Le macchine noiose del tunnel (TBM) sono sofisticate attrezzature che hanno rivoluzionato la costruzione sotterranea. Sono essenzialmente fabbriche mobili progettate per scavare tunnel con un disturbo minimo al terreno circostante.
Come funzionano i TBM: il processo fondamentale
L'operazione principale di un TBM prevede diversi passaggi continui:
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Scavo: Nella parte anteriore del TBM c'è una testa di tagliatore massiccia e rotante. Questo disco in acciaio è dotato di vari utensili da taglio, come tagliatori di disco per bit di roccia dura o taglialette e raschiatori per terra più morbida. Mentre la testa del taglierina ruota, macina, graffia o taglia il materiale sulla faccia del tunnel.
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Rimozione del fango: Il materiale scavato, noto come "fango", cade attraverso le aperture nella testa del cutter in una camera. Da lì, è in genere trasportato da un trasportatore a vite (per TBM a terra morbida) o caricati su una serie di cinture di trasportatore (per TBMS Hard Rock) che fanno funzionare la lunghezza del tunnel. Questo fango viene quindi continuamente rimosso in superficie per lo smaltimento o il riciclaggio.
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Spinta e avanzamento: Il TBM è spinto in avanti da potenti cilindri di spinta (jacks) situati dietro la testa del taglierina. Questi cilindri si spingono contro i segmenti di rivestimento del tunnel precedentemente installati, creando la forza necessaria per far avanzare la testa del taglierina nel terreno.
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Installazione del rivestimento del tunnel: Immediatamente dietro la testa del cutter, all'interno del guscio protettivo del TBM (lo scudo), si trova l'erettore. Questo braccio robotico raccoglie segmenti di cemento prefabbricato (pezzi trapezoidali in genere curvi) e li posiziona meticolosamente per formare un anello completo del rivestimento del tunnel. Questi segmenti sono imbullonati insieme, creando una struttura forte, a tenuta stagna e permanente che supporta il terreno e forma il muro del tunnel finito.
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Malta: Una volta installato un anello di segmenti, il vuoto tra l'esterno dei segmenti e il terreno scavato (il "vuoto di coda") viene immediatamente riempito con una malta specializzata. Questa malta si solidifica, fornendo ulteriore supporto al rivestimento del tunnel, prevenendo l'insediamento a terra e garantendo una vestibilità stretta.
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Sterzo e navigazione: I TBM sono dotati di sofisticati sistemi di orientamento laser e strumenti di rilevamento. Gli operatori possono controllare con precisione la direzione del TBM regolando la spinta dei singoli jack, variando la velocità di rotazione della testa del cutter o usando giunti di articolazione all'interno della macchina. Ciò consente loro di mantenere l'allineamento e il gradiente previsti, persino le curve di navigazione.
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Attrezzatura da finale (sistema di backup): Dietro il corpo principale TBM, segue una serie di gantrie o rimorchi articolati (il "sistema di back-up"). Questo equipaggiamento finale ospita sistemi di supporto essenziali, tra cui:
- Alimentazione e sale di controllo
- Sistemi di ventilazione
- Trasportatori di rimozione del mack
- Pompe e piante di miscelazione di malta
- Linee d'acqua e utilità
- Accesso al personale e attrezzatura di sicurezza.
Tipi di TBM e le loro applicazioni
La scelta del tipo TBM è fondamentale e dipende fortemente dalle condizioni geologiche del terreno da tunnel:
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Hard rock TBMS (TBMS Hard rock schermato / TBMS hard rock schermato): questi TBM sono progettati per formazioni rocciose solide. Usano tagliatori di disco che creano micro-fratture nella parete rocciosa.
- TBMS a gamme aperte: avanzare afferrando le pareti del tunnel (roccia) con cuscinetti per pinza.
- TBMS Hard Rock schermato: utilizzato quando le condizioni di roccia sono fratturate o miste, fornendo supporto a terra completo con uno scudo e spesso installando un rivestimento di segmento.
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TBMS di Earth Pressure Bilancia (EPB): Ideale per terreni morbidi e coerenti (argilla, limo, sabbia) che possono resistere senza supporto per un breve periodo. Un TBM EPB utilizza il materiale scavato stesso per creare una "torta di fango" che applica pressione sulla faccia del tunnel, bilanciando la pressione del terreno circostante. Un trasportatore a vite regola la rimozione del fango mantenendo questo equilibrio.
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TBMS di Slurry: Meglio adatto a terreni sciolti e portanti (sabbie, ghiaie, terreno saturo). In un tbm di liquame, la testa del cutter opera in una camera piena di liquami pressurizzata. La sospensione stabilizza la faccia del tunnel e trasporta il materiale scavato sulla superficie attraverso i tubi, dove viene elaborato per separare i solidi dal liquido.
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TBMS a terra mista (TBMS a densità variabile): Queste sono macchine versatili che possono adattarsi a diverse condizioni di terra, a volte combinando caratteristiche di TBMS EPB e liquame. Possono regolare i parametri come la pressione facciale e le velocità di rimozione del muck per soddisfare le mutevoli proprietà del suolo riscontrate.
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Macchine per il prelievo per tubi (Microtunneling TBMS): Versioni più piccole di TBMS, spesso controllate a distanza, utilizzate per l'installazione di condotte o condotti di utilità più piccoli. Spingono i tubi direttamente dietro la testa del cutter.
Vantaggi dell'utilizzo di TBMS
- Velocità ed efficienza: I TBM possono portarsi continuamente e generalmente scavare tunnel molto più velocemente dei metodi convenzionali come la perforazione e la sabbiatura.
- Sicurezza: Lo scudo chiuso della TBM fornisce un ambiente di lavoro più sicuro per il personale, proteggendoli da crolli e ingresso delle acque sotterranee.
- Disturbo della superficie minimo: Mentre operano sottoterra, TBMS riducono significativamente l'interruzione delle infrastrutture di superficie, del traffico e delle comunità, rendendoli ideali per le aree urbane.
- Impatto ambientale ridotto: Livelli di vibrazione più bassi e meno rumore rispetto alle esplosioni, con meno pile di bottino in superficie.
- Forma del tunnel costante: I TBM producono un foro fluido e circolare, che spesso riduce la quantità di rivestimento secondario richiesto.
- Automazione: molte funzioni TBM sono automatizzate, portando a prestazioni coerenti e ridotte manodopera manuale.
Importanti progetti TBM
I TBM sono stati determinanti nella costruzione di alcuni dei progetti infrastrutturali più impressionanti del mondo, tra cui:
- Tunnel del canale (Eurotunnel): Collegamento del Regno Unito e della Francia sotto il canale della Manica.
- Tunnel di base di Gohard: Il tunnel ferroviario più lungo del mondo, che attraversa le Alpi in Svizzera.
- Crossrail (Elizabeth Line) a Londra: Un enorme sistema ferroviario sotterraneo.
- Second Avenue Subway a New York City: Espandere la rete della metropolitana.
- Tunnel SR 99 di Seattle (Bertha): Un tunnel autostradale di grande diametro.
In conclusione, i TBM sono meraviglie ingegneristiche che hanno trasformato il modo in cui costruiamo sottoterra. La loro efficienza, sicurezza e capacità di gestire diverse condizioni geologiche li rendono strumenti indispensabili per creare le arterie vitali nascoste della società moderna.
