Construcción de túneles: cómo los ingenieros de Silvertown rotaron la tuneladora más grande del Reino Unido

Jul 13, 2023

El proyecto Silvertown Tunnel en el este de Londres implica soluciones innovadoras para una variedad de desafíos logísticos y de ingeniería. Incluyen la rotación de una tuneladora de 1.800 t sobre patines de nitrógeno.

El Silvertown Tunnel de Transport for London (TfL) será el primer cruce de carreteras que se construirá bajo el río Támesis al este del Tower Bridge en más de 30 años.

El túnel de carretera de doble orificio de 1,4 km conectará Silvertown en Newham con la península de Greenwich. Cuando se inaugure en la primavera de 2025, se espera que el túnel mejore el transporte público a través del río y alivie la presión sobre el túnel Blackwall, que está crónicamente congestionado, más al oeste.

TfL adjudicó al consorcio Riverlinx, integrado por la filial de Ferrovial Cintra, Abrdn, Invesis, Macquarie Capital y SK Ecoplant, el contrato de diseño, construcción, financiación, operación y mantenimiento del túnel Silvertown en 2019.

Riverlinx Construction Joint Venture, una asociación entre Bam Nuttall, Ferrovial Construction y SK Ecoplant, está diseñando y construyendo el túnel.

El equipo de Riverlinx está utilizando la tuneladora (TBM) de mayor diámetro jamás empleada en el Reino Unido. TBM Jill pesa 1.800 t, tiene 82 m de largo y 11,9 m de diámetro. Una pequeña sección alrededor de las entradas del túnel se construirá en un túnel de corte y cubierta.

Jill ya completó la primera perforación, trabajando desde Newham hasta Greenwich.

Dado que el equipo está utilizando solo una tuneladora para construir ambas perforaciones, un gran desafío ha sido cómo hacer girar esta enorme máquina para su viaje de regreso a Newham.

Para agregar más complejidad, varias restricciones de derechos de tierra en Greenwich significaron que esta rotación tuvo que lograrse en un espacio muy reducido dentro de un pozo de acceso.

Riverlinx ha superado este problema con ingenio, diseñando y construyendo una cámara en Greenwich donde la tuneladora giraba en una cámara subterránea utilizando "patines de nitrógeno" y un complejo sistema de gatos hidráulicos.

La tuneladora en la cámara de rotación de Greenwich

Jill se lanzó desde el lado norte del río a principios de septiembre de 2022. Mientras la tuneladora se abría paso bajo el río desde Newham, se puso en marcha la construcción de la cámara de Greenwich. Aquí era donde la tuneladora abriría paso y luego sería relanzada para su viaje de 1,1 km de regreso al sitio de Silvertown.

La mayoría de los túneles de dos orificios utilizan dos tuneladoras o desmantelan una sola y la devuelven al punto de lanzamiento inicial para su segundo recorrido.

Pero el director de operaciones de Riverlinx, Borja Trashorras, explica que usar dos tuneladoras habría sido demasiado costoso, mientras que desmantelar y reconstruir una sola tuneladora podría llevar hasta cinco o seis meses. Además de esto, los activos existentes en los alrededores, como carreteras y servicios públicos, hicieron imposible construir una cámara más grande en el sitio de la península de Greenwich.

"Rotar la máquina fue, por lo tanto, la mejor solución desde la perspectiva de los costos y la perspectiva del programa", explica Trashorras. "Y al hacerlo, lo hemos hecho de la manera más innovadora que pudimos, de una manera que nunca antes se había hecho en el Reino Unido".

Como resultado, la empresa española Ayesa diseñó una cámara de forma ovalada que evitaría los servicios públicos existentes en el área y al mismo tiempo proporcionaría suficiente espacio para que la tuneladora girara 180˚ en piezas. Tiene 18m de canto desde la losa base hasta la superficie, 40m de largo desde el testero hasta el contrafrente y 39m de ancho. La cámara eventualmente tendrá dos aberturas: una para los túneles TBM hacia el norte y la otra para brindar acceso a la sección del túnel de corte y cubierta hacia el sur.

La construcción de los muros pantalla de la cámara implicó la instalación de 23 paneles que contenían un total de 6.580m3 de hormigón y 800t de acero de refuerzo y plástico reforzado con fibra de vidrio. Fue terminado por Bachy Soletanche en julio del año pasado.

Continúa Trashorras: "Como el pozo estaba en suelo permeable, tuvimos que instalar medidas de drenaje superficial para poder desaguar los acuíferos superior e intermedio, primero para conseguir una excavación en seco, y segundo, bajar el nivel del agua para poder construya la losa base en la parte inferior de la cámara de rotación.

"Una vez que terminamos el muro pantalla, instalamos los pozos de drenaje desde la superficie. Luego comenzamos el drenaje activo y luego comenzamos los trabajos de excavación".

Los trabajos de excavación, llevados a cabo con excavadoras bivalvas, duraron unas cuatro semanas y retiraron unos 30.000 m3 de escombros.

El equipo completó la losa base y el muro de hormigón (el ojo de hormigón armado que atraviesa la tuneladora) entre septiembre y enero.

La tuneladora sostenida por la cuna que descansa sobre los patines de nitrógeno

Una vez que TBM Jill irrumpió en la cámara de rotación de Greenwich en febrero, el equipo se enfrentó a la abrumadora tarea de dar la vuelta a la máquina.

El gerente de proyecto de Riverlinx para los túneles, Ivor Thomas, explica que esto tuvo que hacerse dividiendo la máquina en cuatro secciones, comenzando con el escudo de 1400 t y luego los tres pórticos de respaldo.

Para controlar la parte delantera de la máquina a medida que salía al pozo, el equipo usó un sistema de sujeción similar a una plataforma que se sujetaba a la parte inferior del mamparo de la tuneladora, detrás del cabezal de corte. Mientras la máquina avanzaba, el sistema de retención evitaba que avanzara demasiado rápido.

"Tenemos anillos de construcción de máquinas de 12 m [diámetro] detrás, por lo que una vez que hemos atravesado, no tenemos carga de restricción en la parte delantera", explica Thomas. "Por lo tanto, incluso esta máquina de 1.400 t tiene una tendencia a avanzar por sí sola cuando empuja los anillos detrás de ella".

Cuando el escudo salió limpio del túnel, se retiró de su pórtico contiguo.

Pero debido a que la tuneladora sube desde la base plana del túnel debajo del río con una pendiente del 4 %, aún estaba en ángulo una vez que salió del túnel, por lo que el equipo tuvo que colocarla lo más horizontal posible.

Esto primero involucró el uso de una gran banda de metal que atrapó el escudo cuando emergió del túnel. Los arietes hidráulicos se colocaron directamente debajo de esta banda y se usaron para levantar la parte trasera del escudo, de modo que quedara horizontal.

Cuando el escudo estaba completamente horizontal, se colocó debajo una cuna de acero sobre "patines de nitrógeno", un innovador sistema de pies hidráulicos con un faldón de goma. Se bombeó nitrógeno a la base de cada patín, se selló con el faldón de goma y se mantuvo a 250 bar.

Cuando la cuna estuvo lista para ser movida, el sistema hidráulico se apagó y los patines se hicieron flotar sobre el colchón de nitrógeno comprimido. Las placas de acero que se habían instalado en el piso de la cámara de rotación durante su construcción se engrasaron para facilitar el movimiento de los patines a medida que se giraba el escudo.

"Usamos nitrógeno porque está comúnmente disponible. Es inerte, no es venenoso, es más liviano que el aire y es altamente comprimible", explica Thomas.

Agrega que el sistema de patines de nitrógeno "se trata de romper la fricción entre las placas de acero y la máquina, no se trata de levantar la máquina".

Si bien la rotación de una máquina sobre patines de nitrógeno se ha hecho dos veces antes, una en París y otra en Stuttgart, esta es la primera vez que se utiliza la técnica en una máquina de este tamaño.

"Las máquinas se han rotado con aire antes", señala Thomas, "pero para rotar una máquina de este tamaño con aire comprimido, probablemente habríamos tenido que alquilar todos los compresores en el Reino Unido".

Luego, el equipo usó tiradores de cadena de aire controlados a distancia de 25 t anclados a la pared de la cámara de rotación para sacar el escudo y girarlo en etapas hasta que quedó mirando en la dirección opuesta. Ese proceso tomó un día. Luego se repitió con los pórticos de respaldo relativamente livianos que se colocaron detrás del escudo TBM.

El escudo de la tuneladora mirando hacia el norte después de haber sido girado dentro de la cámara de rotación

Para preparar la tuneladora para su viaje hacia el norte, el equipo está utilizando otra innovación inusual, denominada sistema de "lanzamiento volador".

"Con un lanzamiento normal, levantas un marco, construyes anillos y empujas la máquina", explica Thomas. "Pero el problema aquí es que el sistema llenaría nuestro fondo de boxes con anillos.

"Entonces, estamos usando un sistema de lanzamiento volador donde construimos el marco de propulsión muy cerca del ojo del túnel".

Luego, el escudo de la tuneladora se tira hacia el ojo del túnel utilizando un anillo de presión de acero, barras de tensión y gatos hidráulicos.

Como resultado del uso de este sistema, no se necesita un túnel temporal para iniciar la perforación. Debido a que este sistema requiere menos espacio, también es ideal para sitios restringidos.

"La idea es que nos lancemos y nos preparemos para perforar con un pórtico, conducir y luego girar los otros pórticos", explica Thomas.

Esto significa que después de que se volviera a colocar el primer pórtico en el escudo de la tuneladora, el equipo inició lo que se denomina un "lanzamiento umbilical", donde la mitad delantera de la máquina perforó 70 m iniciales del camino. Luego se agregaron a la máquina el segundo y tercer pórtico. Después de que todas las partes de la máquina se vuelvan a unir, la tuneladora se pondrá en "modo completo" y se lanzará oficialmente hacia el norte, lo que se espera que sea en junio.

Thomas atribuye el éxito de la operación de rotación a un "matrimonio de socios clave de la cadena de suministro", con Herrenknecht suministrando la tuneladora y las obras temporales. Max Wild participó en la rotación de la tuneladora, Mammoet suministró los servicios de elevación pesada y PHL Hydraulics suministró el equipo que se utilizó para el lanzamiento volador.

Como resultado de este enfoque colaborativo, el proyecto ha batido tres récords de construcción.

"Es la primera vez que se usa una máquina de este tamaño en el Reino Unido, es la primera vez que se rota una máquina de este tamaño usando patines de nitrógeno, y es la primera vez que se lanza una máquina de este tamaño usando el 'volador'". sistema de lanzamiento", señala Thomas.

Para agregar a esta lista, se tuvo que diseñar un sistema complejo para eliminar los escombros del túnel, ya que los escombros no se pueden eliminar de la cámara de rotación. En cambio, se retroalimentará a través de la primera perforación en un transportador y se transportará al lado norte del río, donde se cargará en barcazas y se llevará a un sitio de recuperación en el este de Londres.

Cuando el equipo comience a excavar túneles nuevamente este verano, enfrentará más desafíos, esta vez debido a las condiciones del terreno. De hecho, el suelo bajo el Támesis en la ruta del túnel es "tan complicado como parece al este de Canary Wharf", dice Thomas.

Es la cara mixta y el alto contenido de agua del suelo lo que hace que la construcción de túneles y la excavación sean particularmente difíciles en este punto del río, y la razón por la cual el ingeniero civil británico Ernest William Moir luchó tanto al construir el túnel Blackwall original debajo del Támesis en la década de 1890. comenta Tomás.

El equipo también debe enfrentarse a otros obstáculos, como evitar los pilotes del teleférico que pasa por encima del río y directamente sobre la alineación del túnel.

A diferencia del equipo de túneles de Blackwall de Moir, los ingenieros de Silvertown tienen a su disposición innovaciones modernas para hacer que las operaciones de excavación de túneles sean más fáciles y seguras.

Para superar los problemas de deshidratación, por ejemplo, han instalado unidades de sumidero en el túnel en su punto más bajo.

Thomas dice: "El punto bajo del túnel significa que el agua fluye hacia abajo. Debido a esto, estamos instalando 160 unidades prefabricadas de hormigón en la base de la sección media del túnel para formar un sumidero. Se atornillarán al revestimiento del túnel y luego lechada".

Las unidades de sumidero recogerán el agua de escorrentía que luego será bombeada fuera del túnel.

El equipo comenzó a instalar las unidades de hormigón prefabricado en la primera perforación en marzo mientras se realizaba la rotación para "robar tiempo en el programa", dice Thomas. Luego, el túnel se rellenará para llevarlo al nivel del pavimento, y se espera que todas las obras civiles principales dentro de la primera perforación se completen antes de que la tuneladora comience a excavar en modo completo la segunda perforación en junio.

El equipo también utilizará la congelación del suelo, lo que Thomas llama el "Rolls-Royce" de las opciones de tratamiento del suelo, en cuatro pasajes transversales del túnel. La técnica se utilizará para congelar los sedimentos saturados de agua del Grupo Lambeth para permitir que el equipo excave los pasajes transversales.

La congelación del suelo se llevará a cabo cuando ambas perforaciones estén completas para que el equipo pueda pasar las tuberías de congelación entre ellas.

Otra primicia en el Reino Unido, agrega Thomas, es que el equipo no apuntalará los pasajes transversales, sino que construirá todos los puntales temporales en los revestimientos de los pasajes transversales.

En cada extremo, también se han iniciado los trabajos de túneles de corte y cubierta para 600 m de caminos de acceso.

Los muros de las secciones de desmonte y cubierta se están construyendo con pilotes secantes. Los trabajos de excavación para la sección de corte y cubierta en Greenwich comenzaron en marzo y está previsto que finalicen este verano.

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