Sai Com'è Fatta una TBM? | Webuild Evolutio | Evolutio - Infrastructure for human development

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La Tunnel Boring Machine, detta anche talpa meccanica, è un mega macchinario in grado di scavare gallerie, rivestirle internamente e portare all’esterno il materiale generato durante le operazioni. Sono dei veri e propri giganti lunghi oltre 150 metri (quanto un campo da calcio e mezzo!) e possono pesare anche più di 2.500 tonnellate (l’equivalente di circa 45 vagoni di un treno passeggeri ad alta velocità!).

Laddove le condizioni del terreno lo permettono, con l’utilizzo di questi giganti si effettua il cosiddetto scavo meccanizzato: le TBM consentono infatti la completa “meccanizzazione” tanto degli scavi quanto del rivestimento interno della galleria ottenuta (questa tecnica si usa in alternativa allo scavo tradizionale).

Le TBM vengono impiegate per realizzare tunnel ferroviari, stradali, metropolitane, opere idriche e per progetti di estrazione mineraria e geotermica.

Utilizzate per la costruzione di alcuni dei tunnel più lunghi e avanzati al mondo, al passaggio della TBM la galleria è praticamente finita e pronta per essere attrezzata con quanto necessario (binari, impianti tecnologici, segnaletica).

Grazie alla loro elevata produttività e versatilità, l’impiego delle talpe meccaniche oggi rappresenta il metodo di scavo di gallerie più utilizzato. Le TBM, infatti, possono lavorare in una grande varietà di terreni (sabbiosi o argillosi, fatti di rocce plutoniche o vulcaniche, metamorfiche o sedimentarie) e ciò permette di operare in modo efficiente senza interrompere le attività in superficie (condizione ideale, ad esempio, per le aree urbane densamente popolate), oltre che in totale sicurezza e riducendo l’impatto ambientale.

Per costruire una TBM servono circa 10 mesi e per farla poi funzionare in modo corretto sono necessarie 80 persone, di cui 60 minatori, esperti del mestiere in sotterranea, e una ventina fra tecnici specializzati e staff che fanno la spola fra il tunnel e la centrale operativa fuori dal tunnel.

La media di scavo di una TBM è di circa 15-20 metri al giorno a seconda delle condizioni geologiche in cui si trovano a operare.

Scopri com’è fatta e come funziona la Tunnel Boring Machine e perché è la modalità di scavo più efficiente, veloce e sicura.

Com’è fatta e come funziona una TBM?

Le TBM sono composte da tre parti principali: la testa della fresa (parte anteriore) con la sua motorizzazione, lo scudo (parte centrale) e il sistema di spinta (parte posteriore).

Tipologie di TBM

Esistono diversi modelli di TBM, studiate appositamente per i differenti tipi di terreno. Una volta definite le caratteristiche e scelto la tipologia della macchina si progettano le sue specifiche personalizzazioni, ossia il diametro e il design della testa fresante, la potenza o la tipologia dello scudo.

Per questa ragione ogni TBM rappresenta praticamente un esemplare unico!

Le tipologie si dividono principalmente in due famiglie: le Hard Rock TBM e le Soft Ground TBM.

Hard Rock TBM

Sono utilizzate in presenza di rocce dure e stabili come granito, basalto, gneiss. Ecco le principali talpe di questa famiglia.

Si preferiscono in caso di fronti rocciosi stabili che necessitano dell’installazione di bulloni da roccia, calcestruzzo spruzzato, rete metallica ed eventualmente di centine metalliche. La TBM Gripper è definita “aperta” in quanto priva di scudo. Non installa gli anelli di conci.
Una TBM di questa tipologia, con un diametro di 9,30 m, è stata usata per la Galleria di Base della Ferrovia del Gottardo in Svizzera con un tracciato di 57 km di lunghezza.

TBM Single Gripper Karahnjukar Project Iceland

Si utilizza principalmente in terreni rocciosi. È stata sviluppata e brevettata a inizio anni ’70 da SELI (parte del Gruppo Webuild), in collaborazione con l’americana Robbins. La TBM a Doppio Scudo avanza nel terreno con un movimento telescopico: la parte scudata è divisa in due settori, che si muovono come due tubi inseriti l’uno all’intero dell’altro; il settore posteriore è ancorato alle pareti della galleria e spinge in avanti la testa fresante.

È l’unica macchina in grado di installare gli anelli dei conci durante la fase di scavo; per questo è molto veloce e fa registrare tempi rapidissimi di avanzamento nella costruzione dei tunnel.
TBM a Doppio Scudo con un diametro di 10,71 m sono state impiegate dal Gruppo Webuild per l’impianto idroelettrico Mohale Hydroelectric Tunnel in Lesotho e nella Galleria di Base del Brennero.

Double Shield Wanjiazhai Yellow River Diversion Project China 4,8m diam

Più comune della gemella a Doppio Scudo, è generalmente impiegata in condizioni del fronte di scavo prevalentemente stabili. Per avanzare, utilizza una testa rotante che taglia il terreno.
Questo tipo di TBM presenta uno scudo all’interno del quale vengono creati in sicurezza i conci che vengono installati nella fase in cui la macchina non sta procedendo con lo scavo.
È Monoscudo una delle tre TBM impiegate da Webuild in Australia nel progetto idroelettrico Snowy 2.0: tra le più avanzate al mondo, è in grado di scavare con una inclinazione del 47% in salita e del 9% in discesa.

Single Shield Dugway Storage Tunnel Cleveland USA

Soft Ground TBM

Queste macchine vegono utilizzate in presenza di tutti i tipi di suolo. Vediamo le principali tipologie:

TBM EPB (Earth Pressure Balance) o TBM a Contropressione di Terra è la più utilizzata. Si impiega in presenza di terreni soffici o medio/soffici, come quando si scava sotto una falda acquifera o quando si lavora in ambito urbano perché permette di minimizzare l’impatto dello scavo sull’area in superficie.

Questa TBM avanza stabilizzando il fronte di scavo attraverso la pressione del materiale scavato: il materiale abbattuto è infatti raccolto nella camera di scavo e tenuto a una pressione controllata in grado di controbilanciare la pressione esterna esercitata dal terreno circostante.

L’utilizzo recente di innovative schiume compattanti del suolo ha ampliato notevolmente i limiti per questo tipo di TBM, rendendole adatte non solo per terreni argillosi, limacciosi o sabbiosi ma anche per la ghiaia fine, quindi sono di gran lunga le macchine più complete per le attività di scavo.
Le EPB che Webuild impiegherà nel progetto stradale North East Link in Australia saranno tra le più grandi al mondo, con un diametro di 15,5 metri come un palazzo di 5 piani e poco più!

Viene utilizzata in caso di sabbia, ghiaia ed elevata permeabilità – ma anche in caso di alta pressione - dell’acqua. Normalmente è associata a un impianto in superficie per il trattamento di separazione dei fanghi, utilizzato per la gestione del materiale di scarto della TBM.

Sono tra le più innovative macchine di scavo meccanizzato oggi impiegate. Si utilizzano in presenza di terreni non omogenei, quando i cambiamenti della geologia lungo il tracciato del tunnel possono essere notevoli. Combinano le caratteristiche di una EPB e di altre tipologie di TBM, come una Monoscudo. In questo caso, la talpa può scavare in modalità EPB in terreni soffici, e, non in pressione, può essere impiegata come Monoscudo e può quindi affrontare formazioni rocciose.
È Multimodale una delle tre TBM impiegate per lo scavo in Italia della linea ferroviaria Fortezza-Ponte Gardena, che Webuild sta realizzando per l’accesso Sud alla Galleria di Base del Brennero, asse ferroviario Monaco - Verona.

Anche nel difficilissimo scavo del tunnel idraulico di Lake Mead è stata utilizzata questa tipologia di TBM. In questo caso, la pressione idrostatica ha raggiunto anche 15 bar ancora oggi record mondiale di pressione con scavo meccanizzato.

Questa tipologia di TBM è una combinazione delle caratteristiche di una EPB e di una Slurry Shield. Queste talpe vengono utilizzate in condizioni del fronte instabile e presentano una camera di scavo e una camera di lavoro pressurizzate.

Due TBM di questa tipologia, del diametro di oltre 7 m, sono state utilizzate per la realizzazione del Forrestfield-Airport Link Project di Perth in Australia (ora Airport Line).

Variable Density Forrestfield Airport Link Perth

Il team in una TBM

Il ruolo dell’uomo nell’utilizzo delle TBM è di fondamentale importanza. Al di là della progettazione, all’interno di una macchina sono ospitate squadre composte da un minimo di 14 a un massimo di 20 operatori per turno, a seconda della tipologia di macchina.

A capo del team c’è il capoturno responsabile delle operazioni, che si avvale delle competenze di un ingegnere, di un operatore pilota della TBM, di un erettore (responsabile dell'installazione, montaggio e del supporto alle operazioni di “erettaggio” delle strutture di rivestimento del tunnel ) insieme a due aiutanti, un operatore delle pompe di grouting per la stuccatura insieme a due aiutanti, una squadra addetta ai nastri, alle tubazioni, alle linee e infine un meccanico e un elettricista specializzati in TBM.

A questi si possono aggiungere due o tre operatori treno oltre al personale esterno.