Approfondimento: la costruzione delle gallerie

Scavo Meccanizzato

La realizzazione delle gallerie della Linea C, scavate sotto falda, ad una profondità compresa tra i 20 m e i 35 m dal piano stradale, prevede l’utilizzo delle TBM (Tunnel Boring Machine), una tra le più sofisticate tecnologie nel campo dello scavo meccanizzato in ambiente urbano.

Per la realizzazione della tratta compresa tra la Stazione Giardinetti e la Stazione San Giovanni sono state utilizzate quattro TBM del tipo EPBS (Earth Pressure Balance Shield), uguali fra loro e di fabbricazione HERRENKNECHT.

Le prime due sono state calate nel Maggio 2008 all’interno del pozzo d’introduzione scudi del cantiere TBM presso la stazione Giardinetti ed hanno scavato le gallerie di linea fino al Pozzo 5.4, mentre le altre due hanno effettuato lo scavo dal Pozzo TBM Malatesta al Pozzo 5.4.

Contemporaneamente le prime due TBM sono state estratte dal Pozzo 5.4 e, previa manutenzione della componentistica della macchina, sono state calate all’interno del Pozzo TBM Malatesta, da dove hanno scavato le galleria di linea fino alla stazione di San Giovanni.

Lo scavo delle gallerie TBM, per una lunghezza complessiva di circa 19,5 km, si è concluso nel giugno 2011.

Completato il passaggio della TBM, che avanza di circa 8/12 metri al giorno con punte di 20 metri e può lavorare 24 ore su 24 per sette giorni alla settimana, la galleria è sostanzialmente finita, completa del suo rivestimento e pronta per essere attrezzata con i binari e gli impianti tecnologici indispensabili per il controllo e la gestione del traffico.

AVANZAMENTO SCAVO TBM

 Le TBM

Per fabbricare una TBM occorrono circa 10 mesi. Trasportati i singoli componenti, vengono assemblate sul luogo dello scavo, in almeno due mesi.

Successivamente vengono calate nel sottosuolo attraverso pozzi verticali, utilizzati anche per il trasporto in superficie del materiale scavato.

Ogni TBM viene assistita da una squadra di 25 persone per turno.

La TBM utilizzata per lo scavo delle gallerie della Linea C ha un diametro di 6.70 m mentre il rivestimento interno é costituito da conci prefabbricati in calcestruzzo armato, con uno spessore di 30 cm, un diametro interno di 5,80 m.

Ogni anello prefabbricato, lungo 1,40 m è costituito da nº 6 conci principali + nº 1 concio di chiave. Gli anelli sono del tipo “universale” e si adattano a 19 possibili diverse posizioni in funzione del raggio di curvatura da ottenere.

I conci vengono realizzati in uno stabilimento di prefabbricazione mediante un impianto fisso con maturazione forzata a vapore.

TBM SCHEMA

 

L’avanzamento

Per le gallerie della Metro C ad oggi realizzate sono state utilizzate quattro TBM di proprietà della società di Metro C.

Le frese hanno raggiunto un avanzamento complessivo di circa 19,5 km in appena poco più di un anno e mezzo di attività lungo le tratte T6, T5 e T4, con risultati brillanti in termini di mantenimento dei parametri di scavo e valori dei cedimenti superficiali misurati.

Per il breakthrough di estrazione all’interno dei manufatti è stato utilizzato un sistema di anello metallico con guarnizione di tenuta che consente l’abbattimento del diaframma del pozzo in presenza di falda a tergo.

Tale tecnica può essere considerata un’alternativa ai tamponi di consolidamento di testata, in quanto consente di effettuare le fasi di ingresso (come nel caso in oggetto) e di uscita da Pozzo o Stazione, attraverso un sistema di guarnizioni che garantiscono la tenuta idraulica intorno allo scudo della TBM nei confronti della falda presente a tergo delle paratie.

Questo caso è il primo in Italia, per quanto riguarda l’impiego di questa tecnologia nella fase di “arrivo” della TBM tipo EPBs (cioè con pressione di terra al fronte) all’interno di un pozzo.

La fase di arrivo risulta assai più complicata, rispetto a quella di partenza, principalmente per i seguenti motivi:

  • Elevata precisione di guida topografica della TBM richiesta.
  • Bilanciamento della pressione al momento del breakthrough.

Il dispositivo, di fabbricazione MSD- HERRENKNECHT, si compone, secondo la sequenza di posa in opera, dei seguenti elementi:

  • Anello con pioli radiali
  • Anello con guarnizione
  • Tappo di chiusura frontale.

L’operazione di breakthrough mediante anello metallico richiede la predisposizione di una sequenza dettagliata di fasi operative a partire dagli ultimi avanzamenti di scavo (in avvicinamento all’ultimo diaframma da abbattere) e fino all’ingresso dello scudo all’interno delle guarnizioni di tenuta e relativa pressurizzazione.

In particolare:

  • Montaggio degli elementi che compongono il dispositivo all’interno del pozzo di estrazione.
  • Avanzamento della TBM in modalità EPB fino ad intestare la testa fresante dentro il tampone consolidato.
  • Progressiva riduzione della pressione di sostegno del fronte durante gli ultimi scavi e fino all’abbattimento dell’ultimo diaframma consolidato.
  • Breakthrough e avanzamento a vuoto.
  • Ingresso della testa fresante all’interno della guarnizione e relativa pressurizzazione.
  • Rimozione del tappo di chiusura.

L’uso del dispositivo offre i seguenti vantaggi:

  • Controllo delle venute d’acqua.
  • Riduzione dei consolidamenti da superficie.
  • Riutilizzabilità della struttura.

Lungo il tracciato della Linea C si è scelto il passaggio a pieno di tutti i manufatti – stazioni e/o pozzi – tranne nei casi della stazione Teano e Malatesta. Tale scelta, che consiste nell’effettuare il passaggio della TBM all’interno del manufatto, quando la quota di scavo, si trova ad almeno un diametro al di sopra della calotta, permette di dare continuità alla realizzazione delle gallerie di linea indipendentemente dall’avanzamento dei manufatti, con evidenti benefici in termini di produzione ed indipendenza delle attività realizzative. Una volta che lo scavo del manufatto ha raggiunto la galleria, quest’ultima viene demolita per il tratto interno alle paratie perimetrali. 

Aspetti geologici e geotecnici

Dal punto di vista geologico-geotecnico il percorso dello scavo fin qui realizzato ha interessato sostanzialmente terreni di natura piroclastica facenti parte del complesso dei Vulcani Laziali. La copertura delle gallerie rispetto alla calotta varia da un minimo di circa 6 m ad un massimo di 25-30 m in corrispondenza della tratta Lodi – San Giovanni, con un carico idraulico di falda variabile lungo il tracciato, comunque sempre presente per tutta l’intera opera ad eccezione di una prima tratta iniziale, a partire dall’imbocco Torrenova.

SCAVO TRADIZIONALE

In punti particolari della linea, quali le banchine di cinque stazioni (Torre Spaccata, Torre Maura, Alessandrino, Parco di Centocelle, Mirti), i tronchini di ricovero dei convogli di Malatesta ed Alessandrino e la connessione ferroviaria di Alessandrino, avendo necessità di una sezione netta interna della galleria maggiore di 5.80 m, dopo il passaggio della TBM è stato eseguito un allargo della galleria con scavo in tradizionale mediante il consolidamento preventivo del terreno al contorno dello scavo con iniezioni cementizie e chimiche aventi la funzione sia di impermeabilizzare il terreno, che di miglioramento delle caratteristiche meccaniche e di resistenza.

Questo tipo di scavo è stato effettuato per una lunghezza complessiva di circa 1,4 km.

Inoltre, le gallerie di linea che sotto-attraversano la stazione esistente San Giovanni Linea A, aventi una lunghezza di circa 40 m per ogni via di corsa, sono interamente realizzate con scavo in tradizionale a foro cieco, sotto falda, mediante il consolidamento e l’impermeabilizzazione del terreno con la tecnologia del congelamento.

Tale tecnologia si utilizza negli scavi sottofalda in condizioni difficili con presenza di terreni sciolti o rocce fratturate.

La tecnica del congelamento rappresenta la scelta più appropriata nei casi in cui si opera in ambienti urbani con terreni molto permeabili ed importanti battenti idraulici al fine di garantire il maggior livello di sicurezza possibile, sia per le maestranze impegnate, sia per le pre-esistenze in superficie.

Questo tipo di intervento ha avuto un’eccezionale valenza tecnica, per la presenza dei vincoli dettati sia dalle strutture pre-esistenti (in particolare i pali di fondazione della linea A che hanno imposto interassi tra le canne congelatrici di oltre 3 metri e mezzo), sia per il passaggio della galleria al di sotto di una linea metropolitana in esercizio, in assenza di ricoprimento.

Le società di Metro C s.c.p.a