Modalità di scavo.

La TBM LOVAT adoperata nei cantieri di Arezzo, opera in modalità aperta, senza cioè applicare alcuna pressione nella camera di scavo per il supporto del fronte della galleria. Il fronte viene quindi sorretto meccanicamente dalla testa fresante stessa.

Lo scavo inizia quando i motori elettrici azionano le pompe a cilindrata variabile, le quali a loro volta alimentano i motori idraulici che azionano la testa fresante e i cilindri di propulsione a contrasto con l’ultimo anello di conci fabbricati .

Rotazione testa

• 3 motori elettrici da 200kW

• 3 pompe a pistoni a portata variabile

• 8 motori idraulici ad ingranaggi che trasmettono il moto alla corona dentata solidale con la testa di taglio

Traslazione longitudinale

• 1 motore elettrico da 250kW

• 2 pompe a pistoni a portata variabile

Tesi di dottorato Ing. Luca Sorgia 138

L’operatore imposta la velocità di rotazione della testa e la spinta, le quali determineranno la velocità di avanzamento.

La velocità massima di avanzamento in modalità aperta per la TBM Lovat è di 40 - 50 mm/min.

Con l’ applicazione della spinta la testa fresante entra in contatto con il terreno e gli utensili possono svolgere la propria azione di taglio.

Affinché ci sia azione di scavo deve inoltre essere applicata sulla testa rotante una coppia capace di vincere le resistenze tra gli utensili e il materiale da scavare. La potenza dei motori viene trasferita alla testa di scavo della TBM tramite l’applicazione della coppia.

Si deve raggiungere una condizione di equilibrio tra coppia e spinta, che dipende dal materiale che si sta scavando. Se non c’è questo equilibrio la TBM avanza molto lentamente relativamente alle normali velocità operative.

E’ chiaro che la velocità di avanzamento è strettamente legata alla geologia e tutti i problemi nascono perché ci si sta muovendo in un mezzo che si conosce poco. Le uniche informazioni che si hanno durante lo scavo sono i parametri di scavo che vengono visualizzati in tempo reale nella cabina di comando che, pur non fornendo in maniera esaustiva un quadro della situazione locale, rappresentano l’unico punto di riferimento per una buona gestione del ciclo di scavo.

Il materiale scavato passa attraverso le aperture della testa nello scudo anteriore e poi viene caricato sul nastro primario. Questo estrae il materiale dalla camera di scavo e lo scarica sul nastro secondario.

La TBM continua a scavare fino a che la macchina è avanzata di una lunghezza pari alla larghezza di un concio di rivestimento pari a 1,20 m. Dopo un avanzamento lo scavo viene interrotto, il treno (miscelatore malta e piattine porta segmenti) viene trasportato fuori dal tunnel e i conci di rivestimento vengono assemblati sulla superficie della galleria.

Figura 71 : Scavo in modalità aperta

(a)

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Foto 72: (a) - Particolare del fronte di scavo e del materiale che passa tra le aperture della testa; (b) - Materiale estratto dalla camera di scavo con il nastro primario

Le deviazioni del percorso della fresa in direzione e pendenza si ottengono selezionando l’apposito cilindro di spinta sul piano di spinta, basandosi sulle condizioni del terreno e sul giudizio ed esperienza dell’operatore fresa.

La selezione dello schema di spinta per una data direzione della TBM implica il settaggio di diversi valori di spinta in ogni cilindro propulsore allo scopo di guidare la TBM. L’aumento della pressione per i cilindri propulsori su un lato genera, durante lo scavo, un cambiamento di direzione della TBM verso il lato opposto.

Deviazioni di linea e pendenza non desiderate sono in larga parte causate dalle condizioni del terreno. Condizioni di terreno più duro su un lato della galleria causano la deviazione angolare della macchina verso la zona più facilmente scavabile. La pressione del cilindro di propulsione deve quindi essere diminuita sul lato in questione o incrementata sul lato più duro per compensare tale deflessione.

Il termine “centro di spinta” si riferisce alle coordinate della combinazione di forze generate dai settagli dei singoli cilindri di spinta relativamente all’asse della TBM. La macchina può allora essere direzionata posizionando il centro di spinta in opposizione alla direzione desiderata.

Se non è possibile mantenere la testa fresante in direzione e pendenza mediante la sola regolazione dei cilindri di propulsione, la si può ridirezionare utilizzando i cilindri di articolazione. La selezione dei cilindri di articolazione viene eseguita in base agli stessi principi che regolano la selezione dei cilindri di spinta. Bisogna comunque prestare particolare attenzione quando viene articolata la testa fresante poiché una brusca o improvvisa articolazione potrebbe causare il blocco della TBM all’interno della galleria. L’articolazione viene eseguita con valori di coppia e spinta ridotti.

Per garantire un accurato controllo dell’allineamento dello scavo e quindi il rispetto delle tolleranze plano-altimetriche progettuali, la fresa è stata dotata di un sistema automatico di controllo della posizione della macchina. Si tratta del sistema di guida laser manuale TACS, dotato di un target video nello scudo anteriore, PC industriale, laser di galleria (con teodolite solidale al rivestimento) e software di comunicazione per fornire con continuità ed in tempo reale all’operatore fresa e al topografo i dati relativi alla posizione della TBM rispetto all’asse teorico di progetto della galleria. Il sistema consente anche di rilevare e visualizzare la posizione dell’ultimo anello messo in opera rispetto ai precedenti e rispetto all’asse teorico del rivestimento.

(b) (a)

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Figura 73: Schema di funzionamento del sistema di monitoraggio e guida TACS (TACS, 2005)

Figura 74: Interfaccia grafica del sistema TACS (a sinistra: posizione della TBM rispetto all’asse teorico; a destra: posizione dell’anello di rivestimento rispetto all’asse teorico) (TACS, 2005)

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