Tecnologia punta en túnels
2003/02/01 Kortabarria Olabarria, Beñardo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
Els túnels són obres de caràcter molt especial, ja que la majoria de les vegades es tracta d'obres subterrànies. Les grandàries poden ser grans, com els de la Manxa, amb nombrosos quilòmetres de 6-8 metres de diàmetre, mitjans o molt petits, fins al punt que els humans no poden entrar. Als pobles i ciutats els túnels poden ser una oportunitat per a millorar les vies de transport o millorar el servei de clavegueram i aigua.
Abans de començar amb l'execució dels túnels, és necessari realitzar estudis exhaustius del sòl, sobretot per a conèixer el tipus de terreny sobre el qual es trobarà i veure si hi ha aigua subterrània o no. En funció de les característiques del terreny, de l'existència o no d'aigua subterrània i de l'ús que es vagi a donar al túnel, es determina el sistema d'execució del túnel.
Si el terreny és estable, els treballs de perforació poden realitzar-se de manera mecànica. Si en les prospeccions realitzades abans de començar a construir-se no es troben grans quantitats d'aigua subterrània, en la majoria dels casos no és necessari pressuritzar les zones en les quals es realitzarà l'obra. Si es detecta la presència d'aigua, per contra, aquestes zones es pressuritzen per a evitar que arribi aigua a les zones de treball.
Tant per a la construcció de grans túnels de carretera com per a la via fèrria, quan el terreny sigui estable, les labors de perforació es poden realitzar a màquina. Aquestes màquines es denominen TBM ( Tunnel Boring Machine ). Són màquines que perforen tot el front del túnel. La veritat és que es tracta d'un tren format per diverses màquines, cadascuna d'elles amb el seu propi motor, que els permet moure's sobre la via. En la part davantera les TVD tenen cap tallant. Aquest cap gira i tira cap endarrere tot el que perfora i trenca la roca. Després del cap tallant va oculta. A més d'oferir protecció, mitjançant l'escut es col·loca la cobertura del túnel. Per a això, d'amagat, malgrat l'escassetat d'espai, es disposa de l'equipament necessari per a moure i col·locar les dovelles. El treball no és fàcil, ja que les dovelles solen ser peces de més d'una tona.
observar en la maqueta, a causa de la grandària de la màquina, en el seu interior hi ha nombroses places tant per a operaris com per a útils.
Algunes de les característiques més destacables d'aquesta màquina són:
8.430 mil·límetres.
9.070 mil·límetres.
9.330 mil·límetres.
8.830 mil·límetres.
2.000 kW.
Capacitat elèctrica de la màquina de túnels: 4.000 kVA.
Amb aquesta mena d'eines es col·loquen les dovelles dels anells de recobriment en posició, podent emplenar-se entre anells amb lletada de calç. Al seu torn, l'utillatge ocult envia cap endarrere tota la sorra extreta del forat. També s'oculten els motors elèctrics i les bombes hidràuliques que accionen el moviment del capçal rotatori i desplacen els útils que col·loca les dovelles en posició.
Quan la terra no és estable, és a dir, no es pot ocultar, es perfora d'una altra manera. En aquests casos s'utilitzen màquines tallants en el front del túnel. Els enderrocs cauen a terra i recullen les excavadores i els transporten a camions. Mitjançant aquesta tècnica es construeixen túnels que no tenen secció circular. En
aquests casos, és necessari cobrir el túnel a mesura que avança, ja que el terreny no té la resistència suficient per a mantenir-se complet sense cobertura. La caiguda dels sostres i parets dels túnels en cas de no cobrir-se és molt fàcil, la qual cosa fa que els accidents siguin freqüents. Els revestiments es realitzen amb formigó, bé mitjançant estructures prefabricades o bé mitjançant estructures metàl·liques situades en el propi túnel.
Quan la terra és molt dura, de roca dura, el front sol obrir-se mitjançant una explosió: es fan petits forats, es col·loca l'explosiu i s'estén el forat. A continuació comencen les obres de construcció del túnel. Dit així, el treball sembla senzill, però encertar amb la quantitat d'explosius necessària és molt difícil. De fet, si s'encerta, s'obtenen roques de grandària adequada que cauen on és necessari. D'aquesta forma es facilita l'extracció de tots aquests enderrocs. En túnels de roca dura, la majoria de les vegades no es realitza cobertura, sinó que es tallen perquè tinguin una superfície enrasada. No obstant això, en el cas que la roca sigui de fàcil fractura i existeixi risc de despreniment de fragments de roca, els revestiments es realitzen amb formigó prefabricat.
L'elecció de l'un o l'altre sistema de construcció de túnels no eximeix de la importància de realitzar accessos adequats tant per a l'entrada de material de treball com per a l'evacuació d'enderrocs. La falta d'espai sol ser un dels majors inconvenients de la construcció de la tunelería, ja que sol ser limitada en la seva part davantera i la possibilitat de fer altres treballs dins del túnel no sol ser excessiva.
Trepar o explotar?
L'equilibri entre temps i seguretat ha fet que durant molts anys hi hagi hagut un debat obert en la fabricació de túnels, quin és el millor sistema de construcció de túnels? El debat ha estat entre partidaris i detractors de la utilització de màquines perforadores per a la construcció de túnels.
Quant a la seguretat del personal que realitzarà el túnel, sembla clar que l'ús de la maquinària de construcció de túnels és molt millor. De fet, en túnels de front obert i grans diàmetres els accidents i enfonsaments són relativament freqüents.
TVD en túnels llargs
Els túnels més llargs del món de gran secció s'han construït per a vies i carreteres. Els túnels hidràulics també poden ser llargs, però en general tenen una secció molt de menor. Fins a la finalització del túnel de Seiki al Japó, la majoria dels grans túnels del món, excepte els de La Manxa, s'han construït sense màquina de túnels, perforats i provocats per l'explosió. No obstant això, el túnel de Seikan ha servit per a modificar la construcció dels túnels.
Al Japó va haver-hi molts problemes amb perforacions i explosions. Els projectes de construcció dels grans túnels que s'han posat en marxa des de llavors s'estan duent a terme amb gegantesques màquines de túnels. El nou San Gotemá, dos túnels de 57 quilòmetres, el nou Loetschberg, dos túnels de 45 quilòmetres, Guadarrama, dos túnels de 30 quilòmetres, Mont Cenis Lió-Torino, dos túnels de 45 quilòmetres, i, en general, les màquines perforadores gegants per a la construcció de grans túnels ferroviaris i túnels d'alta velocitat. Per tant, les màquines de túnels s'estan imposant.
Els del canal de la Manxa són un dels túnels més grans construïts amb màquines de túnels i un dels més construïts del món, a pesar que en la construcció van morir 10 operaris. Com és sabut, el canal està format per tres túnels, dos de nou metres de diàmetre per al tren, entre els quals es troba un túnel de servei de sis metres de diàmetre. El treball de construcció de cadascun d'aquests túnels es va dividir en dues parts, la francesa i l'anglesa.
Cadascuna d'aquestes parts es va dividir en altres dues, la marina i la terrestre, per la qual cosa el projecte es va construir en 12 parts. No obstant això, en la construcció dels túnels només es van utilitzar 11 màquines de túnels, ja que dos túnels de la terra francesa, de més de 17 quilòmetres, es van perforar amb la mateixa màquina. En el treball de La Manxa els anglesos van utilitzar màquines obertes per a fabricar túnels i els francesos van utilitzar màquines tancades per a construir túnels. Els anglesos van perforar una mitjana de 800 metres al mes, mentre que els francesos ho van fer 700. De fet, les màquines de túnels obertes són més ràpides que les tancades, ja que per a poder continuar perforant no necessiten col·locar un anell de cèrcol.
Lògicament, a l'hora de perforar, a més de la mena de màquina, les característiques del terreny o roca tenen una gran importància, ja que en funció d'això caldrà triar un sistema de perforació o un altre.
Segons els experts, les màquines de túnels només són rendibles quan els túnels són llargs. Aquest tipus de màquines es realitzen per encàrrec i triga un any a fer-se una sola. Aquest argument ha estat sovint esmentat pels partidaris d'utilitzar sistemes de front obert per a la construcció de túnels. No obstant això, sembla que el debat està arribant al final.
Subterrani però segur
Els accidents esdevinguts en els túnels europeus en els últims anys, amb molts ferits i morts i grans pèrdues econòmiques, han posat de manifest la necessitat de sistemes de seguretat i rescat eficients en els túnels. Fins avui, el factor seguretat no ha tingut gran importància a l'hora de dissenyar els túnels. No es preveia la possibilitat d'accidents, per la qual cosa els sistemes de seguretat i rescat eren escassos. L'accident ocorregut al març de 1999 en el túnel del Mont Blanc va posar de manifest la necessitat de començar a fer les coses d'una altra manera.
De fet, la tècnica de construcció de túnels ha avançat molt. Això ha permès construir túnels cada vegada més llargs i amb major densitat de trànsit, sobretot per a camions. Per això, les possibilitats d'accident també són majors. L'experiència ha demostrat que els accidents en túnels són greus.
Els països de la zona alpina són els que més han avançat a l'hora de compaginar la tunelería i la seguretat a causa dels accidents més terribles: França, Suïssa, Itàlia i Alemanya. Durant l'accident de Mont-Blanc, aquests quatre països van constituir una comissió de seguretat per a analitzar l'estat dels llargs túnels. Aquest comitè va emetre un informe que va concloure que, en matèria de seguretat, els túnels dels Alps tenien molt a millorar. Després d'aquest informe, el govern francès va modificar completament la normativa dels túnels, establint la seguretat com a prioritat. A més, s'ha constituït un grup de treball sobre seguretat en túnels que es reuneix cada dos anys a França. El túnel renovat de Mont Blanc ( http://www.atmb.net/ ) és l'exemple més clar que està canviant les coses.
No obstant això, en els túnels no hi ha massa accidents. El nombre d'accidents en la resta de carreteres és molt major. Els accidents en túnels no suposen ni un terç del total. La major part dels accidents que es produeixen en els túnels es deuen a col·lisions amb les parets laterals i els cotxes que van davant o vénen darrere. En túnels de doble direcció, els xocs frontals són també relativament freqüents. Si en aquests accidents no es produeix un incendi, si no es produeix un abocament de substàncies perilloses… l'accident no tindrà gran repercussió, però quan es produeixen desastres la societat s'altera. Els experts asseguren que si es produeixen 20 accidents fora dels túnels i 20 persones moren, no passa res, però si en un únic accident ocorregut en el túnel es parla de 20 persones…
Malgrat això, cada vegada s'estan adoptant més mesures per a garantir la seguretat dels túnels.
Vorals i voreres Són
obligatoris en tots els nous túnels. Els vorals tindran una longitud mínima de dos metres i les voreres d'un metre i mig. En els túnels de doble direcció de més de 300 metres, amb els camions avariats a la seva vora, hauran de ser suficients per a creuar dos vehicles sense obstacles.
Les zones de protecció per a les persones hauran de disposar d'un aforament d'entre 50 i 100 persones. Fins avui s'han col·locat entre 700 i 1.000 metres, però actualment s'estan col·locant a 500 metres dels 350. Per a poder rebre missatges externs han de disposar d'altaveus i pantalles de televisió. A més, han d'estar preparats per a romandre molt de temps. Aquestes zones de protecció disposen d'un sistema de ventilació independent, independent del sistema de ventilació del túnel. Segons les noves normatives, les zones de protecció han de poder sortir a l'exterior a través de les vies d'evacuació.Fornícules de seguretat i contra incendis Són forats de més de dos
metres d'altura, dotats de reflectores lumínics, quadres elèctrics, sos-postals de socors i extintors. Estaran situats a una distància de 200 metres a banda i banda del túnel.Aparcaments d'emergència En
cas d'avaria o accident, els túnels se situen a la dreta de la direcció de circulació. Han de permetre l'entrada de camions llargs.Les escapades de persones són
galeries que han de permetre la sortida directa a l'exterior del túnel. Quan no sigui possible directament, podran enllaçar amb túnels de ventilació o falsos sostres, sempre que sigui possible la seva sortida.Túnels d'evacuació
directa a l'exterior del túnel.Equipament divers
Xarxa d'aigua contra incendis, sistemes d'aire comprimit i sistemes de recuperació dels abocaments.Fossat de seguretat en el túnel de Mont Blanc.ATMBPortes tèrmiques Aquest
sistema de seguretat va ser utilitzat per primera vegada en el túnel de Frejus entre França i Itàlia després de l'accident de Mont Blanc. Ha donat molt bons resultats. L'objectiu del sistema és controlar si els camions que entraran en el túnel van sobreescalfats. Per a això, abans de l'entrada al túnel, es va habilitar una zona de parada de camions. Allí es fa passar per la porta tèrmica i amb l'ajuda de la informàtica es realitza l'escàner del camió. Els sensors tèrmics instal·lats a la porta permeten obtenir el mapa de la temperatura del vehicle. Control de pneumàtics, pastilles de fre, motor, cabina del conductor, etc.El sistema
de senyalització és bàsic per a garantir la seguretat del trànsit. S'informa l'usuari de la ubicació de les zones de protecció, localització de les fosses de paret o incendi, parada, velocitat a la qual pot circular… Es col·loquen semàfors, panells de missatges, barreres de tancament del túnel, llums d'alarma, pintures reflectores que condueixen a les vies de fuita, etc.La ventilació és de gran importància en l'ús
habitual dels túnels, mentre que en el cas d'incendis és imprescindible el sistema de ventilació adequat. A més, són necessaris diversos sistemes: el natural del túnel, que s'obté mitjançant ventiladors, sistemes de ventilació de fuites, etc.Comunicacions La seva
importància radica en el fet que serveixen als usuaris per a indicar en tot moment l'estat del trànsit del túnel. Actualment està implantant i utilitzant sistemes de telefonia, televisió i ràdio.El sistema de control
està utilitzant circuits tancats de televisió i sistemes automàtics de detecció d'accidents. En els túnels s'instal·len càmeres de televisió que es poden vigilar des de la sala de control. Serveix principalment per al control del trànsit. El sistema automàtic de detecció per imatges té com a objectiu detectar en temps real possibles incidències en el trànsit. Aquest sistema es basa en les tècniques de processament digital d'imatges.Detectors d'incendi
S'utilitzen detectors de fums, detectors de calor i detectors d'incendi per televisió.
Perquè els túnels siguin cada vegada més segurs, la situació del sòl, la densitat de trànsit, l'existència de moltes o poques corbes, la il·luminació contra la claustrofòbia… són factors a tenir en compte i necessaris perquè, malgrat els pocs accidents, els dels túnels són un accident dramàtic.
Túnels més llargs
El túnel de carretera més llarg del món és el de Sant Sebastià, a Suïssa, que es va fer famós per l'accident de 2001. Va obrir les seves portes en 1980 i té 16,3 quilòmetres. A Suïssa també es troben els dos túnels de Seelisberg, amb 9 quilòmetres cadascun. El d'Arlberg, a Àustria, té 13,973 quilòmetres; el de Frejus entre França i Itàlia, 12,8 quilòmetres; el de Mont-Blanc, que uneix tots dos països, 11,6 quilòmetres. A més, en la llista dels més llargs s'inclouen tres túnels japonesos: Túnel Kan-etsu a 10,86 quilòmetres, Ansa a 8,6 quilòmetres i Ena-Sant a 8,4 quilòmetres.
Els túnels més llargs de les vies es troben al Japó, Seika amb 53,9 quilòmetres i Dai Shimizu amb 22,23 quilòmetres. Un dels túnels més grans d'Europa són els dels Alps i els Apenins: Simplon Suïssa de 19,8 quilòmetres; el túnel dels Apenins que uneix Florència amb Bolonya; el Mont Cenis dels Alps de 13,6 quilòmetres; San Gotardo de 15 quilòmetres; el túnel de Lötschberg de 14,6 quilòmetres, etc.
Una mica d'història La història dels túnels i la mineria s'inicia alhora. La mina més antiga del món és 40.000 anys abans de Crist, situada en el serral de Bomvu, a Swazilàndia. Aquesta mina era utilitzada per a l'extracció d'hematites. Els primers túnels s'obrien amb foc. Allí on havien de començar a foradar es feia foc i de sobte s'apagava amb aigua. Així, a causa de la variació de la temperatura, la roca s'agrijaba i, per tant, podien començar a treballar. Fa uns 2.500 anys, l'arquitecte Eupalinos va construir un túnel de més d'un quilòmetre de longitud que conduïa a la ciutat grega de Samos. Els seus homes van treballar per tots dos costats i es van trobar en el centre. Ningú sap què va fer el grec mentre treballaven perquè el túnel no s'omplís d'aigua, però amb un pendent adequat va aconseguir traslladar l'aigua de la muntanya Kastron a la ciutat. Anys després, 35 anys abans de Crist, prop de la ciutat de Napoles, van obrir un túnel de 1.500 metres de longitud i 4 metres d'amplària. Existeixen altres exemples de l'antiga tunelería, com les mines d'or obertes en temps de Trajà (98-117), Lugo (Montefurado) i Lleó (Les Medul·les). Túnels de construcció de canals XII. Va començar a fabricar-se en el segle XX a França amb el canal de Midi. A pesar que ja hi havia moltes tècniques avançades (tingui's en compte que en temps dels Eupalinos ni tan sols s'havia realitzat l'embigat del túnel), la revolució de la tunelería estava a punt d'arribar. Això XIX. Va ser en el segle XVIII quan a l'enginyer britànic Marc Isambard Brunel se li va ocórrer la idea d'utilitzar una protecció cilíndrica equivalent al túnel per a protegir als treballadors de la fabricació de túnels. A mesura que s'anaven perforant s'emportava el cilindre avanci i així podien treure el sòl. Després dels perforadors, els picapedrers construïen el mur del túnel. Aquesta tècnica es va utilitzar per primera vegada en un túnel sota el Tàmesi en 1843. Sens dubte, l'avanç va ser notable, ja que fins llavors no existia cap mena de protecció en la fabricació de túnels. Al seu voltant, el túnel del port de Lizarraga és de la mateixa forma, ja que va començar a construir-se en 1853 i va acabar en el 59. Per a la indústria de la tunelería va tenir més importància que l'eina de l'enginyer Brunel l'aparició del tren. Als trens no els agrada pujar i baixar, ni moure's per recorreguts plens de corbes. Així doncs, per a la indústria del pont i la tunelería, XIX. La segona meitat del segle XX va ser més pròsper que pròsper. Els grans túnels dels Alps, com Mont-Cenis, San Gotardo o Simple, són d'aquella època. En els pròxims anys, la fabricació de túnels té grans reptes. Els trens d'alta velocitat o els trens subterranis urbans requereixen de rutes el més planes i rectes possibles. Per això, en l'actualitat la tunelería està en auge. |
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
