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Excavación de túneles por método mecanizado - TBM
1er Congreso Nacional de Carreteras – Lima 2019
Excavación de Túneles con
método mecanizado TBM
Andrea Lavagno
GEODATA

Introducción
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
❑ EXCAVACIÓN MECANIZADA A PLENA SECCIÓN (TBM)
Existe un amplio abanico de máquinas para realizar la excavación de túneles
(Tunnel Boring Machines – TBMs) a plena sección, divididas en base a
Sistema de reacción: Anillos de revestimiento / Grippers (roca)
Tipo: Abierto / Cerrado
Tipología predominante de terreno: Roca / Suelos
TBM abiertas y TBM con escudo, a su vez Simple o Doble
ITA Working Group Nº14 -
Classification of Tunnel
Excavation Machines
2

Introducción
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
❑ PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
3
❑Aplicación de la fuerza de
empuje (F1):
❑Aplicación del par de
rotación (P):
Motorización (eléctrica,
hidráulica)
❑Desescombro
❑Sostenimiento y
revestimiento
Apoyo al terreno (F2)
Apoyo al revestimiento (F3)
F1
F2
F2
F3
F3
P

La Excavación con TBM: Tipologías sin contrapresión
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ OPEN TBM
Un solo sistema de propulsión,
contra el terreno (grippers)
❑VENTAJAS OPEN TBM:
Elevada flexibilidad, longitud reducida
Revestimiento se adapta a terreno encontrado (permite realizar
tramos sin revestimiento)
Elevados rendimientos en roca buena
Máquinas simples
Riesgo atrapamiento menor que escudos
❑DESVENTAJAS OPEN TBM:
Depende de resistencia de terreno para el apoyo de los grippers
Personal es a contacto con el terreno (similar a excavación
convencional) con los riesgos asociados
Reducido control sobre venidas de agua y estabilidad del frente
Gotthard Base Tunnel,
Breakthrough in Amsteg,
eastern tunnel
4
Main Beam TBM
(Herrenknecht)

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ SINGLE SHIELD
sobre el revestimiento instalado
❑VENTAJAS SINGLE SHIELD:
Elevada flexibilidad, longitud reducida
Montaje inmediato del revestimiento definitivo del túnel
Todo el proceso de excavación se realiza bajo la protección del
escudo
Posibilidad de controlar las condiciones del terreno en el frente
❑DESVENTAJAS SINGLE SHIELD :
Excavación se para durante el montaje de anillo
Limitaciones relacionadas al empuje máximo (anillo)
Revestimiento geométricamente igual en toda
la excavación
Pajares Tunnel, Assembly
in South Portal
5
Single Shield TBM
(Robbins)
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ DOUBLE SHIELD
Doble sistema de propulsión,
sobre el revestimiento instalado o
contra el terreno (grippers)
❑VENTAJAS DOUBLE SHIELD:
Elevados rendimientos
Todo el proceso de excavación se realiza bajo la
protección del escudo
Posibilidad de controlar las condiciones del terreno en
el frente
❑DESVENTAJAS DOUBLE SHIELD :
Longitud más elevada: más vulnerable a
convergencias elevadas y errores de pilotaje
Coste más elevado
Menor maniobrabilidad con respecto a SS
Guadarrama Tunnel,
Assembly in North Portal
6
Double Shield TBM
(Herrenknecht)
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ MIXSHIELD
Contrapresión del frente por medio de fangos
bentoníticos
❑VENTAJAS MIXSHIELD:
Montaje inmediato del revestimiento definitivo del
túnel
Control de las presiones del terreno en el frente
incluso bajo gradientes hidráulicos elevados, y en
terrenos permeables
❑DESVENTAJAS MIXSHIELD:
Necesidad de planta de tratamiento de los lodos
de evacuación y sostenimiento
Coste elevado
Brightwater Tunnel,
Assembly in Factory
7
Mixshield TBM
(Herrenknecht)
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
La Excavación con TBM: Tipologías con contrapresión
Mecanismo de
funcionamiento Slurry

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ EARTH PRESSURE BALANCE (EPB)
Contrapresión del frente por medio de terreno
con oportuno tratamiento
❑VENTAJAS EPB:
Control de las presiones del terreno en el frente
Elevada productividad
❑DESVENTAJAS EPB:
Límites de funcionamiento en terrenos muy permeables
o granulares
Límites de funcionamiento bajo gradientes elevados
Túnel Aliviador San José
(CSM Bessac)
8
Earth Pressure Balance
TBM (RHErrenknecht)
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
La Excavación con TBM: Tipologías con contrapresión
Mecanismo de
funcionamiento EPB

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ ELECCIÓN EPB vs MIXSHIELD:
9
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
La Excavación con TBM: Tipologías
Earth Pressure Balance
TBM (Robbins)
Campos aplicación Earth
Pressure Balance
Diagramas de riesgo de
Clogging (Thewes)

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ CABEZA DE CORTE:
Realiza la disgregación del terreno/roca mediante acción de empuje+rotación
Aloja las herramientas de corte
Elevada resistencia para absorber las fuerzas transmitidas
10
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
La Excavación con TBM: Elementos característicos
Cabeza de corte Mixshield
(Herrenknecht)
Cabeza de corte Single
Shield (Robbins)
Cutters
(Cortadores)
Teeth (Herr.
corte)

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ MOTORIZACIÓN:
Realiza la rotación de la cabeza
Motores eléctricos (con variadores de frecuencia) o Hidráulicos
11
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Motorización
(CREG-Wirth)
Motorización
TBM

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ SISTEMA DE EMPUJE:
Garantiza le reacción para el empuje de la cabeza contra el terreno y el avance
12
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Cilindros
de Empuje
Grippers
de Empuje

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ SISTEMA DE EMPUJE:
Garantiza le reacción para el empuje de la cabeza contra el terreno y el avance
13
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Secuencia de funcionamiento
de Cilindros de Empuje

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ REVESTIMIENTO CONVENCIONAL vs DOVELAS PREFABRICADAS:
Necesario analizar sistema de revestimiento visto como el conjunto de
contramedidas para los hazards individuados en el análisis de riesgo
• Revestimientos primarios similares a Excavación en convencional (Pernos,
shotcrete, mallazo, cerchas)
• Revestimiento en dovelas prefabricadas (fabricadas en el mismo obrador o
transportadas desde fabrica pre-existente)
14
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Revestimiento dovelas
prefabricadas
Revestimiento
convencional

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ REVESTIMIENTO EN DOVELAS PREFABRICADAS:
15
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
prefabricadas: diseño
prefabricadas: fabricación
prefabricadas: montaje

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
16
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
prefabricadas
Dovelas: software
especializado

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
17
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
prefabricadas: diseño

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ RELLENO DE ESTRADÓS DE DOVELAS:
Al fin de rellenar el espacio entre terreno y revestimiento en dovelas
Uso de Pea Gravel, Morteros, Mezclas bi-componentes
18
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Esquema de relleno
estradós
Relleno
con pea gravel
Control de relleno
estradós
Relleno Drenante /
no drenante

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ GUIADO DE LA EXCAVACIÓN:
Control constante de la posición real de la tuneladora con respecto a la línea de
excavación prevista en la fase de diseño.
Elementos principales que permiten alcanzar ese control:
• Estación total con laser
• Sistema de comunicación
• Equipo de centrado forzoso
• Tablilla de mira
• Sistema de rodadura e inclinómetros
• Extensimetros de gatos de empuje
19
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Equipos de
control de guiado
Esquema de
control de guiado

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ GUIADO DE LA EXCAVACIÓN:
20
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Sistemas de
control de guiado

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ CONTROL Y MANDO:
TBMs manejadas hoy día enteramente por sistemas electrónicos, a través de un
autómata central que comanda todos los sistemas hidráulicos, eléctricos, y
permite monitorear los diversos sistemas de control y seguridad
21
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Cabinas de
control de TBM

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ BACKUP:
TBMs manejadas hoy día enteramente por sistemas electrónicos, a través de un
autómata central que comanda todos los sistemas hidráulicos, eléctricos, y
permite monitorear los diversos sistemas de control y seguridad
22
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Alimentador de
dovelas
Desapilador de
dovelas
Hasta 250-
300m
Cabina de
Control
Cintas
transportadoras
Escudo
TBM

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ EVACUACIÓN DEL MATERIAL EXCAVADO:
Se realiza por medio de dumpers, vagones o cintas transportadoras (TBM
abiertas, Single Shield, EPB) o por medio de tuberías (Mixshield, con el lodo
bentonítico)
23
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Evacuación por medio de
vagones
cinta transportadora
dumper

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ EVACUACIÓN DEL MATERIAL EXCAVADO:
Se realiza por medio de dumpers, vagones o cintas transportadoras (TBM
abiertas, Single Shield, EPB) o por medio de tuberías (Mixshield, con el lodo
bentonítico)
24
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Planta de tratamiento de
fangos bentoniticos
tuberías
EN MIXSHIELD:

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ SUMINISTRO DE MATERIALES:
Se realiza por medio de vagones o Multi Purpose Vehicles (MPV)
25
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Trenes de suminstreo de
materiales
Multi Purpose Vehicles
(MPV)

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ PORTALES:
Áreas de fundamental importancia para el
rendimiento de la obra en general
En caso de excavación con TBM en las
inmediatas proximidades del portal deben
ubicarse:
26
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Portal de entrada (Túneles
de Pajares)
• Espacio de maniobra para
trenes
• Instalaciones de
ventilación necesarias a
la fase de excavación
• Acopio y movimentación
de materiales de uso
inmediato.

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ PORTALES:
Áreas de fundamental importancia para el
rendimiento de la obra en general
En caso de excavación con TBM en las
inmediatas proximidades del portal deben
ubicarse:
• Acopios de dovelas
• Instalaciones para el desescombro
continuo por medio de cinta
• Instalaciones para la fabricación o
preparación del sistema de relleno del
extradós
• Instalaciones especificas (sistemas de
bombeo y depuración de aguas,
subestaciones eléctricas, centros de
transformación, estaciones de
transferencia, etc)
27
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Acopios de
dovelas
Instalaciones
en área urbana

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ SUMINISTRO DE ENERGIA:
Necesario analizar disponibilidad y
consumos de energía en caso de
excavación con TBM. Por ejemplo, TBM de
roca D=9-10m:
• Entorno de 2.500-3.000kW para cabeza
de corte
• Desde 1.000 kW para otros servicios
• Desde 1.000 kW adicionales si modalidad
cerrada (sinfín)
• Según trayecto para cintas
transportadoras
• Desde 500 kW servicios exteriores
❑SUMINISTRO DE AGUA
❑TRATAMIENTO DEL TERRENO
❑TRATAMIENTOS ESPECIALES…
28
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Dimensionamientos
electricos (NTNU)

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ MONTAJE Y DESMONTAJE:
Espacios necesarios para montaje y desmontaje de la TBM
29
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Montaje
a cielo abierto

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ MONTAJE Y DESMONTAJE:
Espacios necesarios para montaje y desmontaje de la TBM
30
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Montaje
en pozo

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ CONTROL DE PARAMETROS Y DE EJECUCIÓN:
Instrumentación e interpretación de los parámetros de funcionamiento
de las TBM ya no depende de reportes manuales y transcripciones de
operadores
Centenares de parámetros son transmitidos de forma semicontinua
(con cadencia por ejemplo cada 5 segundos) hacia sistemas de
almacenamiento y procesamiento de datos, ubicados en servidores al
exterior del túnel, con el fin de garantizar el almacenamiento, la
interpretación y la trazabilidad de los datos de interés generados por la
TBM (incluso a fines legales, en caso de eventos imprevistos)
31
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
La Excavación con TBM: Gestión de la excavación
Ejemplo de sistema de
visualización para los operadores
Ejemplo de sistema de transmisión y
almacenamiento al exterior

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ CONTROL DE PARAMETROS MÁQUINA EPB:
32
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
EARTH PRESSURE BALANCE (EPB):
Principales parametros de control
Presión de soporte del
frente Cantidad de material
extraído
Densidad aparente del
material en la cámara Relleno de backfillling del
extradós del anillo
Otros parametros:
o Mecánicos (Torque, Empuje, Avance, RPM, etc.)
o Guiado, desviaciones
o Funcionamiento de los sistemas propios
Condicionamiento del
terreno

Otros parametros:
❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ CONTROL DE PARAMETROS MÁQUINA MIXSHIELD:
33
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Presión de soporte del
frente
Cantidad de material
extraído (sólidos)
Características del
Slurry Relleno de backfillling del
Nivel de slurry en la
cámara
Pérdidas de slurry
SLURRY SHIELD / HYDROSHIELDS:
symbol unit value Remarks unit value Remarks unit value Remarks
Ring Number - - 1042 Material Volume: Theoretical m3 63,43 Based on real stroke Dry Mass: Theoretical t 115,75 Based on In Site Density
Start of Excavation - HH:mm:ss 00:43:00 Excavated Volume (based on slurry flows) m3 56,27 -11%
End of Excavation - HH:mm:ss 01:55:40 EXCAVATION MANAGEMENT FORMULAE based on "THEORETICAL BASIS OF SLURRY SHIELD EXCAVATION MANAGEMENT SYSTEMS", R. Duhme et al.
Time span - HH:mm:ss 01:12:40 Method E - Solids material Volume m3 32,85 -48% Method A - Dry mass: Particle + Bentonite density t 75,61 -35%
Time excavating - HH:mm:ss 00:36:20 Method B - Dry mass: Generalized Solids + fixed water t 68,99 -40%
Number of data - 219 Only when excavating Method C - Dry Mass: in situ density t 135,98 17%
Material Density avg ρs t/m3 2,10 Ascot fm -GIR Method D - Dry mass: Particle + in situ density t 103,39 -11%
Bentonite Powder Density avg ρbentonite t/m3 2,20 FAL bentonite
Water Inflow Rate Qw m3/h 30 ?
Water Density avg ρw t/m3 1,0
Pore Water Content avg nw % 25,0% GIR
In Situ Density avg ρinsitu t/m3 1,825
Excavation Diameter D mm 7100
Ring Length (stroke) Lring m 1602 From VMT
Area Aexcavation m2 39,59
Volume chamber length mm 870
Advancement speed avg s mm/min 44,1 (average)
Net advancement speed avg s m/h 2,65 (average)
Advancement length ΔLadv m 0,00735
considered 60mm/min
ΔT=10sec
Face Flow - volume of excavated material Qsolid matter m3/h 104,74
5% t/m3 1,139
avg ρfeed t/m3 1,152 From VMT
95% t/m3 1,163
5% t/m3 1,151
avg
ρdischarge=ρmix t/m3 1,196 From VMT
95% t/m3 1,220
5% m3/h 799
avg Qmix m3/h 945 From VMT
95% m3/h 1015
5% m3/h 845
avg Qfeed m3/h 1036 From VMT
95% m3/h 1142
5% m3/h 0
avg m3/h 40 From VMT
95% m3/h 144
1,8 23,9
0,9 17,2
0 11,8
-0,7 7,7
-1 5,8
-1,4 3,3
-1,8 1,6
FORRESTFIELD-AIRPORT LINK
FAL-UP TBM S-1049 (SANDY)
EXCAVATION MANAGEMENT FORMULAE FOR VOLUME AND MASS EXCTRACTION
Discharge - Feed Line
EXCAVATION
PARAMETERS
ADDITIONAL
DATA
Density Feed Line
Density Discharge Line
Flow Feed Line
Flow Discharge Line
OUTPUT: VOLUME
GEOLOGY/MATERIALS
INPUT
RING
OUTPUT: MASS
56,3 m3
32,9 m3
63,4 m3
0
20
40
60
80
100
120
140
0:00:00 0:10:00 0:20:00 0:30:00 0:40:00
Solids
Material
Volume
[m3]
Time [min]
VOLUME TBM S-1049 - Ring Nº
Method E - Solids material Volume Excavated Volume Excavated Volume - End
Method E - End Material Volume: Theoretical Material Volume - End
1042
23,9
17,2
11,8
7,7
5,8
3,3
1,6
y = -0,113x5 + 0,1236x4 + 0,5462x3 - 0,1059x2 + 5,6112x + 11,794
R² = 1
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
-2,0
-1,8
-1,6
-1,4
-1,2
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
Bentonite volume vs Fill level
Extract
115,8 t
75,6 t
69,0 t
136,0 t
103,4 t
0
20
40
60
80
100
120
140
0:00:00 0:10:00 0:20:00 0:30:00 0:40:00
Dry
mass[t]
Time [min]
MASS TBM S-1049 - Ring Nº
Dry Mass: Theoretical Method A - Dry mass: Particle + Bentonite density
Method B - Dry mass: Generalized Solids + fixed water Method C - Dry Mass: in situ density
Method D - Dry mass: Particle + in situ density Dry Mass: Theoretical (end)
Method A - End Method B - End
Method C - End Method D - End
1042
56,3 m3
32,9 m3
63,4 m3
0
20
40
60
80
100
120
140
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1.000 1.100 1.200 1.300 1.400 1.500 1.600 1.700
Solids
Material
Volume
[m3]
Stroke [mm]
VOLUME TBM S-1049 - Ring Nº
Method E - Solids material Volume Excavated Volume Excavated Volume - End
Method E - End Material Volume: Theoretical Material Volume - End
1042
115,8 t
75,6 t
69,0 t
136,0 t
103,4 t
0
20
40
60
80
100
120
140
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1.000 1.100 1.200 1.300 1.400 1.500 1.600 1.700
Dry
mass[t]
Stroke [mm]
MASS TBM S-1049 - Ring Nº
Dry Mass: Theoretical Method A - Dry mass: Particle + Bentonite density
Method B - Dry mass: Generalized Solids + fixed water Method C - Dry Mass: in situ density
Method D - Dry mass: Particle + in situ density Dry Mass: Theoretical (end)
Method A - End Method B - End
Method C - End Method D - End
1042

Otros parametros:
❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ CONTROL DE PARAMETROS MÁQUINA DE ROCA:
34
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Cantidad de material
extraído (sólidos)
Relleno de backfillling del
SINGLE SHIELD, DOOUBLE SHIELD:

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ CONTROL DE PARAMETROS:
Elemento fundamental es el “control cruzado”
35
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
FAL-AAR-GSL-174;
2017-12-01
10:45:00;
0,5
FAL-AAR-GSL-176;
2017-11-30
05:55:00;
0,5
FAL-AAR-GSL-178;
2017-11-28
09:55:00;
0,5
667 668
668
669
669
671 672
676
677 678 680 682 683
683
684 687 688 690 691 693 695 696 698 699 701
701
702 704 706 707708
0
100
200
300
400
500
600
700
800
-2,000
-1,000
0,000
1,000
2,000
3,000
4,000
2017-11-28
00:00:00
2017-11-28
12:00:00
2017-11-29
00:00:00
2017-11-29
12:00:00
2017-11-30
00:00:00
2017-11-30
12:00:00
2017-12-01
00:00:00
2017-12-01
12:00:00
2017-12-02
00:00:00
SENSOR Nº8 (TOP) -
WORKING CHAMBER - DENSITY
S-1048.Pressure excavation chamber 8.Pressure excavation chamber 8 [bar] S-1048.Pressure working chamber 1.Pressure working chamber 1 [bar] FAL-AAR-GSL-174
FAL-AAR-GSL-176 FAL-AAR-GSL-178 Reference face pressure S7
Minimum Alarm Level S7 Maximum AlarmLevel S7 S-1049.Slurry circuit P04 density.Slurry circuit P04 density [t/m³]
S-1048.S-1048_ADVANCE.S-1048_ADVANCE_ADVANCE_NO [-] S-1048.Slurry circuit P04 density.Slurry circuit P04 density [t/m³]
2017-11-28 00:00:00
2017-12-01 22:00:00
START DATE/HOUR
FINISH DATE/HOUR
VERTICAL DISPLACEMENT
GSL-178: 0,0180
(02/12/2017)
GSL-176: 0,0316
(02/12/2017)
GSL-174: 0,0375
(02/12/2017)
GUILFORD G2
ASCOT FM.
GNANGARA SANDS
FACE PRESSURE
FILL LEVEL WORKING CHAMBER
EXTRACTED WEIGHTS
WORKING CHAMBER DENSITY
ETC.
THRUST-TORQUE-ETC.
Ejemplos de control
cruzado de parametros

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
Plataformas de Proyecto
36
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
PORTAL DEL PROYECTO
Ejemplos de Plataformas de
Proyecto

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
Plataformas de Proyecto
37
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Ejemplos de Plataformas de
Proyecto

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ COSTOS DE SUMINISTRO TBM:
Amplio rango de opciones, diámetros, elementos tecnológicos de
las máquinas. Por ejemplo, TBM D=9-10m:
• TBM abierta del orden de 15-20 MUSD (a partir de)
• TBM SS del orden de 20-25 MUSD (a partir de)
• TBM DS del orden de 25-30 MUSD (a partir de )
Generalmente incidencia no superior a 20-35%. Mayor impacto
tienen los costos de operación en personal y los materiales
❑COSTOS DE OPERACIÓN EXCAVACIÓN TBM:
Costos de personal fijos con cualquier rendimiento dela TBM:
pueden llegar a incidir de forma elevada con rendimientos bajos
Costos de materiales pueden presentar elevada variabilidad en fase
de obra si revestimiento es de tipo convencional. Mayor posibilidad
de acotar los costos con revestimiento en dovelas (elementos
constantes)
38
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ PLAZOS DE ENTREGA TBM:
Proceso puede llevar unos 10-14 meses desde etapa
de diseño a entrega en puerto
Etapas para la fabricación de una TBM
• Selección del tipo de TBM (geología, finalidad
túnel, etc.)
• Diseño del tipo de revestimiento
• Diseño del empuje máximo
• Diseño de los parámetros principales de la
máquina
• Pedido y fabricación de los elementos principales
• Pre-ensamblaje en fábrica (a los 7-10 meses)
generalmente de Escudo + primeros 2 carros
• Desmontaje y embalaje
• Transporte marítimo
Plazos más reducidos con máquinas usadas por
reacondicionar (6-9 meses)
39
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales

❑ Tipologías
❑ Elementos
característicos
❑ Management
❑ RENDIMIENTOS TBM:
Dependen de forma muy directa de la
gestión del equipo de trabajo
Logística es elemento tan importante
como terreno (si no hay condiciones
“extremas”)
EPB/Slurry pueden tener limitaciones
de rendimiento por capacidad de
evacuación
40
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
❑ RENDIMIENTOS DEL ORDEN DE
12-15 m/d son considerados “habituales”
18-20 m/d son considerados “buenos”
Se dan casos de hasta 1100-1500 m/mes
(tanto en excavación urbana como en
roca – túneles largos y profundos)
TOP PERFORMANCE:
1D: 49,5m
30D: 1150m

❑ PRINCIPALES FABRICANTES
Se trata de fabricantes internacionales que suministran en
cualquier parte del mundo:
• Herrenknecht (GER)
• Robbins (USA)
• CREG Wirth (CHI-GER)
• Terratec (AUS)
• NFM Techologies (FRA)
• Otros (Mitsubishi, Komatsu, Kawasaki) principalmente
desde Japón y Corea
41
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales

❑ Herrenknecht
(GER)
❑ Robbins (USA)
❑ CREG Wirth
(GER)
❑ Terratec (AUS)
❑ NFM Techologies
(FRA)
❑ Otros
❑ HERRENKNECHT (GER)
Actual líder de mercado (más de 4000 proyectos)
Suministra en todo el mundo (presencia en
80 países, 6+ en América Latina)
Proyectos en LA:
Metro de Río de Janeiro, Metro Sao Paulo
(Brasil)
Coca Codo Sinclair (Ecuador)
Riachuelo (Argentina)
42
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Coca Codo
Double Shield TBM
Rio de Janeiro
Convertible TBM
Riachuelo
EPB
Riachuelo
Mixshield

❑ Herrenknecht
(GER)
❑ Robbins (USA)
❑ CREG Wirth
(GER)
❑ Terratec (AUS)
❑ NFM Techologies
(FRA)
❑ Otros
❑ ROBBINS (USA)
Primer productor de TBM en la historia
Inventor del Doble Escudo (con SELI) en el 1971.
Proyectos en LA:
Coca Codo Sinclair (Ecuador)
Olmos (Perú)
43
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Olmos
Open TBM
Coca Codo
TBM Shield

❑ Herrenknecht
(GER)
❑ Robbins (USA)
❑ CREG Wirth
(GER)
❑ Terratec (AUS)
❑ NFM Techologies
(FRA)
❑ Otros
❑ CREG Wirth (GER)
Empresa familiar desde 1895, subisdiaria de AKER Solutions
de Noruega desde 2009, y luego desde 2014 de CREG (China
Railway Engineering Equipment Group Co., Ltd.)
Màs de 800 TBM
Proyectos en LA:
San Francisco (Ecuador)
Gastau (Brasil)
Chacayes (Chile)
44
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Gastau
Double Shield
San Francisco
Double Shield
Chacayes
Open TBM

❑ Herrenknecht
(GER)
❑ Robbins (USA)
❑ CREG Wirth
(GER)
❑ Terratec (AUS)
❑ NFM Techologies
(FRA)
❑ Otros
❑ Terratec (AUS)
Primera TBM en 1991, y primer raise borer en 1993, presencia
en crecimiento en Australia, China, South East Asia, India,
Europa y America del Norte y Sur (Panama).
Proyectos en LA:
Metro de Santo Domingo (Rep. Dominicana)
45
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Metro de Santo Domingo
(Rep. Dominicana)

❑ Herrenknecht
(GER)
❑ Robbins (USA)
❑ CREG Wirth
(GER)
❑ Terratec (AUS)
❑ NFM Techologies
(FRA)
❑ Otros
❑ NFM TECHNOLOGIES (FRA)
Empresa estatal francesa (Framatom), luego privatizada,
controlada por capital chino desde 2007, y finalmente
adquirida por Mühlhäuser (GER) en 2018
Proyectos en LA:
San Francisco (Ecuador)
46
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
San Francisco
Double Shield

❑ Herrenknecht
(GER)
❑ Robbins (USA)
❑ CREG Wirth
(GER)
❑ Terratec (AUS)
❑ NFM Techologies
(FRA)
❑ Otros
❑ OTROS
Sobre todo constructores japoneses
Kawasaki
Komatsu
Mitsubishi
Fabricantes Coreanos
Fabricantes Chinos (desde JV con empresas que trabajaron en China)
47
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales

❑ Grandes
Diámetros
❑ TBM Duales
❑ Variable Density
❑ Boring Company
❑ What next?
❑ SUPER-SIZE:
Diámetros superiores a los 14-15m
48
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Desarrollos actuales
Sparvo (Italia):
15.500m
Westgate (Australia):
15.500m
M30 Madrid (España):
15. 200m

❑ Grandes
Diámetros
❑ TBM Duales
❑ Boring Company
❑ What next?
49
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Grosvenor Decline
Australia (Robbins)
❑ MAQUINAS CONVERTIBLES / DUALES:
Permiten modificar la modalidad de
excavación desde modalidad sin
contrapresión del frente a modalidad con
contrapresión del frente (EPB o Slurry)

❑ Grandes
Diámetros
❑ TBM Duales
❑ Boring Company
❑ What next?
50
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Katzenberg Tunnel, Germany
(Herrenknecht)
Multimode evolution
(Herrenknecht)
❑ MAQUINAS CONVERTIBLES / DUALES:
Permiten modificar la modalidad de
excavación desde modalidad sin
contrapresión del frente a modalidad con
contrapresión del frente (EPB o Slurry)

51
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
1. STANDARD EPB
2. STANDARD EPB + injections de
bentonite
3. LOW DENSITY: Bentonite Slurry
4. HIGH DENSITY: Slurry
❑ Grandes
Diámetros
❑ TBM Duales
❑ Boring Company
❑ What next?
Variable Density
(Herrenknecht)
❑ VARIABLE DENSITY:
Combinación de EPB (tornillo sinfín) y Slurry (Air Bubble)
Poisibilidad de operar en modos múltiples

❑ Grandes
Diámetros
❑ TBM Duales
❑ Boring Company
❑ What next?
❑ THE BORING COMPANY:
Fundada por Elon Musk a finales de 2016
52
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
Godot
(The Boring Company)

❑ Grandes
Diámetros
❑ TBM Duales
❑ Boring Company
❑ What next?
❑ WHERE TO IMPROVE?
53
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
2019

❑ Grandes
Diámetros
❑ TBM Duales
❑ Boring Company
❑ What next?
54
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
2019

❑ Grandes
Diámetros
❑ TBM Duales
❑ Boring Company
❑ What next?
55
❑Introducción
❑La Excavación
con TBM
❑El mercado TBM
❑Desarrollos
actuales
2019

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