Metro C: Gallerie
Dal cuore di Roma verso la superficie
Il tracciato sotterraneo della Linea C si articola in due gallerie circolari a singolo binario affiancate, di diametro interno utile di 5,80 m.
Le gallerie si sviluppano ad una profondità compresa tra i 20 e i 50 metri dal piano stradale e sono state realizzate prevalentemente con scavo meccanizzato, attraverso l’utilizzo di 4 Tunnel Boring Machine (TBM).
I tunnel realizzati fino ad oggi lungo il tracciato complessivo della Metro C si concentrano nel tratto Monte Compatri/Pantano – Venezia (esclusa) hanno una lunghezza complessiva di circa 24 km (di cui 23.5 km realizzati con scavo meccanizzato e circa 1 km realizzato con scavo tradizionale).
Lo scavo meccanizzato
Lo scavo meccanizzato delle gallerie avviene tramite l’impiego di Tunnel Boring Machine (TBM), i macchinari più avanzati tecnologicamente per lo scavo di gallerie in ambiente urbano.
Le TBM, avanzando nel terreno, sono in grado di effettuare e rivestire lo scavo. Dopo il loro passaggio, la galleria è completa del suo rivestimento definitivo e pronta per essere attrezzata con la messa in opera dell’armamento e degli impianti tecnologici indispensabili per il controllo e la gestione del traffico ferroviario.
Lo scavo delle gallerie della Linea C in esercizio è stato completato nel giugno 2011 per la tratta Giardinetti–San Giovanni (parte interrata della tratta dal capolinea Monte Compatri/Pantano a San Giovanni). Le 4 TBM utilizzate hanno realizzato un avanzamento complessivo nelle due gallerie di circa 19 Km (9.5 per senso di marcia).
Le gallerie di linea, da San Giovanni a Piazza Venezia, sono state completate nell’agosto 2020 realizzando circa 4.5 km di scavo e raggiungendo un totale di circa 24 km.
Lo scavo meccanizzato in numeri
Tunnel boring machine
Le TBM sono vere e proprie talpe meccaniche che, mentre scavano, montano il rivestimento in galleria. Hanno una testa fresante circolare, protetta da uno scudo e dotata di artigli di acciaio e dischi rotanti in grado di frantumare il terreno.
La testa è collegata al corpo della macchina, comprensivo di cabina di guida e impianti, e al nastro per l’estrazione del terreno scavato. All’interno dello scudo, un sistema denominato erettore, installa progressivamente il rivestimento della galleria, costituito da conci. I conci sono elementi prefabbricati in calcestruzzo a forma di arco che, assemblati tra loro, formano gli anelli di sostegno della galleria.
Le TBM impiegate per la Linea C hanno una testa fresante di 6,7 metri di diametro, mentre il rivestimento definitivo della galleria è costituito da conci prefabbricati di 30 centimetri di spessore. Ogni anello di rivestimento è costituito da 6 conci principali, a cui si aggiunge il concio di chiave. L’anello è lungo 1,4 metri e ha un diametro interno di 5,8 metri.
Per la fabbricazione di una TBM occorrono circa 10 mesi. Trasportati i singoli componenti, vengono assemblate sul luogo dello scavo nell’arco di due mesi e successivamente calate nel sottosuolo attraverso pozzi verticali. Questi ultimi vengono utilizzati anche per il trasporto in superficie del materiale scavato.
Conci TBM armati con fibre di acciaio
Tra le principali innovazioni introdotte con il progetto della Linea C, si ricorda certamente l’utilizzo – per la prima volta in Italia – di rivestimenti definitivi prefabbricati installati nell’ambito degli scavi meccanizzati armati con fibre di acciaio, immerse nella matrice cementizia, in sostituzione delle ordinarie barre di armatura. Questo sistema è stato messo a punto per la realizzazione dell’ultimo tratto delle gallerie di linea fino alla stazione Venezia, per circa 70 anelli e una lunghezza di 140 cm al fine di anticipare le gallerie rispetto ai diaframmi perimetrali di stazione.
Il 2 ottobre 2019 Metro C S.c.p.A., insieme alla società di prefabbricazione dei conci Italia ha acquisito per la prima volta in il Certificato di Valutazione Tecnica – ai sensi del Cap. 11 punto 11.1 lett. C del DM 17.01.2018 – per l’utilizzo del calcestruzzo rinforzato con fibre metalliche utile alla realizzazione di manufatti prefabbricati e il rivestimento di opere in sotterraneo. Questo sistema potrà essere esteso alle gallerie del centro storico con evidenti benefici in termini di durabilità, resistenza al fuoco e passivizzazione delle strutture dalle correnti vaganti.
Compensation Grounting
Il Compensation Grouting consiste nell’iniezione di miscele cementizie nel terreno, da utilizzare contemporaneamente allo sviluppo delle attività che possono indurre cedimenti, come lo scavo delle gallerie.
Nel caso della Linea C, il Compensation Grouting è stato utilizzato a supporto delle fondazioni delle Mura Aureliane, al fine di compensare possibili cedimenti indotti dallo scavo delle gallerie di linea. Questa tecnica è stata eseguita a partire da un pozzo provvisorio, appositamente realizzato nei giardini di Largo dell’Amba Aradam, avente un diametro interno netto di 8 m e una profondità di scavo di circa 20 m da piano di calpestio. La superficie consolidata per mezzo di iniezioni cementizie al di sotto della cosiddetta “quota d’imposta” delle fondazioni delle Mura, presenta uno sviluppo di 3.600 m2. Le tecnologie adottate per questa tipologia di intervento sono considerate all’avanguardia per l’utilizzo di perforazioni teleguidate che hanno raggiunto distanze comprese tra i 40 m ed i 70 m.
In tutte le fasi di lavorazione è stata installata sulle strutture antiche una strumentazione di monitoraggio di estrema precisione, utile a garantire la buona riuscita dell’intervento. Un esempio è l’utilizzo di tazze livellometriche, che hanno consentito di conoscere in tempo reale la risposta deformativa e modulare correttamente i quantitativi di iniezione. Preliminarmente all’intervento è stato eseguito un campo prova per verificare su scala reale la qualità delle miscele di consolidamento e la risposta deformativa del terreno.
A livello tecnico, l’intervento di Compensation Grouting ha quindi permesso di plasmare il “bacino di subsidenza” indotto dallo scavo delle gallerie TBM, limitando i cedimenti e le distorsioni sul piano di posa delle fondazioni delle Mura a valori compatibili con la loro salvaguardia.
Lo scavo in tradizionale
Il progetto della Linea C prevede la realizzazione di limitati tratti delle gallerie di linea mediante scavo in tradizionale.
Questa metodologia, applicata sotto importanti battenti idraulici, è stata prevista per la realizzazione delle connessioni ferroviarie e delle gallerie di banchina quando non contenute all’interno del corpo stazione.
Generalmente a seguito dello scavo tramite TBM viene attuato il consolidamento del terreno posto al contorno del rivestimento della galleria, al fine di migliorare le caratteristiche di resistenza e ridurre la permeabilità del terreno per limitare al minimo le infiltrazioni di acqua in galleria durante le operazioni di scavo.
La tecnologia di scavo in tradizionale è stata utilizzata, per una lunghezza complessiva di circa 1,4 km, al fine di realizzare le banchine di 6 stazioni (Torre Spaccata, Torre Maura, Alessandrino, Parco di Centocelle, Mirti, Colosseo – Fori Imperiali), i tronchini di ricovero di Malatesta e Alessandrino, le connessioni ferroviarie di Alessandrino, Pozzo 3.3 (ubicato nei giardini di via Sannio) e Pozzo 3.2 (ubicato nei giardini di Piazza Celimontana), oltre che per lo scavo delle gallerie di linea tra Pozzo 3.3 e la stazione San Giovanni.
La realizzazione degli scavi in allargo avviene sempre mediante la preventiva esecuzione di consolidamenti radiali con miscele cementizie, chimiche e nano-silicatiche con messa in sicurezza del fronte attraverso elementi in vetro resina e infilaggi metallici al contorno. La consueta tecnologia di installazione del rivestimento provvisorio del cavo scavato consiste nella posa di centine metalliche e spritz beton tali da sostenere lo scavo nella configurazione provvisoria, fino alla realizzazione del rivestimento definitivo in cemento armato.
Lo scavo tradizionale in numeri
Le iniezioni nel terreno
Le iniezioni costituiscono una tecnica atta a migliorare le caratteristiche meccaniche (resistenza e deformabilità) e le caratteristiche idrauliche (permeabilità) nei terreni porosi e nelle rocce fessurate o fratturate attraverso impregnazione e/o riempimento con miscele cementizie o chimiche.
Tali trattamenti avvengono per effetto dell’immissione in pressione – max. 16-18 atmosfere – di idonee miscele attraverso perforazioni attrezzate con canne valvolate. Le miscele sono dei fluidi (sospensioni, soluzioni, emulsioni) dotati di proprietà reologiche evolutive, inizialmente idonei alla penetrazione nel mezzo poroso o fratturato, e che raggiungono in seguito le caratteristiche adeguate agli scopi del trattamento.
È una tecnologia ampiamente utilizzata per il consolidamento dei terreni nello scavo in tradizionale di gallerie sotto-falda.
Il jet grouting
Il jet grouting consiste nell’iniezione nel terreno di una miscela cementizia ad alta pressione – fino a 600 atmosfere – attraverso piccoli ugelli. Ciò al fine di consolidare i terreni di fondazione attraverso la realizzazione di colonne di diametro prestabilito.
Le tecniche attuali consistono nel disgregare il terreno miscelandolo nel contempo con una sospensione cementizia oppure nella rimozione della componente più fine mediante “jetting” di aria o acqua.
Anche questa è una tecnologia ampiamente utilizzata per il consolidamento dei terreni nello scavo in tradizionale di gallerie e per la realizzazione di tappi di fondo sottofalda.
Il congelamento
Il congelamento è una tecnica di consolidamento del terreno consistente nella realizzazione di una parete protettiva di terreno congelato all’interno del quale vengono eseguite le operazioni di scavo della galleria e di costruzione del rivestimento.
Rispetto alle tecnologie tradizionali, tale tecnica garantisce una maggiore sicurezza in rapporto ai problemi creati da filtrazione d’acqua o ai collassi locali della superficie di scavo.
La tecnologia del congelamento si utilizza per consolidare ed impermeabilizzare il terreno nel caso di scavi in tradizionale di gallerie sottofalda in presenza di terreni sciolti.
Nel caso della Linea C, il sistema di congelamento artificiale del terreno è stato utilizzato per lo scavo in tradizionale delle gallerie del sottoattraversamento dell’esistente stazione San Giovanni della Linea A e verrà impiegato per la realizzazione delle gallerie di banchina della stazione Venezia e della connessione ferroviaria pari-dispari presente a monte di quest’ultima stazione.
La resistenza a compressione di un terreno congelato varia in funzione del tipo di terreno ed aumenta in funzione della temperatura. I valori generalmente utilizzati variano fra i -5°C ed i -20°C, a cui corrispondono generalmente valori di resistenza variabili (tra 3 e 20 Megapascal).
Le fasi temporali di un processo di congelamento sono:
- la fase di pretrattamento mediante iniezioni di miscele cementizie e/o micro-cementi;
- la fase di congelamento artificiale del terreno mediante azoto liquido e/o salamoia;
- la fase di mantenimento del congelamento mediante azoto liquido e/o salamoia.
Microtunneling
Il tratto di galleria di linea compreso tra la stazione di San Giovanni ed il pozzo Multifunzionale 3.3 di Via Sannio, è stato realizzato con scavo in tradizionale a foro cieco, previo il consolidamento del terreno al contorno della sagoma della galleria mediante iniezioni chimiche e cementizie.
La realizzazione delle gallerie inizia con lo scavo di un foro pilota per una lunghezza di circa 140 m per ogni via di corsa, realizzato tramite microtunneller, lo scudo telecomandato munito di una fresa rotante dal diametro di 3000 mm e diametro interno dell’anello (in cemento armato prefabbricato) di 2600 mm.
Tale tecnologia permette la realizzazione del tunnel mediante l’avanzamento dello scudo fresante guidato da un sistema laser e spinto da martinetti idraulici.
Il foro pilota così realizzato è soggetto alla completa demolizione durante le successive operazioni di scavo per consentire l’esecuzione delle gallerie definitive di grande diametro. Una volta realizzato il foro pilota, dall’interno di tale struttura, vengono eseguiti i consolidamenti a raggiera con iniezioni nel terreno di miscele chimiche e cementizie, necessarie a migliorare le caratteristiche meccaniche e l’impermeabilità del terreno prima di procedere allo scavo in allargo delle due gallerie di linea.
