Dispositivo de colocación de sectores (10) de sustentación de túneles acoplable a una tuneladora tipo topo que comprende:

un disco giratorio (1) montado de manera concéntrica al eje de la tuneladora, medios (2) de recepción, vástagos (3) de inmovilización enclavados en los medios (2) de recepción y provistos de medios (4a, 4b) de inmovilización de sectores de sustentación, medios de estampación y medios de protección. El sector (10) de sustentación de uso con dicho dispositivo tiene un perfil en forma de arco de circunferencia y está provisto de medios (15) de unión que permiten la unión con otros sectores de sustentación contiguos según las direcciones longitudinal y circunferencial del túnel

Dispositivo de colocación de sectores de sustentación de túneles para tuneladora y sector de sustentación para uso con dicho dispositivo.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo de colocación de sectores de sustentación de túneles, especialmente túneles realizados con máquinas tuneladoras, destinado a tuneladoras de tipo topo, así como a su funcionamiento y formas de instalación en dicha tuneladora.

La presente invención está dirigida, en particular, a túneles de grandes dimensiones para cuya excavación es rentable el uso de máquinas tuneladoras.

Estado de la técnica

La construcción de túneles está generalmente destinada a favorecer el tránsito de personas, vehículos o mercancías entre dos puntos; la explotación de minas subterráneas, y/o conducción de otros servicios como tuberías o cables de comunicaciones.

En consecuencia, es una actividad extremadamente importante porque mejora notablemente las comunicaciones e infraestructuras en los alrededores del lugar de construcción, lo que provoca importantes beneficios económicos a nivel local, regional, o incluso nacional.

Actualmente, en la construcción de túneles de gran diámetro, la perforación del terreno se lleva a cabo mediante unas máquinas, llamadas tuneladoras, que están provistas en su parte delantera, según el sentido de avance de la excavación, de una cabeza de corte. Dicha cabeza de corte comprende elementos abrasivos capaces de perforar el terreno sobre el que se realiza la excavación y una corona de giro que permite que la cabeza de corte gire a una determinada velocidad angular.

Frecuentemente, estas tuneladoras son capaces, además, de llevar a cabo otras operaciones complementarias como la retirada de escombros y/o el montaje de sistemas de sustentación. Para estos fines, están provistas del llamado equipo de rezaga, situado detrás de la cabeza de corte, según el sentido de avance de la excavación, que comprende todos los dispositivos necesarios para llevar a cabo dichas operaciones complementarias. A menudo, en el equipo de rezaga se encuentra, además, la cabina de mandos de la tuneladora.

En términos generales, existen dos clases de tuneladoras dependiendo del tipo de terreno en el que operan.

La primera clase consiste en las llamadas tuneladoras de roca dura o topos, a las que se hará referencia en la presente como tuneladoras TBM (del inglés Tunel Boring Machines). Estas máquinas se utilizan en terrenos que, aparentemente, tienen la suficiente consistencia como para no ceder durante la perforación.

A la segunda clase pertenecen las llamadas tuneladoras de escudo, que se utilizan en aquellos terrenos de cierta inestabilidad en los que existe algún riesgo de desprendimiento durante la perforación.

Las tuneladoras TBM tienen el grave inconveniente de no estar preparadas para trabajar en terrenos poco competentes. Desgraciadamente, en ocasiones, la estabilidad y consistencia del terreno disminuyen inesperadamente.

En este caso, los rendimientos de producción caen drásticamente siendo necesario el sostenimiento (que en la técnica se entiende como el procedimiento de entibación provisional del terreno), hasta la finalización del revestimiento (que en la técnica se entiende como el procedimiento de estabilización definitiva de la excavación).

El procedimiento de sostenimiento para excavaciones hechas con tuneladoras TBM más popular y empleado actualmente en la técnica comprende las siguientes etapas:

A continuación tiene lugar el procedimiento de revestimiento que, entre otras etapas, comprende el gunitado o inyección de hormigón proyectado sobre la estructura de sustentación previamente formada.

El procedimiento de sostenimiento empleado con tuneladoras TBM anteriormente descrito presenta varias desventajas.

En primer lugar, cada tramo de cercha debe ser montado manualmente de uno en uno hasta formar una cercha completa que luego deberá ser arriostrada mediante tresillones a la cercha completa inmediatamente anterior, fijando de forma manual dichos tresillones de uno en uno hasta formar una porción de sustentación propiamente dicha, cerrada circularmente. Esto hace que la sustentación y el revestimiento según este procedimiento comprendan una gran número de operaciones diferentes que resultan tediosas y complicadas. Además, todas ellas deben realizarse dentro del túnel, con poco espacio, y en una zona potencialmente peligrosa para los operarios.

Por otro lado, el procedimiento anterior, empleado habitualmente en la técnica, no permite sustentar el túnel a tiempo real, puesto que antes de poder colocar una nueva cercha completa para formar una porción de sustentación cerrada circularmente debe hacerse avanzar adicionalmente la cabeza de corte.

En consecuencia, la distancia mínima entre la zona de trabajo (zona en la que se están colocando las cerchas) y el frente de excavación (zona en la que se está actualmente excavando) que es del orden de varios metros, frecuentemente entre 5 y 10 m, queda expuesta momentáneamente sin protección al desprendimiento de material en la cabeza de la máquina, pudiendo dicho material llegar a caer en la zona zona de trabajo, especialmente en el momento en el que se hace avanzar la excavación para poder colocar una nueva cercha.

Esta situación unida a la propia vibración de la máquina favorece la formación de cavernas a lo largo de toda la excavación, lo cual, además de peligroso es también antieconómico, puesto que la cantidad de gunita y espumas necesarias para rellenar los huecos dejados por la abundante caída de terreno es, a menudo, muy grande.

En el caso de las tuneladoras de escudo, el sostenimiento se realiza mediante un dispositivo de sostenimiento, llamado escudo y provisto en la propia tuneladora. Habitualmente, dicho escudo consiste en un cilindro metálico que envuelve la cabeza de corte y la parte del equipo de rezaga más próxima a dicha cabeza de corte.

Dicho cilindro sostiene provisionalmente el terreno hasta que un dispositivo de estampación de porciones de revestimiento, alojado en el equipo de rezaga detrás de la cabeza de corte, habitualmente a una distancia de varios metros, lleva a cabo el revestimiento.

Sumario de la invención

La presente invención proporciona un nuevo dispositivo de colocación de sectores de sustentación de túneles, acoplable a una tuneladora TBM, así como un procedimiento de uso.

Este dispositivo puede instalarse en una máquina tuneladora según una configuración específica, de manera que aborda los...

1. Dispositivo de colocación de sectores de sustentación de túneles para tuneladoras, caracterizado porque comprende:

2. Dispositivo de colocación de sectores de sustentación de túneles para tuneladoras según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios (2) de recepción de vástago están dispuestos circunferencialmente en la parte periférica de la superficie trasera de dicho disco giratorio según el sentido de avance de la tuneladora.

3. Dispositivo de colocación de sectores de sustentación de túneles para tuneladoras según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende, además, medios de transporte de sectores (10) de sustentación.

4. Dispositivo de colocación de sectores de sustentación de túneles para tuneladoras según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dichos medios (4a, 4b) de inmovilización son grapas AUXI.

5. Sector (10) de sustentación de túneles, para uso con un dispositivo de colocación de sectores de sustentación de túneles para tuneladoras según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho sector (10) tiene un perfil en forma de arco de circunferencia y está provisto de una pluralidad de medios (15) de unión que permiten la unión, tanto según la dirección circunferencial del túnel como según la dirección longitudinal (X) del túnel, de dicho sector (10) de sustentación a otro sector (10') de sustentación adyacente.

6. Sector (10) de sustentación de túneles, según la reivindicación 5, caracterizado porque dicho sector (10) es integral.

7. Sector (10) de sustentación de túneles según la reivindicación 5, caracterizado porque dicho sector (10) es formado inmediatamente antes de su colocación en el túnel.

8. Sector (10) de sustentación de túneles según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque la configuración de dicho sector (10) de sustentación es tal que permite la unión por solapamiento de un sector (10) de sustentación a otro sector (10') de sustentación adyacente, ya sea dicha unión según la dirección circunferencial del túnel y/o según la dirección longitudinal (X) del túnel.

9. Sector (10) de sustentación de túneles según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado porque está provisto de al menos dos tramos (11) de cercha unidos entre si por una pluralidad de tresillones o varillas (12) de arriostramiento.

10. Sector (10) de sustentación de túneles según la reivindicación 9, caracterizado porque dichos tramos (11) de cercha tienen una sección transversal sustancialmente en forma de V.

11. Sector (10) de sustentación de túneles según la reivindicación 9, caracterizado porque dichos tramos (11) de cercha tienen una sección transversal sustancialmente en forma de U.

12. Sector (10) de sustentación de túneles según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 11, caracterizado porque dicho sector (10) de sustentación está provisto de un refuerzo.

13. Sector (10) de sustentación de túneles según la reivindicación 12, caracterizado porque dicho refuerzo es una chapa Bernold (13).

14. Sector (10) de sustentación de túneles según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 13, caracterizado porque dicho refuerzo está provisto de orificios (14).

15. Sector (10) de sustentación de túneles según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 14, caracterizado porque dichos medios (15) de unión comprenden grapas AUXI.

16. Procedimiento de uso de un dispositivo de colocación de sectores de sustentación de túneles para tuneladoras según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

habiéndose provisto previamente al menos un sector (10) de sustentación y habiéndose transportado dicho al menos un sector (10) de sustentación hasta el disco giratorio (1).

17. Procedimiento de uso de un dispositivo de colocación de sectores de sustentación de túneles para tuneladoras según la reivindicación 16, caracterizado porque entre las etapas viii) y ix) además comprende:

18. Procedimiento de uso de un dispositivo de colocación de sectores de sustentación de túneles para tuneladoras según cualquiera de las reivindicaciones 16 ó 17, caracterizado porque en las etapas vi) y/o ix) la unión de dos sectores de sustentación adyacentes se realiza solapando un sector de sustentación con el otro sector de sustentación.

19. Procedimiento de uso de un dispositivo de colocación de sectores de sustentación de túneles para tuneladoras según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, caracterizado porque se realiza debajo de los medios de protección de dicho dispositivo de colocación de sectores de protección.

20. Instalación en una tuneladora de un dispositivo de colocación de sectores de sustentación de túneles para tuneladoras según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el disco giratorio (1) está montado sobre la cabeza (20) de corte de la tuneladora.

21. Instalación en una tuneladora de un dispositivo de colocación de sectores de sustentación de túneles para tuneladoras según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el disco giratorio (1) es integral a la cabeza (20) de corte de la tuneladora.