Proyecto hidroeléctrico Svartisen

Descripción del proyecto

El 99% de la producción de energía en Noruega procede de centales hidroeléctricas, lo que hace que estos grandes proyectos sean un apieza clave de la infraestructura del país. Este uso tan extenso de energía hidroeléctrica comenzó en 1877, cuando se terminó con éxito su primer proyecto de este tipo. En 1990, Noruega contaba con más de 170 instalaciones hidroeléctricas subterráneas, con aproximadamente 3500 km de túneles y galerías situadas por todo el país. La empresa gestora Statkraft proyecta, construye y opera todas las centrales hidroeléctricas propiedad del gobierno, lo que representa un 28% de la producción total noruega de energía hidroeléctrica. El proyecto Svartisen, situado un poco al norte del círculo polar ártico, consiste en 46 pozos conectados a 40 km de túneles de diámetros entre 3,5 y 5 m. Los túneles están diseñados para recoger y transportar el agua de las montañas glaciares de Trollberget hasta el lago de Storglomvatnet, que es el embalse principal del proyecto. Desde allí se transporta el agua mediante una tubería de presión de 7 km hasta la central de Kilvik, en los Holandsfjorden, a nivel del mar. También se construyen dos túneles de aliviadero para recoger otras aguas provenientes de la formación montañosa.

En 1988 Statkraft encargó a Robbins el suministro de cinco máquinas para la perforación de 57 km de túnel en el nuevo proyecto Svartisen, que representaban un 62% de la longitud total de túnel a excavar para el proyecto. Dos de las máquinas se reacondicionaron para el proyecto, con diámetros de 8,5 y 3,5 m y un objetivo de perforación de 7,3 y 15,4 km respectivamente. Las otras tres tuneladoras se fabricaron especialmente para el proyecto con características de Alto Rendimiento (High Performance, HP), capaces de ejercer un empuje de 312 kN en cada uno des sus cortadores de 19” de diámetro. Estas primeras y revolucionarias tuneladoras HP marcaron el camino para la construcción de túneles en roca dura tal y como hoy la conocemos.

Geología

La geología de la zona de obra consistió principalmente de esquistos micosos y de mezclas de mica y gneis (80% del túnel), metaarenisca (o cuarcita pura), granito y gneis granítico (13%) y  caliza y mármol (7%). Las capas de calizas variaban en su espesor desde unos pocos centímetros a potencias de más de 100 m. La existencia de cavernas y de aguas subterráneas se hizo evidente desde la investigación superficial del terreno. Las resistencias a la compresión del macizo rocoso del proyecto Svartisen iban desde 100 hasta 300 MPa. Asimismo, la topografía muy irregular del terreno causaba tensiones excéntricas e irregulares en la roca, sujeta a presiones tectónicas y residuales de carácter extremo. Dado que se previó que la perforación iba a tener lugar en rocas estables, no se previó la instalación de revestimiento en el túnel.

Tuneladoras de alto rendimiento (HP TBMs)

Se equipó a las tres tuneladoras HP con cortadores de 19”, desarrollados por Robbins para el proyecto Svartisen. Además de contar con cortadores más grandes, la construcción de las máquinas se hizo con unos criterios de diseño mucho más robusto que el de las tuneladoras estándar, estando equipadas con rodamientos principales triaxiales, capaces de soportar cargas más elevadas. Las dos TBMs de 4,3 m de diámetro tenían un peso de 262 t, con potencias en cabeza de 2345 kW, permitiendo alcanzar un empuje de 9048 kN en el frente de perforación. Se fabricaron componentes para convertir una de las máquinas a un diámetro de 5 m que, con la instalación de 6 cortadores adicionales, llevaron el peso de la máquina hasta las 290 t. La tercera tuneladora HP, de 180 t de peso, tenía un diámetro de 3,5 m y 1340 kW de potencia en cabeza, capaz de suministrar un empuje al frente de 7800 kN. Su cabeza de corte iba equipada con veinticinco cortadores de 19” de diámetro.

Además de obtener índices de penetración y de avance muy superiores, esta nueva generación de tuneladoras optimizó sus funciones con vistas a su empleo de manera eficaz reduciendo el número de personal para su operación. Los controles remotos y cámaras de televisión instalados en el back-up necesitaban únicamente de un turno de cuatro personas para manejar el sistema: una para pilotar la TBM y llenar los vagones de escombro, un maquinista de locomotora, un electricista y un mecánico para prolongar la vía, cables, ventilación y mangueras.

Perforación del túnel

Las tres tuneladoras HP alcanzaron resultados impresionantes a lo largo de todo el proyecto. La primera de las dos máquinas de 4,3 m perforó 6021 m de túnel entre septiembre de 1989 y octubre de 1990, con una media de 3,8 m/h en su primer túnel. La máquina convertida a 5 m de diámetro alcanzó una media de 2,74 m/h, con un mejor día de 75,8 m, mejor semana de 312 m y mejor mes de 1068 m de túnel perforado, estableciendo con estos resultados nuevos récords de producción en Noruega.

La segunda máquina de 4,3 m de diámetro perforó 11861 m de túnel entre septiembre de 1989 y abril de 1991, con una media de 3,5 m/h de avance. Esta tuneladora estableció récords mundiales de rendimiento para máquinas entre 4 y 5 m de diámetro con un mejor turno de 61,2 m, mejor día de 90,2 m, mejor semana de 360,5 m y mayor volumen de material excavado en 24 h con 1309 m3.

La tercera máquina comenzó a perforar en Julio de 1990 desde un cruce 4 km adentro del macizo rocoso. Cuando levaba excavados 4700 m de túnel, en mayo de 1991, la tuneladora se encontró con terrenos inestables y afluencias de agua que retrasaron la excavación durante cuatro meses. A pesar de las malas condiciones del terreno, la máquina obtuvo un índice de penetración de 3,7 m/h durante todo el proyecto, perforando una longitud récord de 55,5 m en un solo turno de trabajo.