Construction Sequence Optimization for Diaphragm Wall Obstruction Removal Using a Horizontal Full-Rotation Drilling Rig
Este artículo propone y valida una optimización de la secuencia de construcción para la remoción de obstrucciones de muros pantalla bajo una estación de metro existente utilizando una perforadora de rotación completa horizontal, demostrando mediante simulación numérica y monitoreo de campo que este método reduce significativamente la deformación estructural en comparación con el corte directo de escudo y que las secuencias de construcción de grupos de intervalos específicos producen los resultados de estabilidad del terreno más favorables.
Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo
Imagina el mundo subterráneo bajo nuestras ciudades como una biblioteca gigante y bulliciosa donde los trenes son los libros que se desplazan velozmente por los estantes. A veces, es necesario construir una nueva línea de tren justo debajo de una estación antigua y con mucho movimiento. Pero aquí está el problema: la vieja estación está sostenida por enormes "sujeta-libros" de hormigón llamados muros pantalla, reforzados con vigas de acero, que fueron construidos hace décadas. Para construir el nuevo túnel, estos tercos muros deben desaparecer. Si intentas destrozarlos con una máquina gigante y ruidosa (como un robot de tunelación de escudo), es como intentar romper una barra de chocolate con un mazo: logras el objetivo, pero sacudes toda la biblioteca, agrietas los estantes y corres el riesgo de que los libros se caigan. Por otro lado, si intentas picarlos a mano, es lento, peligroso y desordenado. Los ingenieros han estado buscando una forma de eliminar estos muros que sea precisa, silenciosa y lo suficientemente suave como para no perturbar a los trenes que duermen arriba. Este es el desafío de la "eliminación de obstrucciones" en la ingeniería subterránea: cómo quitar un obstáculo gigante sin despertar a todo el vecindario.
Este artículo cuenta la historia de una solución ingeniosa probada en Hangzhou, China, donde una nueva línea de metro necesitaba pasar por debajo de una estación existente. Los investigadores propusieron utilizar una "perforadora de rotación total horizontal", que es esencialmente una perforadora gigante y de alta tecnología que puede girar horizontalmente para comerse el muro de hormigón pieza por pieza, en lugar de aplastarlo todo de una vez. Para ver si este nuevo método era mejor que la forma antigua de simplemente atravesar la pared con un escudo de tunelación, el equipo construyó una enorme simulación computarizada en 3D (un gemelo digital del mundo real) para observar qué le pasaría al terreno y a la estación.
Los resultados fueron muy claros. Cuando simularon el método antiguo de "corte directo por escudo", el suelo vibró y se asentó significamente, con la estación moviéndose hasta 3,6 mm y el propio muro desplazándose 3,9 mm. Era como el enfoque del mazo: funcionaba, pero causaba un movimiento innecesario. En contraste, el nuevo método de perforación fue mucho más suave. En el modelo computacional, la estación solo se movió 2,1 mm y el muro se desplazó solo 2,7 mm. La perturbación fue mucho más focalizada, como un rayo láser en lugar de una onda de choque. La simulación mostró que este nuevo método podía reducir la deformación máxima de la estación en aproximadamente un 42% y la del muro en un 31%, demostrando que es una apuesta mucho más segura para mantener la estabilidad de las estructuras existentes.
Pero los investigadores no se detuvieron ahí. Se dieron cuenta de que cómo ordenas la perforación importa tanto como qué utilizas. Imagina que tienes una fila de galletas para comer; ¿te las comes de arriba hacia abajo, o de abajo hacia arriba? ¿O te comes una de cada dos primero? El equipo probó diferentes "órdenes de alimentación" para los agujeros de perforación. Encontraron que, dentro de una sola fila de agujeros, perforar de abajo hacia arriba era ligeramente mejor que de arriba hacia abajo, causando menos movimiento en los pilotes de contención (los muros de seguridad que sujetan la tierra). En cuanto al orden de las filas, compararon ir de izquierda a derecha, de derecha a izquierda, o realizar un patrón de "intervalo" (saltándose filas, como A, luego C, luego E, luego B, luego D). La simulación mostró que el método de "intervalo" fue el campeón. Al saltar de un lado a otro, el equipo de construcción permitía que las partes no perforadas del muro actuaran como soportes temporales, evitando que el estrés se acumulara en una sola dirección. Este enfoque mantuvo el asentamiento del terreno y la deformación del muro en los niveles más bajos de todas las pruebas.
En resumen, el artículo sugiere que para eliminar estos duros muros subterráneos bajo estaciones concurridas, el método de "perforación de agujeros pequeños" es superior al método de "gran golpe". También sugiere que la mejor manera de hacerlo es perforar de abajo hacia arriba y saltar entre las filas en lugar de marchar en línea recta. Si bien estos hallazgos provienen de simulaciones por computadora y datos de campo que coinciden con el modelo, ofrecen una receta sólida para que los ingenieros construyan nuevos túneles sin despertar a la ciudad que hay arriba.
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