Dispositivo para la medida de la convergencia en túneles que comprende una pieza principal (5),

una varilla cilíndrica (4), una pieza cilíndrica hueca (6), una tapa superior (7), una tapa inferior (9), un medidor de desplazamientos (10), una placa cuadrada (8) con dos ranuras simétricas (15) para fijarse a la pared del túnel mediante unos medios de fijación (13) y asegurar su verticalidad, unos bulones de anclaje expansivos (2) que se insertan en el perímetro de la sección del túnel y que conducen un cable (3). De aplicación en los sectores en los que se diseñen, produzcan o utilicen dispositivos para medir la convergencia en túneles, como por ejemplo el de maquinaria y equipo mecánico, el de construcción o el de industrias extractivas y del petróleo.

Dispositivo para la medida de la convergencia en túneles.

La presente invención se refiere a un dispositivo mecánico concebido para medir la convergencia en túneles. Con el dispositivo se determina el movimiento de las paredes del terreno del túnel para determinar su comportamiento real, poder comprobar lo previsto en el proyecto y, además, poder establecer determinadas señales de alarma frente a futuros peligros.

La presente invención resulta de aplicación en los sectores en los que se diseñen, produzcan o utilicen dispositivos para medir la convergencia en túneles, como por ejemplo el de maquinaria y equipo mecánico, el de construcción o el de industrias extractivas y del petróleo.

Estado de la técnica

La medida de la convergencia es una operación rutinaria que se realiza durante la construcción y la explotación de túneles. La estabilización y la seguridad en los túneles se determina en base a los movimientos medidos a lo largo del perímetro de su sección, en la superficie del túnel o cerca de ella. Para estimar el comportamiento de un túnel durante su construcción y, posteriormente, durante su explotación, es necesario determinar los valores reales de los movimientos que se producen a lo largo de la superficie excavada. Dichos movimientos pueden ser absolutos, respecto a un sistema de coordenadas previamente establecido, o relativos, entre dos puntos determinados del perímetro de la sección del túnel. Los movimientos se miden utilizando cintas de convergencia y equipos topográficos de precisión (Lucia Simeoni, Luca Zanei. "A method for estimating the accuracy of tunnel convergence measurements using tape distometers", International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. Hyung-Sik Chung. "Measurement and Analysis of Long-term Behavior of Seoul Metro Tunnels using the Automatic Tunnel Monitoring Systems", Office of Subway Construction, Seoul Metropolitan Government, 2001. The Completion Report of Seoul Metro ATMS Project (Installation of 2D-TCMS). Villy A. Kontogianni, Stathis C. Stiros. "Predictions and observations of convergence in shallow tunnels: case histories in Greece", Engineering Geology, Vol 63, pp 333-345. C. Dinis da Gama. "A method for continuous monitoring of tunnel deformations during construction and service phases", EUROCK'2004 - Salzburg, Austria).

Las cintas de convergencia, especialmente fabricadas para la medida de la distancia entre dos puntos del perímetro en una sección del túnel, permiten alcanzar incertidumbres de medida comprendidas entre 0,003 mm y 0,1 mm, según el tipo de cinta utilizada y el dispositivo de enganche de la misma a los bulones anclados a lo largo de la sección del túnel. Estas medidas mediante cinta son más rigurosas que las realizadas mediante equipos topográficos de precisión. Sin embargo, la utilización de estas cintas presenta como inconvenientes la interferencia en las operaciones de construcción y explotación del túnel debido a que para su empleo se necesita ocupar partes de la sección libre del túnel, así como la imposibilidad de obtener información continua acerca de los movimientos que se producen. Aunque las cintas de convergencia se utilizan cada vez menos en la construcción de túneles en Europa su uso sigue siendo habitual en España.

La medida de movimientos mediante equipos topográficos constituye el grueso de las operaciones en la construcción de túneles. Las secciones en las que se miden los desplazamientos se sitúan entre 10 m y 25 m a lo largo del eje del túnel y, por lo general, en cada una de ellas se instalan cinco puntos de referencia equidistantes a lo largo del perímetro. Los puntos de referencia de cada sección se comprueban a una distancia máxima de 100 m de la estación. Cada lectura en el equipo topográfico incluye la medida de una distancia y dos ángulos. Las estaciones totales pueden situarse libremente dentro del túnel de forma que la interferencia con los trabajos que se realizan sea mínima. En la actualidad se han desarrollado equipos motorizados que reconocen los puntos de referencia. Estos instrumentos pueden colocarse de manera temporal o permanente en el interior del túnel.

Como inconvenientes de estos equipos cabe destacar que no son capaces de controlar de forma continua los desplazamientos de la sección del túnel, sino sólo a intervalos de tiempo regulares. Por otra parte, un solo equipo no está en disposición de controlar desde una sola posición la longitud total del túnel; cuando existen cambios de dirección se necesita más de un equipo. Además, la inversión económica que hay que realizar es elevada. Por otra parte, el mantenimiento de los equipos topográficos trabajando en el interior de túneles es otro factor a tener en cuenta.

Las medidas realizadas con la cinta de convergencia y con las estaciones totales topográficas se representan en gráficos tiempo-desplazamiento y suelen incluir la distancia del frente de avance al punto de lectura.

El criterio principal para la valoración de los resultados en las medidas de convergencia es determinar si los movimientos se han reducido, e incluso detenido, en cuyo caso la curva representada tenderá a converger a una línea horizontal indicando que el sistema del túnel, formado por el terreno circundante y el sostenimiento, ha alcanzado un nuevo equilibrio.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo mecánico que permite determinar la convergencia en túneles.

El dispositivo de la invención comprende una pieza principal de forma cilíndrica con unos medios de acoplamiento P-V en el centro de una de sus bases. Una varilla cilíndrica, con un agujero pasante en uno de sus extremos, va unida a ella mediante unos medios de acoplamiento V-P que incorpora en el otro extremo de la misma.

El dispositivo también comprende una pieza cilíndrica hueca donde va alojada la pieza principal y lleva dos medios de acoplamiento próximos a cada uno de los extremos, que van situados a la misma altura en puntos diametralmente opuestos y sirven, mediante unos medios de fijación, para fijar la posición de la tapa superior y de la tapa inferior del conjunto. Además incorpora dos medios de acoplamiento C-PCC sobre una generatriz en la zona central que sirven para fijar la pieza a una placa cuadrada.

El dispositivo también comprende una pieza cilíndrica, denominada tapa superior, con unos medios de acoplamiento TS-PC a la pieza cilíndrica situados a la mitad de su altura y en dos puntos diametralmente opuestos. Además, incorpora un agujero pasante en su centro para facilitar el paso de la varilla que va acoplada a la pieza principal.

El dispositivo incorpora también una pieza cilíndrica, denominada tapa inferior, con unos medios de acoplamiento TI-PC a la pieza cilíndrica, situados a la mitad de su altura en dos puntos diametralmente opuestos, que incorpora un agujero pasante en su centro. Preferiblemente este agujero pasante facilita el paso de un cable de comunicaciones, desde el dispositivo de medida de desplazamientos que lleva fijado en su base interior, a una tarjeta de adquisición de datos. También incorpora unos medios de acoplamiento TI-MD en su base interior, dispuestos en el mismo diámetro, que sirven para fijar la posición del dispositivo para la medida de desplazamientos. En una realización preferida, el dispositivo para la medida de desplazamientos comprende dos varillas cilíndricas que lo sustentan y que se fijan a la tapa inferior mediante unos medios de acoplamiento MD-TI.

El dispositivo incorpora una placa cuadrada con unos medios de acoplamiento PCC-C centrados y alineados verticalmente que sirven para acoplar la pieza cilíndrica hueca a la placa cuadrada. Incorpora un agujero y dos ranuras pasantes situadas simétricamente que sirven para fijar la placa cuadrada al túnel y facilitan la colocación vertical del conjunto en la pared del túnel con ayuda de unos medios de fijación.

El dispositivo también comprende unos medios de fijación o bulones de anclaje expansivos que se insertan en el perímetro de la sección del túnel y que conducen un cable, preferiblemente acabados en forma de argolla, que van distribuidos a lo largo del perímetro de la sección del túnel.

El dispositivo dispone de un cable que es conducido por los medios de fijación o bulones de anclaje expansivos dispuestos a lo largo del perímetro del túnel. Un extremo del cable está fijo a uno de los medios de fijación o bulones de anclaje expansivos situados en un extremo de la sección...

1. Dispositivo para la medida de la convergencia en túneles que comprende:

una pieza principal (5) formada por un cilindro macizo con unos medios de acoplamiento P-V (20) en el centro de una de sus bases;

una varilla cilíndrica (4) con un agujero pasante (21) en un extremo y con unos medios de acoplamiento V-P (22) en el extremo que se acopla a la pieza principal (5);

una pieza cilíndrica hueca (6), formada por un tubo hueco con los dos extremos abiertos, con dos agujeros pasantes (19) en cada uno de sus extremos situados en puntos diametralmente opuestos para poder fijar la tapa superior (7) y la tapa inferior (9), y con unos medios de acoplamiento C-PCC (18) en una generatriz para acoplarse a la placa cuadrada (8) y que aloja a la pieza principal (5) de forma que la pieza principal (5) se desplaza por su interior;

una tapa superior (7) con un agujero pasante (24) en su base que atraviesa con holgura la varilla cilíndrica (4) y unos medios de acoplamiento TS-PC (23) en su pared, situados a media altura y en puntos diametralmente opuestos, que sirven para fijarse a la pieza cilíndrica hueca (6);

una tapa inferior (9) con un agujero pasante (27) en su base y unos medios de acoplamiento TI-PC (25) en su pared, situados a media altura y en puntos diametralmente opuestos, que sirven para fijarse a la pieza cilíndrica hueca (6) y unos medios de acoplamiento TI-MD (26) en el mismo diámetro y en la base interior de la tapa inferior (9) para fijar un medidor de desplazamientos (10);

un medidor de desplazamientos (10) que se fija a la tapa inferior (9) mediante unos medios de acoplamiento MD-TI (28) y que mide los desplazamientos de la pieza principal (5);

una placa cuadrada (8) con unos medios de acoplamiento PCC-C (16) en su eje para fijar la pieza cilíndrica hueca (6) y un agujero pasante (17) y dos ranuras simétricas (15) para fijarse a la pared del túnel mediante unos medios de fijación (13) y asegurar la verticalidad del dispositivo;

unos bulones de anclaje expansivos (2) que se insertan en el perímetro de la sección del túnel y que conducen un cable (3);

un cable (3) tensionado, con un extremo fijado a un bulón de anclaje expansivo (2) y el otro al agujero pasante (21) de la varilla cilíndrica (4) y que transmite los desplazamientos relativos de los bulones de anclaje expansivos (2) a la pieza principal (5).

2. Dispositivo para la medida de la convergencia en túneles según la reivindicación 1 caracterizado porque es de metal o de una aleación de metales.

3. Dispositivo para la medida de la convergencia en túneles según la reivindicación 2 caracterizado porque el metal o la aleación de metales, es acero.

4. Dispositivo para la medida de la convergencia en túneles según la reivindicación 1 caracterizado porque el medidor de desplazamientos (10) comprende dos varillas cilíndricas que lo sustentan y que se fijan a la tapa inferior (9) mediante unos medios de acoplamiento MD-TI (28).

5. Dispositivo para la medida de la convergencia en túneles según la reivindicación 1 caracterizado porque los medios de acoplamiento P-V (20) de la pieza principal (5) son agujeros roscados interiores.

6. Dispositivo para la medida de la convergencia en túneles según la reivindicación 4 caracterizado porque los medios de acoplamiento MD-TI (28) de las varillas del medidor de desplazamientos (10) son unas roscas exteriores.

7. Dispositivo para la medida de la convergencia en túneles según la reivindicación 1 caracterizado porque los medios de acoplamiento C-PCC (18) de la pieza cilíndrica hueca (6) y los medios de acoplamiento PCC-C (16) de la placa cuadrada (8) son roscas interiores que se unen mediante tornillos pasantes a través de las roscas.

8. Dispositivo para la medida de la convergencia en túneles según la reivindicación 1 caracterizado porque los medios de acoplamiento (19) de la pieza cilíndrica hueca (6) a la tapa superior (7) y a la tapa inferior (9) comprenden cuatro agujeros roscados, situados dos a dos, en puntos diametralmente opuestos y en ambos extremos de la pieza.

9. Dispositivo para la medida de la convergencia en túneles según la reivindicación 1 caracterizado porque los medios de acoplamiento TS-PC (23) de la tapa superior (7) comprenden dos agujeros roscados dispuestos en puntos diametralmente opuestos en su pared.

10. Dispositivo para la medida de la convergencia en túneles según la reivindicación 1 caracterizado porque los medios de acoplamiento TI-PC (25) de la tapa inferior (9) comprenden dos agujeros roscados dispuestos en puntos diametralmente opuestos en su pared o paredes, y porque los medios de acoplamiento TI-MD (26) comprenden dos agujeros roscados situados en la base interior sobre el mismo diámetro y a la misma distancia del centro.

11. Dispositivo para la medida de la convergencia en túneles según las reivindicaciones 8 y 9 caracterizado porque la tapa superior (7) va fijada a la pieza cilíndrica hueca (6) mediante unos tornillos pasantes que se roscan a los agujeros roscados de la pared de la tapa superior (7) a través de los agujeros roscados situados en un extremo de la pieza cilíndrica hueca (6).

12. Dispositivo para la medida de la convergencia en túneles según las reivindicaciones 8 y 10 caracterizado porque la tapa inferior (9) va fijada a la pieza cilíndrica hueca (6) mediante unos tornillos pasantes que se roscan a los agujeros roscados de la pared de la tapa inferior (9) a través de los agujeros roscados situados en un extremo de la pieza cilíndrica hueca (6).

13. Dispositivo para la medida de la convergencia en túneles según la reivindicación 6 caracterizado porque los medios de acoplamiento TI-MD (26) de la tapa inferior (9) a las varillas del medidor de desplazamientos (10) son dos agujeros roscados.