Il Alesatrice per tunnel ( TBM ), spesso indicato semplicemente come "talpa", rappresenta uno dei progressi più significativi nell'ingegneria civile e geotecnica. Queste macchine enormi e sofisticate hanno rivoluzionato la costruzione di infrastrutture sotterranee, consentendo la creazione di tunnel per trasporti, servizi pubblici e miniere con velocità, precisione e sicurezza senza precedenti.
Meccanismo e componenti principali
Una fresatrice per tunnel è essenzialmente una fabbrica mobile completa progettata per scavare il fronte di un tunnel e contemporaneamente installare un sistema di supporto temporaneo o permanente. Una TBM è generalmente composta da tre sezioni principali:
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Testa di taglio (faccia):
- Questo è l'elemento rotante più in primo piano, dotato di vari utensili da taglio, come frese a disco per roccia dura o una combinazione di punte da taglio e picconi per terreni più morbidi.
- Il cutter head rotates and is thrust forward by hydraulic jacks, crushing or scraping the rock and soil at the tunnel face.
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Scudo e corpo (il centro):
- Il scudo è un grande involucro cilindrico in acciaio direttamente dietro la testa della taglierina. Fornisce un supporto strutturale immediato alle pareti del tunnel appena scavate, proteggendo la macchina e gli operatori all'interno dal terreno sciolto fino all'installazione del rivestimento permanente del tunnel.
- Il sistema di spinta , composto da potenti martinetti idraulici, preme contro l'ultimo segmento di rivestimento del tunnel installato per far avanzare la macchina.
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Carrello portante (posteriore):
- In questo tratto, che può estendersi per oltre un centinaio di metri, sono alloggiate le attrezzature di supporto essenziali.
- Include il sistema di rimozione del letame (nastri trasportatori o tubi dei liquami) per trasportare in modo efficiente il materiale di scavo ("letame") fuori dal tunnel, dai sistemi di controllo e di alimentazione, dalle apparecchiature di ventilazione e dai componenti cruciali erettore di segmenti che posiziona con precisione i conci prefabbricati in calcestruzzo che costituiscono il rivestimento permanente del tunnel.
Classificazione e tipologie delle TBM
La scelta della TBM è una decisione critica in qualsiasi progetto, che dipende fortemente dalle condizioni geologiche specifiche e dalla pressione delle acque sotterranee. Le TBM sono ampiamente classificate in base al terreno che sono progettate per scavare:
1. TBM per roccia dura
- TBM di tipo aperto/pinza: Utilizzato in condizioni stabili e di roccia dura che possono sostenersi per un breve periodo senza rivestimento immediato. Usano l'idraulica pinze ancorarsi alle pareti del tunnel, consentendo alla macchina di reagire alla spinta in avanti della testa fresante.
- TBM a scudo singolo: Impiegato in rocce dure fratturate o meno stabili. Installano i segmenti del rivestimento in cemento direttamente dietro lo scudo e spingono in avanti spingendo via il rivestimento completato.
- TBM a Doppio Scudo: Il most versatile hard rock machines. They feature two telescoping shields and a gripping system, allowing them to install the lining simultaneously while excavating (continuous tunneling) when in stable rock, or operate in alternating modes when conditions are unstable.
2. TBM per terreni morbidi (macchine Shield)
Ilse machines incorporate methods to actively balance the pressure at the tunnel face, crucial for preventing ground collapse or water ingress in soft soils (like sand, clay, and silt).
- TBM EPB (Earth Pressure Balance): Ideale per terreni coesi e morbidi. Mantengono la stabilità utilizzando il materiale di scavo (letame) all'interno di una camera pressurizzata sulla faccia della fresa. Un trasportatore a coclea controlla la velocità di rimozione del letame per bilanciare con precisione la pressione del terreno e dell'acqua davanti alla macchina.
- TBM con scudo per liquami (Hydroshield): Utilizzato in terreni granulari o sotto alta pressione dell'acqua. Stabilizzano il fronte iniettando un liquame di bentonite pressurizzato, che forma un pannello filtrante per sigillare il terreno. Il materiale scavato viene miscelato con il liquame e pompato in un impianto di separazione in superficie.
Vantaggi rispetto ai metodi convenzionali
Il global adoption of the Alesatrice per tunnel è determinato da numerosi vantaggi significativi rispetto al tradizionale metodo “drill-and-blast”:
- Sicurezza migliorata: Elimina l'uso di esplosivi, riducendo drasticamente i rischi per il personale.
- Interruzione minima della superficie: Le operazioni si svolgono principalmente nel sottosuolo, riducendo al minimo rumore, vibrazioni e disturbi: un grande vantaggio nelle aree urbane.
- Maggiore velocità ed efficienza: Le TBM forniscono un processo di tunneling continuo, spesso raggiungendo velocità di avanzamento significativamente più elevate rispetto alla perforazione e all'esplosione.
- Precisione: Le moderne TBM sono guidate da sofisticati sistemi laser o di navigazione, garantendo un'elevata precisione di allineamento.
- Scavo eccessivo ridotto: Il TBM bores a precise circular tunnel, reducing the amount of spoil (muck) generated and the volume of lining material required.
In conclusione, il Alesatrice per tunnel è uno strumento indispensabile per lo sviluppo delle infrastrutture del 21° secolo. Con la crescita della popolazione urbana e l’aumento della necessità di infrastrutture complesse a lunga percorrenza, come i tunnel ferroviari ad alta velocità e le vaste reti di servizi pubblici, il ruolo della TBM come meraviglia dell’ingegneria diventerà sempre più vitale.
