Aquí en Estados Unidos solíamos referirnos a la construcción de túneles mediante perforación y voladura como construcción de túneles “convencionales”, lo que supongo que deja a los túneles mediante tuneladoras u otros medios mecanizados como “no convencionales”.Sin embargo, con la evolución de la tecnología TBM, se vuelve cada vez más raro hacer túneles mediante perforación y voladura y, como tal, tal vez queramos pensar en cambiar la expresión y comenzar a referirnos a la excavación de túneles mediante perforación y voladura como “no convencional”. ” túneles.
La construcción de túneles mediante perforación y voladura sigue siendo el método más común en la industria minera subterránea, mientras que la construcción de túneles para proyectos de infraestructura se está convirtiendo cada vez más en túneles mecanizados mediante TBM u otros métodos.Sin embargo, en túneles cortos, para secciones transversales grandes, construcción de cavernas, cruces, pasajes transversales, pozos, compuertas, etc., la perforación y voladura es a menudo el único método posible.Mediante Drill and Blast también tenemos la posibilidad de ser más flexibles para adoptar diferentes perfiles en comparación con un túnel TBM que siempre proporciona una sección transversal circular, especialmente para túneles de carreteras, lo que resulta en mucha sobreexcavación en relación con la sección transversal real necesaria.
En los países nórdicos, donde la formación geológica de la construcción subterránea suele ser de granito y gneis sólidos y duros, lo que se presta para la minería de perforación y voladura de manera muy eficiente y económica.Por ejemplo, el sistema de metro de Estocolmo normalmente consiste en una superficie de roca expuesta construida con perforación y voladura y rociada con hormigón proyectado como revestimiento final sin ningún revestimiento moldeado in situ.
Actualmente se encuentra en construcción el proyecto de AECOM, la circunvalación de Estocolmo, que consta de 21 km (13 millas) de carretera de los cuales 18 km (11 millas) son subterráneos bajo el archipiélago occidental de Estocolmo (véase la figura 1). Estos túneles tienen secciones transversales variables. para acomodar tres carriles en cada dirección y se están construyendo rampas de entrada y salida que conectan con la superficie utilizando la técnica de perforación y voladura.Este tipo de proyectos sigue siendo competitivo como Perforación y Voladura debido a la buena geología y la necesidad de una sección transversal variable para adaptarse a los requisitos de espacio.Para este proyecto se han desarrollado varias rampas de acceso para dividir los largos túneles principales en múltiples tramos, lo que acortará el tiempo total de excavación del túnel.El soporte inicial del túnel consta de pernos para roca y concreto proyectado de 4” y el revestimiento final consiste en una membrana impermeabilizante y concreto proyectado de 4 pulgadas suspendido por pernos espaciados alrededor de 4 por 4 pies, instalado a 1 pie de la superficie de la roca revestida con concreto proyectado, actúa como barrera de agua y escarcha. aislamiento.
Noruega es aún más extrema cuando se trata de excavación de túneles mediante perforación y voladura y, a lo largo de los años, ha perfeccionado los métodos de perforación y voladura a la perfección.Dada la topografía muy montañosa de Noruega y los larguísimos fiordos que se adentran en el territorio, la necesidad de túneles bajo los fiordos tanto para autopistas como para ferrocarriles es de gran importancia y puede reducir considerablemente el tiempo de viaje.Noruega tiene más de 1.000 túneles de carretera, la mayor cantidad del mundo.Además, Noruega alberga innumerables centrales hidroeléctricas con túneles y pozos construidos por Drill and Blast.Durante el período de 2015 a 2018, solo en Noruega, se realizaron alrededor de 5,5 millones de años de excavación de roca subterránea mediante Drill and Blast.Los países nórdicos perfeccionaron la técnica de Drill and Blast y exploraron sus tecnologías y estado del arte en todo el mundo.Además, en Europa Central, especialmente en los países alpinos, la perforación y voladura sigue siendo un método competitivo en la construcción de túneles a pesar de la gran longitud de los túneles.La principal diferencia con los túneles nórdicos es que la mayoría de los túneles alpinos tienen un revestimiento final de hormigón moldeado in situ.
En el noreste de EE. UU. y en las regiones de las Montañas Rocosas existen condiciones similares a las de los países nórdicos, con rocas duras y competentes que permiten un uso económico de perforación y voladura.Algunos ejemplos incluyen el metro de la ciudad de Nueva York, el túnel Eisenhower en Colorado y el túnel del Monte McDonald en las Montañas Rocosas canadienses.
Proyectos de transporte recientes en Nueva York, como el recientemente terminado Metro de la Segunda Avenida o el proyecto East Side Access, han tenido una combinación de túneles minados con TBM con Station Caverns y otros espacios auxiliares realizados por Drill and Blast.
El uso de perforadoras jumbos ha evolucionado a lo largo de los años desde los primitivos taladros manuales o los jumbos de una pluma hasta los jumbos computarizados de pluma múltiple autoperforantes, donde los patrones de perforación se introducen en la computadora de a bordo, lo que permite una perforación rápida y de alta precisión hasta un nivel previo. -establecer un patrón de perforación calculado con precisión.(ver figura 2)
Los jumbos de perforación avanzados vienen totalmente automatizados o semiautomáticos;en el primero, una vez completado el orificio, la perforadora retrocede y se mueve automáticamente a la siguiente posición del orificio y comienza a perforar sin necesidad de posicionamiento por parte del operador;para los brazos semiautomáticos, el operador mueve la perforadora de un pozo a otro.Esto permite que un operador maneje de manera efectiva perforadoras gigantes con hasta tres brazos con el uso de la computadora de a bordo.(ver figura 3)
Con el desarrollo de Perforadores de Roca de 18, 22, 30 y hasta 40 kW de potencia de impacto y perforadores de alta frecuencia con alimentadores que sostienen varillas derivadoras de hasta 20' y el uso del Sistema automatizado de Adición de Varillas (RAS), el avance y velocidad La forma de perforación ha mejorado enormemente con velocidades de avance reales de hasta 18' por ronda y un hundimiento del pozo entre 8 y 12 pies/min, dependiendo del tipo de roca y de la perforadora utilizada.Una perforadora jumbo automatizada de 3 brazos puede perforar de 800 a 1200 pies/h con varillas flotantes de 20 pies.El uso de varillas perforadoras de 20 pies necesita un cierto tamaño mínimo de túnel (alrededor de 25 pies) para permitir que los pernos de roca se perforen perpendicularmente al eje del túnel usando el mismo equipo.
Un desarrollo reciente es el uso de jumbos multifuncionales suspendidos de la corona del túnel, lo que permite que se realicen múltiples funciones simultáneamente, como perforación y limpieza.El jumbo también se puede utilizar para instalar vigas de celosía y hormigón proyectado.Este enfoque superpone operaciones secuenciales en la construcción de túneles, lo que permite ahorrar tiempo en el cronograma.Ver figura 4.
El uso de emulsión a granel para cargar los pozos desde un camión de carga independiente, cuando se utiliza la perforadora jumbo para múltiples tramos, o como característica integrada en la perforadora jumbo cuando se excava un solo tramo, se está volviendo más común a menos que Existen restricciones locales para esta aplicación.Este método se utiliza comúnmente en varias zonas del mundo, pudiendo cargarse dos o tres agujeros al mismo tiempo;La concentración de la emulsión se puede ajustar dependiendo de qué agujeros se estén cargando.Los orificios cortados y los orificios inferiores normalmente se cargan con una concentración del 100%, mientras que los orificios de contorno se cargan con una concentración mucho más ligera de aproximadamente el 25%.(ver figura 5)
El uso de emulsión a granel necesita un refuerzo en forma de una barra de explosivos empaquetados (cebador) que junto con el detonador se inserta en el fondo de los pozos y es necesario para encender la emulsión a granel que se bombea al interior del pozo.El uso de emulsión a granel reduce el tiempo total de carga que los cartuchos tradicionales, donde se pueden cargar de 80 a 100 orificios/hora desde un camión de carga equipado con dos bombas de carga y cestas para una o dos personas para alcanzar la sección transversal completa.Ver Fig.6
El uso de cargadores de ruedas y camiones sigue siendo la forma más común de realizar la limpieza en combinación con perforación y voladura en túneles que tienen acceso a la superficie.En el caso del acceso a través de pozos, la estiércol se transportará principalmente mediante cargadora de ruedas hasta el pozo donde será izada a la superficie para su posterior transporte al área de disposición final.
Sin embargo, el uso de una trituradora en la cara del túnel para romper los trozos de roca más grandes y permitir su transferencia con una cinta transportadora para llevar el lodo a la superficie es otra innovación que se desarrolló en Europa Central, a menudo para túneles largos a través de los Alpes.Este método reduce en gran medida el tiempo de limpieza, especialmente en túneles largos, y elimina los camiones en el túnel, lo que a su vez mejora el entorno de trabajo y reduce la capacidad de ventilación necesaria.También libera la parte interior del túnel para obras de hormigón.Tiene una ventaja adicional si la roca es de tal calidad que puede usarse para la producción de agregados.En este caso, la roca triturada se puede procesar mínimamente para otros usos beneficiosos, como agregados de hormigón, lastre de vías o pavimento.Para reducir el tiempo desde la voladura hasta la aplicación del hormigón proyectado, en los casos en los que el tiempo de reposo puede ser un problema, se puede aplicar la capa inicial de hormigón proyectado en el techo antes de realizar el desescombrado.
Al excavar grandes secciones transversales en combinación con malas condiciones de la roca, el método de perforación y voladura nos brinda la posibilidad de dividir la cara en múltiples rumbos y aplicar el método de excavación secuencial (SEM) para la excavación.En SEM se suele utilizar un rumbo piloto central seguido de derivaciones laterales escalonadas en la construcción de túneles, como se puede ver en la Fig. 7 para la excavación del rumbo superior de la estación de 86th Street en el proyecto del Metro de la Segunda Avenida en Nueva York.El encabezado superior fue excavado en tres galerías, y luego fue seguido por dos excavaciones en banco para completar la sección transversal de la caverna de 60' de ancho por 50' de alto.
Para minimizar la intrusión de agua en el túnel durante la excavación, a menudo se utiliza lechada previa a la excavación.La inyección de lechada de la roca antes de la excavación es obligatoria en Escandinavia para cumplir con los requisitos ambientales relacionados con la fuga de agua hacia el túnel y minimizar el impacto de la construcción en el régimen hídrico en la superficie o cerca de ella.La inyección previa a la excavación se puede realizar para todo el túnel o para ciertas áreas donde la condición de la roca y el régimen de agua subterránea requieren inyección para reducir la intrusión de agua a una cantidad manejable, como en zonas de falla o cizalla.En la inyección selectiva previa a la excavación, se perforan de 4 a 6 orificios de sonda y, dependiendo del agua medida de los orificios de la sonda en relación con el activador de inyección establecido, la inyección se implementará utilizando cemento o lechadas químicas.
Normalmente, un ventilador de inyección previo a la excavación consta de 15 a 40 orificios (70 a 80 pies de largo) perforados delante del frente y inyectados antes de la excavación.El número de agujeros depende del tamaño del túnel y de la cantidad prevista de agua.Luego se realiza la excavación dejando una zona de seguridad de 15 a 20 pies más allá de la última ronda cuando se realiza el siguiente sondeo y la inyección de lechada previa a la excavación.El uso del sistema automatizado de adición de varillas (RAS), mencionado anteriormente, hace que sea sencillo y rápido perforar la sonda y los orificios de inyección con una capacidad de 300 a 400 pies/h.El requisito de inyección previa a la excavación es más factible y confiable cuando se utiliza el método de perforación y voladura en comparación con el uso de una tuneladora.
La seguridad en la construcción de túneles de perforación y voladura siempre ha sido una preocupación importante que requiere disposiciones especiales de medidas de seguridad.Además de los problemas de seguridad tradicionales en la construcción de túneles, la construcción mediante perforación y voladura, los riesgos en el frente, incluidos la perforación, la carga, el raspado, la limpieza, etc., agregan riesgos de seguridad adicionales que deben abordarse y planificarse.Con el avance de las tecnologías en técnicas de perforación y voladura y la aplicación de enfoques de mitigación de riesgos a los aspectos de seguridad, la seguridad en la construcción de túneles ha mejorado significativamente en los últimos años.Por ejemplo, con el uso de perforación jumbo automatizada con el patrón de perforación cargado en la computadora de a bordo, no hay necesidad de que nadie esté frente a la cabina de perforación jumbo, lo que reduce la exposición potencial de los trabajadores a peligros potenciales y aumenta así. su seguridad.
La mejor característica relacionada con la seguridad es probablemente el sistema automatizado de adición de varillas (RAS).Con este sistema, se utiliza principalmente para la perforación de pozos largos en relación con la inyección de lechada previa a la excavación y la perforación de pozos con sonda;la perforación de extensión se puede realizar de forma totalmente automática desde la cabina del operador y, como tal, elimina el riesgo de lesiones (especialmente lesiones en las manos);de lo contrario, la adición de varillas se hacía manualmente y los trabajadores quedaban expuestos a lesiones al agregar las varillas a mano.Vale la pena señalar que la Sociedad Noruega de Túneles (NNF) publicó en 2018 su publicación n.° 27 titulada “Seguridad en la construcción de túneles de perforación y voladura en Noruega”.La publicación aborda de manera sistemática medidas relacionadas con la gestión de la salud, la seguridad y el medio ambiente durante la construcción de túneles utilizando métodos de perforación y voladura y proporciona las mejores prácticas para los empleadores, los capataces y los trabajadores de la construcción de túneles.La publicación refleja los últimos avances en materia de seguridad en la construcción de perforación y voladura y se puede descargar de forma gratuita desde el sitio web de la Sociedad Noruega de Túneles: http://tunnel.no/publikasjoner/engelske-publikasjoner/
La perforación y voladura utilizadas con el concepto correcto, incluso para túneles largos, con la posibilidad de dividir la longitud en numerosos tramos, todavía puede ser una alternativa viable.Recientemente se han realizado avances significativos en equipos y materiales, lo que ha dado como resultado una mayor seguridad y una mayor eficiencia.Aunque la excavación mecanizada utilizando tuneladoras suele ser más favorable para túneles largos con una sección transversal constante, sin embargo, en caso de que se produzca una avería en la tuneladora que provoque una parada prolongada, todo el túnel se detendrá, mientras que en la operación de perforación y voladura con múltiples rumbos la La construcción aún puede avanzar incluso si una dirección tiene problemas técnicos.
Lars Jennemyr es un ingeniero experto en construcción de túneles en la oficina de AECOM de Nueva York.Tiene toda una vida de experiencia en proyectos subterráneos y de túneles en todo el mundo, incluidos el sudeste asiático, América del Sur, África, Canadá y Estados Unidos en proyectos de tránsito, agua e hidroelectricidad.Tiene una amplia experiencia en tunelería convencional y mecanizada.Su experiencia especial incluye la construcción de túneles de roca, la constructibilidad y la planificación de la construcción.Entre sus proyectos se encuentran: el Metro de la Segunda Avenida, estación 86th St. en Nueva York;la Ampliación de la Línea de Metro No. 7 en Nueva York;el Conector Regional y la Extensión de la Línea Púrpura en Los Ángeles;Citytunnel en Malmo, Suecia;el Proyecto Hidroeléctrico Kukule Ganga, Sri Lanka;Proyecto hidroeléctrico Uri en India;y el Plan Estratégico de Alcantarillado de Hong Kong.
Hora de publicación: 01-may-2020