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TÚNEL DE VIGO DAS MACEIRAS EJECUCIÓN DE TÚNELES EN ÁMBITO URBANO
PEDRO ÁNGEL MURILLO GARCÍA Ingeniero de Caminos Canales y Puertos del Estado
Dirección General de Ferrocarriles (Ministerio de Fomento)
1 Antecedentes.
El Ministerio de Fomento, a través de la plena colaboración entre la Dirección General de Ferrocarriles (DGF) y el Administrador de Infraestructuras Ferroviarias (ADIF), está realizando las obras de construcción del Eje Atlántico de Alta Velocidad. Esta nueva línea será la columna vertebral del transporte ferroviario en Galicia, que se potencia con la conexión a La Línea de Alta Velocidad Madrid – Galicia a través de Ourense.
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Figura 1 Líneas ferroviaria Eje Atlántico y Alta Velocidad Madrid ‐ Galicia
Su puesta en servicio permitirá conectar las ciudades de Vigo y A Coruña en algo más de 1 hora, frente a las más de 2 horas y media que eran necesarias al comienzo de las obras, y a las cerca de 2 horas actuales.
Este gran ahorro en el tiempo de viaje está siendo posible gracias al aumento de la velocidad de explotación y a una notable reducción de la longitud del trazado, pasando de los más de 175 km iniciales a solo 155, gracias a que casi el 50% se desarrollará en túnel o viaducto.
La obra subterránea más singular es el túnel de entrada a Vigo que atraviesa el Monte de A Madroa.
Todo comenzó con la firma en el año 2000 del Convenio de Colaboración entre el Ministerio de Fomento, La Xunta de Galicia y la RENFE para la Mejora de la Red Ferroviaria Interior de Galicia. Dentro del ámbito espacial del Convenio se incluía el Eje Atlántico Ferrol‐A Coruña‐Santigo‐Vigo‐Frontera Portuguesa.
Figura 2 Subtramo Eje Atlántico Vigo ‐ Pontevedra
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Las obras que nos ocupan, Túneles del Acceso Ferroviario a Vigo, forman parte del mencionado Eje Atlántico de Alta Velocidad. Redactándose el Proyecto original al amparo del entonces Programa de Alta Velocidad del Plan de Infraestructuras 2000/2007 del Ministerio de Fomento, de acuerdo con el Real Decreto 1191/2000 del 23 de Junio sobre interoperabilidad del sistema ferroviario de Alta Velocidad, como parte del Eje Atlántico.
Con casi 8 km y medio de longitud, cuando entre en servicio será el túnel más largo del Eje Atlántico de Alta Velocidad y uno de los más largos de su categoría en España
2 Trazado Original y Solución Definitiva: Paso de túneles de 6 km. a 8 km.
2.1 Trazado original
El trazado original se iniciaba en el Valle de Das Maceiras y finalizada en el barrio vigués de Teis, después de cruzar autopista AP‐9 (a unos 2 km de la Estación de Vigo Urzaiz). La obra principal de dicho proyecto era la ejecución de un túnel bitubo 5.910 m de longitud ejecutado con tuneladora.
La conexión entre el barrio Vigués de Teis y la estación de Urzaiz se realizaba a cielo abierto por el trazado existente, siendo necesario duplicar dicha vía e integrarla en la zona urbana. Este diseño permitía mantener la playa de vías en su ubicación actual.
Figura 3 Vista trazado original
2.2 Solución Definitiva
2.2.1 Descripción
Al ponerse de manifiesto la necesidad de una mayor integración urbana del ferrocarril en Vigo. Se plantearon una serie de contactos entre el Ministerio de Fomento y las Administraciones Autonómicas y Locales durante la redacción del proyecto de construcción del Acceso Norte a Vigo.
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El 29 de marzo de 2006, se firma un acuerdo de colaboración entre la entonces Secretaría de Estado de Infraestructuras y Planificación del Ministerio de Fomento, la Consellería de Política Territorial, Obras Públicas e Transportes de la Xunta de Galicia y el Concello de Vigo.
En el desarrollo del acuerdo mencionado se planteó la redacción de una nueva alternativa de Acceso a Vigo. Durante el desarrollo de este acuerdo se constató la dificultad de construcción que planteaba la solución del proyecto, lo que aconsejó la elaboración de la nueva alternativa que evitaba totalmente el paso en superficie por la zona urbana.
La nueva alternativa eliminó todo el recorrido en superficie mediante un túnel que, partiendo de la cabecera norte de la estación de Vigo, llega hasta la boquilla situada en el valle del río Das Maceiras que ya contemplaba el proyecto inicial.
La longitud del nuevo túnel es de unos 8.300 m y, dadas las condiciones del terreno, se ejecuta íntegramente mediante tuneladora.
Esta solución requiere que la estación se deprima unos 15 m respecto de la actual para que el paso del túnel bajo las construcciones próximas se realice con una cierta cobertura, no pudiendo ser esta ni muy profunda ni muy superficial.
Figura 4 Representación de trazados
El emboquille del túnel en Vigo se dispone a continuación del talud actual de excavación que existe en la estación, entre las calles de Castilla y del Pino. Siendo este el único espacio disponible para poder realizar un pozo de extracción de la tuneladora, ya que anteriormente cruzaba una zona densamente poblada y a una profundidad que imposibilitaba la ejecución de un pozo de extracción, concretamente entre la Rua de Travesia de Vigo y la Rua de Aragón. La salida en el emboquille norte se produce después de cruzar el túnel bajo la línea ferroviaria actual O Porriño – Redondela en el valle del río Das Maceiras.
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2.2.2 Geometría
La longitud del tramo en túnel es de 8.266 m. La sección se plantea, igual que en la solución original, con dos tubos independientes separados 30 m entre ejes. Esta distancia se reduce en los extremos de los túneles acercándose hasta dejar un hastial central de unos 6 metros de espesor. (Figura 5).
Figura 5 Sección túnel bitubo con galerías de conexión
La sección circular tiene un diámetro de excavación de 9,50 m y un diámetro interior libre de 8,50 m, la montera máxima es de 355 m.
La tipología de doble tubo adoptada se justifica principalmente por motivos de seguridad. Ello permite la disposición de galerías transversales de conexión entre tubos, facilitando en caso de accidente y/o incendio la rápida evacuación del tren al tubo no siniestrado. Las galerías transversales se diseñan cada 500 m
El trazado del túnel es recto en su mayor parte (alineación recta, en planta, de unos 6.790 m), con una orientación general suroeste – nordeste. Al final del mismo se disponen alineaciones circulares de 2.000 m de radio mínimo. En la parte inicial se dispone una recta intermedia de pequeña longitud, de unos 350 m de longitud, que conecta adecuadamente con la alineación general de la estación y con la alineación general del túnel mediante curvas de radio reducido antes de entrar en la estación.
Figura 6 Sección túnel con tuneladora
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El perfil longitudinal del trazado parte de la estación con una pendiente descendente de 17,5 milésimas y unos 470 m de longitud (220 m desde la boquilla del túnel), seguida de otra ascendente de 17,5 milésimas de pendiente, y unos 2.380 m de longitud. Posteriormente continúa con una pendiente descendente de 5 milésimas hasta el final del túnel (Figura 7).
Figura 7 Perfil longitudinal
Esta configuración permite maximizar la longitud de túnel excavado en un sentido ascendente (excavación que se realiza desde el lado “Das Maceiras”), lo que facilita la evacuación de las aguas que afloran en la excavación.
La primera pendiente descendente, permite además aumentar las coberturas del túnel en la zona de edificaciones sin necesidad de deprimir aún más la estación (Figura 8).
Figura 8 Rasante túnel en zona urbana
2.2.3 Ventajas del trazado ejecutado frente al original.
• Se elimina el recorrido en superficie del ferrocarril y con ello las molestias de la infraestructura sobre el entorno en cuanto a ruidos, intrusión visual e interferencias con el desarrollo urbano. Esto permite también desmantelar la vía existente, haciendo posible los usos de este suelo para actividades distintas de las actuales (equipamientos, zonas verdes, viales, etc.).
• Se reduce el recorrido a realizar entre Vigo y Das Maceiras, lo que repercute en el tiempo del viaje y en el coste de mantenimiento posterior.
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• Se reducen las potenciales afecciones a las edificaciones próximas al trazado. En la solución inicial el trazado del ferrocarril se mantenía durante más de 2 Km junto a edificaciones, mientras que en la nueva alternativa la zona con menores coberturas, donde pudieran producirse estas afecciones, se encuentra únicamente en los primeros 400 m del túnel.
• Se elimina toda afección por los ruidos de onda aérea generados por el ferrocarril. Respecto de los posibles ruidos que pueda inducirse por vibraciones en el túnel, o las vibraciones en si mismas por el tráfico ferroviario, se anulan con la adopción de sistemas de vía antivibratorios.
3 Geotécnia del Monte de A Madroa
Desde un punto de vista geológico, el trazado del tramo Vigo ‐ Das Maceiras del Eje Atlántico de Alta Velocidad transcurre a través de dos unidades claramente diferenciadas dentro del Dominio Esquistoso de la Zona de Galicia Tras os Montes (DEGTM). Estas unidades se corresponden, por un lado, con la Unidad Malpica Tuy (UMT), representada por paraneises y ortoneises alcalinos y peralcalinos, y por otro por un granito de dos micas identificado en la literatura geológica como “granito de feldespato alcalino”.
La caracterización geotécnica de estos materiales se realizó a partir de los resultados de los ensayos a los que fueron sometidas las muestras procedentes de los sondeos realizados con motivo del proyecto constructivo inicial, sus modificaciones, y los realizados durante la ejecución de la obra desde el interior del túnel izquierdo, así como de las muestras tomadas directamente del frente de perforación.
Paraneises de plagioclasa:
El trazado, desde su inicio en la estación de Vigo, transcurre en su tramo inicial a través de materiales paraderivados, paraneises y esquistos, entre los que se intercala a la altura del p.k. 0+900 un cuerpo ortoneísico de escasa potencia, orientación N‐S y carácter peralcalino, vinculado a los ortoneises de la sierra del Galiñeiro y la península de la Guía.
Se trata de una roca medianamente dura, resistencia a compresión media de 51 MPa y picos de hasta 152 MPa, y una abrasividad media.
Gneises de biotita:
A partir del p.k. 2+600 se presentan los ortoneises alcalinos, representados por gneises de biotita de composición y textura variada, entre los que se intercalan diques y enclaves de anfibolita.
Se trata de una roca extremadamente dura, resistencia a compresión media de, 111 MPa y picos de hasta 267 MPa y una abrasividad variable entre alta y extrema asociada a la variabilidad química mineralógica de la propia roca.
La perforabilidad de este substrato, a tenor de los valores de DRI, oscila entre baja y muy baja.
Granitos de dos micas:
Finalmente el trazado del tramo transcurre desde el p.k. 7+920 en el tubo izquierdo y el p.k. 8+066 en el tubo derecho a través de los granitos de feldespato alcalino.
Se trata de una roca dura, de resistencia a compresión media de 85 MPa, y picos de hasta 150 MPa, y una abrasividad variable entre alta y extrema.
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Figura 9 Perfil geológico
Los parámetros en los que se hace hincapié en esta caracterización son: densidad seca, resistencia a compresión simple, deformabilidad, resistencia a tracción indirecta, abrasividad y perforabilidad. Datos muy importantes de cara a conocer su interrelación con las TBM.
PARANEISES
(≈20% Longitud Túnel)
GNEISES DE BIOTITA
(≈70% Longitud Túnel)
GRANITOS DE DOS MINAS
(≈10% Longitud Túnel)
V. medio V. máx V. medio V. máx V. medio V. máx
Densidad seca (T/m3) 2,73 2,98 2,66 3,01 2,61 2,68
Proyecto 51 152 111 267 85 152 Resistencia a
Compresión (MPa) Muestras túnel
‐‐‐ ‐‐‐ 224 316 163 171
Resistencia a Tracción (MPa) 8,72 19,1 12,6 21 7,6 10,2
Índice Schimazek (N/mm) 0,96 2,52 2,86 4,82 1,58 3,95
DRI 54 57 35 51 47 ‐‐‐
Índice Cerchar
PROYECTO 4,1 5,4 3,6 6 4,4 6
CLI 9 15
Total Minerales Abrasivos
Muestras túnel
58% 41%
Tabla 1
Los valores de abravasividad según el índice Cerchar (Vernuil, 1986) varían desde 0,5 no muy abrasivo hasta 4‐6 extremadamente abrasivo, se puede ver que los resultados obtenidos arrojan valores extremadamente abrasivos.
El índice Schimazek indica la rozabilidad de una roca y los valores van desde 0,6 N/mm fácilmente rozables con desgastes ligeros hasta > 6 N/mm rozables con dificultad con desgaste muy elevados, los valores obtenidos indican rocas rozables con desgastes elevados.
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El factor DRI (Drilling Rate Index) que indica la facilidad para taladrar mecánicamente una roca suele estar en valores de 30 a 70 para el tipo de roca perforada. Los resultados obtenidos se encuentran dentro de rango.
Todo esto indica que:
• El Paraneis es la roca más densa pero con menor resistencia a compresión simple, lo cual unido a un Indice Schimazek bajo permite una trabajabilidad con perforación mediante TBM mucho mejor que el resto.
• Gneises biotiticos. Se encontraron en el 70 % de la longitud del túnel, medianamente compactos, pero extremadamente abrasivos. Provocaron importantes cambios de los cortadores por perdida de sección o incluso, por gripaje.
• Granitos de dos micas. Con un comportamiento de resistencia intermedio entre los otros dos materiales. Se caracterizaba sobre todo por una mayor dispersión en cuanto a sus características y una menor abrasividad, sobre todo en los primeros 250 metros que motivaron el cambio del método de excavación en el pretúnel y, sobre todo, problemas de desprendimientos en clave durante la excavación con TBM.
4 Túnel de A Madroa
4.1 Características TBM
La excavación de los túneles se realizó mediante 2 TBM. Una de la marca WIRTH y la otra de la marca HERRENKNECHT. La de la marca Wirth fue aportada por una de las empresas de la UTE, FCC y la HK fue aportada por la otra empresa de la UTE, ACCIONA. La Wirth fue la primera en comenzar y se la denominó A Miñoca y la 2ª en comenzar, con un decalaje mínimo exigido por pliego de 500 m. se denominó A Lebre. La ejecución de la excavación con TBM se consideró la mejor metodología debido a la longitud del túnel que excluye la ejecución con explosivo y al tipo de roca a perforar. Se descartó, por ese motivo, otro tipo de tuneladora.
Figura 10 Vista tuneladoras
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La cabeza de corte estaba preparada para roca dura y abrasiva, el diámetro de excavación de los túneles (túneles gemelos de 52 m2 de sección útil), se encuentra dentro del rango habitual para máquinas tuneladoras.
Las tuneladoras empleadas en la excavación de los túneles son del tipo doble escudo para roca dura, que permitieron simultanear la excavación con la colocación del revestimiento.
El revestimiento está formado por anillos de dovelas de hormigón armado HA‐40 y HA‐50, siendo el habitual el de HA‐40 y el de HA‐50 usado para las zonas específicas, concretamente zonas de fallas y pasos con alta carga hidráulica. En el caso de los pasas de falla se colocaban desde 100 m. antes y 100 m. después del paso de la falla. Las dovelas son de 32 cm de espesor y 1,6 m de longitud, cada anillo consta de 7 dovelas. El hueco anular se rellenó con una inyección de mortero de cemento, quedando así el anillo confinado.
La tipología de anillo empleado inicialmente fue el anillo recto el cual a la hora de realizar curvas de radio reducido presenta problemas de colocación y estanqueidad, ya que es necesario realizar un calce del mismo por la cara externa con láminas de goma. A la vista de los radios de giro en la zona urbana de Vigo se decidió fabricar anillos izquierdas derechas, que intercalándolos entre sí permitiesen realizar con una calidad adecuada la colocación y estanqueidad de las curvas de bajo radio.
Se puede observar que las tuneladoras no son iguales, como era evidente, pero ni siquiera en la la cabeza provocando una medición de excavación distinta, variando en unos pocos cms.
CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LAS TBM
MAQUINA HERRENKNECHT Acciona (A Lebre) WIRTH Fcc (A Miñoca)
Potencia instalada (kW) 5436 5700
Diámetro (mm) 9510 9460
Longitud total del escudo (m) 15 14
Longitud total con back‐up 218 271 (incluido californiano)
Potencia de accionamiento (kW) 350x12 =4200 286x14=4004
Par/motor (Nm) 4000 2759
CABEZA DE CORTE
Diámetro nominal (mm) 9510 9460
Par (kNm) 20647 20750
Peso (t) 200 175 (con cortadores)
CORTADORES
Tipo 17" (432 mm) 17" (432 mm)
Número 61 67
ESCUDO DELANTERO
Diámetro exterior (mm) 9444 9390
Longitud (m) 5,9 5,04
Nº cilindros principales de empuje 18 16
Fuerza máxima del empuje ppal. (kN) 64000 (350 bar) 41800 (325 bar)
54000 (420 bar) 38600 (300 bar)
ESCUDO TELESCÓPICO
Diámetro exterior (mm) 9240 9375
Longitud (m) 2,4 max.3,3
ESCUDO GRIPPERS
Diámetro exterior (mm) 9400 9375
Longitud (m) 5,450 3,900
Número de grippers 2 2
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CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LAS TBM
MAQUINA HERRENKNECHT Acciona (A Lebre) WIRTH Fcc (A Miñoca)
Situación de los grippers Coinciden con el eje del escudo 2 pares de zapatas de grippers
con un ángulo de 15º
ESCUDO DE COLA Diámetro exterior (mm) 9380 9375
Espesor (mm) 50 65 en la parte inferior;
40 en el resto
Longitud (m) 3,94 4,20
Fuerza máxima del empuje aux. (kN) 101200 (450 bar) 101335 (420 bar)
Tabla 2
Es de reseñar el elevado consumo de cortadores que se produjo durante la excavación de los túneles, en comparación con los que se han dado en otras obras de características geológicas similares. Sobre todo en el tramo central, zona de gneis biotiticos, para un 70 % del túnel.
Las causas fundamentales de este desgaste son las especiales condiciones de abrasividad y resistencia que presenta la roca, así como su combinación con otras circunstancias como el carácter masivo que presenta el macizo rocoso.
Dada la gran incidencia que tuvo este factor en el rendimiento de la excavación, y las consecuencias que acarreó desde el punto de vista económico y del plazo, se llevaron a cabo en la obra estudios detallados sobre las condiciones geológicas y geotécnicas del macizo y el tipo adecuado de cortador a emplear. Planteándose cortadores de distintos casas comerciales como son Wirth, Herrenknecht, Wurth y Palmieri, con diferentes espesores de 13 a 19 mm. Concretamente los más utilizados en el tuneladora Wirth fueron los Wirth ED/S 17 mm – 8° y los Palmieri HD 17 mm ‐ 8°. En la tuneladora Hk los más utilizados fueron los Herrenkecht HTS 19 mm (3/4”) y los Palmieri HD 19 mm (3/4”).
Figura 11 Vista cortadores nuevos
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Figura 12 Vista cortadores usados
Figura 13 Vista cortador desgastado
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Figura 14 Vista cortador gripado (derecha)
4.2 Impermeabilización del túnel con juntas hidrofílicas.
El túnel de Vigo Das Maceiras en zona de falla presentaba una alta carga freática, con el fin de impermeabilizar lo mejor posible dichas zonas se decidió colocar juntas hidrofílicas tanto en el núcleo de esta como en los 100 m anteriores y posteriores. Estas tienen la capacidad de aumentar su volumen hasta 8 veces al entrar en contacto con el agua. Van situadas en el canto de la dovela siempre por el borde más exterior, antes de la junta de neopreno.
La longitud necesaria de junta por anillo es de 40 m y siendo necesaria su colocación en el interior del túnel para así evitar que esta fuese mojada por la lluvia en los acopios. La junta utilizada era el modelo Aquaquell Sealer de OHJI RUBBER.
Figura 15 Anillo con junta hidrofilica
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4.3 Rendimientos de las tuneladoras.
La longitud total de túnel a excavar por las tuneladoras a plena sección, sin contar el llamado pretúnel fue de 8.150 m. Para excavar dicha longitud ha necesitado 574 días la tuneladora Wirth y 586 la tuneladora Herrenckht, el rendimiento medio obtenido por estas fue de 14,2 m/día y 13,9 m/día respectivamente, trabajando 24 horas al día y 7 días de la semana.
Figura 16 Rendimientos tuneladora
Tal y como se puede ver en la figura 16 la tuneladora marca Wirth consiguió alcanzar mayores producciones mensuales al inicio del túnel pudiendo llegar a valores de 450 m/mes sin embargo hacia el final del túnel llegó a valores de 600 m/mes. La tuneladora HK en el inicio del túnel obtuvo rendimientos más bajos en el entorno de 400 m/mes pero llegó a obtener el máximo de la obra con 650 m/mes.
4.4 Instalaciones en Valle Das Maceiras
Para poder ejecutar los túneles fue necesario construir una plataforma de instalaciones en el valle Das Maceiras con una superficie aproximada de 114.000 m2, las instalaciones que ocupaban dicha plataforma son las siguientes:
• Fábrica de dovelas, disponía de planta de hormigón, cámara de vibrado y curado temprano, la producción diaria fue de 24 anillos trabajando 24 horas al día.
• Zona de acopio de dovelas, estas ocupaban la mayor parte de la plataforma, era necesario disponer de anillos necesarios para poder garantizar la producción de la tuneladora durante mes y medio. El manejo de estos se realizaba mediante tres pórticos grúa de 50 T que los distribuían sobre el acopio y los cargaban sobre los trenes de suministro a la tuneladora.
• Planta de mortero, esta se encargaba de la producción de mortero utilizada para el relleno del trasdós de las dovelas, disponía de una amasadora y cuatro secatoles.
• Taller de locomotoras, este era necesario para realizar la reparación de los trenes, llegó a haber 12 composiciones en obra.
• Taller de cortadores, debido al alto consumo de estos fue necesario disponer en obra un taller para la reparación de cortadores con el fin de minimizar el gasto en transporte a zonas
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exteriores de la obra debido a su gran peso que oscila entre los 150 y 200 kg en función del cortador.
• Nave almacén, en este sé guardaban todos los recambios y consumibles necesarios para mantener las instalaciones existentes.
• Conos de vertido, el material excavado por las tuneladoras salía en cintas transportadoras hasta los conos de vertido en los cuales se podían almacenar hasta 4.000 m3 que estaban siendo retirados continuamente por una pala cargadora y una flota de 25 bañeras.
• Oficinas, vestuarios, parking, con puntas de trabajadores de 700 personas la superficie necesaria para albergar las instalaciones comentadas.
Figura 17 Vista plataforma en plena producción
Figura 18 Esquema distribución plataforma
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4.5 Mejoras medio ambientales en plataforma Das Maceiras.
La plataforma de instalaciones del Valle Das Maceiras estaba situada en zona rural con alta población de viviendas unifamiliares aisladas y colindantes al río Maceiras, por lo tanto fue necesario reforzar las medidas para minimizar el impacto ambiental. Se tomaron medidas para depurar las aguas procedentes de la excavación del túnel y para reducir la emisión acústica de la obra. Las actuaciones fueron las siguientes:
• Instalaciones de tres depuradoras con decantador, filtro prensa, corrector de ph, mediante aportación de CO2 y turbidez.
• Planta de dovelas insonorizada con paneles fonoabsorbentes y utilización de pistolas de impacto silenciosas, con lo que se reducían 5db.
• Construcción de tres balsas decantadoras capaces de almacenar 3.500 m3, para evitar la aportación de agua del túnel, directamente al río.
• Insonorización de ventiladores en boca de túneles. • Insonorización de cintas transportadoras, plantas de vibrado, etc. • Colocación de pantallas fonoabsorbentes en el emboquille. • Sustitución de ventanas en viviendas cercanas. • En vías, colocación de engrasadores en las zonas de curva con radio 80 m sobre el carril de los
trenes de suministro a la tuneladora.
Figura 19 Depuradoras y balsas decantación
Figura 20 Engrasadores de carríl
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Figura 21 Pantallas fonoabsorbentes
Figura 22 Vivienda equipada con doble ventanal.
Figura 23 Casette insonorización ventiladores.
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Figura 24 Vista insonoración cinta transportadora
Figura 25 Vista paredes insonorizadas de la cámara de vibrado planta de dovelas
5 Actuaciones Específicas
5.1 Ejecución del Pretunel.
El comienzo de excavación por parte de una tuneladora siempre es una situación delicada. Por lo que, en la medida de lo posible, se buscan perfiles adecuados donde la roca sea competente, masiva y con una cobertera de, al menos, un diámetro de roca masiva. Estas soluciones, en el caso que nos ocupa pasaron por realizar un inicio de túnel (pretúnel) con medios convencionales.
En principio se preveía la ejecución mediante el denominado método Belga de los primeros 160 m de túnel en el lado Das Maceiras (80 m en cada tubo).
Los sondeos realizados al inicio de las obras detectaron gran variedad de formaciones de naturaleza granítica que, en distancias muy cortas, cambiaban su calidad y alteración de la roca, su fracturación, etc., mostrando notables diferencias en los perfiles realizados para ambos tubos, a pesar de la pequeña separación entre los mismos. La roca se encontraba alterada con grados de meteorización variables entre un grado V (jabre) y un grado III – IV. Con esta información pudieron precisarse los perfiles
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geotécnicos, en la zona de la boquilla Redondela. Esta circunstancia, el bajo recubrimiento y la existencia de edificaciones en superficie aconsejaban acometer por métodos convencionales y seguros todo este tramo inicial de la boquilla Redondela.
Decidiéndose, finalmente, por la solución, en los primeros 215 metros del tubo derecho, y 172 del tubo izquierdo por una solución del tipo sostenimiento pesado tipo Nuevo Método Austriaco para perforación de túneles (NTAM).
Figura 26 Geológico Boca Das Maceiras
Se propuso como alternativa la ejecución de una sección de avance de altura algo superior a la semisección del túnel de dovelas, de aproximadamente 40 m2, realizada por el Nuevo Método Austriaco, con un sostenimiento en HP‐35 y cerchas tipo HEB 180 con separaciones entre 0,75 y 1,20 m. (Figura 26). Las excavaciones se hicieron bajo la protección de paraguas sucesivos de 15 m de longitud solapados unos 3 m, quedando una efectividad de 12 metros. Estos paraguas estaban constituidos por micropilotes autoperforantes de diámetro 140 mm el primero y el tradicional de 88,9 mm los consecutivos.
Hubo que realizar un refuerzo importante en la zona de avance con hormigón proyectado como se puede ver en la siguiente figura. Todo ello para conseguir que la excavación de la TBM fuera uniforme, dentro de lo posible, en el frente. Ya que esa excavación mixta puede generar desviaciones en la tuneladora y producirse el gripado de algún cortador.
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Figura 27 Sección tipo en frente mixto
Una vez completado el avance de la sección superior hasta alcanzar la zona de roca competente, se inició la excavación con TBM de la parte inferior de la sección realizando el montaje simultáneo del anillo y el relleno de su trasdós. Esta solución novedosa, en ese momento, en nuestro país ya se había llevado a cabo con éxito en el túnel hidroeléctrico BELES de 12 km de longitud, Etiopía, realizado por la empresa italiana SELI.
Figura 28 Longitudinal frente mixto
Se puede observar en la figura 29, la estructura de reacción que hay que colocar para poder iniciar la excavación la TBM, sobre esta se apoyan los gatos del escudo trasero para así impulsarse ya que no se pueden fijar los gatos laterales para realizar el gripping sobre terreno ya que no tiene la resistencia necesaria por dos motivos:
• Estar en un tramo de mala calidad de la roca. • Estar muy cerca un túnel del otro, apenas 6 metros, provocando que se pueda hundir el hastial
entre los túneles.
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Figura 29 Estructura reacción montada
5.2 Atrapamiento tuneladora.
Durante la ejecución del túnel derecho con la tuneladora marca Herrenknecht (A Lebre) a la altura del pk 4+600, se sufrió un atrapamiento motivado por el excesivo desgaste de los cortadores de pregálibo, los cuales provocaron la excavación de un diámetro menor que el escudo. Para evitar esta situación se revisan los cortadores en su totalidad después de cada anillo excavado. Al llegar este a la zona excavada en roca dura se atascó por el lateral derecho según sentido de avance de tuneladora.
Para intentar liberarla se aumento la presión del sistema hidráulico y lubricación con bentonita pero no fue suficiente; la única solución para poder liberarla era la realización de una caverna lateral que permitiese retirar la roca que la oprimía o dicho de otra manera, intentar liberarla ampliando la sección excavada.
Figura 30 Sección excavación desatasco tuneladora
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Figura 31 Taladros para romper terreno con dardas
Para la ejecución de dicha caverna se planteó inicialmente el empleo de explosivos, pero dado que el espacio de trabajo era muy reducido, pudiendo afectar a la propia máquina finalmente se decidió realizar la fracturación de la roca con taladros y apertura mediante dardas hidráulicas, accionando la potencia de la máquina, como último paso, con un sobresfuerzo adicional que finalmente quedó desbloqueada
5.3 Paso de fallas con tuneladora
Durante la ejecución de los túneles fue necesario cruzar varias fallas de primer y segundo orden. Se realizó un protocolo de actuación realizándose, previo al paso de la falla, los siguientes trabajos en la tuneladora:
• Cierre de los huecos de evacuación de material de la rueda de corte. • Supervisión de los cortadores con sustitución de cortadores de la rueda de corte por unos
nuevos. • Revisión de todos los sistema de mecánicos, eléctricos e hidráulicos de la TBM • Disponibilidad en obra de anillo de reparto de cargas. (anillo metálico para colocar entre el anillo
montado y los gatos del escudo trasero para repartir las cargas). • Colocación de junta hidrófilica expansiva 100 metros antes de la falla y hasta 100 m. después.
Durante la fase de excavación en zona de falla los aspectos a tener en cuenta son los siguientes: • Inyección del mortero de trasdós lo más cerca del escudo posible, a ser posible en el 6º anillo. • Se limitarán las revoluciones de giro de la rueda de corte a 3 r.p.m. • Se controlará el volumen de material teóricamente excavado frente al que sale por la cinta
transportadora, como comprobación de formación de posibles huecos en el trasdós. • Dar continuidad al avance intentando reducir las paradas. No realizando, en este caso, las
paradas para mantenimiento y control de cortadores.
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Figura 32 Inyección de mortero en clave
Figura 33 Rueda de corte colmatada en zona de falla
5.4 Falso túnel, retirada de instalaciones de obra y restitución ambiental valle Das Maceiras
Finalizada la operación de las tuneladoras se restituyó el aspecto de la ladera de la Boquilla Das Maceiras. Para ello se construyeron, en 120 m a partir del frente de ataque, sendos falsos túneles de hormigón armado con sección abovedada y que reproducen la geometría interior del revestimiento del túnel realizado con tuneladora.
Las bóvedas tienen un radio interior de 4,25 m con espesor variable, comenzando con 0,40 m en clave, y aumentando hasta la zona tangente vertical, donde el espesor es de 0,60 m.
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Figura 34 Vista emboquille Maceiras finalizado.
La convergencia de las vías hacia la entrevía normal, que se alcanza a corta distancia de la boquilla de los falsos túneles, provoca la fusión parcial de ambas estructuras; en los últimos 40 metros resulta un sistema bicelular con tabique vertical. La reducción de la sección en cada tubo es mínima, no afectando al gálibo del paseo de evacuación.
Se proyectó la impermeabilización de paramentos y el drenaje de trasdós de los falsos túneles. Sobre ellos se rellenó hasta las cotas originales del terreno, recuperando así el material aportado a la plataforma de acopios, que fue totalmente removido para restituir el terreno a su uso anterior. Sobre la boquilla se dispuso una plataforma de emergencias de unos 1.450 m2. El talud frontal se remató con un muro de escollera (Figura 34).
Durante la ejecución de la obra se ocuparon aproximadamente 100.175 m2 en el valle Das Maceiras anexos al emboquille, para implantar las obras de fábrica construidas para albergar y dar servicio a las instalaciones auxiliares para la ejecución de los túneles con tuneladora. Adicionalmente se ocuparon 13.770 m2 de terreno al otro lado del río como acopio de dovelas, al ser insuficiente la plataforma principal.
Una vez finalizados los trabajos de excavación y acondicionamiento del túnel, fue preciso desmantelar las instalaciones y demoler las cimentaciones, losas, soleras y demás obras de fábrica construidas. Se excavaron y trasportaron 62.200 m3 de material a vertedero y 115.000 m3 a terraplén del falso túnel y otros terraplenes dentro de la obra.
Parte de la plataforma anterior, concretamente 42.550 m2 se han dejado como plataforma de instalaciones para la ejecución de los rellenos y montaje de la vía en placa del túnel de Vigo Das Maceiras. Posteriormente dicha plataforma será desmontada y restaurado el terreno a su estado original.
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Figura 35 Vista plataforma en plena producción.
Figura 36 Vista plataforma restaurada
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6 Paso zona urbana Vigo. Tratamientos del terreno
Como medida preventiva previa al paso de las tuneladoras por la zona urbana de Vigo, ya en fase de proyecto, se realizó una minuciosa campaña de reconocimiento geológico y geotécnico cubriendo la longitud de los dos tubos en dicho tramo, con el fin de localizar todas las fallas que pudieran existir y ajustar el tratamiento intensivo de las mismas con inyecciones verticales, paraguas de micropilotes, etc.
Figura 37 Planta tratamientos horizontales en zona urbana
Figura 38 Longitudinal zona urbana
En la zona entre las calles de Travesía de Vigo y Rúa Numancia, a la altura de la Calle del Doctor Canoa se descubrió una importante zona de terreno meteorizado, no tanto una zona fallada como sí un terreno muy meteorizado que podía provocar asientos al paso de las tuneladoras. (figura 38)
A pesar de que los asientos calculados por el proyecto por variaciones tensionales durante la excavación, con nivel freático constante, eran muy bajos (inferiores a 2‐3 mm), esperándose en edificios cimentados sobre suelos, para un rebajamiento del nivel freático generalizado, un valor máximo de 6
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mm, la realidad se manifestó bien distinta ya en la fase de implementación del tratamiento, dándose valores superiores a los previstos.
Con el fin de controlar los movimientos en la zona se colocó como auscultación de superficie, hitos de nivelación, diábolos en fachadas, extensómetros a distintas profundidades, inclinómetros y piezómetros.
A la vista de la complejidad de la zona a tratar se implantó un intenso plan de Auscultación en superficie que permitió monitorizar el comportamiento real del terreno y de los edificios suprayacentes durante todas las actuaciones, incorporando como tecnología novedosa estaciones robotizadas de seguimiento automático durante 24 horas al día, que presentaban los resultados en tiempo real, siendo estos accesibles vía internet; contando además con un sistema de aviso inmediato vía sms y email en caso de que se rebasara alguno de los umbrales establecidos. Dichas estaciones estaban en un sitio fijo y leían los prismas colocados en las fachadas de los edificios auscultados. (figuras 39 y 40).
Figura 39 Vista edificios auscultados con estación automática.
Figura 40 Vista ubicación prismas auscultación automática
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Según ya se ha comentado, en el Tramo Urbano (PK 0+790 a 1+090) el perfil longitudinal del túnel se estableció teniendo en cuenta dos condiciones:
Que el túnel discurriese a la mayor profundidad posible respecto a las cimentaciones de los edificios existentes.
Que la estación, situada inmediatamente antes del emboquille, quedara lo más somera posible con el fin de que la accesibilidad a la misma fuera adecuada y sus costes de construcción y mantenimiento fueran reducidos. Así se delimitó la cota de clave del túnel a 18 m por debajo del terreno natural en su menor distancia que era la calle Numancia y a 8 m por debajo de los edificios situados en dicha calle, cantidad más reducida debido a los sótanos de los aparcamientos de los edificios.
6.1 Tratamientos horizontales del terreno
En la zona que nos ocupa, de la calle del Doctor Canoa, se realizó un tratamiento a base de paraguas inyectados horizontales, cuyo objetivo fue el de crear una superficie de terreno competente encima de la clave del túnel para evitar que pudieran progresar las desprendimientos en zona fallada hasta superficie y afectar a las cimentaciones de las edificaciones.
Los tratamientos consistieron en la ejecución de paraguas horizontales mediante micropilotes 101/9 y longitud máxima 35 m, estos fueron equipados con válvulas para inyectar lechada de cemento, cada 0,5 m.
Los paraguas de micropilotes, horizontales, se ejecutaron desde pozos verticales de 5,5 m de diámetro y 20 metros de longitud, ejecutados mediante pilotes secantes de 0,90 m los de hormigón tipo HA‐30 y 0,80 m los de mortero. Los pozos verticales se encontraba fuera de la sombra de los túneles, en la zona adyacentes a la traza de los túneles, como medida de seguridad ante un posible problema de inestabilidad en el túnel.
Estos paraguas pretendían ser una pequeña superficie armada encima de los túneles ferroviarios. (figura 41).
Figura 41 Ejecución micropilote tratamiento horizontal
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6.2 Tratamientos verticales del terreno
Durante la ejecución de los paraguas se observaron movimientos no esperados de los edificios que provocaron una campaña adicional de sondeos. Tras la campaña complementaria de sondeos se observó la necesidad de tratar el terreno adicionalmente debido a la amplitud de la falla existente y a la mala calidad del terreno, en general. Formado por roca muy fracturada e incluso meteorizada, tipo jabre. El tratamiento pretendía sellar las fracturas y consolidar el terreno en la franja superior de la traza del túnel en dicha zona, realizando una campaña de inyecciones de consolidación del terreno.
El tratamiento consistió en la inyección de microcemento a través de tubos manguito que se insertaron en las perforaciones verticales realizadas desde superficie. Las perforaciones se distribuyeron en una malla de 2x2 m, profundizando hasta 3 m por debajo de cota de la clave de los túneles en las calles Dr. Canoa y Candieiro, con tubos manguito cada metro (Figura 42).
Figura 42 Sección tratamientos verticales
6.3 Inyecciones de compensación
Según se ha comentado con anterioridad, se decidió acometer una campaña complementaria de sondeos de dos tipos, verticales, que complementaban los ya ejecutados durante la fase de proyecto y, horizontales, aprovechando los pozos ya ejecutados. Durante la ejecución de los sondeos horizontales a cuatro metros sobre la clave del túnel se localizó una zona con gran carga freática, que derivó en un fuerte drenaje de la misma. Se realizaron 6 pozos de barrena con el fin de intentar rebajar el nivel freático de forma controlada, se midieron niveles y movimientos de los edificios. Se observó una gran relación entre movimientos del nivel freático y de los edificios, situación que debía ser considerada ya que al paso de las tuneladoras se podría formar un gran drenaje natural por el hueco de los túneles. Todo derivó en un control exhaustivo de asientos en zonas de edificios de más de 10 alturas, que afectaban a varios edificios de la Travesía de Vigo y de la Rúa Numancia.
PARAGUAS MICROPILOTES
PARAGUAS MICROPILOTES
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Figura 43 Vista en planta sondeos zona tratamientos
Se observó un movimiento del nivel freático incontrolable, no siendo capaz de rebajarse con las bombas instaladas en los 6 pozos. Por todo lo cual y ante la imposibilidad de controlar los asientos en los edificios por los movimientos del nivel freático, se decidió, previo al paso de las tuneladoras, compensar los asientos para evitar que se produjesen daños en los edificios.
Las inyecciones de compensación se realizaron mediante abanicos de perforaciones horizontales a una distancia de 5 m respecto a la cimentación de los edificios e inyectando lechada a presión. Las fases para la realización de las inyecciones de compensación fueron las siguientes:
• Colocación de hidroniveles en los edificios a compensar. • Perforación y colocación de tubos manguitos a 5 m por debajo de la cimentación de los edificios. • Inyección de pretratamiento; inyección de lechada hasta llenar los huecos en el terreno, esta
fase se da por finalizada cuando el edificio comienza a elevarse. • Inyección de compensación, se inyecta lechada a presión para poder elevar el edificio a la cota
deseada. • Paso de las tuneladoras, generan un asiento. • Segunda inyección de compensación para recuperar los asientos producidos al paso de las
tuneladoras.(Figuras 44 y 45).
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Figura 44 Esquema ubicación tubos manguitos
Figura 45 Esquema funcionamiento inyección de compensación
Las inyecciones de compensación se realizaron desde los pozos existentes de 5,5 m. de diámetro. Para poder situar la maquinaria de perforación en un plano horizontal a la cota de ejecución de los taladros (a una profundidad de 5 m. bajo la cimentación de los edificios) fue necesario adecuar los pozos de tratamientos existentes, además de colocar una estructura metálica colgante que permitiese situar la máquina de perforación a las diferentes cotas.
Para controlar los movimientos en la estructura de los edificios fue necesario realizar una auscultación de precisión, para ello se colocaron en los pilares de los sótanos hidroniveles intercomunicados entre sí, los cuales permitieron controlar los movimientos verticales de los mismos en tiempo real. Se realizaron
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lecturas con precisión en continuo, de tal forma que fue posible la visualización remota las 24 h desde cualquier ordenador autorizado. (Figura 46).
Figura 46 Hidronivel colocado en pilar de edificio
A parte de la auscultación de superficie también se realizó auscultación desde el primer túnel una vez excavado. Se colocó, dentro del túnel, la siguiente instrumentación:
• Pernos para medir las convergencias en distintas secciones a lo largo de todo el túnel. • Células de presión para ver las presiones de empuje del terreno. • Clavos de nivelación para verificar el posible hundimiento del túnel.
Los edificios en los que se realizaron inyecciones de compensación son los situados en la calle travesía de Vigo nº 85, 89 y 91 más el situado en la calle Numancia nº 100. Estos tal y como se puede ver se encuentran no sobre la clave del túnel pero si sobre los hastiales de este y en zona de falla. Dichos edificios habían sido los que mayores asentamientos habían presentado al intentar controlar el movimiento del nivel freático, por ello se decidió tratarlos. (figura 47)
Figura 47 Planta tratamientos de inyección de compensación
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Figura 48 Sección túnel en zona de inyección de compensación
La inyección de lechada se producía por fases las cuales a su vez se dividían en pasadas, en cada pasada se indicaba los criterios de presión, caudal y la zona del edificio a tratar, manejando los tubos manguitos. La presión máxima de tratamiento llegó a ser de 20 bares y la cantidad de inyección máxima de 1.200 litros/m de tubo manguito.
Figura 49 Auscultación hidroniveles
En la figura anterior se puede observar los movimientos sufridos por lo edificios según las fases de trabajo. Primeramente al realizar una inyección de pretratamiento y rebajar el nivel freático se produce un asentamiento del mismo, con la inyección de compensación se produce un elevamiento del edificio de hasta 18 mm, posteriormente al paso de la tuneladora vuelve a producirse un descenso del mismo hasta sus valores de inicio.
Finalmente, se trataron 6.665 m2, y se inyectaron un total de 1.825 Tn en inyecciones de pretratamiento y 1.451 Tn en inyecciones de compensación.
Los tratamientos se llevaron a cabo en un plazo de tiempo diferentes. Primero se realizó unas inyecciones de compensación para controlar el movimiento de los edificaciones al realizar la excavación
INYECCIÓN PRETRATAMIENTO
INYECCIÓN COMPENSACIÓN
PASO TBM
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del túnel con la TBM denominada A Miñoca, (Wirth) y, una vez terminada la excavación y revestimiento del túnel y con el control de las edificaciones se comenzó la excavación de la siguiente tuneladora A Lebre (HK) y su control con las inyecciones de compensación consiguiendo pasar la zona de Doctor Canoa.
7 Extracción de las tuneladoras en pozo
Las tuneladoras A Miñoca y A Lebre calaron en la boquilla de salida, entre las calles de Castilla y Pino, de la ciudad de Vigo, los días 24 de noviembre de 2011 y 3 de febrero de 2012, respectivamente.
La boquilla, incluida en el proyecto de Acceso Norte a Vigo debía de cumplir dos condicionantes:
• La estación de Vigo debía mantenerse en servicio en todo momento. El diseño de la boquilla se realizó de forma que pudiese extraerse la tuneladora estando en servicio la estación de Vigo Urzáiz.
• La boquilla se emplaza en un área con una modificación del Plan General de Ordenación Municipal, denominado APR A‐5‐39 Vía Norte, en el que se deben demoler todas las edificaciones y construir unas nuevas, así como construir la urbanización. Todo esto obligada a ocupar la menor superficie posible. Ni provocar afecciones sobre los edificios futuros.
Partiendo de estas premisas, se restringió al máximo el espacio a ocupar por la boquilla. Para ello se emplazó en una zona del trazado en la que la densidad de edificaciones resultaba algo menor.
La solución en pozo fue inmediata por tres motivos:
• Por espacio. • Por profundidad de la rasante. Más de 30 m. sobre el terreno natural. • Por afecciones sobre las edificaciones.
Figura 50 Vista pozo de extracción
El pozo de extracción tiene una geometría en planta aproximadamente rectangular de dimensiones 23 m x 29 m y profundidad 30 m.
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Para la ejecución del pozo de extracción se planteó la excavación en dos fases: en la primera se excavó con medios convencionales los suelos que se encontraban sobre niveles competentes de roca (unos 11 m de profundidad media), para posteriormente excavar mediante micro voladuras, el resto del emboquille, hasta la cota de la plataforma de trabajo de túnel.
Figura 51 Sección pozo extracción tuneladora
La excavación convencional se realizó confinada dentro de un recinto de pantallas formada por pilotes secantes de hormigón armado y mortero de diámetro 1,00 m y 0,85 m respectivamente con distintos niveles de anclajes provisionales con número de cables desde 5 a 12 de 0,6 “ y longitud máxima 36 m. Dicho diseño intenta minimizar la afección a las edificaciones colindantes. La excavación en los niveles competentes de roca se realizó con un talud medio 1H:10V, con protección mediante proyección de hormigón tipo HP‐35 y bulones pasivos de acero corrugado con mortero, además de algunos niveles de anclajes activos.
Figura 52 Sección pozo extracción tuneladora
Para posibilitar la excavación se planteó un acceso directo a la zona mediante el que se pudiese ejecutar el recinto de pantallas y la excavación de la boquilla. Para la segunda fase de la excavación (nivel de roca sana), no resultó posible realizar un acceso rodado al fondo de la excavación (por el espacio disponible y la diferencia de cotas a salvar); para la extracción de los materiales se utilizaron grúa y contenedores.
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Figura 53 Desescombro pozo con contenedor
Una vez excavado el pozo se construyó en el fondo una plataforma para la extracción de las tuneladoras. Esta plataforma consistió en una losa de hormigón armado de 30 cm de espesor constante hormigonada directamente sobre el fondo de la excavación. Sobre dicha plataforma se ejecutaron, también en hormigón armado, unas “camas” cilíndricas, sobre las que descansaron las tuneladoras hasta ser desmontadas.
Asimismo, se habilitó en la parte superior del pozo ejecutado en roca una plataforma de trabajo para disponer los elementos auxiliares necesarios para la ejecución del pozo y desmontaje de las tuneladoras, además de permitir algunos acopios provisionales.
Se ha de tener en cuenta que la cabeza de TBM una vez desmontada tiene un diámetro de 9,56 m y un peso de 200 Tn, por lo que para su transporte especial se hizo realmente complicado para sacarla de Vigo. Para el desmontaje se utilizó una grúa de celosía de 400 Tn.
Los back‐up de la tuneladora y las piezas más pesadas de los escudos han sido retirados por la boca Das Maceiras, esto es debido a la imposibilidad de acceso de los transportes especiales más pesados por la limitación de tonelaje sobre ciertos pasos superiores en la zona urbana.
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Figura 54 Extracción rueda de corte
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Figura 55 Izado rueda de corte
Figura 56 Maniobra de volteo rueda de corte
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Figura 57 Maniobra apoyo rueda de corte sobre estructura para posterior partición
La siguiente figura representa el estado actual del pozo y plataforma de extracción de la tuneladora, la cual ha sido rebajada para dar continuidad a los túneles hasta la futura estación de Vigo Urzaiz.
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Figura 58 Vista actual plataforma extracción tuneladoras.