La obra consiste en la ejecución de un túnel ferroviario que sirva de conexión entre las estaciones de Atocha y Chamartín, ambas en Madrid, y para tránsito exclusivo de trenes de Alta Velocidad, AVE. Este túnel permite articular la conexión ferroviaria con origen o destino en la mitad sur y este de España, con las líneas de la mitad norte.
El tramo ha sido construido en doble vía de ancho internacional, y tiene una longitud total de 7,3 km, de los cuales 6,9 discurren soterrados, lo que facilita su integración urbana, al atravesar zonas densamente urbanizadas. Pasa encima de la Línea 9 del Metro de Madrid, por debajo de otras ocho líneas de metro, y debajo de los túneles de ancho ibérico Atocha-Recoletos-Chamartín y Atocha-Sol-Chamartín, que dan servicio a los trenes de las redes de cercanías y largo recorrido, a una profundidad media de 45 m.
La mayor parte del túnel se ha excavado con tuneladora, salvo un tramo junto a la estación de Chamartín, de 110 m, que se ha ejecutado a cielo abierto, mediante muros-pantalla de pilotes, y otros 22 m en sistema de perforación en mina, estos últimos junto a la Estación de Atocha.
El túnel ha sido revestido con dovelas de 1,8 x 0,36 m , ensambladas por la misma tuneladora, y cuenta con ocho salidas de emergencia.
Como prolongación del nuevo túnel de alta velocidad se construye otro túnel que actuará como by pass de la estación pasante de Atocha, recientemente inaugurada.
Esta conexión ferroviaria entre las estaciones de Atocha y Chamartín constituirá una infraestructura de carácter esencial para el desarrollo de una red vertebrada de ancho internacional en España.
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