ES2305724T3 - Metodo y composicion para inyeccion en una maquina de perforacion de tuneles. - Google Patents
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Abstract
Un método de perforación de un túnel por medio de una máquina perforadora de túneles que equilibra la presión de la tierra, que comprende la inyección en la cabeza de corte de una solución acuosa espumosa y una solución acuosa de un polímero basado en el ácido acrílico soluble en agua, caracterizado porque el polímero tiene un peso molecular comprendido en el intervalo de 2.000 a 20.000.
Description
Método y composición para inyección en una
máquina de perforación de túneles.
Esta invención se refiere a máquinas para la
perforación de túneles protegidas que equilibran la presión del
terreno y a una composición para ser usada en la misma.
Las máquinas de perforación de túneles (TBMs)
que comprenden cabezas de corte de gran diámetro son bien conocidas
y ampliamente utilizadas. Para perforar en terreno blando, el tipo
utilizado usualmente es una TBM protegida. En esta máquina, la TBM
y su equipo auxiliar están alojados en un cuerpo cilíndrico
(conocido como una "protección". Dentro de la protección,
además de la cabeza de corte hay una cámara de trabajo que recibe el
terreno excavado y un transportador para trasladarlo fuera. Una
variante más de la TBM protegida es la TBM que equilibra la presión
de la tierra (EPBM). En ese tipo de máquina, la cara perforada es
mantenida mediante la inyección de espuma acuosa que a la vez ayuda
a mantener la cara de perforación y a sacar la tierra. La presión en
la cara se mantiene a un nivel que mantendrá la cara, pero que no
originará que el terreno en la superficie se eleve, con el daño
consiguiente en los edificios situados sobre la superficie, a ello
se refiere la denominación "de equilibrado de la presión del
terreno". La presión está controlada por la velocidad de la TBM,
el régimen y la presión de inyección de espuma así como por el
régimen de extracción de terreno por medio del transportador. En
adición, las espumas ayudan a impedir, que los discos de corte se
atasquen, un problema constante en terrenos blandos.
Se ha hallado ahora que un comportamiento
sustancialmente mejorado puede ser obtenido en la utilización de
las EPBMs mediante la inyección de una sustancia adicional. La
invención proporciona por lo tanto un método de perforación de
túneles por medio de una TBM que equilibra la presión de la tierra,
comprende la inyección en la cabeza de corte de una solución acuosa
espumosa, y una solución acuosa de un polímero basado en el ácido
acrílico soluble en agua.
La espuma puede ser generada mediante la
formación de espuma de una solución acuosa de al menos un
tensioactivo. Cualquier tensioactivo que pueda ser espumado es
adecuado para ser usado en esta invención, pero se prefiere un
tensioactivo que incluya ésteres de sulfatos, éteres de sulfatos y
sulfonatos.
Ejemplos preferidos de tensioactivos adecuados
incluyen el sulfato de éter de alquilo de polialquileno, en el que
la cadena de óxido de polialquileno tiene una longitud de cadena
media de 1 a 3 unidades de óxido de alquileno. Si el tensioactivo
es un sulfato de éter de laurilo, se prefiere que la porción de éter
esté compuesta de no más de dos unidades de oxietilo.
Los materiales comerciales típicos incluyen el
"Alscope®" series de Toho Chemical Industry Co.
Otros tipos particularmente preferidos incluyen
el sulfato de alcohol de laurilo de amonio monoisopropanol
(disponible comercialmente como, por ejemplo, "Sulfetal®" Cjot
60, sulfonato de \alpha-olefina (Número
68439-57-6 de Registro de CAS),
disponible comercialmente como, por ejemplo, "Rhodocal®"
A-246-L, y sales de sulfato de
alcohol graso de C_{8-22} y sales de sulfato de
éter de alcohol graso de C_{8-22}, siendo
preferiblemente el alcohol graso alcohol de laurilo, siendo el éter
un éter formado con una cadena de óxido de alquileno
(preferiblemente óxido de etileno) de 1 a 3 unidades de óxido de
alquileno, y siendo preferiblemente el catión que forma la sal
seleccionado de un metal alcalino, magnesio y alcanolamina.
Los polímeros basados en al ácido acrílico
soluble en agua son materiales comerciales bien conocidos. Los
materiales comerciales destinados a ser usados en esta invención son
de peso molecular relativamente bajo, de 2.000 a 20.000,
preferiblemente de 2.000 a 10.000 y más preferiblemente de 4.000 á
6.000. Aunque puede ser tolerada una pequeña proporción de monómero
distinta al ácido acrílico (no mayor de un 10% en peso), se
prefiere que el polímero sea 100% de ácido acrílico. El uso del
término "ácido acrílico" en esta invención incluye no
solamente el propio ácido sino también las sales del mismo. Un ácido
acrílico preferido es la sal de un catión monovalente tal como
sodio, potasio, amonio o una amina terciaria o cuaternaria.
La solución de polímeros basados en el ácido
acrílico y la solución de tensioactivos espumables pueden ser
usadas como soluciones separadas o pueden estar combinadas. La
invención por lo tanto proporciona también una solución de
formación de espuma para ser usada con máquinas de perforar túneles
que equilibran la presión de la tierra, que comprenden una solución
acuosa de un polímero basado en el ácido acrílico y una solución
acuosa de un tensioactivo aniónico seleccionado de ésteres de
sulfatos, éteres de sulfatos y sulfonatos.
La solución de tensioactivo puede ser espumada e
inyectada a través de la cabeza de corte. El tensioactivo es
preferiblemente inyectado con un régimen de más de
0,2-4, más preferiblemente de 0,5-2,
y con la máxima preferencia de 0,5-1,5 Kg de
material seco por m^{3} de terreno excavado y el polímero basado
en el ácido acrílico se inyecta con un régimen de
0,05-2,0, preferiblemente de
0,1-1,0, más preferiblemente de
0,2-0,5 de polímero seco por m^{3} de terreno
excavado.
El método de esta invención tiene cierto número
de ventajas sobre los métodos anteriores que utilizan espumas con
EPBMs. Se ha hallado que el polímero basado en el ácido acrílico
actúa como un plastificante para el suelo en esta situación. Esto
tiene tres consecuencias importantes. En primer lugar, permite que
una consistencia de suelo más adecuada para la fácil extracción sea
conseguida más fácilmente. En segundo lugar, esta consecución de
una consistencia de suelo óptima conduce a un par motor reducido en
la cabeza de corte o conduce a una velocidad de excavación más alta
con el par motor definido. En tercer lugar, permite una reducción en
el agua necesitada para plastificar el terreno. Esto a su vez
significa que el terreno puede ser desechado más fácilmente. Se
prefiere la disposición del terreno en vertederos públicos, pero
esto no es posible si el contenido de agua es demasiado alto, como
ocurre a menudo, forzando ya sea el uso de procedimientos de
deshidratación o el uso de métodos de desecho alternativos, siendo
ambos más caros y menos adecuados.
La invención se describe además con referencia
al siguiente ejemplo no limitativo.
Ejemplo
Muestras de un terreno estándar que tiene una
extensión (según DIN 18555-2) de 120 mm son
mezcladas con el 30% FIR (Régimen de Inyección de la Espuma) de
espumas que tienen un FER (Régimen de Expansión de la Espuma) de
10. La cantidad de líquido espumoso usada es de 30 g por dm^{3} de
terreno.
Las espumas usadas son:
a) Espuma hecha de una solución al 3% (en peso)
de un agente espumoso disponible comercialmente
(MEYCO® FIX SLF 20);
b) Espuma hecha de una solución que
contiene:
3% de MEYCO® FIX SLF 20 y 2% de una solución al
45% de una sal sódica del ácido poliacrílico, que tiene un promedio
ponderado MW de 5000.
Esto muestra claramente el efecto de
plastificación de la composición usada en la presente invención.
Para lograr sin composiciones espumosas los 260 mm de extensión
conseguidos por la composición de la invención, fueron requeridos
170 g por dm^{3} de terreno de agua extra. En una aplicación de
túnel, la presencia de esta agua significaría la necesidad de un
procedimiento de deshidratación antes de que el terreno pudiera ser
usado en el vertedero público, o un medio alternativo de
desecho.
Claims (4)
1. Un método de perforación de un túnel por
medio de una máquina perforadora de túneles que equilibra la presión
de la tierra, que comprende la inyección en la cabeza de corte de
una solución acuosa espumosa y una solución acuosa de un polímero
basado en el ácido acrílico soluble en agua, caracterizado
porque el polímero tiene un peso molecular comprendido en el
intervalo de 2.000 a 20.000.
2. Un método según la reivindicación 1, en el
que la solución acuosa para formar espuma y la solución acuosa de
un polímero basado en el ácido acrílico son añadidas como un
material único.
3. Una solución para formar espuma para que sea
usada con máquinas de perforación de túneles que equilibran la
presión del terreno, que comprende una solución acuosa de un
polímero basado en el ácido acrílico y un tensioactivo aniónico
seleccionado de ésteres de sulfatos, éteres de sulfatos y o
sulfonatos, caracterizada porque el polímero tiene un peso
molecular comprendido entre 2.000 y 20.000.
4. Una solución para formar espuma según la
reivindicación 3, en la que el tensioactivo es un sulfato de éter
de laurilo, cuya porción de éter se compone de un máximo de dos
unidades de oxietilo.
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