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Un tunnel è più di un semplice spazio sotterraneo. È un connettore-di persone, di comunità, di paesi. Può espandere le opportunità economiche. Ma costruire un tunnel richiede molto tempo. Le alesatrici a tunnel (TBM) hanno migliorato la velocità con cui questi massicci progetti di costruzione sono stati completati. In questo articolo discutiamo i diversi tipi di TBM e come funzionano.
La prima alesatrice
Il Thames tunnel fu il primo tunnel sottomarino ad essere completato. Ci sono voluti 18 anni per costruire e fu finalmente aperto al pubblico nel 1843. Il lavoro è stato possibile con l’uso di una macchina di tunneling progettata dall’ingegnere Marc Brunel e da suo padre, Isambard Kingdom Brunel. A differenza di TBMs di oggi, la roccia è stata rimossa manualmente. Ogni lavoratore sarebbe stare in una cella di quello che era essenzialmente una gabbia di ferro. La gabbia (chiamata anche scudo) è stata spostata in avanti di circa sei pollici e lo scavo sarebbe continuato.
I quattro sistemi di una alesatrice per tunnel
Una alesatrice per tunnel ha quattro sistemi di base:
Alesatrice
Il sistema di alesatrice taglia la roccia. Ha una testa di taglio montata con frese a disco. La testa di taglio ruota e preme i dischi di taglio contro la sua faccia. Questo crea un movimento di affettatura. L’alta pressione che la testa di taglio esercita è maggiore della resistenza alla compressione della roccia e la macina con relativa facilità. Il tipo di cutterhead e frese a disco utilizzato si basa sul tipo di roccia.
Spinta e bloccaggio
Il sistema di spinta e bloccaggio TBM è responsabile dello spostamento in avanti della macchina tramite cilindri idraulici. Il serraggio limita la spinta secondo necessità.
Letame-rimozione
La roccia e il terreno rimossi dalla testa di taglio possono essere mescolati con acqua o altre sostanze per creare un “letame” che viene rimosso più facilmente. In genere un trasportatore a coclea estrae il letame su un nastro trasportatore standard in cui il materiale viene infine prelevato al di fuori del tunnel e smaltito.
Supporto
L’alesatrice deve essere protetta dal materiale che gli cade intorno mentre si macina. I sistemi di supporto per proteggere il TBM dalle zone di guasto includono tubi, iniezione di stucco, bulloni di roccia e congelamento utilizzati sopra o davanti alla testa di taglio. Un sistema di supporto dello schermo del tetto può essere usato per proteggere i lavoratori che sono dietro il cutterhead mentre il TBM avanza nella roccia fratturata.
Principali tipi di alesatrici per tunnel
Esistono due principali classificazioni di TBMS: scudo aperto e scudo chiuso. Open shield TBMs può avere un singolo scudo o un doppio scudo. Questo tipo di TBM fornisce solo supporto laterale. I TBM a scudo chiuso offrono supporto sia laterale che frontale.
Esempi di alesatrici per tunnel
Le alesatrici per tunnel continuano a diventare più grandi e sofisticate. La società Robbins è uno dei principali produttori di TBM negli Stati Uniti. Infatti, il fondatore dell’azienda, James Robbins, ha progettato e realizzato la prima alesatrice per tunnel moderna nel 1952. È stato utilizzato nel progetto Oahe Dam del Dakota del Sud. La società Robbins classifica cinque alesatrici specifiche per tunnel:
Come funziona una alesatrice per tunnel
Le alesatrici per tunnel a fascio principale vengono utilizzate per forare rapidamente attraverso la roccia dura. Sono un tipo aperto di TBM. La testa di taglio ha lo stesso diametro del tunnel. I cilindri di spinta idraulici spingono le frese nella roccia dura mentre la testa di taglio gira. Nel frattempo un sistema di presa galleggiante spinge contro le pareti del tunnel. La pinza rimane bloccata in posizione. I cilindri di propulsione si estendono e il fascio principale sposta il TBM in avanti. C’è un trasportatore della cinghia nel fascio principale che muove il letame dai secchi dentro il cutterhead girante alla parte posteriore del TBM. I cilindri di spinta si ritraggono che a loro volta riposizionano il gruppo pinza. Il processo di alesatura continua dopo che le pinze di presa sono estese e le gambe posteriori sono sollevate.
Doppio scudo
Questo tipo aperto TBM viene utilizzato per tunnel attraverso terreno difficile ad una velocità paragonabile a una macchina fascio principale. Anche se si chiama Doppio scudo, in realtà ha tre scudi: uno scudo telescopico, uno scudo di presa e uno scudo di coda. Lo schermo della pinza di presa spinge contro le pareti del tunnel mentre i cilindri di spinta principali spingono il supporto della testa di taglio e la testa di taglio in avanti. Lo scudo telescopico si estende mentre la macchina si muove e fora attraverso la roccia. L’intero TBM è protetto da terra tutto intorno ad esso. La macchina fora simultaneamente attraverso la roccia ed erige il rivestimento del tunnel. Questa operazione avviene all’interno dello scudo di coda.
Singolo scudo
Il singolo scudo TBM viene utilizzato per massicciamente fratturato roccia. Il corpo TBM è racchiuso in uno scudo leggermente più piccolo del tunnel stesso. In questo modo, i lavoratori sono protetti dalla roccia rotta fino a quando non viene installato il rivestimento del tunnel. L’erezione del rivestimento del tunnel e del tunnel viene eseguita in sequenza.
Le alesatrici a tunnel incrociate
Le TBM crossover sono utilizzate per il tunneling a terra misto. Questo TBM sostituisce la necessità di utilizzare diverse macchine per gestire una varietà di tipi di terreno. Per lavorare in sicurezza, tuttavia, i TBM crossover richiedono dati geologici accurati.
Bilanciamento della pressione di terra
Le macchine di bilanciamento della pressione di terra sono di tipo chiuso TBM. Sono utili per alesare attraverso la roccia alterata o in terreni morbidi sotto la falda freatica. In particolare nelle aree urbane in cui la subsidenza della superficie del suolo deve essere ridotta al minimo. La macchina EPB di Robbins Company utilizza uno schermo articolato in grado di gestire la pressione di afflusso dell’acqua fino a 10 Bar. Questo TBM stabilizza la faccia del tunnel e la subsidenza della superficie del terreno regolando la pressione all’interno della camera di taglio per mantenerla in equilibrio con la pressione davanti alla testa di taglio. Il rivestimento del tunnel viene eretto dopo ogni spinta. Le guarnizioni ad alta pressione nella protezione della coda proteggono la macchina dalla pressione al suolo.
L’ambiente di lavoro TBM
Una alesatrice per tunnel è un ambiente autonomo per i lavoratori. Ha servizi come uffici, una cucina e caffetteria, e servizi igienici. Come ogni ambiente di lavoro, è soggetto a norme e regolamenti statali e federali.
Wrap Up
Le alesatrici per tunnel ci hanno permesso di creare connessioni tra persone e luoghi un tempo impensabili. Le macchine diventano sempre più grandi e sofisticate. Ma ogni TBM può essere distillato fino a quattro sistemi principali: noioso, spinta e bloccaggio, rimozione del letame e supporto. I diversi tipi di TBM gestire una varietà di situazioni del suolo e ambienti diversi – da sott’acqua a sotto le città. Le alesatrici per tunnel continueranno a soddisfare le mutevoli esigenze del nostro mondo complesso.
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