Sistemas de prerrefuerzo en frentes de excavación de túneles en suelo y roca

Abstract

Esta investigación tuvo como finalidad desarrollar una metodología práctica para diseñar los elementos de prerrefuerzo o presostenimiento utilizados para la estabilización temporal del frente de excavación de un túnel. El objetivo es brindar una herramienta práctica que facilite a los ingenieros el cálculo o estimación del sistema de presostenimiento, usando enfilajes y pernos en fibra de vidrio como sistema de estabili-zación del frente en túneles excavados en materiales de suelo con baja cohesión y relativamente superficiales.Para esto se tomó como base el método analítico de Tamez [12], quien lo desarrolló a partir de varias experiencias de túneles excavados en Ciudad de México para el metro. Con dicho método se aplican las ecuaciones planteadas por ese autor mediante análisis de sensibilidad de los parámetros de resistencia del suelo, el diámetro de excavación del túnel y la longitud de avance, y con ello se prepararon varios ábacos que simplifican el proceso de diseño. De igual manera, para explicar el procedimiento de la metodología analítica y el uso de los ábacos de diseño se realizó un ejemplo típico que se complementó con la modelación numérica mediante el software RS2 o Phases 2D (V9). De los resultados obtenidos se pudo establecer que el uso de elementos de prerrefuerzo antes de la excavación mejora considerablemente las condiciones de estabilidad del frente de excavación, limitando la zona de falla, las deformaciones y los desplazamientos en el frente y la clave, eliminando consecuentemente posibles fallas en chimenea.En la metodología propuesta no se considera el diseño para garantizar la estabilidad a largo plazo o permanente del túnel, sino tan sólo la estabilidad temporal del frente de excavación.

The purpose of this research was to develop a practical methodology for the design of the pre-reinforcement or pre-support used in the excavation front as temporary stabilization. The objective is to afford a practical tool that eases calculation and estimation of pre-reinforcement systems, using forepoling and fiberglass bolt as front stabilization.The analytic Tamez methodology was used as its basis and through sensibility analysis of the ground’s resistance parameters, the tunnel’s excavation parameters, and the feed length, abacuses were obtained to simplify the design. Similarly, to explain the analytics methodology procedure and the abacus use in design, a typical example was made, complemented with numerical software models like R2 and Phases 2D (V9). Due to the results achieved, the benefits of pre-reinforcement were established, the stability conditions were substantially improved in the excavation front, limiting the failure zone, distortions, front displacements, and crown tunnel, and, consequently, chimney failures are avoided.The proposal does not consider the design to ensure long term or permanent stability; it just considers the temporal stability in the excavation front.