zona Inmediata - P-8

-5,0E-02

0,0E+00

5,0E-02

1,0E-01

1,5E-01

2,0E-01

2,5E-01

3,0E-01

0,0E+00 5,0E+02 1,0E+03 1,5E+03 2,0E+03 2,5E+03 3,0E+03 3,5E+03

Tiempo (minutos)

Descenso medido Descenso calculado

Curvas de descenso. Pozo de observación P-8.

Zona Inmediata.

Interpretación: Zona Cercana - P-1

0,0E+00

5,0E-02

1,0E-01

1,5E-01

2,0E-01

2,5E-01

0,0E+00 5,0E+02 1,0E+03 1,5E+03 2,0E+03 2,5E+03 3,0E+03 3,5E+03

Tiempo (minutos)

Des

cens

o (m

)

Descenso medido Descenso calculado

Curvas de descensos. Pozo de observación P-1. Zona

Cercana

Caracterización hidrogeológica

Page 59: Tuneles y Metodos de Excavacion

59

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Caracterización geomecánica e hidrogeológica

Isolíneas e isopiezas en el entorno de la ejecución

del paso inferior

Isopiezas. Entorno próximo al pasoinferior

Mapa de isopiezas para la modelización hidromecánica

Page 60: Tuneles y Metodos de Excavacion

60

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Modelización numérica (1 de 3)

• ObjetivoPrevisión de asientos máximos.Estimación de caudales.

• Geometría

FLAC3D 2.10

I tasca Consulting Group, Inc .Minneapolis, MN USA

S tep 235107 Model Perspec tive11:43:20 Mon Jul 29 2002

Center: X: 1.637e+002 Y: 4.722e+002 Z: -1.588e+001

Rotation: X: 50.000 Y: 0.000 Z: 20.000

Dist: 1.352e+004 Mag.: 22.7A ng. : 22.500

Block Property bulk5.500000e+0076.600000e+0071.660000e+0081.500000e+010

FLAC3D 2.10

I tasca Consulting Group, Inc .Minneapolis, MN USA

S tep 1125189 Model Perspective15:10:33 Thu Aug 22 2002

Center: X: 2.397e+002 Y: 4.345e+002 Z: 1.356e+001

Rotation: X: 30.000 Y: 0.000 Z: 30.000

Dist: 1.720e+004 Mag.: 1.25A ng. : 22.500

Techo gravas Magfac = 2.000e+001 Exaggerated Grid Dis tortion

-3.8041e+001 to -3.0000e+001-3.0000e+001 to -2.5000e+001-2.5000e+001 to -2.0000e+001-2.0000e+001 to -1.5000e+001-1.5000e+001 to -1.0000e+001-1.0000e+001 to -5.0000e+000-5.0000e+000 to 0. 0000e+000 0.0000e+000 to 5.0000e+000 5.0000e+000 to 1.0000e+001 1.0000e+001 to 1.5000e+001 1.5000e+001 to 2.0000e+001 2.0000e+001 to 2.4000e+001

Interval = 5. 0e+000

Mallado de cálculo. Distribución de materiales Modelización del techo de gravas

Geocontrol, S.A.Madrid

Geocontrol, S.A.Madrid

Page 61: Tuneles y Metodos de Excavacion

61

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Modelización numérica (2 de 3)

•• Fases de cFases de cáálculolculoZanjas para la monta de las dos hincas (7 dZanjas para la monta de las dos hincas (7 díías)as)Avance secuencial de la hinca (1m/dAvance secuencial de la hinca (1m/díía)a)

FLAC3D 2.10

Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USA

Step 1200789 Model Perspective15:55:08 Thu Aug 22 2002

Center: X: 1.458e+002 Y: 4.760e+002 Z: -7.781e+000

Rotation: X: 20.000 Y: 0.000 Z: 10.000

Dist : 1.720e+004 M ag.: 87Ang.: 22.500

Plane Origin: X: 1.700e+002 Y: 4.430e+002 Z: 0.000e+000

P lane Normal: X: -3.907e-001 Y: 9.205e-001 Z: 6.123e-017

Block Density Plane: on behind

1.580000e+0031.721000e+0031.830000e+0032.500000e+003

FLAC3D 2.10

Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis , M N USA

Step 1263189 Model Perspective15:42:25 Thu Aug 22 2002

Center: X: 1.713e+002 Y: 4.645e+002 Z: 6.078e+000

Rotation: X: 10.000 Y: 0.000 Z: 290.000

Dist : 1.720e+004 Mag.: 55.7Ang.: 22.500

Plane Origin: X: 1.700e+002 Y: 4.430e+002 Z: 0.000e+000

Plane Orientation: Dip: 90.000 DD: 337.000

Block Density Plane: on behind

1.580000e+0031.721000e+0031.830000e+0032.500000e+003

Situación intermedia de la hinca Sur Situación final de ambas hincas

Geocontrol, S.A.Madrid

Geocontrol, S.A.Madrid

Page 62: Tuneles y Metodos de Excavacion

62

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Modelización numérica (3 de 3)

•• Resultados obtenidosResultados obtenidosAsientos: asiento mAsientos: asiento mááximo en la zanja: ximo en la zanja: ∼∼ 3 cm.3 cm.Caudal: flujo transitorio: de 0,16 mCaudal: flujo transitorio: de 0,16 m33/s a 0,01 m/s a 0,01 m33/s en 10 d/s en 10 dííasas

FLAC3D 2.10

Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USA

Step 1132587 Model Perspective16:48:34 Thu Aug 22 2002

Center: X: 1.999e+002 Y: 4.739e+002 Z: 9.987e+000

Rotation: X: 90.000 Y: 0.000 Z : 0.000

Dist: 1.720e+004 M ag.: 28.5Ang.: 22.500

Contour of Z-Displa cement Magfac = 0.000e+000

- 2.8596e- 003 to -2.5000e-003- 2.5000e- 003 to -2.2500e-003- 2.2500e- 003 to -2.0000e-003- 2.0000e- 003 to -1.7500e-003- 1.7500e- 003 to -1.5000e-003- 1.5000e- 003 to -1.2500e-003- 1.2500e- 003 to -1.0000e-003- 1.0000e- 003 to -7.5000e-004- 7.5000e- 004 to -5.0000e-004- 5.0000e- 004 to -2.5000e-004- 2.5000e- 004 to 0.0000e+000 0.0000e+000 to 0.0000e+000

Interval = 2.5e-004

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

0 10 20 30 40 50 60 Tiempo (días)

Caud

al (m

3/se

g)

Cubeta de asientos inducidos en el terrenopor rebajamiento de la napa. Geometría

detallada

Monitorización numérica del caudal entrante en ambas zanjas

Monitorización numérica del caudal entrante en cada una de las hincas

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

0 10 20 30 40 50 60Tiempo (días)

Caud

al (m

3/se

g)

Ge oc ontrol , S.A.Madrid

Page 63: Tuneles y Metodos de Excavacion

63

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

4.- Túneles de San Cristóbal (Eje C2S)

En el sector del Portal Sur se afectó una remoción en masa.El corte frontal se reforzó con un “soil nailing”.La excavación se realizó a sección completa (18 m de anchura) con machón central y contrabóveda pegada al frente.Se excavaron 110 m con un avance promedio de 31 m/mes.

Page 64: Tuneles y Metodos de Excavacion

64

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Sección funcional del Eje C2. Túneles de San Cristóbal.

Page 65: Tuneles y Metodos de Excavacion

Perfil Geotécnico (Portal S)

Page 66: Tuneles y Metodos de Excavacion

66

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Page 67: Tuneles y Metodos de Excavacion

67

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Eje C2S.- Frente de excavación

Page 68: Tuneles y Metodos de Excavacion

68

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOSEje C2S.- Convergencia horizontal

De form ación Horizontal " bconvergencia Hz

-10- 9- 8-7- 6-5- 4- 3- 2-101

-25-23-21-19-17-15-13-11-9-7-5-3-113

Page 69: Tuneles y Metodos de Excavacion

69

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

5.- Metros de Málaga y Sevilla

En ambos casos se ha adoptado una tuneladora tipo EPB de 7 m de diámetro.En el subsuelo de Málaga predominan las arcillas, resultando claramente más indicada una EPB.En el subsuelo de Sevilla predominan las gravas sueltas bajo napa, si bien dependiendo de la profundidad de la rasante aparecen niveles arcillosos.

Page 70: Tuneles y Metodos de Excavacion

70

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOSLínea 1

Page 71: Tuneles y Metodos de Excavacion

71

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Previsión de acondicionamiento del terreno de la Línea 1 del Metro de Málaga

Page 72: Tuneles y Metodos de Excavacion

72

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Evaluación de la posibilidad de realizar la excavación con un Hidro-escudo

Page 73: Tuneles y Metodos de Excavacion

73

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Excavación mecánica de túneles con tuneladora

José Miguel Galera Fernández. Geocontrol, S.A.Perfil geológico-geotécnico del Anteproyecto de la Línea 1 del Metro de Sevilla

Page 74: Tuneles y Metodos de Excavacion

74

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Excavación mecánica de túneles con tuneladora

José Miguel Galera Fernández. Geocontrol, S.A.

Excavación mecánica de túneles con tuneladora

Page 75: Tuneles y Metodos de Excavacion

75

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

Excavación mecánica de túneles con tuneladora

José Miguel Galera Fernández. Geocontrol, S.A.

Excavación mecánica de túneles con tuneladora

Page 76: Tuneles y Metodos de Excavacion

76

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS PARA LA EXCAVACIÓN EN TÚNELES EN SUELOS

V. Conclusiones

Los métodos de excavación se clasifican según su grado de mecanización y, sobre todo, según la previsión de plastificación del terreno.La selección de uno u otro método ha de considerar numerosos criterios (funcionales, riesgo geotécnico aceptable, etc).En los cálculos de diseño es indispensable valorar la estabilidad del frente.Resulta conveniente adoptar una adecuada instrumentación y monitoreo de las deformaciones inducidas en el terreno.