TBM. Catherine, Bertha e Federica: le talpe delle gallerie

TBM -Tunnel Boring Machine. Catherine, Bertha e Federica: le talpe delle gallerie

TBM

La TBM – Tunnel Boring Machine è una fresa meccanica a sezione piena che agisce nel sottosuolo. La si può considerare la regina incontrastata dello scavo meccanizzato per le gallerie di lunghezze superiori ai 3 chilometri.

L’identificazione delle macchine con nomi propri, le rende ancora più protagoniste, dei veri e propri bracci destri nella realizzazione dei tunnel.

L’evoluzione delle infrastrutture, le necessarie esigenze di sviluppo dei collegamenti, quindi il suo indispensabile impiego, hanno portato ad un perfezionamento del macchinario, rendendolo sempre più efficiente ed in grado di adattarsi a tipologie e condizioni di terreno che interessano l’area di progetto.

Il compito delle TBM, non è limitato al solo scavo, ma prevede anche il posizionamento dei conci prefabbricati che rivestono le pareti dei tunnel, inoltre, se del tipo duale la macchina è in grado di estrarre il materiale attraverso un nastro trasportatore ed una coclea d’estrazione, adeguandosi a condizioni geologiche variabili.

Lo scudo, è il cilindro d’acciaio che contiene la macchina, alla cui estremità anteriore è montata una testa rotante, dotata di strumenti di taglio che sono i principali attori dello scavo, mentre le scarpe grippers mediante spinta idraulica, consentono l’ancoraggio contro le pareti della galleria.

Le azioni di spinta e contemporanea rotazione della testa, contro il fronte, contribuiscono alla realizzazione di uno scavo continuo, mentre la raccolta del materiale di risulta avviene attraverso sistemi di smarino come ad esempio nastri trasportatori o vagoni, verso la discarica esterna al tunnel.

La TBM, presenta vantaggi in termini di sicurezza sul lavoro. Difatti gli infortuni più diffusi interessano i lavori in sotterraneo e tra le cause maggiori, vi sono le frane dal fronte di scavo e scavi con esplosivo. Il contenimento dei cedimenti di terreno e la riduzione delle vibrazioni, inoltre, garantiscono la salvaguardia delle strutture soprastanti (edifici, infrastrutture, ecc.).

Di contro, lo scavo meccanizzato, richiede tempistiche di gestione della macchina svantaggiose, come il montaggio, la manutenzione ed il fermo macchina, così come la necessità di ampi spazi per il montaggio ed i costi di manutenzione e noleggio.

Come avviene lo smontaggio di una TBM?

Risale al 1952, la prima macchina TBM, assimilabile alle attuali, realizzata nella storia delle macchine da scavo e presentava un diametro di 8 metri. Il padre fu James Robbins che progetto la TBM per scavare la galleria di deviazione della diga Oahe.

Da allora l’evoluzione è progredita. Nello scavo del Tunnel di Santa Lucia sull’autostrada A1 fra Barberino e Firenze Nord la TBM, impiegata ha un diametro di 15.87 metri 20 centimetri in più del detentore del record europeo precedente. E’ la più grande macchina mai realizzata nello stabilimento Herrenknecht di Schwanau.

Si tratta di strumenti che possono costare fino a 10 milioni di euro, ed è in crescita la tendenza di smontaggio e riuso di componenti delle TBM al fine di ridurre i costi complessivi di costruzione.

Catherine ne è un esempio. La TBM lunga 78 metri, è stata utilizzata durante la costruzione della nuova linea metro di Nizza. Lo smantellamento delle sue parti, è avvenuto tra fine 2017 ed inizio febbraio 2018, affinché le stesse potessero essere riutilizzate nella costruzione di una nuova TBM.

Durante i tre mesi, gli elementi, risultato dello smontaggio, sono stati in parte rese ad un produttore di TBM, per l’integrazione di nuove macchine, mentre alcuni pezzi sono stati, conservati per il museo locale di Nizza.

La stessa sorte è toccata a Bertha, la più grande TBM mai costruita dal diametro di 17,4 metri. Il nome le fu dato per omaggiare la prima donna sindaco, Bertha Knight Landes, di una grande città americana, quale è Seattle, ed ha contribuito alla realizzazione dell’Alaskan Way Viaduct replacement tunnel a Seattle.

La società costruttrice Robbins, stima che circa il 50% delle sue TBM vengano utilizzate per almeno tre progetti prima di essere ritirate.

Federica e la TAV Torino-Lione. Incidente geologico risolto

Federica ha un diametro dello scudo, di soli 11,21 metri. La TBM, lunga 135 metri e dal peso di 2400 tonnellate, ha una potenza di 5 MW ed è impiegata nello scavo della Tav Torino- Lione. Per trasportarla al cantiere di St. Martin de la Porte, sono stati impiegati 34 convogli.

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La TBM Federica, costruita da NFM Technologies di Le Creusot, ha iniziato a lavorare nell’ottobre del 2016, per lo scavo della galleria geognostica propedeutico alla realizzazione del tunnel principale della Tav, ma dopo soli due mesi, gli scavi furono interrotti a causa di un problema di sovraescavazione.

Ovvero la macchina utilizzava troppa potenza rispetto al previsto. Come chiaramente raccontato nel video, il problema era dovuto alla disomogeneità e morbidezza del materiale soggetto allo scavo. Tale problematica è stata risolta con l’attuazione di due operazioni:

1- esecuzione di iniezioni di resina come collante per i materiali destrutturati;

2- chiusura delle aperture che compongono i 16 bracci per impedire il passaggio del materiale di scavo.

Le due azioni si sono mostrate risolutive, ed hanno permesso la ripresa dei lavori, che hanno subito notevoli rallentamenti a seguito dell’incidente. Due mesi e mezzo per progredire di soli 15 metri contro i 10 metri scavati giornalmente in condizioni ordinarie. I geologi hanno continuato ad analizzare la composizione del terreno mediante carotaggi.

Il termine dei lavori (500 milioni di euro) per la parte di scavo eseguita con la TBM dalla Francia in direzione Italia, è previsto per metà anno 2019.

Tuttavia le TBM non possono arrivare dappertutto, infatti il chilometro di galleria in direzione Francia verrà scavato con tecniche tradizionali a causa della composizione della roccia.

Immagine di copertina ©WSDOT/Flickr

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