Mario Peláez González, InecoNoelia Alonso Fernández, Ineco

IntroducciónEl desarrollo de las Líneas de Alta Velocidad

del ferrocarril en España, se puso en marchahace unos 20 años, y hoy en día continúa con laconstrucción de nuevas líneas, que comprendenla ejecución de grandes obras de ingeniería civil,especialmente túneles, para superar lasnumerosas barreras orográficas de la PenínsulaIbérica.

Paralelamente, también se han construidonuevas líneas de Metro en Madrid, Barcelona,Valencia, Sevilla, etc., lo que supone muchoskilómetros de construcción de túneles en zonasurbanas.

En la construcción de estos túneles se hanempleado las metodologías más avanzadas quela técnica ofrecía en cada momento;incrementándose el uso de máquinas TBM demanera muy rápida: en las obras urbanas deforma generalizada, y en los túneles ferroviarioscon longitudes superiores a 5-6 kilómetros.

La ampliación del Metro de Madrid, desde1994, se ha realizado con máquinas EPB de

manera casi exclusiva. Desde esa fecha se hanconstruido 111 Km de nuevas líneas en zonaurbana y en terrenos blandos. Otras ciudadeshan incrementado también su red de metro,utilizando técnicas similares. La utilización deTBMs en las líneas de metro, se resume en latabla 1.

Pero el reto de la construcción de grandestúneles en España alcanzó su cenit con losconocidos Túneles de Guadarrama de 28 km delongitud, en la línea de Alta Velocidad Madrid-Segovia, que entró en servicio en Diciembre de2007. Túneles de sección bi-tubo con 52 m2 sesección libre cada tubo, excavados en roca duracon 4 TBM “doble-escudo”, sin ataquesintermedios.

Otros muchos túneles se han construidocon TBM en España; de menor longitud, perocon diversa problemática, que nos hanproporcionado una amplia variedad deexperiencias. De estas experiencias, y enespecial las relativas a la utilización de TBMs entúneles ferroviarios de Alta Velocidad, se haceun resumen en el presente artículo.

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Experiencias de laconstrucción detúneles de ferrocarrilen España, contuneladoras

Tabla 1. Resumen de túneles de Metro con tuneladoras EPB

INECO como empresa de ingeniería decapital público, cuyo uno de sus accionistas esADIF (Administrador de InfraestructurasFerroviarias), ha participado en el proyecto y/oen la construcción de diversos túneles de lasnuevas líneas de Alta Velocidad Ferroviaria. Estoha permitido vivir las dificultades acaecidasdurante todo el proceso, y tener una visiónamplia de la problemática.

En los últimos 12 años, se ha participado enla construcción de 174 km de túneles de másde 7 km de longitud (todos ellos en líneas deAlta Velocidad Ferroviaria), con máquinastuneladoras de diversas tipologías. En la tabla IIse resumen las principales características deestos túneles.

La evolución de la tecnología de las máquinasha sido imprescindible para lograr buenosresultados, y la experiencia que se adquieredurante la construcción de los túneles haceposible mejorar los objetivos en obrasposteriormente proyectadas y ejecutadas.

La geología y geotecnia de los macizosatravesados en estos túneles, son muydiferentes, aunque todas ellas puedanconsiderarse excavaciones en roca con menor omayor grado de complejidad geotécnica, y lostúneles son de diámetros similares.

Vamos a comentar los aspectos másrelevantes de los túneles citados, tanto en laconcepción y redacción del Proyecto, como en

el diseño de las tuneladoras y comportamientodurante la ejecución de las obras.

Redacción del proyecto

Elección del Método ConstructivoEl primer tema a considerar es la decisión del

método constructivo a emplear en el nuevotúnel. No es un tema sencillo, pues intervienenaspectos técnicos, económicos y políticos. En elámbito de un Congreso Internacional deTúneles, con la presencia de muchos ingenierosque trabajan actualmente en túneles condiversas problemáticas, los aspectos técnicospueden despertar el máximo interés, pero nodebemos olvidarnos de los otros temas.

� Aspectos Técnicos

- Para decidir la utilización de una TBM esfundamental tener un conocimientoprofundo y cierto de las características delterreno, y de su comportamiento durante laexcavación. Un error en este aspecto puedellevar al fracaso de no poder avanzar en laexcavación, por no ser la máquinaapropiada; y no es fácil corregir despuésestos errores (en los túneles de San Pedro,se tuvo que cambiar la excavación conmáquina abierta por la utilización demétodos convencionales; por la malacalidad del terreno y la imposibilidad deavanzar sin utilizar sostenimientosadecuados de hormigón proyectado)

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Tabla 1I. Túneles construidos con tuneladora para Líneas de Alta Velocidad en los que haparticipado INECO

- Un buen proyecto es el que estudia condetalle, entre otras cosas, elcomportamiento mecánico del terreno, lapresencia de agua y gases, etc. No sepueden dar reglas fijas, pues depende de lahomogeneidad del terreno; pero un túneldebe ser estudiado con numerosasprospecciones geológico-geotécnicas. Lasmás efectivas son los sondeos mecánicosprofundos con recuperación de testigo, aintervalos inferiores a 500 m a lo largo dela traza del túnel. Cuando la accesibilidadno lo permite, se corren riesgos nocuantificables.

- Los estudios geotécnicos deben estudiarlos empujes del terreno sobre la TBM y losrevestimientos (con las consecuentesdeformaciones), la resistencia del terreno ysu abrasividad en la excavación, la presenciade agua cuantificando el orden de magnitudde los caudales, la presencia de gas, etc. Losestudios hidrogeológicos hanexperimentado un apreciable incremento,debido a los problemas surgidos en lostúneles profundos; tanto en la construccióncomo en la afección a terceros.

- La longitud del túnel, y el plazo previstopara su puesta en servicio, son tambiéndatos importantes en la decisión.Evidentemente, en cada proyecto se deberáestudiar y justificar la decisión tomada, perola experiencia última en España está siendola de utilizar TBM en túneles de más de 5km. Además, según se van utilizando TBMs,las empresas constructoras disponen de

equipos y experiencias que permitenpresentar ofertas económicas máscompetitivas; y disponer de TBMs entúneles que, hace muy pocos años no seplantearían con estas máquinas, por sureducida longitud. Este aspecto no es sólotécnico sino político, y si los plazos depuesta en servicio son cortos, la elección esmás probable que recaiga sobre lautilización de TBM.

- El acceso a la obra debe ser adecuado parael montaje de los mayores componentesuna tuneladora, y para el posteriorsuministro de materiales y evacuación deescombros. Una logística defectuosa porfalta de espacio puede condicionargravemente los rendimientos de laexcavación; en este sentido, eldesescombro con cinta hasta vertedero,puede ser una solución.

- Igualmente, el espacio disponible para lasinstalaciones de obra puede condicionar ladecisión: el montaje de la TBM, elmantenimiento de maquinaria, la planta dedovelas, el acopio de dovelas, etc, precisande un espacio mínimo sin el cualdifícilmente se puede trabajar (la bocanorte de los túneles de Pajares es unejemplo de cómo se puede resolver elproblema en un espacio muy estricto y confuertes restricciones medio ambientales).

- La utilización de una TBM implica undesarrollo técnico y socio-económicomínimo de la zona: en primer lugar debeser posible el suministro de energía (lasustitución por grupos electrógenos esposible pero sujeta a múltiples incidencias),así como de materiales específicos, yfundamentalmente la existencia de manode obra con diferente especialización, paracubrir los numerosos puestos de trabajo.

- También en sentido contrario; la falta dedisponibilidad de equipos adecuados paraun método alternativo, puede ayudar a ladecisión de utilizar una TBM (esta situaciónse planteó en Madrid en 1994, ante lanecesidad de construir 100 km de metroen 4 años, pues no había equipos suficientesde personal experimentado en losmétodos mineros tradicionales: excavaciónmanual y sostenimiento provisional conmadera).

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Fig. 1. Túnel de Pajares,Boca Norte

� Aspectos Económicos

- La inversión debe estar justificada, ante lalongitud y problemática del túnel. A partirde 5 km de longitud, las diferenciaseconómicas se van reduciendo, sobre todo,si se considera la necesidad de construiruna galería de emergencia por razones deseguridad: en estos casos, un doble tuboconstruido con TBM (donde cada tubo eszona de seguridad del otro) es competitivofrente a un túnel de doble vía y una galeríade evacuación al exterior.

- La utilización de una TBM condiciona laimportancia de la empresa constructoraadjudicataria: no todas las empresas tienenla experiencia necesaria. El contratista debeadquirir finalmente la máquina, asumiendosu idoneidad, manejándola correctamente, ysiendo capaz de solucionar los múltiplesproblemas que en toda obra se presentan.La posibilidad de formar una UTE entrevarias empresas sin experiencia es muymala solución.

- Las grandes empresas constructoras enEspaña disponen actualmente de TBMs desegunda mano y equipos experimentadosen su utilización y mantenimiento. Estacircunstancia facilita, como se hacomentado anteriormente, la utilización deTBMs en túneles de menor longitud (desde5 km) a costes competitivos con otrosmétodos.

� Aspectos Políticos y Sociales

- Cuando por razones políticas los plazos deejecución son estrictos, el uso detuneladora puede ser una garantía para elcumplimiento de los mismos. Esto es así, silos aspectos técnicos se resuelvenpositivamente, y no surgen imprevistos quepuedan invalidar el método (esto seresuelve con un proyecto muy bienestudiado; especialmente en sus aspectosgeológicos, hidrogeológicos y geotécnicos).

- El uso de una tuneladora escudada implicauna mayor seguridad del personal, frente alos métodos convencionales de frenteabierto. Pero esto es así cuando la máquinaavanza sin graves problemas, según loprevisto en el proyecto; pero el riesgo deaccidente puede ser grande en los casos de

tener que “liberar” una tuneladoramediante excavación manual en el exterior,o avanzar con una máquina abierta en unterreno de mala calidad.

- En algunos casos, la decisión de utilizar unatuneladora ha estado condicionada por lapresión política local, que ve en estatecnología un signo de modernidad. Detodas formas esto no es de extrañar,cuando muchas veces es lo que setransmite ante la opinión pública.

Diseño del revestimientoEl uso de TBMs lleva asociado el concepto de

rapidez en la ejecución, y por ello se hageneralizado el revestimiento mediante anillosprefabricados de hormigón armado. Esto es asíen el caso de escudos cerrados, y cuando no senecesita una impermeabilización muy efectiva.Las tipologías existentes de revestimientosprefabricados, son muy diversas, y es en la fasede proyecto cuando se elige la más adecuada,atendiendo a las características geométricas,sección tipo, trazado, etc.

El tipo de anillo más utilizado en España esactualmente el cónico-universal y el cónico dederechas e izquierdas. En los túneles de Metro,donde los radios en planta son muy pequeños,el uso del anillo universal es básico. Sin embargo,en los túneles para la Alta Velocidad, con radiosmuy grandes (7.000 m o más), son utilizadosambos tipos de anillo. Es importante señalarque, ante posibles desvíos de la TBM durante laexcavación, el anillo universal es el que mejor seadapta a la excavación realizada, y la calidad finaldel revestimiento es mejor.

La experiencia de Guadarrama con anilloscilíndricos, con caras paralelas, enseñó que esmuy difícil conseguir resultados satisfactorioscuando se producen desviaciones, porque estetipo de revestimiento solo permite una posiciónde ensamblaje, y las desviaciones tienen que sercorregidas con cuñas. A la vista de estaexperiencia, no se ha vuelto a utilizar este tipode revestimiento con caras paralelas en túnelescon grandes radios en el trazado.

Dentro del diseño del anillo, un temafundamental es el diseño de laimpermeabilización del túnel, donde vanunidos el revestimiento, la inyección del trasdósy los elementos de drenaje del túnel definitivo.Cuando la presencia de agua no es muy

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abundante, las dovelas prefabricadas permitenreducir la entrada de agua en el túnel, ycanalizarla a los conductos que se colocan bajolas aceras y bajo la vía. Para que esta soluciónfuncione correctamente se debe colocar untipo de junta hidrófuga en dos caras de lasdovelas, a la vez que se ejecuta con calidad elrelleno con mortero del trasdós.

Cuando el agua es muy abundante, lasdovelas no son muy eficaces en laimpermeabilización del túnel. En estos casos sepuede reducir el caudal de infiltración medianteel tratamiento del terreno circundante, coninyecciones que reduzcan la permeabilidad delentorno. Esto se puede conseguir mediantecoronas de tratamiento alrededor del túnel; esun sistema laborioso, que exige unametodología muy cuidada, tras realizar pruebasde ajuste.

La solución de colocar una lámina deimpermeabilización es factible, colocándolaentre las dovelas (o sobre el sostenimientoprovisional, en el caso de máquinas abiertas) yun anillo interior de hormigón; pero sinpretender nunca la estanqueidad total del túnel:este es un objetivo difícil de conseguir y queentraña graves riesgos, por las altas presioneshidráulicas que se pueden alcanzar. Si se colocalámina, se debe dar salida al agua, controlandolos caudales y las presiones. Esta problemáticaexige unos estudios hidrogeológicos muydetallados, especialmente en túneles profundosque pueden afectar a diversos acuíferos.

Elección de la tuneladora y suscaracterísticas

La elección del tipo de tuneladora para laejecución del túnel, es fundamental para que elproyecto quede bien definido, y la obra se

ejecute de acuerdo a los plazos establecidos. Enmuchas ocasiones, si en el Proyecto no se definecon mucho detalle la tuneladora, es al inicio dela obra cuando se decide el tipo de máquina, asícomo sus características y equipos.

Las tipologías de tuneladoras existentes, hanavanzado mucho en los últimos años gracias a laevolución de las tecnologías. Si bien hace 20años se hablaba únicamente de tuneladoras deroca (topos), y máquinas de suelos (escudos),actualmente se empiezan a utilizar y con mayorfrecuencia, máquinas capaces de excavarterrenos mixtos y heterogéneos.

Las tuneladoras más utilizadas en España sonlos escudos EPB y las máquinas de roca dura,con simple o doble escudo. En el caso detuneladoras para roca, la experiencia con simpleescudo y con doble escudo, ha sido buena;consiguiendo altos rendimientos con buenacalidad del macizo de roca.

Por otro lado, las máquinas EPB, adecuadaspara arcillas y arenas, han desarrollado sutecnología y han conseguido buenos resultadosen situaciones donde se podrían emplearhidroescudo. Y también se han adaptado enalguna ocasión, para trabajar en terrenosheterogéneos de roca y suelos; es el caso de losTúneles de Quejigares, donde se modificó unaEPB para trabajar en roca y en suelos, con unarueda de corte mixta, también con buenosresultados.

A la hora de decidir el tipo de máquina autilizar, es fundamental tener un buen estudiogeológico y geotécnico del terreno que se va aatravesar con la tuneladora. En muchos casos,por ejemplo en ciudades como Madrid dondese conoce claramente el terreno, debido a las

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Figura 2. Tuneladoras

de los túnelesde Pajares

numerosas obras realizadas previamente, essencillo elegir la máquina a utilizar. Sin embargo,los túneles de montaña, de base, que atraviesanformaciones complejas y donde es máscomplicado realizar sondeos, no es tan sencillo.Ya se han comentado algunas experienciasaplicables a la redacción del proyecto,especialmente en cuanto a la necesaria calidadde los estudios geológicos, hidrogeológicos ygeotécnicos.

Ante los graves problemas que se puedenpresentar en túneles profundos, conviene que lalongitud de los escudos no sea muy grande: delorden del diámetro de la excavación.

Elegida la tipología adecuada, los parámetrosbásicos como el Empuje y el Par Motor, y losequipos básicos que debe llevar la tuneladoracon el “back up” son muy importantes.

Para la elección de los parámetrosbásicos, se tienen en cuenta las referenciasexistentes en el mercado y las condicionesconcretas de la obra. En este aspecto, en lostúneles realizados en España, para diámetrossimilares, los parámetros se han ido mejorando,en base a experiencias previas y sobre todo enaquellas obras donde el riesgo de atrapamientoera elevado, y donde puede ser necesario usarel 100% de su potencia.

En la tabla 3 se incluye un resumen de losparámetros de tuneladoras utilizadas en túnelesferroviarios de Alta Velocidad en España.

Es importante que la cabeza de corte tengaposibilidad de excavar con el eje descentrado,pudiendo así realizar sobre-excavaciones dehasta 20 cm. La rueda de corte también debetener la posibilidad de moverse axialmente, parafacilidad de la excavación y la reposición decortadores.

Por otro lado, el dimensionamiento delos equipos básicos que llevan lastuneladoras es fundamental para lograr buenosresultados. La mayor parte de ellos, soncomunes a todas las máquinas pero hay ciertosequipos, como son las perforadoras para laejecución de tratamientos del terreno, que paratúneles complejos donde no se pueden hacertratamientos desde el exterior, sonfundamentales definir en la fase de diseño.

Para el diseño de estos equipos, se han de

considerar los riesgos importantes que existenen la obra, como pueden ser:

�Terrenos de mala calidad, o heterogéneos,en una máquina de roca dura: esto obliga ala instalación de equipos para realizartratamientos del terreno, que eviten larotura del frente y colaboren a laestabilidad del techo. El número deperforaciones que se pueden haceralrededor de la rueda de corte estácondicionado por el empuje máximo delos gatos principales (por el espacio libreentre los mismos). Las TBMs utilizadaspermitían unos 22 taladrosaproximadamente, de 125 mm dediámetro.

�Terrenos abrasivos: lo que provocará unalto desgaste de herramientas, y unareposición muy frecuente de las mismas.

�Presencia de agua: equipos de bombeo,especialmente si el túnel se ejecuta endescenso. En Pajares se instalaron bombaspara caudales de 500 l/s, en los túnelesdescendentes.

�Presencia de gases tóxicos o explosivos:dimensionamiento del sistema deventilación de la tuneladora, equiposantideflagrantes y sensores de gas.

Además, en el caso de los tratamientos delterreno, es muy importante que además seprevea su ejecución en Proyecto, para disponerde presupuesto para ello y evitar reclamacionesposteriores.

Instalaciones de obra y sistemas deseguridad.

El dimensionamiento de las instalaciones deobra es otra parte importante de este tipo deobras. En Proyecto se suelen definir los espaciosdisponibles para la implantación, así como losaccesos. En muchas ocasiones, debido a lasituación de la obra, es difícil disponer de

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Tabla 3. Parámetros de las TBMs

espacio suficiente para el montaje de todas lasinstalaciones y una vez adjudicada la obra, seestudia con detalle las opciones y se recurre aotras alternativas. Si además, para la ejecuciónde dos túneles paralelos trabajan dos empresasdiferentes, la situación se complica al duplicarseinstalaciones, o compartir algunas de ellas. Elque define finalmente la ubicación de lasinstalaciones es el contratista, con la aprobaciónde la Dirección de obra.

En el conjunto de instalaciones auxiliares, esel sistema de extracción de escombro desde latuneladora y en el exterior, el que juega unpapel fundamental en la excavación. Hoy en día,la cinta está sustituyendo a los vagones que seutilizaban hace años. En todos los túneles deroca ejecutados con escudos en España, se hautilizado la cinta continua para la extracción deescombro, obteniendo excelentes resultados.

Las mayores complicaciones que ofrece lacinta, suelen ser en trazados con curvascerradas, como ocurre en los túneles del Metro,no así en los trazados AVE donde los radios sonmuy amplios.

En las tuneladoras EPB del Metro de Madrid,se comenzó extrayendo el material convagones, sin embargo en las últimas obrasejecutadas desde 2005, se ha implantado lacinta; con la experiencia adquirida, se hanmejorado los rendimientos y sobre todo,mejora mucho el funcionamiento de la vía, alnecesitar menos mantenimiento, ya que sereduce el tráfico de trenes a la mitad y se evitael vertido del material a la misma.

Una vez en el exterior, dependiendo de la

situación del vertedero, se va a solucionesdiversas como es el transporte con cinta hastael vertedero, o en camiones o ferrocarril, si ladistancia es muy alta (Túnel de Guadarrama,Boca Sur).

La extracción de escombro con cinta noimplica la eliminación de los trenes de trabajo,pues estos son imprescindibles para eltransporte de materiales al frente, así comopara el transporte del personal.

En túneles de estas dimensiones (diámetrointerior del revestimiento del orden de 8,5 m)el sistema óptimo, y que se ha adoptado entodas las obras, es el de doble vía, con cambiosmóviles. Esto permite disponer de una vía paratrabajos de limpieza y mantenimiento a lo largode todo el túnel, como para trabajos en lasgalerías de comunicación; manteniendo la otravía para el abastecimiento de la TBM, sinafecciones considerables. Con este sistema seha conseguido compatibilizar la construcción delas galerías de comunicación con el avance de laTBM, sin afectar el rendimiento de ésta.

Finalmente, en el diseño de la máquina, sehan de incluir los sistemas básicos de seguridadque se contemplan en toda obra de estascaracterísticas, como son:

�Detectores de gases�Cámara de escape para 20 personas, con

botellas de aire respirable�Sistema de extinción de incendios�Equipos mínimos antideflagrantes, incluida

la iluminación de emergencia�Comunicación vía telefónica y radioEstos sistemas se encuentran en un continuo

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Figura 3. Instalaciones exteriores enAbdalajis (izq.) y Guadarrama (dcha.)

desarrollo y mejora, encontrando en el mercadouna amplia variedad. El criterio básico que se haimpuesto en estas obras es la instalación deequipos con generosidad en su definición ycalidad (su repercusión económica es baja) y demanera redundante.

Dificultades en la construcciónde los túneles

La ejecución de túneles con escudos,presenta una gran ventaja frente a los mediosconvencionales y a los topos abiertos: laseguridad de los trabajadores. Este método ganaen seguridad a cualquier otro, al estarprotegidos del terreno constantemente graciasal escudo y al revestimiento.

En segundo lugar, los rendimientos que seobtienen son hasta 10 veces más altos que losmétodos convencionales; si se ha elegido bien lamáquina y se ha hecho un buen estudio delterreno contemplando todos los riesgosposibles.

Sin embargo, como en toda obrasubterránea, las complicaciones surgen en laobra y no siempre es sencillo afrontarlas, al serun sistema más rígido que los métodosconvencionales. A continuación, se van adescribir las principales dificultades que se han

dado en las obras mencionadas anteriormente,y que gracias a la experiencia transmitida deunas a otras, se han mejorado tanto los equiposcomo la forma de trabajar en situacionescomplejas.

Dificultades debidas al terreno. En todo túnel el terreno es el principal

enemigo a la hora de dar problemas en laejecución de la obra. Por un lado, aunque se hayahecho un buen estudio geotécnico, lainformación es una estimación y es probableque problemas puntuales no se detecten con lossondeos. Si además, no se hace un estudio encondiciones, las probabilidades de encontrardificultades aumentan.

En los grandes túneles ejecutados en Españahasta la fecha, los problemas por motivos delterreno han sido muy diversos, la mayor partede ellos asociados a terrenos de mala calidaddentro de un macizo rocoso, donde las fallas ydiscontinuidades, o formaciones rocosasblandas, han dado problemas para las máquinasde roca.

Las tuneladoras de roca, van equipadas paracortar y extraer roca dura, y están diseñadaspara eso. Cuando una tuneladora de roca seencuentra en una formación rocosa de bajacalidad geotécnica, o con fallas donde la rocaestá triturada, empiezan los problemas al no

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Figura 4. Cinta extractora deescombro. Guadarrama (izquierda)y Pajares (derecha)

estar diseñada para ello.

En el caso de los Túneles de Abdalajís, lasmáquinas se diseñaron para ejecutartratamientos del terreno (paraguas a través delescudo delantero y del escudo de cola), enprevisión de tener que atravesar zonas de malacalidad y ante la imposibilidad de realizartratamientos desde el exterior por las elevadascoberteras. Estos equipos resultaronfundamentales para atravesar una formación de700 m de longitud (el 10 % del trazado), dondela rueda de corte quedaba bloqueada alderrumbarse el terreno del frente.

En estas formaciones de baja calidad, también

surgen los problemas de atrapamiento por lafluencia del terreno. En los casos en que haocurrido algún atrapamiento, bien porque sepierde gálibo o porque el terreno aprieta, elempleo de los empujes excepcionalesdisponibles en las tuneladoras ha sidofundamental.

A este problema, en el caso de los Túneles dePajares, se le tenía mucho miedo por lasestimaciones realizadas en proyecto; por lo quese decidió diseñar las TBMs con un empujeexcepcional de 180.000 kN. En los 50 Km detúneles solo se produjo atrapamientosignificativo de alguna máquina en tresocasiones, no siempre por el elevado empuje delas tierras sobre los escudos, sino también porel bloqueo de la cabeza de corte, por elescombro introducido en la cámara.

En los casos en que el escudo quedabaatrapado por el empuje del terreno fluyente, seresolvió con éxito gracias a la aplicación de los

empujes excepcionales y otros elementosauxiliares, llegando a empujes de 225.000 kN.Por otro lado, cuando la cabeza de corte sebloqueó, fue necesario hacer un penoso trabajode limpieza de la cámara de la rueda de corte,además de inyectar espumas expansivas paracontener el terreno del frente y sobre lacabeza.

Por otro lado, el paso de fallas con unatuneladora también suele ser complicado,aunque se trate de zonas puntuales, y lasolución a adoptar puede ser muy diferentesegún el tipo de falla. En los túneles deGuadarrama, a pesar de ser un macizo rocosode buena calidad, hubo algunas complicacionesen algunas fallas detectadas durante el Proyecto.

Una de ellas, situada en una zona de pocacobertera, donde no fue posible realizartratamientos del terreno previos al paso de latuneladora, se produjo una chimenea que llegóa superficie, además de producirse unimportante desvío en alzado de la máquina. Parareanudar la excavación, se hicieron tratamientosdel terreno desde el exterior (una vez resueltoslos permisos administrativos, que previamentese habían negado), tanto para esa máquinacomo para la que pasaría después por el tuboparalelo. Esta segunda, gracias a lostratamientos, atravesó la falla sin problemas.

En la falla con mayor cobertera (más de 200m), se completaron los estudios con nuevasprospecciones y análisis de la zona, lo quepermitió tomar la decisión de modificar eltrazado en planta, para evitar una zona dematerial compuesto de arena y arcilla, de locontrario esto podría suponer complicacionesen la excavación con una máquina para rocadura.

Dificultades por presencia de agua.La presencia de agua en el terreno, es otra de

las complicaciones que se han dado en varios delos túneles realizados con tuneladora de rocaen España. Suele ser un tema que muchas vecesno se estudia con el detalle suficiente que sedebiera, en fase de proyecto, y luego surgencomplicaciones en la obra, con las consecuentesafecciones al medio ambiente.

Tanto en los túneles de Abdalajís como enlos de Pajares, estaba previsto atravesar zonascon acuíferos importantes, pero no se habíallegado a cuantificar con precisión los caudales

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Figura 5. Perforadora de sondeos en el DobleEscudo de Abdalajís

tan importantes que se dieron al perforar eltúnel.

En la primera aparición de agua, se llegaron aestimar caudales de 400 l/s, con el consecuentearrastre de finos y material al interior de latuneladora. Esto supuso una parada de variosdías, hasta que se pudo reanudar la excavación,y gracias a que los túneles se ejecutaban ensentido ascendente, la evacuación del agua nosuponía ninguna complicación. Durante laperforación, se pincharon otros 2 acuíferos,pero con menor repercusión. Aunque loscaudales fueron disminuyendo a lo largo deltiempo, las filtraciones de agua eran excesivaspara garantizar la explotación de los túneles conseguridad, por lo que fue necesario realizar unrevestimiento interior adicional, para conseguirla impermeabilización de los túneles, aunque sinpretender conseguir una estanqueidad absoluta,dada la elevada carga freática del terreno.

En los túneles de Pajares, ejecutados

posteriormente, la presencia de agua estabaprevista según los estudios de Proyecto, y aquí sique se añadía el problema de la evacuación deagua, en los tramos ejecutados desde el Sur ensentido descendente con 1,6%. Por ello, se dotóa las máquinas de equipos de bombeo ydepósitos para almacenar agua. En una de lasgalerías de acceso, con una pendiente endescenso del 7 %, se llegó a inundar latuneladora al atravesar una formación cuarcítica.Con caudales de hasta 500 l/s, se produjo elarrastre de suelo dentro de la TBM. Comoconsecuencia de este incidente, fue necesarioincrementar la capacidad de los equipos de laTBM, así como instalar estaciones de bombeo

en el túnel, para poder sacar el agua al exterior.

Presencia de gas.La presencia de gas en el terreno, añade un

grado más de dificultad al tener que garantizarla seguridad del personal, trabajando con unprocedimiento específico y siemprecontrolando las concentraciones de gas, paraestar siempre por debajo de lasconcentraciones permitidas.

Tanto en los túneles de Abdalajís como en losde Pajares, la presencia de gas en formacionesCarboníferas, hizo que se ralentizara laexcavación por las elevadas concentraciones degas.

En Abdalajís los rendimientos se vieronafectados considerablemente, hasta que seredimensionaron los equipos de ventilación enambas tuneladoras. Esto permitió mayorescaudales de ventilación, ayudados pordispositivos puntuales para mover el gas, enaquellas zonas del escudo donde más seconcentraba; gracias a ello, se redujo el tiempode parada cuando era necesario diluir laconcentración de gas.

En los túneles de Pajares, gracias a laexperiencia adquirida en los de Abdalajis, sediseñaron las tuneladoras con equipos máspotentes de ventilación e incorporando lasmodificaciones realizadas en Abdalajis, así comoun número mayor de detectores de gas.

En cualquier caso, todas las tuneladorasllevaban los equipos antideflagrantes mínimosnecesarios (iluminación, ventilación, bombeo,etc.), y se excavaba según los procedimientosestablecidos provocando la parada automáticade la máquina al llegar a los límites establecidosdel 10% LIE.

Calidad del revestimiento.La calidad en la ejecución y colocación del

revestimiento, es muy importante durante laconstrucción de los túneles. En primer lugar, esesencial fabricar las dovelas con calidad, deacuerdo al diseño preestablecido y cumpliendolas normativas; es básico para poder montar lasdovelas en su posición definitiva. Generalmente,esto se suele cumplir y es durante el montajedel revestimiento en la tuneladora donde seproducen la mayor parte de los problemas encuanto a calidad.

Las roturas de esquinas es un defecto que se

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Figura 6. Drenajes de agua en los Túneles deAbdalajis, durante la construcción.

produce en muchas ocasiones, por mal montajedel anillo, o porque las dovelas están sometidasa esfuerzos para los que no están calculadas.Una primera solución fue reforzar las esquinascon armadura, pero fue realmente laincorporación de fibras metálicas a ladosificación del hormigón lo que ha mejoradomucho la calidad y las roturas se han reducidoconsiderablemente. Estas fibras se añaden endosificaciones de 25 Kg/m3, además de laarmadura de cálculo.

Otros aspectos que contribuyen a una mejorcalidad del revestimiento, son evitar que semuevan las armaduras durante el hormigonado,y usar “packers” en el contacto entre dovelas.

Por otro lado, para conseguir una buenacalidad de revestimiento, también hay que teneren cuenta la inyección del trasdós de lasdovelas. El relleno del gap hace que el anilloquede colocado en su sitio y contribuye a laimpermeabilización del revestimiento. Si estetema no se cuida lo suficiente, es necesarioreinyectar posteriormente; lo que suele ser máscaro y complejo, una vez finalizado el túnel. Entúneles con presencia de agua importante, sedebe asegurar que queda bien inyectado eltrasdós y minimizar las filtraciones, utilizandomorteros aditivados.

En los últimos túneles ejecutados, se estáutilizando una junta hidrofílica, además de lajunta EPDM, para disminuir las filtraciones enlos túneles. Esta junta, expande con el agua,cerrando el paso del agua hacia el interior.

Trabajos topográficos

En los túneles muy largos se planteó desde elinicio de la obra la necesidad de extremar almáximo la calidad de estos trabajos, ante elriesgo de cometer errores inaceptables por lassiguientes causas:

• Cualquier error por pequeño que sea enlas figuras topográficas en las bocas, puedegenerar errores en las alineaciones queconduzcan a errores muy grandes en elinterior del túnel, a 14 km de distancia(zona central del túnel de Guadarrama, endonde se proyecto el “cale” de los túneles).

• Una longitud de 28 km de túnel, sin ataquesintermedios, obliga a realizar largaspoligonales en las que los errores se vanacumulando, sin posibilidad decomprobación con los métodosconvencionales.

• Estas distancias son sensibles a la redondezde la Tierra, así como a la convergencia delos meridianos. Por tanto, estascircunstancias deben tenerse en cuenta,para hacer las correcciones oportunas.Estos trabajos no son ya de topografíaclásica, sino de geodesia; y deben serdesarrollados por expertos en estadisciplina.

Con estas ideas claras, se plantearon estostrabajos, consiguiéndose finalmente unaprecisión considerable (10 cm) en el momentodel encuentro de las primeras TBMs en el tuboEste de Guadarrama. Las experiencias mássignificativas a extraer son:

• Importancia de las figuras exteriores, paralo cual se utilizaron diversos métodosredundantes: apoyo en la red geodésicanacional, posicionamiento GPS de precisión(con lectura de 12 satélites), comprobacióndel azimut con alineaciones a la estrellaPolar. Estos trabajos se repitieronnumerosas veces, para mejorar las lecturasal máximo posible.

• Comprobación en cota de las bases,realizando una nivelación gravimétricaentre ambas bocas, cruzando la montañapor carretera (unos 50 km de recorrido).

• Utilización sistemática de un equipogiroscópico para comprobar el azimut del túnel.

• Comprobación de todos los trabajos

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Figura 7. Calidad del revestimiento en eltúnel de ancho UIC Atocha – Chamartín

anteriores, realizadas por equiposdiferentes a los habituales de obra, incluidoel equipo giroscópico (con este equipo sehicieron 4 comprobaciones a lo largo de laobra).

• Mejora continua de las poligonales dentrodel túnel, utilizando las nuevas medidas quese van tomando, por todos los equipos.

Conclusiones.

Un trabajo de la magnitud y complejidadcomo los túneles de gran longitud, demanda lacolaboración de todas las partes implicadas, y lasuma de experiencias. Los proyectistas, losconstructores, las empresas de ingeniería en lasupervisión y control, y las administracionesactúan con diferentes puntos de vista: todosválidos y necesarios.

Todas las experiencias son positivas; inclusoaquellas de problemas sufridos previamente. Detodo se aprende, y todo es susceptible deaplicar al nuevo trabajo. Por tanto, esimportante contar con equipos de genteexperimentada en todos los aspectos.

Esto es fundamental en la Dirección deObra, tanto para las personas que constituyenla Dirección Facultativa como para las empresasde ingeniería colaboradoras, en la resolución decada uno de los problemas que diariamentesurgen en el seguimiento y control, así como enposibles trabajos de revisión del proyecto.

Además de la organización y colaboraciónentre las diferentes empresas, es muyimportante contar con el apoyo político yeconómico de la correspondienteadministración pública. Cuando aparecen losproblemas, el rigor técnico es fundamental parasolucionarlos, pero también se necesita habilitarlos recursos administrativos y económicosadecuados. Los problemas suelen aparecer deimproviso, y con la necesidad de solucionarlostan pronto como sea posible.

Referencias

Arroyo Diez, Carlos; Peláez González, Mario. Lostúneles de Pajares, infraestructura de últimageneración. Revista CAUCE 2000. Número 138Noviembre 2007.

Arroyo Diez, Carlos; Míguez Bailo, Raúl. Túnelesde Pajares. Jornada Técnica “Singularidadesconstructivas en los túneles de las LíneasFerroviarias del Noroeste y Sur de Alta Velocidad”.Abril 2008.

De la Fuente, Jesús; Gil, Jesús; Alonso, N. Túnel deAbdalajís ejecutado con TBM para la Línea de AltaVelocidad Córdoba-Málaga. Revista de ObrasPúblicas, Diciembre 2004.

Varios autores. Túnel de Guadarrama. Ministeriode Fomento, ADIF.

Varios autores. Túneles de Pajares. Ministerio defomento, ADIF.

www.ineco.es

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