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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)

AEROPUERTO DE

HEATHROW OXFORD ST

TÚNELES AFECTANDO INFRAESTRUCTURAS DE

VALOR MUCHO MAYOR QUE LA PROPIA OBRA

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

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

FACTOR DE ESTABILIDAD CRÍTICO: NC

Nc

Gunn, Mair y Seneviratne (1980); Mair (1993); Macklin (1999)

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

CONTROL DE ASIENTOS. EJEMPLOS 1-HEATHROW BAGGAGE TUNNEL

PERFIL GEOTÉCNICO HEATHROW BAGGAGE TUNNEL

1-HEATHROW BAGGAGE TUNNEL

TBM DE FRENTE ABIERTO

ANILLO REVESTIMIENTO: DOVELAS EXPANDIDAS

1-HEATHROW BAGGAGE TUNNEL

FUENTE DEL ASIENTO: PÉRDIDA EN EL FRENTE

1-HEATHROW BAGGAGE TUNNEL

LOS ASIENTOS MEDIDOS SE AJUSTAN BIEN CON LAS PREVISIONES DEL

MÉTODO ELASTOPLÁSTICO

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

Crossrail: tramos de obras subterráneas

Contract C305 Contracts C300/C410/C435

* En rojo, obra subterránea

Crossrail – C300/C410/C435

Contratos de construcción casi finalizados:

C300/410 Túneles y Estaciones: £500m

C435 Estación Farringdon: £210m

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

Old Oak Common – Planta de dovelas

•16

Emboquille en Royal Oak – montaje de las TBM

Northfleet – Embarque del escombro del túnel

•18

Estación Tottenham Court Road

Cavernas de estación Pantallas

de pilotes

Pozos de estación

Tunnel Geology

La mayor parte del túnel se excava en la arcilla de Londres

PERFIL GEOLÓGICO DEL TRAZADO

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

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

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

LIMITACIONES DE LOS MODELOS ANALÍTICOS ELASTOPLASTICOS

NECESIDAD DE OTROS

MODELOS QUE SIMULEN

MEJOR LOS PARÁMETROS

OPERACIONALES DE LA

EPB

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

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

Área especial de monitorización – TBM1 presiones del frente

Área especial de monitorización – TBM1 presiones de la inyección de cola

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

12

/11

/20

12

19

/11

/20

12

26

/11

/20

12

03

/12

/20

12

10

/12

/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

04

/03

/20

13

11

/03

/20

13

18

/03

/20

13

25

/03

/20

13

01

/04

/20

13

08

/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

Desarrollo de herramienta numérica Simulación del túnel EPB

RIGIDEZ DE LA ARCILLA DE LONDRES

La arcilla de Londres exhibe un comportamiento no lineal:

Calibración de los modelos numéricos Perfiles de asiento longitudinal

9 secciones de control“Green field” - Hyde Park

Cubetas de asientos“green field” medidos en las secciones de control comparadas con los resultados

de los modelos numéricos

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.