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Especial | Túneles y Obras Subterráneas
Excavación del túnel de la L9 de Metro de Barcelona
Reanudación de los trabajos después de diez años por causas ajenas a la obra
Félix Domínguez Mayans
Adjunto al director de obra Túnel de la línea 9 de Metro de Barcelona, TYLin.
Néstor Rubiralta
Responsable de Túnel de Dirección de Obra para el túnel de la línea 9 de Metro de Barcelona, TYLin.
Ferran Biosca de Tejada
Director de obra del túnel de la línea 9 de Metro de Barcelona, Socotec.
La construcción de la línea 9 de Metro de Barcelona, iniciada en 2002, es un ambicioso proyecto que se extiende a lo largo de 47,8 kilómetros y conecta las áreas del Llobregat y el Besós, en el sur y norte de la ciudad, respectivamente. Forma parte del mismo proyecto la línea 10, que permite doblar la conectividad conjunta al bifurcarse en ramales en ambos extremos de línea. A diferencia del diseño predominantemente radial de la red de metro actual, esta línea refuerza la conectividad y la movilidad en toda Barcelona, mejorando la intermodalidad y optimizando la eficiencia del transporte público.
La línea 9 y la línea 10 del metro de Barcelona constituyen un proyecto promovido por la Generalitat de Catalunya a través de la empresa pública Infraestructures.cat.
De los 43,8 km de túneles planificados, 34,4 km (78%) están operativos y 7,8 km más ya han sido perforados. Solo quedan 1,6 km por excavar entre Mandri y Lesseps, con finalización prevista para 2026. El proyecto incluye 52 estaciones, de las cuales 37 (71%) están en funcionamiento y el resto en desarrollo. La finalización de esta obra es fundamental para satisfacer las crecientes necesidades de transporte de Barcelona.
Ejecución del tramo central hasta la parada de 2011
La línea 9 de Metro de Barcelona se dividió en varios tramos que se ejecutaron de manera progresiva. El último tramo en ser excavado fue el central, correspondiente a la zona norte de la ciudad.
En este tramo de la línea, el túnel se diseñó con una configuración de 10.9 m de diámetro interior con vías separadas por una losa intermedia que permitía integrar los andenes de la estación en el propio túnel. En su momento fue un concepto muy innovador, adaptado a las limitaciones del proyecto en un contexto urbano de gran densidad. Al situar las plataformas dentro del propio túnel, se redujo la necesidad de grandes ocupaciones, limitando así la alteración de la superficie a pozos de acceso más pequeños.
En la primera fase de adjudicación de contratos, en 2002, se contemplaba la excavación con una tuneladora NFM desde Can Zam, en Santa Coloma de Gramanet, y al mismo tiempo, con la HK S-221, desde Badalona hasta el rio Besós, donde se unían ambos túneles para cruzar el rio hasta Sagrera Meridiana. Se planificó excavar el tramo central desde Sagrera-Meridiana hasta Zona Universitària mediante una tuneladora dual (roca-EPB) de 11.95 m de diámetro, acorde a las condiciones geológicas previstas.
En 2010, tras el análisis de la evolución de los distintos tramos y en aras de la optimización de recursos y plazos, se realizó una primera cesión de contratos según la cual los trabajos de excavación en este sector se llevarían a cabo mediante dos tuneladoras: la NFM, que inició su recorrido en la estación de Sagrera-Meridiana en sentido Llobregat, y la HK S-422, que partió del pozo Bifurcación de la zona sur del trazado. Ambas tuneladoras avanzaban en direcciones opuestas con el objetivo inicial de encontrarse en la estación de Zona Universitària.
Esta cesión incluyó la extensión de 3.9 km del túnel inicial de la tuneladora EPB HK S-442 de Zona Universitària hasta la estación de Mandri, en terrenos principalmente graníticos, con una adaptación de sus capacidades mecánicas, así como la substitución de la rueda de corte acorde a las posibilidades y a las nuevas condiciones a excavar.
En el año 2011, cuando el tramo estaba en ejecución con ambas tuneladoras, el proyecto se paralizó por el impacto de la crisis económica y financiera.
La tuneladora NFM, responsable de la excavación del tramo Sagrera Meridiana-Mandri, era una tuneladora dual que permitió la adaptación del modo de excavación, incluyendo cambio de cabeza de corte, a los diferentes tramos geológicos encontrados: granito masivo, pizarras y areniscas. Inició la excavación del tramo en abril de 2008 y, tras excavar 3820 m del tramo central, caló en la galería del pozo de Lesseps en agosto de 2011, en pleno proceso de replanificación del proyecto acorde a la crisis financiera de ese momento.
La tuneladora Herrenknecht S-442 del tipo EPB, fue puesta en servicio en 2009 para la excavación del suelo en Hospitalet de Llobregat. Su diseño se basó en el modelo S-221, empleado en otras secciones de la L9 desde 2003, tras realizar ajustes en la tuneladora para adaptarla a las nuevas condiciones de excavación en roca de dureza media. La excavación comenzó en octubre de 2010 en Zona Universitària, pero, tras completar 1275 metros y como consecuencia de las condiciones socio-económicas del país, los trabajos se suspendieron de forma indefinida; la TBM quedó detenida en marzo de 2011 en un entorno de granito masivo estable a 45 m de profundidad, bajo el patio de vecinos de un bloque de edificios del barrio de Pedralbes.
Trabajos durante la suspensión
Tras la suspensión de los trabajos se programó una serie de actuaciones de mantenimiento, pero la incertidumbre sobre la duración de la suspensión llevó a la toma de la decisión administrativa de apostar por una de las tuneladoras.
Tras una evaluación multicriterio, y dado que la NFM era una tuneladora que había llegado en peores condiciones a Lesseps tras haber excavado ya un acumulado de casi 9 km en varios tramos de la L9, se apostó por la tuneladora HK S-422 para la futura excavación del tramo pendiente mediante una segunda cesión.
Así pues, durante la suspensión, se realizaron trabajos dirigidos únicamente al mantenimiento en el túnel excavado por la NFM. Ello consistió en tareas como limpieza del túnel, mejoras en el sistema de bombeo de agua, iluminación, e inyecciones de impermeabilización y mantenimiento del túnel.
En el otro extremo, además del mantenimiento del túnel, se realizó el mantenimiento de la tuneladora HK S-422, parada en el macizo granítico.
El mantenimiento de la tuneladora tenía como objetivo asegurar su futura operatividad y prevenir problemas estructurales o mecánicos irreversibles.
Las principales tareas incluían:
- mantener las capacidades de la rueda de corte, permitiendo su giro y lubricación;
- sellar la cola del escudo para evitar filtraciones de agua manteniendo la presión adecuada en cámaras de los cepillos de cola;
- lubricar la junta giratoria de la rueda de corte;
- verificar el funcionamiento de los circuitos eléctricos, hidráulicos y de refrigeración mediante activaciones periódicas;
- controlar filtraciones de agua y el estado del frente, realizando levantamientos periódicos del frente;
- mantener el tornillo sinfín, realizando tareas de engrase, pruebas de giro y desplazamiento, y comprobando el buen funcionamiento de la guillotina.
Este plan de mantenimiento tenía por objetivo preservar los elementos mecánicos principales y asegurar la disponibilidad de la tuneladora con una futura inversión mínima a partir del momento del futuro levantamiento de la suspensión de los trabajos.
Reactivación 2021. Estado posparada
En el año 2021 se dieron las condiciones para relanzar los trabajos para la tunelación del tramo pendiente. La primera tarea fue realizar un estudio técnico especializado para evaluar el estado de las tuneladoras y sus instalaciones después de diez años.
En el caso de la tuneladora NFM y las instalaciones asociadas en el túnel, el estudio de avaluación se centró en el análisis de las soluciones para el desmontaje y la retirada teniendo en cuenta las limitaciones existentes.
En el caso de la tuneladora HK S-442, hay que destacar que los equipos de la tuneladora, sobre todo los auxiliares, son temporales y su uso en la obra se limita, en general, al tiempo de excavación del túnel. Debido a la parada de larga duración de la máquina en condiciones de elevada humedad, y a pesar del plan de mantenimiento seguido, las tareas se centraron en la puesta a punto de los elementos mecánicos principales de la tuneladora, de sus equipos auxiliares y de las instalaciones en la campa exterior del pozo al haber estado inactivas y a la intemperie durante tantos años.
Las siguientes tareas fueron, entonces, el desmontaje de la tuneladora NFM y todos sus sistemas auxiliares y la puesta a punto de la tuneladora HK S-422.
Desmontaje de la NFM
El desmontaje de la tuneladora NFM incluyó no solo la máquina, sino también la retirada de las instalaciones en el túnel y en el antiguo pozo de explotación (Macropou).
El proceso más complejo fue el desmontaje de la tuneladora NFM, realizado completamente desde el interior del túnel a causa del acceso limitado en la estación de Lesseps. Tras acondicionar el túnel y la zona de trabajo, se desguazó la tuneladora y su sistema de respaldo (back-up) en piezas transportables. Estos materiales fueron transportados en camiones a lo largo de los 2,5 km del túnel hasta el pozo Guinardó, donde se cargaron en contenedores para su traslado a un gestor autorizado.
El corte y desguace de la tuneladora y sus equipos fue una operación especialmente compleja debido a varios factores:
- las condiciones de trabajo en un entorno con humos generados durante el proceso y las dificultades de ventilación;
- la necesidad de desmontar las estructuras de la TBM con sistemas de apuntalamiento y suspensión de cargas temporales; y
- el corte de elementos de gran grosor, como la rueda de corte y el sistema de accionamiento, mediante la técnica de oxicorte.
El desmontaje completo de la tuneladora y sus equipos auxiliares, incluyendo los trabajos previos necesarios, se prolongó durante un año. La adaptación del túnel y el pozo de extracción tomó aproximadamente cinco meses, mientras que el desguace de la tuneladora duró siete meses. Es importante destacar que todas estas labores se llevaron a cabo exclusivamente en horario diurno, en días laborables y según las especificaciones del Plan de Seguridad y Salud correspondiente.
En 2021 se dieron las condiciones para relanzar los trabajos para la tunelación del tramo pendiente
Rehabilitación HK S-422
Una vez analizado el estado de la tuneladora y los equipos auxiliares se propuso un plan de puesta a punto de la HK S-422 con el objetivo de que en el primer semestre de 2022 se pudieran relanzar las excavaciones.
Puesta a punto
Las actuaciones que se definieron con el apoyo de equipos técnicos especialistas en maquinaria se pueden agrupar en seis grupos principales, en función del objetivo y la localización de las actuaciones:
- elementos principales (cabeza de corte, motorización, escudo, etc.);
- sistemas auxiliares del back-up de la tuneladora;
- sistemas informáticos y electrónicos de la TBM (guiado + datos);
- trenes de logística;
- instalaciones lineales del túnel ya ejecutado;
- instalaciones exteriores
Las actuaciones propuestas tenían como objetivo recuperar condiciones de explotación similares a las que había antes de la parada de larga duración y se consideraron totalmente necesarias para el reinicio de las operaciones.
Nuevos retos
Durante los diez años de paralización, la línea entró en servicio hasta la estación Zona Universitària, dejando ocupada la mitad inferior del túnel desde el pozo de explotación en Campus Sud.
La tuneladora estaba diseñada para trabajar en toda la sección del túnel. Aunque en algunos tramos se construyó la losa de intermedia, ambas secciones seguían disponibles para la distribución de servicios.
Con la puesta en servicio hasta Zona Universitària, la explotación de la tuneladora quedó limitada a la mitad superior del túnel. Esto implicó una serie de adecuaciones previas a la reanudación de las excavaciones:
nueva configuración de la explotación de la TBM sobre la losa intermedia en el pozo de Campus Sud;
- nueva configuración de la explotación de la TBM sobre la losa intermedia entre Campus Sud y Zona Universitària;
- nueva disposición de la cinta, ventilación, servicios lineales y vía del tren tuneladora.
La gestión de la explotación de la tuneladora en el pozo de Campus Sud y en la media sección de túnel a lo largo de los 500 m hasta Zona Universitària resultó ser un reto añadido resuelto con éxito.
Nueva disposición de la cinta, ventilación, servicios lineales y vía del tren de la tuneladora (HK S-442)
Actualizaciones
Además de las adecuaciones mencionadas, un cambio clave en la tuneladora fue la adopción del sistema de inyección primaria con mortero bicomponente.
Este cambio se debió principalmente a la rápida formación del gel, que endurece y limita su desplazamiento en el trasdós del anillo, mejorando el control de su flotabilidad en las fases iniciales. Otras razones incluyeron una logística más eficiente, suministro continuo en la TBM, menor tiempo de espera en el traspaso de mortero y reducción de incidencias por fraguado en las tuberías.
Sin embargo, este sistema es altamente sensible al lavado por agua. Tras evaluar sus ventajas, desventajas y las características del tramo pendiente, se decidió su implementación.
Excavación hasta Mandri
Una vez completada la puesta a punto de la tuneladora y el resto de los sistemas auxiliares con el commissioning pertinente de todos los equipos, en junio de 2022 se reiniciaron las excavaciones de la tuneladora HK S-442.
El granito sano estuvo presente durante 310 metros más. Luego, se atravesó un tramo de 525 metros compuesto por material inestable de lutitas y, finalmente, siguieron de nuevo 1810 metros de granito.
La tuneladora S-442 es una TBM EPB optimizada para perforar roca masiva, lo que le permite excavar suelos más blandos o roca blanda bajo presión con relativa facilidad. Sin embargo, cuando se emplea para la excavación en roca, requiere un mantenimiento intensivo y continuo. Este mantenimiento intensivo ha representado un desafío adicional por dos razones principales: el desgaste sufrido por la TBM EPB al excavar roca masiva y la necesidad de realizar el mantenimiento siempre desde el interior del túnel, ya que no se cruzaron estaciones excavadas.
Algunos ejemplos clave incluyen: el mantenimiento de las espirales del tornillo sinfín y la excavación manual de nichos en la roca para realizar el mantenimiento de la cabeza de corte.
En agosto de 2024, la tuneladora HK S-442 logró abrirse paso con éxito y caló en el pozo de Mandri, después de 14 años desde su lanzamiento en Zona Universitària.
Disposición del pozo de explotación de la tuneladora (Campus Sud)
Conclusión
La crisis económico-financiera de 2010 afectó gravemente la construcción de infraestructuras, retrasando la finalización de la L9 y provocando la parada de las tuneladoras.
La reactivación de los trabajos, en el año 2022, implicó el desguace de la tuneladora NFM y la puesta a punto de la HK S-442.
La gestión y la ejecución de las operaciones del desmontaje de la NFM, de 12 m de diámetro, desde el interior del propio túnel fue un desafío debido a la limitada disponibilidad de espacio.
La puesta a punto de la HK S-442 incluyó elementos de la propia tuneladora, del túnel y de los sistemas auxiliares. El mantenimiento preventivo de los sistemas operativos permitió su restauración y puesta en funcionamiento tras diez años de parada, a 45 metros de profundidad.
El cale de la tuneladora HK S-422 en el pozo de Mandri, después de 14 años desde su lanzamiento, marca un hito al haber excavado otro tramo de la línea 9 en un marco geotécnico muy exigente.
El verdadero logro radica en haber reactivado la tuneladora y sus sistemas auxiliares tras una pausa de 10 años, un hecho sin precedentes en cualquier otro proyecto del sector.
Agradecimientos
La Generalitat de Catalunya como promotor del proyecto; el cliente del proyecto, Infrastructures.cat; la UTE contratista formada por Dragados, Acciona, Sorigué y COMSA; y el equipo de Dirección de Obra, una UTE compuesta por TPF, SOCOTEC y TYLIN, han contribuido a la redacción de este artículo gracias a su colaboración y disposición.