2.1 analisis de pre-factibilidad de la construccion de túneles
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CONTROL DE ASIENTOS: ASUMIENDO EL RETO DE LA CONSTRUCCIÓN SUBTERRÁNEA EN LONDRES
Davor Simic
Dr. Ing. De Caminos. Ferrovial-Agromán
Prof. Universidad Politécnica de Madrid (ES)
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AEROPUERTO DE
HEATHROW OXFORD ST
TÚNELES AFECTANDO INFRAESTRUCTURAS DE
VALOR MUCHO MAYOR QUE LA PROPIA OBRA
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CONTROL DE ASIENTOS: PARÁMETROS OPERACIONALES DE LA
TBM QUE INFLUYEN EN EL ASIENTO
Attewell et al., 1986
Potts et al., 2001
PROBLEMA: RELACIÓN ENTRE LA PÉRDIDA DE SUELO VL Y LOS
PARÁMETROS OPERACIONALES DE LA TBM
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LA MAGNITUD DEL ASIENTO DEPENDE DEL FACTOR DE
SEGURIDAD N / NC
Pi
Pi
Pi
Pi incorpora los parámetros
operacionales de la TBM:
• Presión del frente
• Presión en torno al escudo
• Presión de inyección
oP
uC
Tensión total en el
eje del túnel
Resistencia al corte
de la arcilla
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FACTOR DE ESTABILIDAD CRÍTICO: NC
Nc
Gunn, Mair y Seneviratne (1980); Mair (1993); Macklin (1999)
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Pérdida de suelo VL en función de LF= N / NC (Mair 1989, Macklin 1999)
SOLUCIONES ANALITICAS DE ELASTOPLASTICIDAD PARA LA
MAGNITUD DEL ASIENTO
VL
%
LF= N / NC
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CONTROL DE ASIENTOS. EJEMPLOS 1-HEATHROW BAGGAGE TUNNEL
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PERFIL GEOTÉCNICO HEATHROW BAGGAGE TUNNEL
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1-HEATHROW BAGGAGE TUNNEL
TBM DE FRENTE ABIERTO
ANILLO REVESTIMIENTO: DOVELAS EXPANDIDAS
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1-HEATHROW BAGGAGE TUNNEL
FUENTE DEL ASIENTO: PÉRDIDA EN EL FRENTE
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1-HEATHROW BAGGAGE TUNNEL
LOS ASIENTOS MEDIDOS SE AJUSTAN BIEN CON LAS PREVISIONES DEL
MÉTODO ELASTOPLÁSTICO
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Crossrail se extiende118km desde Maidenhead
y Heathrow en el Oeste, a través de los nuevos
túneles gemelos de 21 km bajo el centro de
Londres hasta Shenfield y Abbey Wood en el
Este.
Crossrail incrementará en un 10% la capacidad
de la red ferroviaria de Londres
CONTROL DE ASIENTOS. EJEMPLOS
2-CROSSRAIL
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Crossrail: tramos de obras subterráneas
Contract C305 Contracts C300/C410/C435
* En rojo, obra subterránea
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Crossrail – C300/C410/C435
Contratos de construcción casi finalizados:
C300/410 Túneles y Estaciones: £500m
C435 Estación Farringdon: £210m
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Cavernas de estación, pozos e
inyecciones de compensación
en Bond Street and Tottenham
Court Road (Contrato C410)
Dos túneles de 7.1m de
diámetro, desde Royal
Oak hasta Farringdon
(Contrato C300)
22 emplazamientos en el Centro de Londres
Drive X -
6.4 km
2 TBMs
recovered Q4
2013
Contratos C300/C410 – Esquema
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Old Oak Common – Planta de dovelas
•16
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Emboquille en Royal Oak – montaje de las TBM
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Northfleet – Embarque del escombro del túnel
•18
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Estación Tottenham Court Road
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Cavernas de estación Pantallas
de pilotes
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Pozos de estación
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Tunnel Geology
La mayor parte del túnel se excava en la arcilla de Londres
PERFIL GEOLÓGICO DEL TRAZADO
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1 – Cutting wheel
2 – Muck chamber
3 – Face Pressure
4 – Propulsion Force
5 – Screw
6 – Erector
7 – Ring build
Grout volume & pressure
Belt weigher
Propulsion Rate mm/min
Torque cutting wheel
Control de asientos
Parámetros de operación de la TBM
MAYOR COMPLEJIDAD DE
PARÁMETROS OPERACIONALES
QUE INFLUYEN EN EL ASIENTO
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TBM 1 EPB: par motor TBM 1 EPB: báscula escombro
Control de asientos Parámetros de operación de la TBM
TBM 1 EPB: volumenes de inyección TBM 1 EPB: presión del frente
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0
0,25
0,5
0,75
1
1,25
1,5
-0,25
0
0,25
0,5
0,75
1
1,25
1,5
500 700 900 1100 1300 1500 1700
Tro
ug
h W
idth
Para
mete
r -
K
Vo
lum
e L
oss (
%))
WB Tunnel Chainage (m)
EPB TBM 1: Volumen y anchura de la cubeta de asientos
Volume Loss Specified Volume Loss Back Calculated K - Predicted K - Back Calculated
VL Control Zone VL Control
Zone 2
VL Control
Zone 3
VL Control
Zone 4
VL Control
Zone 5
Resumen del control de asientos
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LIMITACIONES DE LOS MODELOS ANALÍTICOS ELASTOPLASTICOS
NECESIDAD DE OTROS
MODELOS QUE SIMULEN
MEJOR LOS PARÁMETROS
OPERACIONALES DE LA
EPB
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Área especial de monitorización – Hyde Park/Bayswater Road
•27
TBM drive from
Paddington
TBM drive to
Bond Street
•LUL Central Line
tunnels beneath
Bayswater Road
Área especial de monitorización
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Precise levelling plan
•28
•SMPs
•X-Line
•SMPs
•Y-Line
•Rod Extensometers
•SMPs
•Z-Line
Área especial de monitorización 3 Secciones de hitos superficiales de asiento
•Reference datum at
deepest extensometer
anchor
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Área especial de monitorización – TBM1 presiones del frente
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Área especial de monitorización – TBM1 presiones de la inyección de cola
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-25
-20
-15
-10
-5
0
5
12
/11
/20
12
19
/11
/20
12
26
/11
/20
12
03
/12
/20
12
10
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/20
12
17
/12
/20
12
24
/12
/20
12
31
/12
/20
12
07
/01
/20
13
14
/01
/20
13
21
/01
/20
13
28
/01
/20
13
04
/02
/20
13
11
/02
/20
13
18
/02
/20
13
25
/02
/20
13
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/03
/20
13
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/03
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13
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25
/03
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13
01
/04
/20
13
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/04
/20
13
15
/04
/20
13
22
/04
/20
13
29
/04
/20
13
06
/05
/20
13
Gro
un
d m
ove
me
nt
(mm
) (-
ve =
se
ttle
me
nt)
YSMP1
YSMP2
YSMP3
YSMP4
YSMP5
YSMP6
YSMP7
YSMP8
YSMP9
YSMP10
YSMP11
YSMP12
YSMP12A
YSMP13A
YSMP14A
YSMP14
YSMP15
YSMP16
YSMP17
YSMP18
YSMP19
YSMP20
YSMP21
YSMP22
YSMP23
YSMP24
YSMP25
YSMP26
YSMP27
YSMP28
YSMP29
TBM1 (WB) – immediate settlement
TBM2 (EB) – immediate settlement
‘Rest’ period – Long-term settlement
Long-term – Long-term settlement
Evolución de los asientos en la Sección especial Y
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Desarrollo de herramienta numérica Simulación del túnel EPB
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RIGIDEZ DE LA ARCILLA DE LONDRES
La arcilla de Londres exhibe un comportamiento no lineal:
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Calibración de los modelos numéricos Perfiles de asiento longitudinal
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9 secciones de control“Green field” - Hyde Park
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Cubetas de asientos“green field” medidos en las secciones de control comparadas con los resultados
de los modelos numéricos
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CONCLUSIONES • El control de asientos es un objetivo primordial del proyecto de
túneles ejecutados en entorno urbano.
• Los modelos analíticos constituyen una aproximación suficiente en el caso de TBM de frente abierto
• Para el caso de TBM de frente cerrado se deben considerar los parámetros operacionales de la máquina mediante modelos numéricos que además tengan en cuenta la no-linealidad tensodeformacional del terreno.
• Deben calibrarse los modelos con asientos reales medidos durante la construcción, tal como hamos mostrado en el ejemplo del Tunel de Crossrail en el tramo bajo Hyde Park.
• Los modelos calibrados son una herramienta esencial para la predicción de asientos. En el caso de la arcilla de Londres, Ferrovial está utilizandolos con éxito en otros proyectos tales como la Northern Line Extension y el Thames Tideway Tunnel.