Procedimiento de estimación de la presión de trabajo óptima en la cámara de mezclado de un escudo de presión de tierras. Implicación en los parámetros de diseño del escudo

Resumo

La inestabilidad del frente de excavación constituye uno de los problemas más graves a considerar a la hora de diseñar y construir un túnel. La ejecución de túneles mediante escudos de presión equilibrada de tierras (EPB) permite solucionar, en gran medida, los problemas asociados a dicha inestabilidad. La eficacia y seguridad demostradas por los escudos EPB para el mantenimiento de una determinada presión en el frente de excavación, facilita la ejecución de túneles con una afección mínima al entorno y justifican el uso generalizado de la tecnología EPB en la construcción de túneles en condiciones difíciles, resultando indispensable la determinación precisa de la presión que hay que ejercer en el frente para asegurar su estabilidad. El trabajo objeto de esta Tesis Doctoral tiene como finalidad el desarrollo de un procedimiento de cálculo de la presión óptima que se debe establecer en la cámara de mezclado de un escudo EPB. A tal fin, se ha abordado el problema mediante tres líneas básicas de investigación: a) estudio en profundidad de los métodos de cálculo clásicos y aplicación de dichos métodos a varios casos reales; b) evaluación de la presión aplicada en el frente partiendo de los parámetros de funcionamiento de los escudos, registrados sobre el terreno y c) elaboración y desarrollo de nuevos modelos numéricos adaptados al problema real. Estos nuevos modelos han proporcionado datos muy cercanos a los reales y han permitido la elaboración de un método de trabajo para calcular la presión a establecer en el frente. Asimismo, el procedimiento propuesto, constituye una base sólida para el análisis de las implicaciones que la presión calculada tiene sobre los parámetros del diseño del escudo. ABSTRACT Tunnel face instability is one of the most crucial problems to be solved when a tunnel is being designed and constructed. Tunnel execution by Earth Pressure Balance (EPB) shields is a good solution of the problems associated to that instability. The performance of EPB shield for maintaining the required support pressure at the tunnel face makes possible the construction of tunnels with a minimum affection of the surroundings, and justifies the generalized use of EPB technology for the construction of tunnels under difficult conditions and complicated surroundings, the precise determination of the support pressure to be applied at the tunnel face being necessary. The aim of the work developed for this Ph Dissertation is to develop a method for the calculation of the optimal support pressure to be established in the mixing chamber of a EPB shield. Three main research approaches have been followed: a) a detailed in depth study of the classical calculation methods; b) evaluation of the pressure applied at the face, based on the working parameters of the EPB shields as registered in situ and c) elaboration and development of new numerical models adapted to the actual problem. These new models have provided data very close to the actual ones and constitute a solid basis for the analysis of the involvement the calculated pressure has in the shield design parameters.