Análisis del impacto constructivo y evaluación de seguridad de un túnel metroescudo que atraviesa cimientos de pilotes de un puente existente

Por qué importa excavar bajo puentes

A medida que las ciudades construyen más líneas de metro para aliviar el tráfico, muchos túneles nuevos deben pasar cerca o directamente por debajo de puentes ya existentes. Si el terreno se desplaza demasiado mientras se excava un túnel, el puente superior podría inclinarse, agrietarse o incluso fallar. Este estudio analiza un proyecto real donde un túnel de metro se abrió paso por debajo de los pilotes de sustentación de un viaducto urbano muy transitado y plantea una pregunta sencilla con consecuencias muy importantes: ¿es posible hacerlo con seguridad y qué medidas de protección funcionan mejor?

Tráfico urbano arriba, tunelación abajo

El proyecto se sitúa en un distrito denso donde una nueva línea de metro pasa bajo un puente de carretera apoyado sobre pilotes de hormigón profundo. La tuneladora avanza por capas mixtas de roca y suelo a apenas unos metros por debajo de los cimientos del puente. Dado que el puente soporta un tráfico intenso y sus pilotes son difíciles de modificar, los ingenieros deben predecir cómo responderán el terreno y los pilotes antes de la obra y decidir qué nivel de riesgo es aceptable durante la construcción.

Pruebas virtuales con un modelo digital 3D

Para prever lo que ocurriría bajo tierra, los autores construyeron un modelo informático tridimensional detallado del puente, los pilotes, las capas de suelo y el avance del túnel. Calibraron este modelo comparando sus predicciones con datos reales de monitorización procedentes de sensores instalados en el puente durante la construcción. La concordancia fue muy estrecha, lo que aporta confianza en que el modelo puede reproducir comportamientos clave como el grado de asentamiento de los pilotes, cómo varían las tensiones en el hormigón y cómo se deforma la roca y el suelo circundantes al pasar el túnel por debajo.

Cuánto movimiento y esfuerzo sigue siendo seguro

Las simulaciones mostraron que la base de los pilotes del puente se hunde más que la cabeza conforme el túnel se aproxima, pasa por debajo y se aleja. El asentamiento vertical máximo de los pilotes alcanzó aproximadamente un centímetro y luego se estabilizó, manteniéndose dentro de los límites permitidos por las normas de seguridad chinas para puentes existentes. Las tensiones y deformaciones en el hormigón de los pilotes y en la roca circundante también permanecieron muy por debajo de valores que conozcamos que provoquen fisuración o fallo. En otras palabras, en las condiciones modeladas, el puente podría seguir en servicio con normalidad pese a la perturbación subterránea.

Convertir riesgos complejos en una calificación clara de seguridad

Como las condiciones reales del terreno son heterogéneas y la construcción no siempre sigue el plan ideal, el equipo no se apoyó únicamente en las simulaciones. Revisaron más de 300 trabajos técnicos para identificar qué factores afectan con mayor intensidad la seguridad cuando un túnel escudo pasa bajo pilotes de puente, como la distancia entre túnel y pilotes, la resistencia del suelo y la rigidez del puente. Usando el criterio de expertos junto con ponderaciones estadísticas, construyeron un sistema de valoración multiíndice y aplicaron un método de clasificación que compara el proyecto real con casos ideales de seguridad y de riesgo. Este proceso clasificó el escenario constructivo como Grado III, lo que significa un riesgo relativamente alto que exige medidas de control especiales y monitorización estrecha, aun cuando la falla total sea poco probable.

Probando cuatro maneras de proteger el puente

El estudio volvió al modelo digital para comparar cuatro estrategias de protección. Una añade pilotes de apuntalamiento nuevos para ayudar a soportar la carga del puente. Otra refuerza los pilotes existentes con hormigón adicional. Una tercera inyecta lechada en el suelo alrededor de los pilotes para formar un bloque de terreno más rígido. La cuarta sustituye el revestimiento estándar de hormigón del túnel por dovelas de acero más resistentes justo bajo el puente. Las cuatro opciones reducen el asentamiento del puente a niveles más seguros, pero no por igual: reemplazar el revestimiento del túnel por acero produce los menores movimientos de los pilotes, seguido de la inyección de lechada, luego el refuerzo de pilotes, mientras que el apuntalamiento activo ofrece la menor mejora relativa frente a su coste y complejidad.

Qué significa esto para futuros túneles urbanos

Para quienes no son especialistas, la conclusión principal es a la vez tranquilizadora y advertidora. La investigación muestra que con planificación cuidadosa, modelado informático avanzado y medidas de protección adaptadas, los nuevos túneles de metro pueden pasar bajo puentes existentes sin ponerlos en peligro. Al mismo tiempo, la calificación cuantitativa de riesgo —Grado III— indica que tales proyectos nunca son de trámite y deben tratarse como operaciones sensibles. Entre las opciones evaluadas, la sustitución localizada de dovelas del túnel por acero cerca de los pilotes del puente surgió como la salvaguarda más efectiva y práctica, ofreciendo una ruta clara para ingenieros que afronten retos subterráneos similares en ciudades en crecimiento.

Cita: Xu, J., Zhang, X., Lin, S. et al. Analysis of construction impact and safety evaluation of metro shield tunnel under-crossing existing bridge pile foundation. Sci Rep 16, 11899 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42025-w

Palabras clave: construcción de túneles de metro, cimientos de pilotes de puentes, evaluación de riesgos subterráneos, seguridad en tunelación con escudo, protección de infraestructuras urbanas