Análisis comparativo de la construcción de túnel hidráulico mediante máquina tuneladora tipo escudo simple y método convencional caso Majes Siguas

Abstract

La construcción de túneles tiene un alto grado de complejidad debido a la incertidumbre de la calidad del material a excavar y los factores geológicos desfavorables que se pueden presentar durante la construcción. Si bien existen estudios preliminares antes de la ejecución de un proyecto tunelero, a veces estos se complican debido a la cobertura del túnel, haciendo que la predicción de la calidad del material pierda precisión. Esto ocasiona que, durante la construcción, se pueda encontrar material con calidad menor a la prevista y se requiera mejorar el sostenimiento, lo cual reduce los rendimientos de excavación e incrementa los costos de ejecución. Frente a esta problemática, surge como alternativa el método de construcción mediante máquina tuneladora, o TBM, tipo escudo simple. El presente trabajo de tesis realiza un análisis comparativo de dos métodos constructivos que son el método con TBM tipo escudo simple y el método convencional para la construcción de túneles. Para esto se elaboró y analizó el planeamiento de tiempo y de costo de cada método, tomando como caso constructivo los túneles hidráulicos Pucará y Trasandino del proyecto de irrigación Majes Siguas II. Estos túneles cuentan, según los estudios previos, con roca de calidad media y buena, excepto en zona de fallas. También se describe el proceso constructivo del método con TBM tipo escudo simple, desde las obras preliminares hasta la operación de la TBM para la construcción del túnel. Finalmente, con el presente estudio se concluye que para los túneles estudiados el método de construcción por TBM tipo escudo simple presenta más beneficios respecto al método convencional, obteniéndose como resultados mejores rendimientos de excavación que permiten reducir el plazo de excavación en 9 meses (28%); sin embargo, en base a los precios del proyecto Majes Siguas II, el costo presupuestado resulta mayor en casi 6 millones de dólares (4%). Además, en base al análisis de sensibilidad realizado, el método con TBM tipo escudo simple tiene un menor incremento de costo y plazo para el caso de escenarios desfavorables donde la cantidad de roca mala es mayor a la prevista.

The construction of tunnels has a high degree of complexity due to the uncertainties of the types of material to be excavated and the unfavorable geological factors that may occur during construction. Although there are preliminary studies before the execution of a tunneling project, sometimes these are complicated due to the coverage of the tunnel, making predictions of the quality of the material lose accuracy. This causes that during construction, material with lower quality than expected can be found and due to this it is necessary to improve the support elements, which reduces the excavation production ratio and increases construction costs. Faced with this problem, the construction method using a Single Shield TBM (Tunnel Boring Machine) emerges as an alternative. This thesis work carries out a comparative analysis of two constructive methods that are the Single Shield TBM method and the conventional method for the construction of tunnels. For this, the planning of time and cost for each method was elaborated and analyzed, taking as a constructive case the Pucará and Trasandino hydraulic tunnels belonging to the Majes Siguas II irrigation project. These tunnels have, according to its preliminary studies, a fair and good quality of rock, except in the fault zones. It also describes the tunnel construction process with Single Shield TBM, from the preliminary works to the operation of the TBM for the construction of the tunnel. Finally, with this study it is concluded that in the case of the tunnels studied, the construction by Single Shield TBM method has more benefits compared to the conventional method, obtaining as results better excavation production ratios that reduces the excavation time in 9 months (28%), however, based on the Majes Siguas II project prices, the resulting budget is higher in almost 6 million dollars (4%). Also, based on the elaborated sensitivity analysis, the single shield TBM method has a lower cost and time increase in the case of unfavorable scenarios where the quantity of poor-quality excavation material gets higher than expected.