The universal TBM

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LA T.B.M. UNIVERSALE ALLE SOGLIE DEL 2000 - ASPETTI TECNICI

ED IMPRENDITORIALI

1. PREMESSA

Ho accettato volentieri di scrivere il presente articolo in occasione del ventennale della rivista

Gallerie. Mio padre, lIng. Carlo Grandori, scrisse uno dei primi articoli per questa rivista 19

anni or sono sullargomento dello scavo meccanizzato.

Esiste quindi un motivo di continuit e di tradizione che mi ha dato uno stimolo particolare..

Ho cercato di sviluppare largomento del presente articolo sulla base di questa tradizione e

della esperienza personale maturata nei circa 15 anni di lavoro alla SELI e in altri incarichi di

consulenza svolti nel settore dello scavo di gallerie con TBM.

2. INTRODUZIONE

Gi nelle prime applicazioni dello scavo di gallerie a piena sezione con TBM, si manifest la

necessit di sviluppare il progetto di queste macchine per ampliarne il campo economico di

applicazione ad un largo spettro di geologie e di tipologie di progetti.

In altre parole si cercato fin dallinizio di progettare e costruire la cosiddetta TBM

UNIVERSALE la quale, per essere veramente tale, dovrebbe possedere le seguenti

caratteristiche:

Capacit di avanzare nella pi vasta gamma di geologie possibili e di fronteggiare con minimi ritardi e/o fermi di produzione le situazioni straordinarie (Universalit nella

geologia)

Capacit di variare il proprio diametro di scavo in tutto lo spettro che il mercato richiede (Universalit nei diametri)

Capacit di montare qualsiasi tipo di supporto e/o di rivestimento prefabbricato (Universalit nei supporti/rivestimenti)

Ing. Remo Grandori, Amministratore Delegato SELI S.p.A.

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Capacit di mantenere avanzamenti orari elevati in tutte le situazioni e/o combinazione di situazioni di cui sopra (Universalit nelle produzioni)

Se da un lato evidente che una tale TBM non esiste ne probabilmente mai esister, bisogna

anche prendere atto che gli sforzi compiuti negli ultimi 30 anni non sono stati assolutamente

vani ed esistono oggi TBM in grado di soddisfare in buona parte le caratteristiche di cui

sopra.

Tali TBM, che definirei TBM TECNICAMENTE UNIVERSALI sono quindi una realt ed

il futuro prossimo potr ulteriormente ampliare il loro campo di applicazione in tutte le

direzioni.

3. TIPOLOGIA E CARATTERISTICHE DI UNA TBM TECNICAMENTE

UNIVERSALE

Come noto vi sono tre tipologie principali di TBM:

Le frese aperte Le frese a doppio scudo telescopico Le frese monoscudo

Le caratteristiche funzionali di queste TBM possono essere riassunte in estrema sintesi come segue (per maggiori dettagli esiste la pi ampia letteratura):

Le frese aperte hanno un campo geologico di applicazione limitato alle formazioni

rocciose sostanzialmente stabili ed allimpiego di supporti tradizionali (bulloni centine e

spritz beton), In formazioni instabili le difficolt ed i tempi di posa dei supporti dello scavo

incidono negativamente in maniera importante sulla velocit di avanzamento della TBM;

nei casi peggiori lavanzamento pu essere del tutto impedito.

Le frese a doppio scudo telescopico hanno un campo geologico di applicazione molto

esteso e sono in grado di montare (solo alloccorrenza) sia supporti di tipo tradizionale e

sia rivestimenti prefabbricati definitivi o primari. Il montaggio dei supporti o dei

rivestimenti prefabbricati avviene di norma contemporaneamente alla fase di scavo,

garantendo una elevata produttivit oraria. In figura 1 sono comparati gli avanzamenti

ottenuti nelle diverse classi di roccia (in accordo con la classificazione di Bieniawski) dalle

due frese aperte e dalle due frese doppio-scudo nel tunnel di EVINOS-MORNOS in Grecia.

Ing. Remo Grandori, Amministratore Delegato Seli S.p.A. 2

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Le frese monoscudo hanno un campo geologico di applicazione sostanzialmente

coincidente con una doppio-scudo. Sono per obbligate a montare dei rivestimenti

prefabbricati, su cui si spingono per avanzare.

Il montaggio dei prefabbricati avviene in fase alterna allo scavo, quindi con perdita di

produttivit oraria rispetto ad una fresa doppio-scudo.

Sulla base di quanto sopra si ricava che il tipo di TBM pi vicino al concetto di TBM

Universale, sia rispetto al campo geologico di applicazione, che alla produttivit ed alla

flessibilit nel tipo di supporti/rivestimenti posti in opera, la fresa a Doppio Scudo

Telescopico (Figura 2).

La TBM aperta infatti vincolata allimpiego in geologie sicuramente buone ed in generale i

suoi problemi di avanzamento/posa supporti crescono notevolmente allaumentare del

diametro. Anche nei riguardi del tipo di supporti la TBM aperta vincolata a tipologie ben

precise ed esclude tecnicamente limpiego di rivestimenti prefabbricati.

Le frese monoscudo soddisfano in larga misura la Universalit Tecnica nei riguardi della

geologia ma non nei riguardi dei supporti e della produttivit. Per essere

conveniente/possibile il loro impiego quindi necessario che sia richiesto un rivestimento

prefabbricato sistematico e che la roccia sia ben fresabile, questo affinch la durata del ciclo

di avanzamento sia accettabile.

Certamente una fresa non pu dirsi Universale semplicemente per il fatto di essere una TBM

del tipo a Doppio Scudo Telescopico.

Questo tipo di frese, nei circa 25 anni di sviluppo che sono seguiti alla sua prima

applicazione, hanno via via modificato il loro disegno e le loro caratteristiche tecniche

adeguandosi al progresso tecnologico e progettuale in base anche ai problemi emersi nella

loro applicazione.

Per illustrare in maniera esauriente tutti gli aspetti tecnici che fanno di una TBM a doppio

scudo una TBM TECNICAMENTE UNIVERSALE occorrerebbero maggiori spazi: Si

possono citare di seguito esclusivamente alcune caratteristiche fondamentali come:


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Testa Fresante - Utensili di taglio e struttura calcolata per resistere ad elevate spinte

specifiche, dimensione longitudinale ridotta, possibilit di intercambiare il tipo di utensili

di taglio (cutters, picks), sostituzione dallinterno degli utensili di taglio, benne di carico

ad apertura regolabile e con bordi intercambiabili, lamiera di blindatura per il sostegno di

fronti instabili, assenza di spigoli e protuberanze, porte di accesso al fronte, fori passanti

per lesecuzione di perforazioni ed iniezioni al fronte.

Azionamento della rotazione della testa - Capacit di regolare, possibilmente in forma

continua, la velocit di rotazione e di disporre di elevate coppie allavviamento.

Cuscinetto di spinta principale - Alta capacit e lunga durata anche quando soggetto a

spinte elevate e/o eccentriche; sistema di guarnizioni con tenuta anche a fluidi in

pressione

Trasportatore marino - A nastro con tenute contro lo sgocciolamento, eventualmente

sostituibile con coclea per applicazioni/situazioni speciali

Scudo anteriore - Capacit di resistere ad elevate spinte del terreno, sistema idraulico di

stabilizzazione/smorzamento vibrazioni, fori per perforazioni ed iniezioni del fronte e

della calotta

Sistema telescopico - Articolato ed apribile idraulicamente, dotato di finestre di

ispezione e pulizia

Scudo posteriore - Grippers di grandi dimensioni articolati in modo da distribuire

uniformemente la pressione sul terreno, diametro esterno dello scudo minore rispetto

allanteriore per limitare i rischi di bloccaggio in terreni convergenti, sistema di spinta

ausiliaria sui rivestimenti prefabbricati capace di elevatissime spinte, fori per

lesecuzione di fori di prospezione ed iniezione

Impianti elettroidraulici e possibilit operative - Possibilit di guida attiva della TBM

per il mantenimento dellallineamento verticale ed orizzontale anche in presenza di fronti

misti e/o di terreni molto teneri; possibilit di avanzare alternativamente, in funzione

della qualit del terreno, con funzionamento telescopico utilizzando i grippers oppure in

alternativa con funzionamento monoscudo spingendosi sui rivestimenti prefabbricati;

sistema di autodiagnosi dei guasti e di registrazione parametri macchina.


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Ovviamente, affinch il sistema sia completo e funzionale anche il back-up della TBM

deve essere progettato, oltre che per alloggiare le attrezzature ausiliarie della TBM, per

poter garantire il flusso di materiali che la TBM richiede.

4. DIAMETRO DI SCAVO E STANDARDIZZAZIONE

Fino ad oggi in Italia, ma anche allestero salvo alcune nazioni come la Svizzera, i progettisti

ed i committenti hanno progettato le gallerie con i diametri tra loro pi diversi.

I costruttori di TBM e gli imprenditori sono stati di conseguenza forzati a progettare TBMs in

grado di variare il diametro di scavo in un determinato range con limitate modifiche alle

carpenterie e senza intervenire sostanzialmente sul cuore della macchina.

Considerando che il costo ciascun set di modifica del diametro comunque importante (15-

25% del costo della TBM a seconda del tipo e del range di diametri della modifica), per

evitare di dover disporre di un numero illimitato di set di modifica per diametri tra loro molto

vicini, auspicabile che vengano stabiliti (concordandoli a livello nazionale tra committenti,

progettisti ed esecutori,) un numero limitato di diametri standard di riferimento tra i quali si

dovrebbe scegliere di volta in volta il pi adatto alle esigenze della particolare opera.

La figura 3 mostra come con solo n.4 TBM, ognuna corredata di sets per configurarsi su tre

diametri diversi, si potrebbe coprire tutto il campo dei diametri che il mercato oggi richiede,

offrendo ai consulenti/progettisti stessi comunque una scelta sufficientemente differenziata.

Tecnicamente quindi la Universalit dei diametri si pu raggiungere solo parzialmente con

una fresa, che appunto ha un limite nel suo campo di variazione. E importante comunque che

essa sia progettata in modo che, allinterno del suo campo di diametri possibili, le modifiche

necessarie siano le minime possibili e siano predisposte.

5. SUPPORTI DELLO SCAVO E RIVESTIMENTI PREFABBRICATI

Diversi motivi hanno portato allo sviluppo ed alla diffusione dei rivestimenti prefabbricati,

sempre pi con funzione definitiva. Tali motivi si possono cos riassumere:

Possibilit di fornire contrasto alla spinta della TBM in situazioni geologiche dove non si possano utilizzare grippers


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Minori tempi di completamento (se il rivestimento prefabbricato definitivo) e maggiore garanzia sulle produzioni al variare della geologia

Sicurezza per il personale Certezza delle quantit di lavoro Meccanizzazione e ripetitivit delle operazioni di posa Pi agevole controllo della qualit del prodotto

Questi importanti vantaggi hanno limitato limpiego di supporti tradizionali a poche

applicazioni secondarie (come cunicoli pilota di limitata lunghezza) o a gallerie dove si abbia

la ragionevole certezza di una geologia favorevole oppure ancora dove particolari esigenze

progettuali dellopera impongano un rivestimento in situ.

Negli ultimi dieci anni limpiego di rivestimenti prefabbricati si esteso anche a tunnel

idraulici in pressione in progetti dove la copertura rocciosa attorno alla galleria era

sufficiente, in rapporto alla pressione interna del tunnel, ad impedire fenomeni di

fratturazione idraulica.

Come anticipato nei capitoli precedenti, lunico tipo di fresa che consente di porre in opera sia

supporti tradizionali che rivestimenti prefabbricati, come anche di avanzare senza porre in

opera alcun supporto, quella a Doppio Scudo Telescopico.

Ovviamente, per render meccanizzata la posa dei supporti e/o dei prefabbricati, la TBM a

doppio scudo telescopico deve essere dotata di erettore (per centine, e/o pannelli centina e/o

prefabbricati) e bullonatrici, mentre il back-up della TBM deve essere equipaggiato per la

movimentazione di tali supporti/prefabbricati e, se previsto, la posa di spritz-beton.

6. GEOLOGIA E RISCHIO GEOLOGICO

Una moderna TBM del tipo a Doppio-scudo Telescopico in grado oggi di avanzare senza

modificare il proprio ciclo operativo, quindi con elevate produzioni, in una gamma molto

vasta di formazioni rocciose.

Anche questo tipo di TBM pu per incontrare delle situazioni limite, avendo definito come

situazioni limite per una TBM quelle nelle quali la TBM stessa non pu lavorare con le


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modalit esecutive per le quali progettata e costruita e/o comunque il suo avanzamento

fortemente rallentato o impedito.

Nel seguito sono indicate le situazioni limite maggiormente diffuse, e gli accorgimenti

progettuali esecutivi che ne consentono il superamento e che deve essere possibile eseguire

con una TBM TECNICAMENTE UNIVERSALE.

a) LIMITE DI FRESABILITA

Una roccia non tecnicamente fresabile quando la TBM non riesce a penetrare nel fronte

con sufficiente rapidit e/o il consumo di utensili supera un limite accettabile.

La fresabilit o meno di una formazione non si stabilisce normalmente in forma assoluta

ma relativamente ad una alternativa con esplosivo, confrontandone gli aspetti economici

e programmatici, tenendo in conto anche le differenze di quantit-qualit e costi dei

rivestimenti.

Grazie al progresso tecnologico nel campo degli utensili di taglio e nella potenza/spinta

delle moderne TBM ormai rarissimo che una formazione rocciosa possa essere

considerata economicamente non fresabile.

Pi facilmente nel campo dei diametri maggiori, oltre ai 10 m, le TBM possono avere

delle difficolt di penetrazione in formazioni di altissima resistenza.

La TBM a doppio scudo, per la sua massa, per il sistema di spinta distribuito

uniformemente su tutta la circonferenza e per lazione degli stabilizzatori di cui dotato

lo scudo anteriore, particolarmente adatta per lavorare in rocce estremamente dure e

poco fresabili.

In generale, quando la TBM scava in rocce poco fresabili, molto utile poter regolare

con continuit la velocit di rotazione della testa per poter trovare quella particolare

combinazione tra spinta di avanzamento e velocit di rotazione in cui lazione di taglio

efficiente e le vibrazioni della TBM ridotte.

b) FORTE INSTABILITA DEL FRONTE DI SCAVO IN ROCCIA

Fino a che i fenomeni di instabilit si verificano ad una distanza dal fronte superiore al

metro circa, quando cio lo scudo della TBM pu esercitare la sua azione di supporto, la


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TBM a doppio scudo pu avanzare senza dover modificare il proprio ciclo operativo,

quindi con produzioni elevate.

I fenomeni di instabilit che avvengono al fronte di scavo, se di lieve entit, possono

essere fronteggiati sostenendo il fronte con la testa fresante e controllando che eventuali

sovrascavi non assumano dimensioni preoccupanti.

Quando per lo stato di fratturazione e/o alterazione della roccia tale che si verificano

forti fenomeni di instabilit del fronte di scavo, che non si arrestano per un raggiunto

equilibrio, si pu arrivare ad una situazione limite di funzionamento anche per una fresa a

doppio scudo.

In queste situazioni lavanzamento pu essere impedito principalmente per due motivi o

per la loro combinazione:

la testa non gira pi perch i blocchi e/o il materiale franato premono sulla testa stessa e la incastrano

Il sovrascavo creato dalla frana di blocchi tale che continuare lavanzamento potrebbe mettere in pericolo la sicurezza dellopera e creare situazioni difficilmente

rimediabili.

Un corretto disegno della testa fresante, una elevata coppia di rotazione e la possibilit di

arretrare leggermente la TBM diminuendo la pressione del fronte contro la testa, sono il

pi delle volte sufficienti per una rapida ripresa dellavanzamento.

Nelle situazioni pi sfavorevoli per quanto sopra pu non essere sufficiente. Fino a qualche anno fa, in questi casi, bisognava intervenire in tradizionale con cunicoli di by

pass da cui poi eseguire trattamenti e/o infilaggi. Le interruzioni dellavanzamento della

TBM per eseguire tali interventi non erano mai inferiori al mese e spesso superavano i due

o tre mesi.

Oggi possibile intervenire con iniezioni di miscele chimiche di riempimento e consolidamento direttamente al fronte, attraverso la testa fresante e lo scudo anteriore . Se

si interviene per tempo e sistematicamente, prima cio che lentit del sovrascavo esalti i

fenomeni di instabilit, si riesce il pi delle volte a superare levento in tempi dellordine

di qualche ora o al massimo di due o tre giorni. Ovviamente la entit dellintervento


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richiesto e la durata del fermo dipende, oltre che dalla entit del fenomeno, anche dal

diametro della TBM.

La introduzione sul mercato delle miscele chimiche per il riempimento dei vuoti ed il consolidamento della roccia ha ampliato notevolmente lo spettro geologico di

applicazione delle TBM, costituendo uno dei maggiori progressi degli ultimi anni in

questo campo.

c) ATTRAVERSAMENTI DI FAGLIE E ZONE MILOTINIZZATE IN

PRESENZA DI TERRENI CON COMPORTAMENTO FLUIDO PLASTICO IN

PRESSIONE.

Quando, nellattraversamento di una faglia, il terreno completamente alterato e vi sono

forti venute di acqua, Il fronte di scavo si pu comportare in maniera simile ad un fluido

in pressione e cercare di invadere come un fiume la galleria.

In queste situazioni la fresa non normalmente in grado di avanzare, ma anche un

avanzamento in tradizionale impedito, ed occorre intervenire con trattamenti speciali di

bonifica, drenaggio e stabilizzazione della faglia.

I metodi e tempi di intervento dipendono dalle specifiche situazioni e sono difficilmente

preventivabili. Come ordine di grandezza possono occorrere da 1 a 3 mesi per superare

un singolo evento.

Tali situazioni sono per fortuna molto rare.

Anche in queste situazioni utile se non indispensabile che la TBM sia del tipo a doppio

scudo in quanto:

Lo scudo e la testa garantiscono la protezione e la sicurezza del tunnel immediatamente dietro il fronte della galleria e consentono di predisporre ed eseguire,

dallinterno dello scudo stesso, i trattamenti necessari.

Se necessario si pu indietreggiare con la TBM, cosa non possibile con gli altri tipi di TBM (incluso la monoscudo), riducendo la pressione della frana sulla testa e dando la

possibilit, mentre si arretra di fermare la frana con interventi di stabilizzazione.


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In ogni caso, l dove esiste la possibilit di incontrare faglie e/o cavit carsiche che

possano dare luogo alle condizioni sopra descritte, sempre bene eseguire

preventivamente dei fori di sondaggio al fronte e predisporre alloccorrenza gli

interventi..

d) GALLERIE CONVERGENTI

Una fresa in difficolt quando importanti fenomeni di convergenza, comunque orginati,

si verificano a breve distanza dal fronte (qualche metro) in periodi di tempo inferiori alle

4-8 ore.

Attraverso la esperienza acquisita nello scavo di terreni fortemente convergenti (Argille

spingenti con pi di 1000 m di copertura nel tunnel di EVINOS-MORNOS in Grecia

come anche nel tunnel di Guadiaro-Majaceite in Spagna) sono stati messi a punto una

serie di dispositivi che consentono ad una fresa a doppio scudo telescopico di avanzare

anche in situazioni di convergenza molto forte e rapida; essi sono;.

Possibilit di aumentare il diametro di scavo della testa fresante (Overcutting) fino a portare il gioco tra scudo e scavo dai normali 6-8 cm a 14-20 cm sul diametro.

Capacit di esercitare spinte di avanzamento (sia principali che ausiliarie) dellordine delle 1000 tonnellate per metro di diametro di tunnel.

Possibilit di ridurre lattrito scudo/roccia attraverso la iniezione di bentonite allestradosso degli scudi.

Diametri decrescenti degli scudi mano a mano che ci si allontana dal fronte. Possibilit di intervenire scaricando la pressione del materiale e/o rifilando il profilo

della galleria, dalla zona telescopica della TBM, i.e circa a 4 mt dal fronte

(operazione agevole per solo nei diametri medio piccoli).

e) TERRENI COESIVI

Quando la formazione ricca di argilla e il grado di umidit della roccia in prossimit

di un valore critico, la testa della fresa pu avere problemi a caricare tale materiale che

forma una pasta coesiva che tappa le benne, i condotti e le tramogge e blocca i rulli di

taglio (cutters).


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Sono richiesti frequenti interventi di pulizia delle benne e la produzione pu essere

ridotta vicina allo zero.

Per superare il problema una TBM TECNICAMENTE UNIVERSALE deve essere

predisposta per :

apertura delle benne di carico per favorire il flusso del materiale montaggio di picchi e pale al posto dei cutters e/o dei denti delle benne utilizzo di polimeri fluidificanti per aumentare appunto la fluidit del materiale

scavato

Regolazione della velocit di rotazione della testa

f) FORTI VENUTE DI ACQUA

Una venuta dacqua pu portate una TBM ai limiti di funzionamento quando la sua

portata superiore alla capacit di evacuazione naturale del tunnel (per gravit) e/o della

capacit di pompaggio degli impianti predisposti in galleria.

Soprattutto se associata ad un elevato trasporto solido di sabbie e fanghi le venute di

acqua sono pericolose ed il livello dellacqua nella zona delle attrezzature della TBM pu

raggiungere livelli di rischio per le attrezzature elettriche.

E noto poi che le venute di acqua peggiorano di una classe almeno il comportamento

della roccia, esaltando tutti i fenomeni di instabilit

Per affrontare queste situazioni il back-up di una TBM TECNICAMENTE

UNIVERSALE deve essere dotata di pompe di aggottamento del tipo WellPoint di

capacit adeguata alle pi pessimistiche (ragionevoli) previsioni.

Nelle tratte dove il rischio di trovare venute di acqua in pressione pi elevato bene

effettuare sistematicamente un foro di prospezione per identificare preventivamente vene

di acqua e, nel caso, fermare lavanzamento della TBM per effettuare degli interventi di

drenaggio e/o trattamento con iniezioni chimiche della zona interessata dalla vena

dacqua.

g) GAS


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Le normative di sicurezza vigenti praticamente in tutti i paesi del mondo impongono di

interrompere le lavorazioni di galleria quando nella stessa si misurano concentrazioni di

gas superiori ad una determinata percentuale della miscela esplosiva (normalmente 20%).

Per poter rispettare questa normativa di sicurezza e lavorare in galleria dove sia prevista o

possibile la venuta di gas, una TBM e relativo Back-Up devono essere strumentati per

rilevare la concentrazione di gas nei punti pi critici dellimpianto ed automaticamente

interrompere lalimentazione di tutti gli utilizzi, salvo alcuni appositamente realizzati

antideflagranti (Ventilazione, Telefoni; Illuminazione di emergenza, Depurazione

Polveri, Gas detector) che rimangono in funzione fino a che la concentrazione di gas non

ritorna sotto le concentrazioni ammissibili ed il lavoro pu essere ripreso.

Con TBM cos equipaggiate sono state affrontate con successo, vale a dire senza

incidenti e con fermi di produzione limitati, tutte le recenti gallerie eseguite in formazioni

in presenza di gas.

E anche possibile, ma molto costoso, realizzare una TBM e relativo Back-Up con tutti

gli impianti in esecuzione antideflagrante. Non questa per la strada scelta e

raccomandata dagli enti preposti alla sicurezza.

Il metodo TBM comunque di gran lunga pi sicuro dei sistemi di scavo tradizionali per

quanto riguarda lavanzamento in presenza di gas in quanto:

le portate daria sono normalmente pi abbondanti lo schema di ventilazione ed le velocit dellaria nelle varie sezioni di lavoro sono

fisse in tutte le fasi del ciclo produttivo e anche il fronte di scavo ventilato in

aspirazione

si possono installare i rilevatori di gas in posizione fissa nelle zone critiche ed assicurare un monitoraggio continuo

pi facile realizzare e mantenere antideflagrante, secondo lo schema sopra descritto ma anche completamente, una TBM che un impianto di scavo

tradizionale.

Anche la esecuzione di fori di prospezione al fronte pu aiutare ad individuare

preventivamente venute di gas importanti.

Ovviamente una TBM TECNICAMENTE UNIVERSALE, ed il suo Back-Up, devono

essere predisposte, come sopra descritto, per lo scavo di gallerie in presenza di gas.


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h) ROCCE E ACQUE DI FALDA AD ALTA TEMPERATURA

Una TBM normale raggiunge il suo limite di funzionamento, quale che sia il tipo, quando

la temperatura della roccia e delleventuale acqua di falda non superano i 27-30.

Oltre queste temperature il calore prodotto dalla TBM e da tutte le attrezzature

ellettroidrauliche ausiliarie installate provoca condizioni di temperatura nella zona di

lavoro di 30-35 . Se per la presenza di acqua la umidit relativa anche elevata allora

non pi possibile lavorare senza predisporre un adeguato impianto di condizionamento

dellaria di ventilazione oltre a condizionare tutte le cabine di comando e controllo.

Se le temperature della roccia e/o dellacqua di falda superano i 40 gradi, allora il

problema diventa molto critico e risolvibile forse unicamente progettando la TBM ed il

relativo impianto ausiliario, nonch i sistemi di ventilazione, per queste condizioni di

lavoro eccezionali.

Tenendo conto di tutto quanto sopra si pu concludere che oggi una fresa TECNICAMENTE

UNIVERSALE in grado di superare senza importanti rallentamenti/fermi di produzione la

maggior parte delle situazioni limite e comunque di completare la galleria.

Quanto sopra risulta evidente dal grafico di Figura 4, dove si osserva come le produzioni delle

frese scudate utilizzate negli ultimi anni dalla SELI, anche se non tutte realizzate

completamente secondo i criteri sopra esposti, siano raramente disturbate da situazioni

geologiche limite e che queste siano state sempre superate senza che le medie generali di

avanzamento ne risultassero stravolte.

Per frese di grande diametro, sopra ai 9-10 m, le difficolt allavanzamento provocate da

situazioni limite sono maggiori e quindi, nel caso si preveda la possibilit di incontrare lungo

la galleria numerose difficolt geologiche, comunque prudente prevedere lesecuzione di un

cunicolo esplorativo, da eseguirsi con fresa scudata, dal quale trattare e bonificare

preventivamente le zone disturbate.

Tale cunicolo esplorativo preferibile sia eseguito fuori sezione, cos da:

permettere linizio dello scavo della galleria principale prima che il cunicolo sia terminato non disturbare la roccia nella sezione della galleria


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drenare lacqua di falda rimanere accessibile e disponibile anche durante lesercizio dellopera

7. PRODUZIONI OTTENIBILI CON UNA TBM TECNICAMENTE UNIVERSALE

Tutte le moderne frese a Doppio Scudo Telescopico hanno potenzialit sufficiente per

ottenere velocit di penetrazione molto elevate, tali da consentire avanzamenti teorici molto

superiori a quelli in realt ottenuti.

In figura 5 sono riportate:

il campo di penetrazioni per giro della testa fresante ottenibili con una TBM odierna al variare della fresabilit della formazione

le penetrazioni orarie minime e massime conseguenti delle TBM in funzione del diametro della testa fresante (la cui velocit di rotazione massima diminuisce linearmente con il

diametro di scavo)

Questo in quanto solamente in rocce di elevatissima resistenza e/o per frese di grande

diametro la penetrazione il fattore critico per lottenimento delle massime velocit di

avanzamento.

Piuttosto il limite allavanzamento oggi principalmente dato dalla potenzialit ed efficienza

dei back-up e dei sistemi di trasporto del marino.

Ci premesso, grazie alla possibilit di montare i supporti dello scavo contemporaneamente

allavanzamento, attraverso limpiego di una fresa a doppio scudo telescopico e di

rivestimenti prefabbricati, possibile ottenere produzioni pressoch costanti al variare della

classe di roccia, (vedi figura).

E questultima caratteristica, unitamente alla capacit di affrontare e superare buona parte

delle situazioni eccezionali che si possono incontrare in una galleria, a rendere limpiego delle

TBM TECNICAMENTE UNIVERSALI consigliabile in molti progetti.

8. POSSIBILITA DI IMPIEGO DI UNA TBM TECNICAMENTE UNIVERSALE

ANCHE IN TERRENI SCIOLTI INCOERENTI


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Con il diffondersi dellimpiego delle TBM e con lincremento dei progetti di galleria si sono

verificati dei casi in cui il tracciato della galleria interessava tratte di galleria in formazioni

rocciose e tratti in terreni sciolti.

La possibilit di impiego di una TBM TECNICAMENTE UNIVERSALE cos come sopra

individuata, sia nella versione monoscudo (Universale per geologia) che doppioscudo

(Universale per geologia, supporti e produzioni) in terreni sciolti o rocce a bassissima

resistenza dipende dal tipo e qualit di queste formazioni.

In formazioni argillose, o in conglomerati anche solo debolmente cementati ed in assenza di

acqua, limpiego quasi sempre possibile salvo ladozione di utensili di taglio e benne di

carico adatti a questi tipi di materiale.

In formazioni sabbiose e ghiaiose, miste o meno a limi e ad argilla e comunque in assenza di

coesione, occorre invece che la TBM sia dotata di un sistema di controllo in pressione del

fronte. Occorre cio che la TBM possa lavorare con modalit EPB (A pressione bilanciata di

terra) o con modalit Slurry Shield (Con fanghi bentonitici in pressione), la scelta tra i due

sistemi dovendo essere fatta caso per caso sulla base di parametri idrogeologici e progettuali.

Per poter funzionare in una delle due modalit sopra descritte occorre che la TBM il back-up

ed il sistema di smarino siano progettate e realizzate con caratteristiche specifiche per

lapplicazione.

E difficile ma possibile realizzare una TBM per roccia TECNICAMENTE UNIVERSALE

che, alloccorrenza e con qualche piccola o grande modifica, possa trasformarsi in una TBM

per terreni sciolti tipo EPB o Slurry Shield.

Una tale TBM, in gergo tecnico MIXSHIELD, corre per il rischio di essere una macchina

che non funziona in maniera ottimale ne in roccia ne in terreno sciolto.

Comunque sono state gi realizzate TBM del tipo MixShield, sia partendo da TBM

doppioscudo che monoscudo, e qualcuna ha ben funzionato.

E questo uno dei campi dove presumibilmente si attende il maggior sviluppo in un futuro

anche prossimo.

9. ASPETTI IMPRENDITORIALI LEGATI ALLIMPIEGO DI UNA TBM

TECNICAMENTE UNIVERSALE


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Una fresa tecnicamente universale una attrezzatura pi complessa di una TBM aperta o

anche di una TBM scudata non dotata di quelle caratteristiche che la rendono universale.

Per questo motivo i costi di acquisto e installazione sono maggiori rispetto agli altri tipi di

TBM.

Inoltre deve essere operata da personale altamente specializzato, quindi pi costoso ma

soprattutto difficilmente reperibile sul mercato; avere nei propri organici tale personale

quindi patrimonio dellImpresa ed esso va continuamente aggiornato sugli sviluppi

tecnologici, oggi molto rapidi, della elettronica e delloleodinamica.

Andrebbero inoltre aggiornati, parallelamente allintroduzione di queste nuove tecnologie,

anche i progetti, le specifiche tecniche ed i capitolati di appalto; la standardizzazione dei

diametri e delle specifiche tecniche dovrebbe essere lobiettivo principale di tale

aggiornamento, assieme a progetti delle sezioni tipo che tengano conto della tecnologia

esecutiva.

A fronte di questo impegno tecnico e di risorse richiesto allintero sistema industriale del

settore, il vantaggio conseguibile quello dellapprossimarsi, anche per la costruzione delle

gallerie, di quella certezza di tempi e di costi che rappresenta lobbiettivo primario sia

dellinvestitore che dellimprenditore.

10.CONCLUSIONI

Considerare che lo scavo di gallerie con TBM tecnologicamente avanzate sia una semplice

branca dellingegneria civile un errore.

La tecnologia dello scavo meccanizzato con TBM anche e sempre di pi una branca

dellingegneria industriale e come tale deve essere gestita. E per vero che, essendo il mezzo

(le formazioni rocciose) in cui si costruiscono le gallerie assai poco omogeneo e prevedibile

nel suo comportamento, le capacit delle macchine devono sempre essere integrate

dallesperienza delluomo e dalla sua capacit di interpretare le situazioni e di conseguenza

operare il mezzo meccanico.

La TBM TECNICAMENTE UNIVERSALE oggi una realt che va coltivata e migliorata.


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Gi oggi le sue potenzialit sono tali da rendere la sua applicazione pi sicura dei metodi

tradizionali in quasi tutte le applicazioni.

Loccasione che si pone allItalia, che deve dotarsi nei prossimi anni di infrastrutture

principalmente sviluppantesi in galleria, unica per acquisire e sviluppare una tecnologia che

potrebbe consentirle di realizzare tali infrastrutture in tempi brevi e con costi contenuti.

Si avrebbe inoltre il vantaggio di dotare il sistema delle imprese di mezzi tecnici e know-how

per competere a livello mondiale.

Purtroppo in molti importanti progetti di cui si avvia la costruzione in questi anni, la spinta

allinnovazione frenata dalla prudenza di progettisti, imprese e committenti che, decimati ed

impoveriti di risorse in seguito alla crisi del settore, non trovano il coraggio e la volont per

intraprendere con pi decisione la strada della meccanizzazione.

Peccato perch i fondi che lo stato investir in queste opere, oltre che allesecuzione delle

opere stesse, potrebbero e dovrebbero servire allinnovazione tecnologica del paese.


RIVISTA GALLERIE

LA T.B.M. UNIVERSALE ALLE SOGLIE DEL 2000 - ASPETTI TECNICI

ED IMPRENDITORIALI

THE UNIVERSAL TBM IN THE YEAR 2000- TECHNICAL ASPECTS AND

CONTRACTOR CONSIDERATIONS

1. SOMMARIO

Una TBM Universale, nel suo significato pi ampio, dovrebbe avere i seguenti requisiti:

capacit di superare una vasta gamma di formazioni geologiche diverse, possibilit di

modificare il suo diametro di scavo in un campo molto amplio, capacit di porre in opera

qualsiasi tipo di supporto/rivestimento prefabbricato, capacit di mantenere avanzamenti orari

elevati in tutte le situazioni e combinazioni di situazioni di cui sopra.

Pur non esistendo e non potendo forse mai esistere una fresa che possegga tutte queste

caratteristiche interamente, possibile sviluppare ulteriormente le TBM scudate oggi sul

mercato per realizzare una TBM TECNICAMENTE UNIVERSALE, una TBM cio che tali

caratteristiche le possieda in massima parte.

Il tipo di TBM che pi si presta a tale sviluppo quello a Doppio Scudo Telescopico, che ha

lo stesso campo geologico di applicazione di una TBM Monoscudo, ma in pi soddisfa ai

requisiti di Universalit anche nei riguardi dei supporti delle scavo e della produttivit.

Per realizzare da una TBM a doppio scudo telescopico una TBM Tecnicamente Universale

occorre migliorare molte componenti nonch il disegno generale della TBM.

Una TBM TECNICAMENTE UNIVERSALE deve essere in grado si superare anche

situazioni limite, magari adottando procedimenti esecutivi speciali. Se opportunamente

progettate questo tipo di TBM potr anche funzionare, alloccorrenza, con modalit EPB o

Slurry, attraversando formazioni in terreno sciolto.

Da un punto di vista imprenditoriale limpiego di queste macchine richieder una

riqualificazione delle imprese, dei suoi quadri tecnici ed operativi. Anche progettisti e

direzioni lavori dovranno aggiornarsi su queste tecnologie.

Ing. Remo Grandori, Amministratore Delegato SELI S.p.A.

RIVISTA GALLERIE

2. SUMMARY

A Universal TBM, in its more extensive meaning, should satisfy the following functional

requirements: capability to bore through the most different geological formations, possibility

to be modified to suit a large range of diameters, capability to install all types of rock supports

and precast linings, high advance rates in all the above situations and combinations of

situations.

If from one side it may be not possible to realise a TBM with all these capabilities in full, it is

definitely possible to develop the design and characteristics of the today shield type TBMs in

order to realise a Technical Universal TBM, i.e. a TBM that meet most of the above

requirements.

The Double Shield TBM is the TBM type more suitable fort the above mentioned

development, having the same geological capacity of the Single shield TBM, but being more

flexible regarding rock supports/precast linings installation and being able to reach higher

productions in all conditions.

In order to became a real Technical Universal TBM it is necessary to improve many

components as well the general design of the today Double Shield TBMs.

A Technical Universal TBM shall be able to advance also in most of the special geological

conditions that could be encountered in a tunnel, adopting also special procedures where

necessary. If specifically designed, these type of TBMS could also work (after more or less

important modifications) in EPB or Slurry mode, crossing soft ground formations.

From a Contractor point of view the utilisation of the Technical Universal TBMs will

require higher qualification of the technical and operational staff. Also the Design and

Engineers firms will have to improve their knowledge of these technologies.


Documents

The universal TBM