Anatomia e ingegneria delle alesatrici per tunnel
A Alesatrice per tunnel (TBM), spesso definita "talpa meccanica", è una sofisticata attrezzatura pesante progettata per scavare gallerie a sezione circolare attraverso vari strati di terreno e roccia. A differenza dei tradizionali metodi di perforazione ed esplosione, le TBM offrono il vantaggio di limitare il disturbo al terreno circostante e di produrre una parete del tunnel liscia. La macchina è composta da una testa di taglio rotante che frantuma la superficie della roccia o del terreno, un sistema di spinta per spingere la macchina in avanti e un ingranaggio di trascinamento che facilita la rimozione del letame e l'installazione di rivestimenti permanenti del tunnel.
Componenti principali di una TBM
- Testa di taglio: Il disco frontale dotato di frese in carburo di tungsteno o frese a disco progettate per macinare formazioni geologiche.
- Scudo: Cilindro protettivo in acciaio che impedisce il collasso della terra circostante all'interno della macchina durante l'installazione del rivestimento del tunnel.
- Cilindri di spinta: Martinetti idraulici che premono contro i segmenti di cemento precedentemente installati per spingere la macchina in avanti.
- Sistema di trasporto: Un trasportatore a nastro o a coclea che trasporta il materiale di scavo (letame) dalla parte anteriore della macchina alla parte posteriore per lo smaltimento.
Tipi di TBM specializzati per diverse condizioni geologiche
La scelta della giusta macchina per tunnel dipende fortemente dalle condizioni del terreno, come roccia dura, argilla morbida o sabbia acquitrinosa. Gli ingegneri devono condurre approfondite indagini geologiche prima di commissionare una TBM su misura. Ad esempio, le macchine Bilancio della pressione terrestre (EPB) sono ideali per terreni morbidi e coesivi, mentre le TBM Scudo per liquami sono più adatte per terreni instabili con elevata pressione idrostatica.
| Tipo TBM | Condizione del terreno | Meccanismo primario |
| TBM per roccia dura | Granito/basalto solido | Frese a disco per la frantumazione della roccia |
| Earth Pressure Balance (EPB) | Limo, Argilla, Sabbia | Utilizza il terreno scavato per bilanciare la pressione |
| Slurry Shield | Alta pressione dell’acqua/terreno sciolto | Sospensione pressurizzata di liquame di bentonite |
Il ciclo operativo dello scavo sotterraneo
L'operazione di una TBM è un ciclo continuo di scavo e rivestimento. Mentre la testa di taglio ruota e la macchina avanza, i segmenti di calcestruzzo prefabbricato vengono sollevati in posizione da un braccio erettore a vuoto nella parte posteriore dello scudo. Questi segmenti sono imbullonati insieme per formare un anello completo, che diventa la struttura permanente del tunnel. Una volta completato un anello, i cilindri di spinta spingono via il nuovo anello per iniziare la successiva corsa di scavo. Questo processo consente lo scavo di tunnel ad alta velocità, che spesso raggiunge i 10-15 metri al giorno a seconda del diametro e dell'ambiente.
Guida e navigazione di precisione
Le moderne macchine per tunnel utilizzano sofisticati sistemi di guida laser e GPS per mantenere una traiettoria precisa. Gli operatori monitorano la posizione della macchina da una cabina di controllo situata all'interno della TBM, garantendo che la deviazione dall'allineamento pianificato sia mantenuta entro pochi millimetri. Questa precisione è fondamentale negli ambienti urbani in cui la macchina deve spostarsi tra le fondamenta degli edifici esistenti, le linee della metropolitana e le condutture senza causare cedimenti superficiali.
Vantaggi ambientali e di sicurezza del tunneling meccanico
Il passaggio dallo scavo manuale alla tecnologia TBM ha migliorato drasticamente gli standard di sicurezza nel settore edile. Poiché la macchina fornisce una protezione continua in acciaio per i lavoratori, i rischi di crolli sono quasi eliminati. Inoltre, l’impatto ambientale viene ridotto grazie alla rimozione controllata del letame e alla diminuzione dell’inquinamento acustico rispetto alla costruzione a livello della superficie. I sistemi a circuito chiuso delle TBM Slurry consentono inoltre il riciclaggio dei fluidi di perforazione, rendendo il processo più sostenibile per progetti infrastrutturali a lungo termine.
- La riduzione delle vibrazioni superficiali protegge gli edifici storici nei centri urbani.
- L'installazione automatizzata dei segmenti riduce al minimo il lavoro manuale nelle zone ad alto rischio.
- Una logistica efficiente attraverso l'uso di attrezzature da traino garantisce un cantiere pulito.
