Análisis con MEF de secuencias de excavación en lumbreras

José G. Clavellina M., Oscar J. Luna G., Armando Pantoja S., Alonso G. Lira A., Juan Paulín A.

In the proceedings of: GEO2011: 64th Canadian Geotechnical Conference, 14th Pan-American Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 5th Pan-American Conference on Teaching and Learning of Geotechnical Engineering

Session: Other General

ABSTRACT: The construction of tunnels of considerable length requires the creation of vertical accesses to them (shafts), for personnel and equipment such as Tunnel Boring Machines, as well as for ventilation and the removal of waste excavation material. Based on the Túnel Emisor Oriente (TEO), a project currently under construction, this document describes the entry data, the hypotheses, the modeling and analysis results using finite elements of the axisymmetrical type to study the constructive process of shafts, in particular Sections III and IV. In the second part of the document the analysis results are interpreted and compared to the data obtained from the instruments installed to give follow-up to the excavation process. In the conclusions we underscore that an acceptable approximation can be achieved between the numeric models and reality.

RESUMEN: Para la construcción de un túnel de longitudes importantes es necesario crear accesos verticales (lumbreras) para el personal y los equipos de excavación (como las tuneladoras), así como para la ventilación y rezaga. Con base en el Túnel Emisor Oriente (TEO), un proyecto actualmente en ejecución, el trabajo que se presenta describe los datos de entrada, las hipótesis, la modelización y los resultados de los análisis, usando el método de los elementos finitos en un modelo axisimétrico para estudiar el proceso constructivo de las lumbreras, en particular de los Tramos III y IV. En la segunda parte del trabajo se interpretan los resultados de los análisis y se comparan con los datos obtenidos de la instrumentación instalada para dar seguimiento a la excavación. En las conclusiones se destaca que se puede lograr una aproximación aceptable de los modelos numéricos con la realidad. 1 INTRODUCCIÓN 1.1 Descripción del proyecto Las lumbreras en el TEO son de dos tipos: las de paso de la tuneladora y rezaga de producto de excavación y las de montaje y rezaga. Las de paso deben tener un diámetro interno no menor de 12 m y las de montaje de 16 m. De las 24 lumbreras, las de montaje son: L0, L5, L10, L13, L17 y L20 (la L0 existía antes de iniciar los trabajos). Se propone usar como ejemplo de los análisis realizados, la Lumbrera 10, ya que su construcción ha finalizado y en esta lumbrera se construirá la galería de montaje de la tuneladora. La Lumbrera 10 se resolvió con la combinación de dos métodos: desde el nivel de plataforma de trabajo (nivel 0.0 m) y hasta el nivel -45.0 m, a base de muro Milán estructural de 1.0 m de espesor y 20 m de diámetro interior, desde el nivel -45.0 m hasta el nivel máximo de excavación (-76.0 m) mediante método convencional con base en un muro primario de concreto lanzado estructural reforzado con fibra metálica, trabajando en conjunto con marcos metálicos horizontales y un muro secundario colado en sitio de 25 cm de espesor para dar un diámetro interior final de 16 m. En la parte superior (nivel 0.0 m) se construyó una trabe de coronamiento que liga estructuralmente los paneles de muro Milán, en la -45.0 se construyó una trabe de liga que integra estructuralmente el muro Milán y el muro método convencional. La excavación dentro del área confinada por el muro Milán se realizó en frentes verticales cuya altura dependió de los rendimientos de extracción del material, a partir de la -45.0 m los cortes verticales se acotaron a 1.0 m de altura. La solución anterior se complementó con un sistema de abatimiento a base de 8 pozos profundos, ubicados en el exterior de la Lumbrera, perforados a 85.0 m de profundidad, cada pozo se equipó con una bomba sumergible controlada por electroniveles de inicio y paro de bombeo. El bombeo profundo se complementó con bombeo de achique en el interior de la excavación. 2 MODELO GEOTÉCNICO 2.1 Descripción de la estratigrafía La secuencia estratigráfica en el sitio de la Lumbrera 10, de forma general, es la siguiente: desde el nivel de superficie y hasta aproximadamente 5 m de profundidad se localizan arcillas de alta plasticidad y consistencia blanda (w = 210%, Nprom = 2, c = 5 t/m2, = 0°, E = 500 t/m2); a continuación y hasta 13 m de profundidad se presentan limos poco arenosos, de baja plasticidad, de consistencia blanda a dura (w = 40%, Nprom = 35, c = 7 t/m2, = 37°, E = 2000 t/m2); subyaciendo a la unidad anterior y hasta 20 m de profundidad, se presentan limos de alta plasticidad de consistencia blanda a dura (w =

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