La evolución de las tuneladoras

Las tuneladoras (TBM) tienen fama de ser pesadas y caras. 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 5.000 sensores, que recopilan datos a diferentes velocidades sobre métricas que incluyen el rendimiento de la superficie de corte, el progreso de avance y el torque de la rueda de corte.

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

La plataforma admite más de 2.000 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 conexión a Internet; con las máquinas trabajando a entre 10 y 15 kilómetros 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 dentro del túnel

El fabricante estadounidense Robbins reclamó un cambio de diámetro de tuneladora dentro de un túnel, el primero en 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 las necesidades de caudal. Como resultado, la tuneladora fue diseñada para pasar de 11,6 m de diámetro a 9,9 m.

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

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

3) Tuneladoras autónomas

La empresa de infraestructuras 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 tuneladoras.

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

El sistema plug-and-play se integra con el hardware y los sensores existentes de la TBM. 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 tasas de avance y controles de lodo.

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

4) Túneles continuos en terreno blando

Herrenknecht ganó el premio Bauma a la innovación por sus avances en la construcción de túneles continuos.

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

Tradicionalmente, la construcción de túneles ha tenido que detenerse después de cada carrera de excavación para permitir que se lleve a cabo la secuencia de construcción del anillo del túnel.

En el nuevo sistema de túnel continuo, que es 1,6 veces más rápido, los cilindros de empuje que empujan la máquina hacia adelante durante el avance y asumen la parte de fuerza de los cilindros que se retraen para la construcción de anillos.

Para garantizar que la máquina mantenga su rumbo 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 por parte de un operador manual.

Herrenknecht recibió el Premio a la Innovación Bauma 2022 en la categoría “Tecnología de máquinas” por su nuevo desarrollo.

5) ‘Porposing‘

Un gráfico que muestra cómo la tuneladora (TBM) Prufrock de The Boring Company puede “marsopa” a través de terreno blando (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.

La Prufrock está diseñado para lanzarse directamente desde la superficie, perforar bajo tierra y resurgir una vez finalizado, eliminando la necesidad de excavar pozos para lanzar y recuperar la máquina, en un proceso conocido como “porposing“.

The Boring Company afirma que puede excavar a una velocidad de una milla por semana a través de terreno blando, lo que es hasta seis veces más rápido que su generación anterior de tuneladora, la Godot+. El objetivo a medio plazo del Prufrock es excavar un túnel a un ritmo de siete millas por día.

6) Plasma y gas sobrecalentado.

Earthgrid, una nueva empresa con sede en San Francisco, está desarrollando una microtuneladora 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 sobre discos colocados frente a un “robot excavador rápido” para expulsar los fragmentos hacia atrás y recogerlos en pequeños carros de empuje. La startup 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 1800 °C.