Follo Line: Ejemplo de éxito de gestión de megaproyecto

(Artículo publicado en la Revista Obras Urbanas número 74)

Fernando Vara; director de Proyecto ACCIONA Ghella Joint Venture. Oslo, Noruega.

Bane NOR encargó al consorcio Acciona Ghella Joint Venture la construcción de la sección principal del túnel del proyecto Follo Line (EPC TBM), el elemento más significativo del proyecto, formado por dos túneles gemelos de vía única de 20 km. El consorcio AGJV construirá 37 km de los túneles, utilizando 4 tuneladoras (TBM). Se trata de un proyecto icónico por la complejidad logística que supone comenzar la excavación con 4 tuneladoras partiendo desde un mismo punto. Para resolver el desafío de ubicar todas las instalaciones en un mismo emplazamiento, se diseñó una solución robusta, compacta y capaz de funcionar las 24 horas del día, todo el año, en condiciones invernales extremas (-25º C).

1.Introducción

1.1.Datos del proyecto

El proyecto Follo Line es actualmente el mayor proyecto de transporte de Noruega. El proyecto consiste en una nueva línea ferroviaria de doble vía de 22 km entre la estación central de Oslo y la nueva estación de Ski, al sur de Oslo. El consorcio ACCIONA Ghella construirá la sección principal de un túnel de 20 km de longitud que, una vez completado, a finales de 2021, será el más largo de Escandinavia.

Follo Line, constituirá el eje central del plan de desarrollo interurbano hacia el sur de Oslo y es un encargo de la Administración Noruega de Ferrocarriles (Bane NOR). El proyecto incluye varios contratos EPC (llave en mano), entre los cuales destaca, por su envergadura, el de construcción de túneles con tuneladora. El proyecto también incluye la instalación de sistemas ferroviarios, que se completará en 2021. El contrato de los túneles tiene un valor aproximado de 8.700 millones de NOK (1.000 millones de euros).

Cifras principales.

• 37.000 ml. de túnel TBM
• 9 millones de toneladas de roca
• 140 000 dovelas de hormigón
• 1 millón de m³ de hormigón
• 350 km de tuberías auxiliares
• Pico de 1.000 trabajadores
• Más de 25 nacionalidades

2.Diseño conceptual

El proyecto se estableció sobre un terreno de aproximadamente 200.000 m² cerca de la salida 26 de la E-6, incluida la zona de escombros. En el marco del alcance del consorcio AGJV, fue necesario excavar los túneles de transporte y auxiliares y las cavernas de montaje donde se iban a montar las máquinas. Esta actividad se desarrolló paralelamente a la ejecución de la obra civil para las fábricas, instalaciones auxiliares y montaje de tuneladoras.

La primera tarea compleja consistió en definir e integrar el número total de fábricas e instalaciones necesarias, asumiendo que el factor tiempo era crítico. El contrato se firmó el día 23 de marzo de 2015, y Bane NOR facilitó el terreno en junio de 2015. Según el calendario objetivo definido por AGJV, se había previsto que la primera tuneladora comenzara a perforar en septiembre de 2016, y la cuarta y última en diciembre de 2016.

Para cumplir con este estricto calendario, el equipo de diseño de AGJV (ACCIONA Ingeniería es la encargada del diseño en el proyecto Follo Line EPC TBM) trabajó muy intensamente durante los primeros 6 meses del proyecto con los distintos equipos de producción de AGJV, hasta que se llegó a una solución compacta final, definida y acordada entre todos. Finalmente, se establecieron cuatro áreas o plataformas diferentes que incluyeron todas las fábricas e instalaciones auxiliares: fábricas de prefabricados, zona de escombros, accesos (zona inferior) y área de túneles auxiliares. Las cuatro áreas se conectaron e integraron desde un punto de vista logístico, dando lugar a una “ciudad” industrial/de producción muy compacta y eficiente. A continuación, se describen en detalle estas áreas.

2.1.Fábricas de prefabricados

Además de la complejidad del diseño, la compra, el premontaje en fábrica, el desmontaje, transporte y montaje final in situ de las cuatro tuneladoras, para comenzar a excavar los túneles con tiempo suficiente, era necesario hacer acopio in situ de un mínimo de aproximadamente 2.500 anillos de hormigón prefabricados, por lo que las fábricas de prefabricados tuvieron que ser montadas y comenzar a producir muchos meses antes que las tuneladoras.

Tras varios meses de análisis y evaluación de lo que ACCIONA y Ghella habían diseñado durante el proceso de licitación, y de los nuevos desafíos y la realidad del terreno, la primera decisión crítica consistió en reducir el número de fábricas de prefabricados, de 4 —que era la cifra previamente acordada— a 3.

Se tomó esa decisión para optimizar el área de acopio de las dovelas, asumiendo que con 3 fábricas y con el tiempo suficiente para adelantar el inicio de la producción de anillos, se controlaba el riesgo de no tener dovelas suficientes para las tuneladoras y era más crítico aumentar la capacidad de acopio.

Figura 3. Diseño de la fábrica de prefabricados: 4 fábricas en lugar de 3.

2.2.Zona de escombros

Otra área que también precisó de un cuidadoso análisis y del estudio de diferentes soluciones hasta llegar a la solución final optimizada fue la nave de escombros, donde se gestionaría el material excavado por las tuneladoras, y el área de la planta trituradora para la producción de agregados a partir de la roca excavada. La zona de escombros, cubierta para poder trabajar tanto en invierno como de noche, se integró en el área de la planta trituradora. La solución final consistió en una nave de gran tamaño para albergar los escombros, en la que se integran las cintas transportadoras alineadas, y una segunda nave para el almacenamiento de los agregados triturados fabricados por la planta trituradora adyacente.

Esta solución integrada incluyó una amplia carretera de tránsito circundante para los volquetes y camiones que serían necesarios en las diferentes etapas del proyecto.

2.3.Plataforma interior

Tanto la zona de escombros como la zona de prefabricados se ubicaron en el nivel 169. La entrada al túnel de escape, donde se ubicó el acceso a los túneles principales, se encontraba en el nivel 150. Este desnivel representó otro desafío en términos de optimización logística del resto de las instalaciones. El diseño final del nivel inferior se integró en el espacio confinado que creó el área del portal excavado, además del acceso a los túneles y las amplias vías logísticas necesarias. Fue en esta zona donde finalmente se instalaron las plantas de material de compactación, la planta de tratamiento de aguas, las subestaciones, los talleres y almacenes.

2.4.Túnel auxiliar y cavernas de montaje

Los túneles auxiliares y las cavernas de montaje constituyeron la cuarta área clave del proyecto. En esta zona, el desafío residía en combinar el intenso tráfico generado por los vehículos que se introducían en el túnel y la asignación de todas las instalaciones auxiliares del túnel (ventilación, tuberías, cables eléctricos y transportadoras).

Se diseñaron dos cavernas de montaje, ubicadas al norte y al sur del acceso a los túneles de escape para el montaje y lanzamiento de las tuneladoras, que debían ser lo suficientemente grandes y, al mismo tiempo, integrarse en el diseño final del túnel permanente. La dimensión final de las cavernas fue de 35 x 25 x 50 m.

En cada caverna se montaron simultáneamente 2 tuneladoras y se seleccionó el sistema de grúa hidraúlica como el equipo de elevación más polivalente y compacto para este tipo de espacio confinado y para operaciones de montaje complejas.

La integración y coordinación de todos los equipos instalados en las cuatro áreas principales descritas anteriormente, ha sido uno de los elementos clave y factores del éxito del proyecto Follo Line EPC TBM. Además de las áreas descritas, cerca del emplazamiento se acondicionó “una zona verde” para oficinas, instalaciones para 450 trabajadores y un comedor abierto 24 horas al día para para todo el personal.

Como comentario general final, en el conjunto del diseño se han tenido en cuenta las condiciones climáticas extremas (-25 °C) que pueden producirse en la obra durante el invierno, (cintas transportadoras totalmente cubiertas, cables calefactores bajo asfalto, tuberías calefactadas, etc.).

En la siguiente sección, se presenta un resumen de los principales equipos y plantas auxiliares.

3.Planta principal y equipos

3.1.Fábricas de prefabricados, instalaciones de hormigonado y grúas

El consorcio AGJV construyó una gran fábrica de dovelas de hormigón in situ para el suministro continuo de elementos de hormigón prefabricados a las tuneladoras. La zona de las tres fábricas, que cubrió un total de aproximadamente 20.000 m², constó de tres líneas de producción, instalaciones de hormigonado y otras instalaciones auxiliares.

Para completar un anillo de túnel se necesitan siete dovelas de hormigón.  Estaba previsto que la planta fabricara cerca de 20.000 anillos completos, o 140.000 elementos de hormigón, además de 20.000 elementos invertidos.

Datos sobre las dovelas de hormigón (anillo universal):

• Un anillo de túnel completo pesa 51,6 toneladas y consta de siete dovelas de hormigón y una dovela invertida.
• Cada anillo mide 1,8 m de ancho, 9,55 m de alto y 40 cm de espesor.
• Cada anillo consta de 32 piezas, incluidos elementos, juntas y tuberías.

Cada una de las fábricas temporales de prefabricados montada in situ incluyó:

• 3 carruseles: cada carrusel incluye 6 juegos de 8 moldes. Total: 48 moldes (dovela y dovela invertida)
• Potencia instalada y bombas à 129 KWs
• 1 nave de fraguado à 700 KW
• Agua necesaria: 400 l/h

Para hormigonar se adquirieron e instalaron 3 instalaciones de hormigonado que se integraron con la fábrica de prefabricados.

Principales componentes de las instalaciones de hormigonado:

• Modelo: SIMEN BT 75
• Producción: 60 m3/h.
• Capacidad total de almacenamiento: 200 m3 para el almacenamiento de arena.
• Silos:
  • 3 unidades por planta
  • Dimensión: 3,5 m diámetro x 8,5 m longitud.
  • Capacidad de los silos de almacenamiento de cemento: 70 m³ (95 toneladas aproximadamente)
  • Capacidad de los silos de almacenamiento de sílice: 70 m3 (50 toneladas aproximadamente)
• Unidades de calefacción Polarmatic para la producción de hormigón en condiciones invernales (agua caliente y calefactor de arena).

Para izar todas las dovelas y el material auxiliar en el interior de las fábricas se utilizaron una serie de grúas, a saber:

• 3 grúas pórtico de almacenamiento externo de 3 segmentos, 4×10 toneladas, 30 m de alcance, 185 kW.
• 3 grúas móviles de desmoldeo, de 2×8 toneladas, 21 m de alcance, 25 kW.
• 3 grúas móviles de prealmacenamiento, de 4×10 toneladas, 15 m de alcance, 60 kW.
• 2 grúas móviles de almacén de refuerzo, 1,3,2 toneladas, 26 m de alcace, 8 kW.

3.2.Planta trituradora

Durante la excavación del túnel, se extrajeron entre 9 y 10 millones de toneladas de roca. Una parte de dicha roca se reutilizó para producir hormigón, mientras que otra parte se almacenó cerca del emplazamiento de la obra.

El material rocoso horadado por las tuneladoras y calificado de válido para la producción de agregados, fue procesado mediante una combinación de plantas trituradoras, de las características siguientes:

• Grupos de trituración y cribado de Metso para reducir el material a gravas y arenas.
• Dos grupos de desmenuzado LT300D y LT7150B, un tamiz móvil ST 2.8 y uno fijo CVB 202 y un grupo de tratamiento de arena.

El diagrama de flujo resumido de esta instalación es el siguiente:

Alimentación de roca granítica de 0-100. Lavado de este material 0-100 en un tamiz ST 2.8 y recuperación del material de tamaño 20-80 mm. Este material de 20-80 mm se reduce, en circuito cerrado, a 0-25 mm, mediante una trituradora de cono móvil LT330D. Para alcanzar un excelente coeficiente de forma, todos los tamaños superiores a 6 mm se procesaron en una trituradora de eje vertical modelo LT7150B. Todo el material de 0-25 mm, ya con excelente coeficiente de forma, se clasifica en un tamiz fijo CVB 202 con equipo de lavado para obtener grava lavada de 12-25 mm y 6-12 mm. El material de 0-6 mm resultante se conduce a un grupo de tratamiento de arena mediante hidrociclón, un tanque de espesado y un filtro de prensa para lograr la calidad. La producción hubo de pararse debido a la combinación de mineral en partes del material. Pirrotita en combinación con valores demasiado altos de sulfuro.

3.3.Sistema transportador

Todo el material excavado por las tuneladoras se transportó a la nave de escombros a través de un complejo sistema de cintas transportadoras. Estas cintas transportadoras tenían diferentes secciones y anchos de cinta en función de las zonas de túnel que recorrían y, en algunos tramos, eran capaces de evacuar todo el material excavado por las cuatro tuneladoras. La capacidad de las cintas transportadoras oscilaba entre 850 t/h y 2000 t/h, los anchos de cinta entre 1.000 mm y 1.200 mm, la velocidad máx. de la cinta era de 3 m/s, y la potencia instalada del motor de cabecera, el motor principal y el motor de cola varía de 945 kW a 315 kW y 250 kW respectivamente.

3.4.Planta de material de compactación

En la excavación con tuneladoras, para rellenar el espacio anular entre la excavación del túnel y el trasdós del anillo de dovelas es necesario inyectar mortero.

En el proyecto Follo Line EPC TBM, el consorcio AGJV escogió una solución de mortero bicomponente. Básicamente es una combinación de 2 elementos: el componente A es una suspensión coloidal lograda a partir de cemento y una mezcla de conglomerantes hidráulicos, y el componente B es un acelerante (silicato sódico).

Para la mezcla y producción del bicomponente se utilizaron 2 plantas.

Cada planta constaba de:

• 1 mezcladora de lechada (2 x 20 m³/h)
• 6 silos verticales monolíticos de 85 m³
• 1 agitador (2 depósitos de 6 m³)
• 1 bomba de inyección del componente A (2 x 20 m³/h)
• 1 sala de control de las 2 plantas mezcladoras.
• 4 bombas de inyección del componente B

Las plantas contaron con los siguientes equipos auxiliares:

• Mezclador → 2,5 m³, 2.000 l/min, 15 kW
• Instalaciones de silicato → 8 contenedores de 25 m³ cada uno.

3.5.Planta de tratamiento de aguas

Toda el agua bombeada de las cavernas a la superficie se trató en una planta de tratamiento de agua específicamente diseñada para tratar el tipo de agua que se genera en un proyecto de construcción. El contrato es muy estricto en términos de vertido de aguas a la red de alcantarillado y los niveles de calidad del agua, por lo que la solidez de la planta era fundamental.

Principales características de la planta de tratamiento de aguas:

• Capacidad total de tratamiento: 216 m3/h.
• Contenido medio de TSS de las aguas residuales: 15 g/l.
• Potencia instalada: 223 kW
• Horas de trabajo efectivas: 24
• Límite de aceites y grasas: promedio de 2.000 l/día.
• Límite de pH: 4 a 12
• Depósitos y almacenamiento de aguas residuales.
• Estación floculante automática
• Tanque decantador cilíndrico FB7000V-WDR

Los límites de calidad exigidos para el vertido final del efluente eran:

• pH: 6,5 – 8,5
• Sólidos en suspensión: 25 mg/l.
• Límite de grasa y aceite: no visible

3.6.Ventilación

La ventilación de los túneles principales y auxiliares precisó también de una solución de diseño muy compleja, ya que la configuración del emplazamiento se asemejaba a la de un área de explotación minera.

La solución final incluyó ventiladores principales para los túneles de las tuneladoras y ventiladores de chorro auxiliares para los demás túneles.

Principales características de los equipos instalados:

• Ventiladores principales:
  • Modelo: ZITRON ZVN 1-20/315-4
  • Reversibilidad: Unidireccional
  • 4 unidades en túneles principales.
  • Potencia: 315 kW
  • Diámetro: 2000 mm
  • Flujo: 68 m3/s
• Ventiladores de chorro:
  • 24 unidades en los dos túneles de escape.
  • Túnel de escape Surà 7 pares
  • Túnel de escape Norteà 5 pares
  • Potencia: 41 kW

4.Logística

Disponer de un buen diseño previo y de ideas inteligentes y aprovechar la experiencia previa y los conocimientos adquiridos en otros proyectos similares en los que ACCIONA y Ghella han participado en todo el mundo, fueron un factor determinante para llegar a una solución compacta, robusta y viable para operar 24 horas al día, 365 días al año.

No obstante, tan importante como el diseño del conjunto del emplazamiento fue la funcionalidad logística de las operaciones diarias, que es otro elemento clave de este tipo de lugares de producción continua.

El equipo de logística coordinó las expediciones diarias internas y externas en la obra, el almacén, los turnos de los trabajadores en las instalaciones y su rotación continua, entre otras actividades.

Una de las actividades principales consistía en conducir hasta las tuneladoras a los trabajadores, así como suministrar los materiales y dovelas. Para optimizar el tráfico sobre los túneles AGJV utilizó vehículos multiservicio (MSV). Estos vehículos de transporte especiales permiten mantener un flujo de tráfico en dos sentidos sin interrupción, ya que son más estrechos que los vehículos estándar.

Para el proyecto se adquirieron diferentes tipos de vehículos especiales: vagonetas (pueden transportar a 28 personas), vehículos de transporte de dovelas (pueden transportar 2 anillos completos prefabricados) y plataformas especiales para áreas de rescate, materiales, ventilación, etc.

Principales características de estos vehículos:

• Vehículos de transporte de ANILLOS
  • 5 unidades
  • Modelo: MSV 130-4-1900
  • Potencia: 405 kW
  • Capacidad: Cada vehículo transporta dos anillos completos.
  • Vehículo multiservicio cuádruple, 8 * 18 * 18
  • Radio de giro: 15 m.
  • Dimensiones: 2100 x 3306 x 43,615 mm.
  • Tara: 48.000 kg.
  • Peso máx. del vehículo: 172.000 kg.
  • Velocidad máxima del vehículo cargado en terreno plano = 17 km/h
  • Velocidad máxima del vehículo cargado en pendiente máxima (10%) = 10 km/h

• TRANSPORTE AUXILIAR
  • 11 unidades
  • Potencia: 245 kW
  • Tara: 17.000 kg.
  • Capacidad máxima (carga útil): 21 tn
  • Transporte de tripulación → 5 unidades. 21.×1.981×3.940 mm 18.000 kg
  • Área de rescate → 4 unidades. 24.198×1.981×3.940 mm. 18.500 kg
  • Rejillas de conductos de ventilación → 2 unidades. 23.894×1.981×3.940mm. 18.500 kg

5.Rendimiento de las tuneladoras

Para excavar los 36 km de túnel, el consorcio ACCIONA Ghella adquirió cuatro nuevas tuneladoras a Herrenknecht, una empresa alemana especializada a nivel mundial en tuneladoras. Principales características de las máquinas:

• Adaptadas a roca muy dura. Aportación de Bane Nor basada en su experiencia noruega.
• 71 discos de corte de 19″ en 70 pistas
• Estructura resistente, soporte rígido
• Diámetro de la máquina/túnel: 9,96 m/8,75m
• Longitud de las máquinas: 150 m
• Peso: 2400 toneladas
• Potencia instalada: 6200 kW
• Aumento del tamaño del rodamiento principal a ø 6,6 m

El diseño, fabricación, montaje previo y puesta en servicio de las tuneladoras se llevó a cabo en Alemania (instalaciones de Herrenknecht en Schwanau) previamente a su transporte al lugar de trabajo. Este proceso se prolongó durante un año para las 4 tuneladoras (la firma del contrato se llevó a cabo el 23 de marzo de 2015).  De esta manera, AGJV dispuso de cierta flexibilidad para iniciar las obras.

Las tuneladoras 1 y 2, en dirección a Oslo (Norte), comenzaron a excavar en septiembre y octubre de 2016. El cale de ambas se produjo el 11 de septiembre de 2018. Las tuneladoras 3 y 4, orientadas hacia Ski (Sur), comenzaron a operar en noviembre y diciembre de 2016 y la conexión entre ambas tuvo lugar el 26 de febrero de 2019.

En la siguiente tabla se resumen los principales hitos y valores de la producción y excavación:

Estos datos deben interpretarse en el siguiente contexto:

• El pregrouting afecta a la excavación normal de las tuneladoras, ya que durante dicha operación no se puede seguir excavando.
• La extrema dureza de la roca noruega desgasta enormemente los cortadores de las tuneladoras, por lo que es necesario que los operadores accedan en repetidas ocasiones a la cámara de la cabeza de corte para verificar el estado de dichos cortadores y sustituirlos.

Incluso teniendo estos dos factores en cuenta, las tuneladoras han alcanzado los niveles de producción esperados (entre 14 y 15 metros al día), lo que demuestra que la metodología de excavación con estas máquinas es más que capaz de ser utilizada para la excavación de túneles en túnel, en comparación con la metodología estándar de perforación y voladura.

6.Obras pendientes

Aunque la mayor parte del contrato comprende la excavación de los 36 km de túnel, todavía quedan numerosas actividades por completar antes de que finalice el período contractual, en abril de 2021.

Principales tareas:

• Revestimiento de las galerías de conexión entre los dos túneles principales.
• Obras de ingeniería civil para las instalaciones del sistema ferroviario.
• Colocación de pasarela lateral (hormigón prefabricado).
• Hormigonado de las vigas de las vías.
• Montaje de traviesas, raíles y vías en placa.
• Instalación de las instalaciones de sistemas ferroviarios (transformadores, ventilación, catenaria, cables, etc.) en las galerías de conexión y túneles principales.

7.Conclusión

El proyecto Follo Line EPC TBM es único, especialmente por su envergadura y por el uso de cuatro tuneladoras partiendo desde el mismo punto.

Pero, como ya hemos descrito, el consorcio ACCIONA Ghella está formado por un equipo internacional (1.000 empleados y más de 25 nacionalidades) con muchos subcontratistas noruegos que ha sido capaz de elaborar, antes de lo previsto, un exhaustivo programa de diseño, adquisición y montaje de todos los equipos e instalaciones in situ. A ello ha contribuido muy especialmente el equipo del consorcio ACCIONA Ghella, y especialmente su capacidad de plantear técnicas y soluciones innovadoras, basándose en la experiencia internacional adquirida en proyectos similares ejecutados en todo el mundo.

También ha sido determinante la estrecha cooperación con el cliente (Bane NOR). Las reuniones periódicas han permitido intercambiar información, tomar decisiones y propiciar interesantes debates.

Como consecuencia de ello, las cuatro tuneladoras comenzaron la excavación antes de lo establecido en el cronograma contractual, la gran fábrica de prefabricados in situ ha fabricado material fiable y de buena calidad y AGJV ha excavado más de 18 kilómetros de túneles a tiempo, proporcionando calidad y seguridad, innovación y experiencia.

Aún queda mucho por hacer y surgirán grandes desafíos, pero el equipo de Follo Line EPC TBM está muy orgulloso de haber transformado un desafío de superficie en una solución subterránea.

8.Agradecimientos

Un agradecimiento especial a Jacobo Arnanz (director de construcción de AGJV), Andrés Merino y Alberto Busto (directores de túneles de AGJV), Jesús Espinosa (director de diseño) y a todo el equipo de AGJV por su profesionalidad y por el fantástico trabajo que han llevado a cabo en el proyecto Follo Line EPC TBM.