6 formas en que las máquinas perforadoras de túneles están evolucionando

Las máquinas perforadoras de túneles (TBM) tienen la reputación de ser pesadas y costosas. Pero las innovaciones en el sector están aumentando la velocidad a la que pueden operar, automatizando procesos y mejorando su capacidad para monitorear condiciones geotécnicas complejas.

Las innovaciones recientes incluyen:

1) Aprovechar el Internet industrial de las cosas (IIoT)

Los operadores de tuneladoras deben poder tomar medidas correctivas si cambian las condiciones geotécnicas. Una tuneladora puede tener hasta 5000 sensores, recopilando datos a diferentes velocidades sobre métricas que incluyen el rendimiento de la superficie de corte, el avance y el par de la rueda de corte.

El fabricante de tuneladoras Herrenknecht desarrolló recientemente una nueva plataforma IIoT para recopilar y administrar datos de sensores inalámbricos y almacenarlos en una base de datos de almacenamiento central basada en la nube.

La plataforma admite más de 2000 tuneladoras, de las cuales hasta 700 pueden estar en el campo en cualquier momento. Los datos se almacenan en computadoras en la sala de control de la tuneladora y se cargan en la nube cuando hay conectividad a Internet; con las máquinas funcionando hasta 10-15 km bajo tierra, pueden estar fuera de línea durante días, semanas o incluso meses.

Herrenknecht también ha subido a la plataforma datos históricos de 40 años en diferentes formatos.

2) Cambios de diámetro en el túnel

El fabricante estadounidense Robbins reclamó el primer cambio de diámetro de la tuneladora dentro del túnel de la industria en el túnel de alivio de drenaje Mill Creek de 8 km de largo en Dallas, Texas.

El túnel tiene dos diámetros porque a medida que avanza aguas abajo, aumentan los requisitos de flujo. Como resultado, la tuneladora se diseñó para pasar de 11,6 m de diámetro a 9,9 m.

Robbins trabajó con la empresa conjunta Southland/Mole para diseñar primero una máquina completa más pequeña y luego hizo un “kit” que actuó como una segunda piel más grande.

Cuando llegó el momento de reducir el diámetro de la tuneladora, simplemente se retiró la segunda piel de la máquina en un proceso que duró unos cuatro meses.

3) Máquinas perforadoras de túneles autónomas

La empresa de infraestructura de Malasia MMC-Gamuda ha desarrollado lo que afirma es la primera máquina perforadora de túneles autónoma (A-TBM) del mundo como una forma de eliminar su dependencia de los escasos operadores de TBM.

Utilizó la segunda línea del proyecto de transporte rápido masivo (MRT) en Kuala Lumpur como banco de pruebas.

El sistema plug-and-play se integra en el hardware y los sensores de TBM existentes. Supervisa los procesos de la tuneladora y envía los datos a un centro de control centralizado.

Inicialmente, MMC-Gamuda probó la tecnología en una sola máquina para controlar su dirección antes de extenderla a otros parámetros de control, como velocidades de avance y controles de lodo.

Finalmente, 10 de las 12 tuneladoras del proyecto se instalaron con el sistema A-TBM, perforando en diferentes condiciones del suelo. MMC-Gamuda dijo que el siguiente paso será analizar los datos de túneles y permitir que el sistema haga predicciones para generar mejores soluciones de túneles.

4) Túneles continuos en suelo blando
A graphic illustrating how Herrenknecht's new continuous tunnelling innovation works. Herrenknecht ganó un premio a la innovación Bauma por sus desarrollos en túneles continuos.

Herrenknecht ha desarrollado un método que permite la excavación continua de túneles en formaciones de suelo blando.

Tradicionalmente, la construcción de túneles ha tenido que hacer una pausa después de cada movimiento de excavación para permitir que se lleve a cabo la secuencia de construcción del anillo del túnel.

El nuevo sistema de tunelización continua, que es 1,6 veces más rápido, ve que los cilindros de empuje que empujan la máquina hacia adelante durante el avance asumen la fuerza compartida de los cilindros que se retraen para la construcción del anillo.

Para asegurar que la máquina mantenga su curso correcto durante este proceso, un sistema de Centro de Empuje (CoT) controlado por computadora asume el control de las presiones en los cilindros de empuje de un operador manual.

Herrenknecht recibió el premio bauma Innovation Award 2022 en la categoría ‘Machine Technology’ por su nuevo desarrollo.

5) ‘Marsopa’
A graphic showing how The Boring Company's Prufrock tunnel boring machine (TBM) can 'porpoise' through soft ground (Image courtesy of The Boring Company) Un gráfico que muestra cómo la máquina perforadora de túneles (TBM) Prufrock de The Boring Company puede "saltar" a través de terrenos blandos (Imagen cortesía de The Boring Company)

The Boring Company, con sede en EE. UU. y fundada por Elon Musk, lanzó la segunda versión de su tuneladora ‘Prufrock’ en 2022.

El Prufrock está diseñado para lanzarse directamente desde la superficie, perforar bajo tierra y volver a emerger al finalizar, eliminando la necesidad de excavar pozos para lanzar y recuperar la máquina, en un proceso conocido como “marsopa”.

The Boring Company afirma que puede hacer túneles a una velocidad de una milla por semana a través de suelo blando, que es hasta seis veces más rápido que su generación anterior de TBM, la Godot+. El objetivo a mediano plazo para el Prufrock es hacer un túnel a una velocidad de siete millas por día.

6) Plasma y gas sobrecalentado

La empresa emergente Earthgrid, con sede en San Francisco, está desarrollando una micro tuneladora de plasma para los mercados de energía y servicios públicos que, según afirma, puede excavar bajo tierra 100 veces más rápido que los métodos tradicionales.

Sus antorchas de plasma alcanzan temperaturas de 27 000 °C para atravesar rocas duras.

Las antorchas están montadas en discos sostenidos frente a un “robot de excavación rápida” para volar fragmentos hacia atrás para recolectarlos en pequeños carros de empuje. La empresa estadounidense Petra ha desarrollado un robot autónomo llamado Swifty que puede perforar pequeños túneles de entre 40 cm y 1,5 m de diámetro a través de roca dura para servicios públicos. Utiliza una mezcla patentada de gas sobrecalentado hasta 1800C.

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