Cómo los ingenieros en Silvertown Tunnel están usando 'patines de nitrógeno' para un récord

Los ingenieros que trabajan en el túnel de Silvertown han girado con éxito la primera sección de 1400 t de la máquina perforadora de túneles (TBM) más grande del Reino Unido 180° en la cámara de recepción utilizando un innovador sistema de patines de nitrógeno.

El túnel de Silvertown es un nuevo túnel de carretera de dos orificios actualmente en construcción debajo del río Támesis entre Silvertown y Greenwich. Está siendo entregado por Riverlinx CJV, una empresa conjunta de Bam Nuttall, Ferrovial y SK Ecoplant, para Transport for London.

El 15 de febrero, la tuneladora se abrió paso en Greenwich, en el lado sur del río, habiendo completado el recorrido de 1,1 km para el túnel en dirección sur.

La mayoría de los túneles de dos orificios utilizan dos tuneladoras o desmantelan la única tuneladora y la devuelven al punto de lanzamiento inicial para su segunda impulsión. El sitio, el tiempo y las restricciones financieras en el proyecto del túnel de Silvertown significaron que el equipo decidió idear una forma de rotar la máquina 180° y enviarla de vuelta bajo el río para perforar el túnel de 1,1 km en dirección norte.

"Esta fue la forma más eficiente de hacer los dos túneles desde una perspectiva de costos y una perspectiva de programa", dijo el director de operaciones de Riverlinx, Borja 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".

Las tuneladoras se rotaron de manera similar en París y Stuttgart, explicó Trashorras, pero en ambos casos fue solo para facilitar la extracción de las máquinas, no para perforar otro túnel.

Tampoco se ha hecho nunca con una máquina tan grande. La tuneladora Silvertown Tunnel tiene 82 m de largo desde el cabezal de corte hasta el final de sus pórticos de respaldo y el cabezal de corte tiene un diámetro de 12 m. Solo el escudo de túneles tiene 19 m de largo desde el cabezal de corte hasta la parte trasera del transportador de tornillo y pesa 1400 t.

Se excavó una cámara de rotación en el punto donde la tuneladora se abre paso desde su camino hacia el sur en Greenwich. La cámara tiene 18 m de profundidad desde la losa base hasta la superficie, 40 m de largo desde la pared frontal hasta la pared trasera y 39 m de ancho. La tuneladora emergerá a la cámara en cuatro secciones: el escudo y los tres pórticos de respaldo.

El escudo se llevó primero a la cámara y a un sistema de retención similar a una plataforma, lo que le permitió mantener la presión del anillo a 40 bar para que pudiera continuar instalando los anillos de cemento incluso cuando estaba emergiendo. Cuando el escudo salió por completo del túnel, se separó del pórtico contiguo.

La tuneladora irrumpió en la cámara de rotación con una pendiente del 4%, ascendiendo desde la base plana del túnel debajo del río hasta la superficie. El primer paso para rotarlo fue asegurarse de que estuviera nivelado.

El primer paso para nivelar el escudo fue mover el cabezal de corte ligeramente hacia afuera del resto del escudo. "Esta máquina es muy delicada en términos de su centro de gravedad", explicó el gerente de proyecto de Riverlinx, Ivor Thomas. A medida que el escudo de corte se abría paso fuera del túnel, se colocó debajo de él un sistema hidráulico especial para nivelarlo. Se colocó una gran banda de acero para sujetar la parte trasera del escudo de la tuneladora cuando emergía. Los arietes hidráulicos estaban directamente debajo de esta banda y luego se usaron para levantar la parte trasera del escudo al nivel del frente.

La cuna que sostiene la cabeza de la tuneladora, asentada sobre los gatos hidráulicos y el sistema de patines de nitrógeno

En el siguiente paso, una cuna de acero especial "flotó" debajo del escudo de la tuneladora sobre patines de nitrógeno, que están estacionados alrededor de la parte inferior de la cuna. Los patines de nitrógeno son un sistema de pies hidráulicos que se asientan sobre una capa de nitrógeno comprimido, lo que permite que la cuna que sostiene la máquina "patine" por la superficie.

"Las máquinas se han rotado con aire comprimido antes, pero para rotar una máquina de este tamaño con aire comprimido, probablemente habríamos tenido que contratar todos los compresores en el Reino Unido", dijo Thomas. "Usamos nitrógeno porque está comúnmente disponible, es inerte, no es venenoso, es más liviano que el aire, y obtienes mucho por tu dinero. Pudimos usar un banco de 12 botellas de nitrógeno para este sistema".

La parte superior del sistema cuenta con gatos de aceite hidráulico de acero inoxidable a 350 bar, que pueden subirse y bajarse para nivelar la máquina con precisión y garantizar que esté realmente horizontal. Debajo de esto están los patines, pies circulares anchos y planos con una falda de goma, que tienen nitrógeno bombeado a través de mangueras y mantenidos a 250 bar. Cuando la cuna está lista para ser movida, el sistema hidráulico se bloquea y los patines se mueven sobre una burbuja de nitrógeno. El piso de la cámara de rotación está cubierto con una capa de placas de acero de 20 mm de espesor que se colocan con lechada y luego se engrasan para facilitar el movimiento de los patines.

Ingenieros atendiendo a la cuna, sentados en el sistema de patines de nitrógeno

"No lo estamos levantando; el sistema de nitrógeno se trata de romper la fricción entre la placa de acero y la máquina", explicó Thomas. "Hay un faldón alrededor de la parte inferior de cada patín y bombeamos cantidades muy pequeñas de nitrógeno. Lubricamos las placas de acero y eliminamos la fricción, lo que nos permite mover 1400 t de máquina".

El movimiento se logra tirando de él con cabrestantes neumáticos de 25t controlados a distancia que se anclan a las paredes de la cámara de rotación. El escudo se separó del portal del túnel, luego se tiró hacia los lados para hacer dos "giros de freno de mano", antes de alinearse con el ojo del túnel para la segunda perforación. "Es como un gran aerodeslizador", dijo Thomas. La rotación y el movimiento de un lado a otro de la cámara tomó un día.

La cuna unida al cabrestante neumático de 25 t, encima del sistema de patines de nitrógeno

El mismo proceso se repetirá con el primer pórtico en abril. El pórtico es más liviano que la cabeza del escudo, pero más largo. "En términos de espacio, el pórtico uno es probablemente el más difícil de hacer", dijo Trashorras. “Pero en términos de principios clave, la rotación es exactamente la misma, pondremos la cuna debajo y la halaremos con el sistema de poleas que está anclado a la pared”.

Una vez girado, el primer pórtico se volverá a unir al escudo de corte y la tuneladora comenzará lo que se conoce como lanzamiento umbilical, que debería comenzar a fines de abril. La tuneladora parcial comenzará en la segunda perforación, alcanzando alrededor de 70 m en el camino. Mientras tanto, el segundo y el tercer pórtico se introducirán en la cámara, se girarán y unirán. Una vez que se vuelve a conectar la longitud total de la tuneladora, la excavación puede entrar en "modo completo". Se espera que esto pueda lograrse a finales de junio.

Con la tuneladora completamente fuera del túnel en dirección sur, se puede colocar el transportador de escombros. Este cinturón tomará los escombros de la TBM de regreso por el túnel en dirección norte, hará un cambio de sentido en la cámara de rotación y lo llevará de regreso a través del túnel en dirección sur hasta Silvertown. A partir de ahí, se retirará del sitio a través de una barcaza.

Es probable que la rotación de la tuneladora para el túnel de Silvertown se convierta en un proceso pionero para otros proyectos que requieran una doble perforación, dijo Trashorras. "Otros clientes ahora están considerando esto como un potencial para futuros proyectos en los que están tratando de hacerlo de la manera más eficiente posible y tratando de cumplir con otras agendas como costo, huella de carbono o materiales reducidos", dijo. "No puedo revelar qué clientes, pero la gente está muy interesada en saber si esto fue un éxito y si se puede exhibir en cualquier otro lugar del Reino Unido".

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