High groundwater pressure (above 4 bar) makes tunneling much more difficult and requires special knowledge of cutting edge technologies during design and construction.
TBM, tunnel equipment and tunneling procedures should be designed to enable reliable application of adequate support pressures at all times during excavation and hyperbaric interventions to counterbalance the acting groundwater head.
If adequate primary components and backup systems are not installed on the TBM, major problems including cost overruns and time delays can occur.
Tunnel excavation in strong, fine grained cohesive soils and rock under high groundwater pressure is generally not problematic for Slurry- and EPB-TBMs, as typically the face is stable and the amount of inflowing water is low due to low permeability of the ground.
In coarse-grained soil or unstable rock, tunnel excavation requires a reliable active face support to provide face stability and prevent excessive lost ground during tunneling and interventions. Suitable active face support is easier to achieve with Slurry-TBMs.
Depending on the level of the groundwater pressure, abrasiveness of the ground and the length of the corresponding tunnel sections, the TBM should include provisions for hyperbaric interventions using regular compressed air, mixed gases or saturation diving, depending on pressure level and duration of intervention time expected.
Only in very strong, low permeability soils or in competent rock are risks of attempting cutterhead interventions under free air reasonable (if not otherwise restricted), but there should always be provisions available to apply adequate compressed air support or ground treatment if needed.
The experience gained in the projects proves that the saturation method is a very successful approach to hyperbaric tunnel constructions. It also shows us that work in compressed air is possible up to 6.5 bar overpressure, but not very efficient.
The cooperation between the tunnel construction companies, the manufacturer of the TBM’s, the Herrenknecht AG, the Hyperbaric Medic Dr. Faesecke, the Hyperbaric Training Center, Germany, the Classification Company Germanischer Lloyd, the Design and Manufacture Company Composite Beat Engel and the Nordseetaucher GmbH is very rewarding and productive, and we hope that it can be intensified in future co-operations. The excellent training of the diving personnel, engineers and hyperbaric construction technicians involved in this ground-breaking projects, the continual training and the adaptation of the tunnelling machines to the existing conditions open up a highly promising perspective on the future of tunnel construction: deeper, larger and longer.
La presión del agua subterránea (sobre 4 bar) dificulta la perforación de túneles y requiere conocimientos especiales de tecnologías de corte a la hora de proyectar y construir.
Para poder contrarrestar la acción del agua del frente, las tuneladoras, el equipamiento y los procedimientos deberían pensarse para permitir una aplicación fiable de las presiones de soporte durante la exacavación e intervenciones hiperbáricas.
Si en la tuneladora no se instalan los componentes básicos adecuados y sistemas de asistencia, se corre el riesgo de que surjan problemas importantes, incluyendo aumento de los costes presupuestados y dilaciones.
La excavación de túneles en terrenos fuertes con suelos cohesivos finamente granulosos y roca bajo presión alta del agua subterránea no supone generalmente un problema para las tuneladoras EPB y tuneladoras de lodo, ya que normalmente el frente es estable y la cantidad de agua fluyente es baja debido a la poca permeabilidad del suelo.
En suelos granulosos ásperos o rocas inestables, la excavación de túneles requiere un soporte activo en el frente que sea fiable, para darle estabilidad y prevenir la pérdida excesiva de terreno durante la perforación y las intervenciones. Un adecuado soporte del frente es más fácil de conseguir con las tuneladoras de lodo.
Dependiendo de la presión del agua subterránea, lo abrasivo del suelo y la longitud de las secciones del túnel, la tuneladora debería incluir abastecimientos para intervenciones hiperbáricas utilizando aire comprimido normal, gases mixtos o saturación, teniendo en cuenta el nivel de la presión y la duración prevista de las intervenciones.
El riesgo de intervenciones sin presión bajo condiciones atmosféricas sólo es justificable en suelos muy duros, con baja permeabilidad o rocas estables. No obstante, se deberían tomar las precauciones necesarias para rápidamente poder prestar una adecuada cobertura de aire comprimido o ejecutar mejoras en el terreno.
La experiencia conseguida hasta ahora demuestra que el método saturado puede funcionar muy bien en la construcción hiperbárica de túneles y que es posible trabajar en aire comprimido hasta 6,5 bar de sobrepresión, aunque no sea muy eficiente.
La cooperación establecida entre las empresas de construcción de túneles, el fabricante de tuneladoras, la empresa Herrenknecht AG, el médico hiperbárico Dr. Faesecke, el Hyperbaric Training Center en Alemania, la empresa de clasificación Germanischer Lloyd, la empresa de diseño y fabricación Composite Beat Engel y Nordseetaucher GmbH es muy productiva y gratificante, y esperamos que se intensificará en futuras cooperaciones. La excelente formación del personal de buceo, ingenieros y técnicos de construcción hiperbárica involucrados en estos proyectos pioneros, así como la formación continuada y la adaptación de las tuneladoras a las condiciones existentes, abren una perspectiva muy prometedora en el futuro de la construcción de túneles: más profundo, más grande y más largo