TOPOGRAFÍA EN TÚNELES EXCAVADOS POR MÉTODOS CONVENCIONALES. PARTE I.

•  A pesar de que se ha escrito mucho sobre la construcción/excavación de túneles por medio de topos/escudos perforadores (T.B.M); un gran porcentaje de este tipo de obras siguen realizándose a través de sistemas"no mecanizados", el más común de éstos (a parte del uso de rozadoras) es el método de Perforación y Voladura. Nos centraremos en todo lo relacionado con la topografía/replanteo (exterior/interior) de un túnel ferroviario (aprox. 2 km longitud) ejecutado realmente (doble vía ancho ibérico) por medio del denominado Nuevo Método Austriaco (N.A.T.M.)

• En primer lugar y  lo más importante es el establecimiento de la infraestructura topográfica exterior para el guiado y control geométrico durante la construcción del túnel. Esto se consigue mediante la materialización de vértices en ambas bocas (lo apropiado es que sean al menos 3 por frente). 
• Dichas bases han de estar monumentadas con pilares de centrado forzoso, en lugares estables y cuyos cálculos (obtención de coordenadas xyz) estén en consonancia/coherencia con el resto de red de la obra lineal/tramo (normalmente la  planimetría se establece por medio de MMCC-GNSS-postproceso + altimetría N.A.P. -> mas información aquí). 
• La red de control se dispuso como se aprecia en el gif inferior (4 bases por boca - la visual mas larga/ transferencia de orientación al interior en la dirección del eje del túnel- QS1-QS4 & QN1-QN4). Es recomendable realizar también observaciones clásicas/triangulateración y ajustes de los cuadriláteros formados en los emboquilles (fijando las coordenadas de una base y un acimut). Muchas veces la situación no es la ideal, hay que adaptarse a la forma/dimensiones del emboquille, longitud del túnel, proceso de excavación del  movimiento de tierras previo (que puede alterarse) y otro sin fin de imprevistos (servicios afectados, reposiciones, acopios, accesos provisionales a los tajos etc, etc).

• En este caso se pudo realizar una poligonal de paso por montera (fue así en todos los túneles) con centrados forzados (a la antigua usanza) entre vértices de ambas bocas (5 series angulares, con ejes no muy homogéneos pero al menos nos permitía una comprobación adicional). Los resultados  en este caso particular fueron los reflejados en la imagen inferior (solo planimetría -  las altitudes (z) ya habían sido contrastadas/observadas por medio de nivelación geométrica):

• Como el proyecto de la obra lineal databa de antes del año 2013 (2007)- el marco de referencia estaba materializado en proyección UTM-ED50. Tras la reobservación integral de las bases de proyecto (y otras nuevas añadidas) se obtuvieron los cálculos necesarios para establecer una transformación tridimensional de aplicación a los sistemas GPS y trabajar en RTK base simple (lo típico) para todo lo relacionado con los replanteos de movimientos de tierras.
• Previamente y durante la fase de proyecto se realizó un campaña de ensayos geotécnicos a lo largo de toda la traza. Esto permite establecer aproximadamente entre otras cosas que taludes de excavación son los adecuados para cada zona en concreto (esto aplica también a los emboquilles). 
• Lo normal es comenzar replanteando las cabezas de talud con unas inclinaciones iniciales (las de proyecto- recomiendo retranqueos +1m- siempre) y según se va excavando los geólogos/geotécnicos o el "gurú de turno" va cambiando su geometría (tanto que a veces es imposible dejarlos decentes), añadiendo bermas, refuerzos, gunitados, mallas gallineras, bulonados etc. Los terrenos rocosos se vuelan/dinamitan y con frecuencia se precortan (carro perfora barrenos próximos que se cargan de manera alterna → para perfilar el desmonte).
• Habremos de controlar la geometría en la excavación del frente  y del resto del emboquille. Esto se consigue estableciendo secciones tipo distintas; una la convencional aplicada al eje (3) de la obra lineal (sección transversal típica) y otra sección al eje del frente (46) que es perpendicular al eje general y ubicado en un PK de comienzo del túnel en mina.

• El método N.A.T.M. citado está estrechamente relacionado con el predominio de suelos rocosos mas o menos alterados; por lo que la inclinación de los taludes en desmonte  suelen rondar el 3h:4v - e incluso 1h:3v en frentes de ataque (excepto zona suelos y/o terreno competente - donde se utilizan los habituales en torno a 2h:3v).
• A medida que se baja cota (cada 5-6 m) es necesario sostener en zonas localizadas (los taludes van siendo considerables y hay riesgo de desprendimientos) normalmente se opta por mallazos/redes metálicas o filas de bulones de distintas características (comprimen y estabilizan los estratos); así como gunitados (proyección de hormigón sobre el terreno).
• En los emboquilles se suele desmontar primero hasta cota de avance del túnel en mina (ya que se excava primero media sección del mismo hasta la clave) y volar/dinamitar toda la periferia hasta cota de destroza (sin retirar el material cercano al frente; para poder acceder con la maquinaria).

• Los primeros controles geométricos "finos"  por medio de estación total (hasta ahora recordemos que se ha tratado de mediciones/replanteos en tierras/roca con GPS RTK y precisiones aprox 5-6 cm xyz) en el talud frontal/de ataque suelen ser una o varias coronas de bulones por encima del paraguas de micropilotes que encepará la viga de atado base de la visera del túnel.

• El equipo adecuado para realizar estos controles debe ser una estación total dotada de perfilómetro, reconocimiento/búsqueda de objetivo (ATR), medición sin prisma y software de control (ejemplo en año 2009 utilizamos: E.T. LEICA TCRP 1203+ con Avance túnel).
• El software para PC Leica Geo Office incorpora un módulo definitorio de las diferentes secciones tipo con carácter paramétrico (creando como lineas cada capa de comprobación, partiendo del eje, rasante y las distintas ST definitorias con sus características de sostenimientos/revestimientos/contrabóvedas del túnel según tramos por PK). Así es posible introducir toda la geometría como trabajo de campo en las estaciones totales de esa marca. Permite realizar el seguimiento en obra del estado del túnel pero no puedes extraer resultados, visualizarlos y representarlos/imprimirlos en oficina (tendría que estudiarse la posibilidad a través de ficheros de formato *.frt).

• Lo mas rápido y profesional es definir toda esta geometría (que ha de estar clara y consensuada por todas las oficinas técnicas implicadas) por medio de los módulos a tal efecto que incorporan los distintos software de trazado existentes y específicos para esta tarea (supongo que todos los conocemos). En este caso se utilizó el software de Buhodra ISTRAM/ISPOL ver10. Hemos fijar/definir tres lineas límite de comprobación fundamentales durante todo el desarrollo del túnel en mina: Linea de excavación teórica, final de sostenimiento y final de revestimiento (a partir de estas "capas" todo lo demás se puede controlar con offsets sobre las mismas). La excavación/perfilado de la contrabóveda será auscultada solo en fase de destroza (la cota del suelo en fase de avance no es muy importante -> aunque tiene que tenerse bajo control).

• Retomando las tareas de control geométrico que nos atañen: el paraguas de micropilotes es el primer elemento de gran importancia que los topógrafos replanteamos en el arranque de un túnel en mina. Se trata de un conjunto discreto de elementos lineales subhorizontales perforados en el terreno armados e inyectados, que forman una prebóveda resistente envolvente de la cavidad a excavar, cuya misión es sostener el terreno existente por encima, así como minimizar las deformaciones del mismo para evitar daños en estructuras o infraestructuras viarias existentes durante la excavación. Para su perforación se pueden utilizar jumbos (en interior del túnel normalmente) o maquinaría de perforación específica para el emboquille (las llamadas "paragueras").

• El sistema de replanteo debe ser preciso, fiable y fácil de realizar. Dado que los micropilotes son parte de una superficie reglada, se pueden replantear:
• 1.- Materializando un punto fijo en el frente (punto de emboquille de cada perforación). Con este punto se consigue fijar un extremo de la perforadora. 
• 2.-Seguidamente dos puntos de la proyección sobre la plataforma de trabajo (clavos en camillas nº 1 y 2) de la generatriz correspondiente. Con ello se fija la perforadora en dirección quedando como único grado de libertad la inclinación de la barrena en el plano vertical.
• 3.- Fijar la inclinación del mástil de la perforadora (y por tanto del micropilote) mediante un nivel de ángulos electrónico (normalmente dicha pendiente está compuesta por la suma de la rasante de la obra lineal + otros 2º-3º del tronco de cono a formar _ francamente yo creo que los operarios lo hacían al "estilo compadre" ésto). 

• Desde nuestro punto de vista se tratará de materializar en el terreno una serie de generatrices (42 unidades/perforaciones en este caso) del tronco de cono que unen 2 figuras homotéticas  que son paralelas/escaladas a la superficie  de nuestro túnel. Así definiremos las siguientes secciones tipo en nuestro software de trazado y la cargaremos en nuestra E.T. : 
• a.- Una sección  posterior al PK consensuado de túnel en mina en clave  (SECCIÓN de FRENTE mayor).
• b.- Otra sección anterior a la primera camilla de replanteo (SECCION PK- menor); según especifiquen los planos de proyecto.

• Los posicionamientos del topógrafo de campo para estas tareas suelen ser intersecciones inversas mixtas (ángulos+distancias) a los vértices del emboquille (es lo más cómodo). Realmente no es necesaria demasiada precisión para esta tarea porque las distancias de replanteo suelen ser pequeñas entre 50-60m como mucho. Empezaremos a establecer puntos destacados y clavos auxiliares embutidos en la gunita del emboquille para posteriores trabajos (ojo; solo en zonas estables/no afectadas por las voladuras y siempre a partir de la red exterior del emboquille establecida a tal efecto).
• A través del software integrado de nuestro equipo de campo se irán replanteando cada eje de las perforaciones  (punto en camilla 1 proyección horizontal + punto en camilla 2 proyección horizontal  + punto en frente proyección sobre talud) fijando una distancia al eje inicial, un angulo de barrido o distancia de desarrollo sobre un pk determinado hasta completar la tarea.

• Posteriormente se perforan,arman e inyectan los micros. Se construye una viga/armadura de encepado junto con una estructura de chapas Vernold y cerchas metálicas. Todo el conjunto se encofra, hormigona y finalmente se gunita dando lugar a la visera característica de los túneles en mina (ver imagen inferior). 

• En esta entrada hemos hablado de todo lo relacionado con la Red Exterior de control topográfico del túnel, excavación del emboquille y del inicio del túnel mina (a parte de otras curiosidades creo que útiles -> ya sabéis mucho más, de lo que sabía yo cuando empecé).
• Iremos avanzando en próximas entregas sobre las peculiaridades de este tipo de obras subterráneas; al fin y al cabo todavía "no hemos empezado a excavar en serio" en nuestro túnel.
• Gracias al amigo A.C.L. (el de las botas marrones junto a la maquina) por algunas fotillos de su cosecha..
• Hasta la próxima..
• By Rah.