Le Tunnel Boring Machine (TBM), note come “talpe meccaniche”, sono macchine fondamentali per la realizzazione di gallerie e tunnel. Negli ultimi anni, l’evoluzione tecnologica ha portato allo sviluppo di modelli avanzati di TBM, caratterizzati da innovazioni che ne migliorano l’efficienza, la sicurezza e la versatilità. Questo articolo esplora le tecnologie avanzate, le prestazioni e le applicazioni delle moderne TBM, con esempi specifici e dati accurati.
Modelli avanzati di TBM
Le TBM moderne si distinguono in diverse tipologie, ciascuna progettata per specifiche condizioni geologiche e requisiti di progetto:
Innovazioni tecnologiche nelle TBM moderne
Le TBM di nuova generazione integrano tecnologie all’avanguardia per ottimizzare le operazioni di scavo:
- sistemi di monitoraggio avanzati: sensori integrati monitorano parametri come pressione, temperatura e vibrazioni in tempo reale, garantendo un controllo continuo delle condizioni operative e una maggiore sicurezza.
- intelligenza artificiale e apprendimento automatico: l’uso di algoritmi di machine learning consente l’ottimizzazione dei parametri operativi, adattando la macchina alle condizioni geologiche variabili e migliorando l’efficienza dello scavo. Studi hanno dimostrato che l’implementazione di tali algoritmi può aumentare la velocità di avanzamento del 11,10% e la durata degli utensili del 15,62% (arxiv.org).
- sistemi di propulsione elettrica: l’introduzione di motori elettrici ad alta efficienza riduce il consumo energetico e l’impatto ambientale delle operazioni di scavo.
Animazione 3D della TBM “Martina”
Il seguente video di Toto Holdings raffigura il funzionamento delle varie componenti di una TBM, mod. Herrenknecht -S574 impiegata nello scavo della Galleria Sparvo per l’ampliamento a tre corsie della autostrada A1.
Diametro di scavo: 15,62 m (pari ad un palazzo di 5 piani) Lunghezza complessiva: 130 m Area di scavo: 192 mq Valore della spinta: 39.485 t Peso totale: 4.500 t Totale potenza installata: 18 MW Consumo annuale: circa 62 mln di kWh
Applicazioni delle TBM moderne
Le TBM di nuova generazione trovano applicazione in diversi settori:
- costruzione di metropolitane: la capacità di scavare tunnel con precisione in ambienti urbani densamente popolati rende le TBM ideali per la realizzazione di linee metropolitane. Ad esempio, la linea M4 di Milano è stata completata utilizzando TBM avanzate, che hanno permesso di scavare 20 chilometri di gallerie a 30 metri di profondità con un impatto minimo sulla superficie.
- progetti idraulici: le TBM sono utilizzate per la costruzione di gallerie per acquedotti e fognature, garantendo scavi precisi e sicuri in vari tipi di terreno.
- tunnel stradali e ferroviari: la realizzazione di collegamenti sotterranei per strade e ferrovie beneficia dell’efficienza e della precisione delle TBM moderne, riducendo l’impatto ambientale e sociale dei cantieri.
Le TBM moderne si distinguono per efficienza e capacità di adattamento a diverse condizioni geologiche. Ad esempio, il modello Herrenknecht EPB Shield, utilizzato nella costruzione della metropolitana di Londra, ha un diametro di 7,1 metri e una capacità di scavo di circa 15 metri al giorno. Un altro esempio è il Robbins Double Shield, impiegato per il tunnel Brennero, con un avanzamento medio di 20-30 metri al giorno grazie alla sua capacità di consolidare il terreno durante lo scavo.
Consumo di acqua nelle TBM
Le TBM richiedono una notevole quantità di acqua per il raffreddamento dei sistemi di taglio, la gestione dei fanghi di perforazione e la stabilizzazione del terreno. In media, una TBM di grande diametro (10-15 metri) può consumare tra i 200 e i 500 metri cubi di acqua al giorno. Questo valore varia in base alla tipologia di macchina: le TBM a equilibrio di pressione della terra (EPB) usano l’acqua principalmente per il sistema di condizionamento del terreno, mentre le TBM a slurry impiegano grandi volumi di liquidi per il trasporto del materiale scavato e il bilanciamento della pressione.
Un caso studio significativo è il tunnel di Shanghai, dove l’uso ottimizzato del sistema di riciclo dell’acqua ha permesso una riduzione del consumo del 30% rispetto alle previsioni iniziali.