Rock Mass Excavability Index (RME)

Nel 2006 al World Tunnel Congress ITA in Corea, Z. T. Beniawski, Benjamin Celada e José Miguel Galera, sulla base di circa 400 sezioni di tunnel, presentarono per la prima volta il Rock

Mass Excavability Index (RME): scopo di tale indice è quello di indicare il tipo di TBM più

adeguata per lo scavo e essere un utile strumento per la previsione della performance della macchina in termini di velocità di avanzamento.

Le informazioni che devono essere raccolte per ogni singola sezione di tunnel (regione geo- strutturale)sono le seguenti:

dati geometrici: ubicazione del tunnel, lunghezza e diametro;

dati dell’ammasso roccioso: RMR e i suoi parametri, DRI, dati sulle discontinuità, afflusso d’acqua;

dati della TBM: indice d’avanzamento, coefficiente d’utilizzo, indice di penetrazione, velocità di rotazione, coppia (momento di torsione), spinta, numero di cutter sostituiti ed energia specifica di scavo.

È importante osservare che una sezione di tunnel studiata per l’RME è definita come una regione geologico-strutturale del tunnel, cioè la stessa sezione in base alla quale si determina l’RMR, e all’interno della quale esistono caratteristiche uniformi (quali la spaziatura e le condizioni della discontinuità), la stessa litologia di tipo roccioso e un RMR che non vari più di mezza classe (10 punti). Inoltre la sezione selezionata dovrebbe preferibilmente essere più lunga di 40 metri, il tempo di scavo dovrebbe essere fornito in giorni fratto una frazione decimale e l’utilizzo della TBM non dovrebbe essere inferiore. Tutti questi aspetti sono importanti per confrontare i diversi case histories di scavo di tunnel.

L’indice RME si ottiene dalla somma dei cinque parametri d’immissione elencati in Tab. 5.3, ponderati secondo dei pesi analizzati statisticamente, riducendo al minimo l'errore nella previsione dell’ARA (Average Rate of Advance).

94

Tabella 5.3 Parametri impiegati per il calcolo dell'RME [32]

Tre dei parametri presenti in tabella, resistenza a compressione uniassiale, spaziatura delle discontinuità e afflusso al fronte, sono facilmente valutabili da un geologo esperto. Il valore dello stand-up time può essere valutato dall’RMRTBM.

Utilizzando l’ RMRTBM e l’altezza della galleria (roof span) è possibile stimare il valore del

tempo di stand-up, mediante il grafico riportato in Fig. 5.10.

95

Una volta determinato l’RME, è possibile stimare un Indice Medio d’Avanzamento (Averange

Rate of Advance) dalla Fig. 5.11.

Figura 5.11 Stima dell'ARAT a partire dall'RME [32]

L’RME aveva inizialmente lo scopo di valutare la fresabilità della roccia considerando gli aspetti rilevanti per le caratteristiche della roccia e per la performance della TBM, come l’orientamento dell’asse del tunnel rispetto alle discontinuità più importanti e al Drilling Rate

Index (DRI). Allo stesso modo, per includere gli altri fattori successivamente considerati

occorre introdurre il concetto di ARA reale (ARAR), che tiene in considerazione:

1. Influenza dell’equipaggio della TBM (Crew Efficiency Factor): nella costruzione dei tunnel, appare evidente come la qualificazione e l’esperienza dell’equipaggio della TBM, che manovrano la macchina tutti i giorni, abbiano un’importante influenza sulle performance ottenute.

96

Tale fattore è stato introdotto a partire dall’esperienza acquisita durante la costruzione dei tunnel di Guadarrama (Spagna) lunghi 28 km e scavati da quattro TBM, e dalla proposta di Remo Grandori. Si considera:

Dove

FE1 rappresenta l’esperienza dell’appaltatore

FE2 rappresenta la qualifica della squadra

FE3 rappresenta la risoluzione delle dispute

sono opportunamente tabellati, come di seguito.

Tabella 5.5-5.6-5.7 Fattori relativi all’esperienza dell’appaltatore, alla qualifica della squadra e alla risoluzione delle

dispute [32]

2. Influenza della lunghezza di scavo (Adaptation to the Terrain Factor): performance accresciute sono ottenute con l’aumentare della lunghezza del tunnel.

97

Tabella 5.8 Variazione delle performance in relazione alla lunghezza dello scavo [32]

3. Influenza del diametro del tunnel (Tunnel Diameter Factor), valutabile con una delle due espressioni seguenti.

La relazione applicabile per valutare l’ ARAR diventa quella della Eq. 5.14:

Per mettere in relazione l’RME con l’ARA per i diversi tipi di TBM, occorre innanzitutto notare che i valori della resistenza a compressione uniassiale del materiale roccioso offrono due scenari completamente diversi per le performance della TBM.

È evidente che una TBM che lavora in un ammasso roccioso con σci= 20 MPa avrà un

avanzamento molto maggiore rispetto ad una che lavora in un terreno con σci=130 MPa.

Per questo motivo, basandosi su ricerche e dati riguardanti i tunnel, è stato deciso che le relazioni più significative tra RME e ARAT per i tipi più comuni di TBM si stabiliscono

considerando separatamente due serie di resistenza a compressione uniassiale per la roccia intatta: resistenze σci maggiori o minori di 45 MPa.

L’analisi delle correlazioni tra l’indice RME e il Tasso Medio di Avanzamento Teorico (ARAT)

della macchina di scavo, ha portato alle raccomandazioni generali che seguono per la scelta del tipo di TBM da impiegare:

98

- Per i terreni con una fresabilità molto buona, con RME > 80 e σci > 45 MPa, le TBM aperte

sono le macchine che offrono le migliori performance, mentre nel caso di σci < 45 MPa ma

RME > 80, le TBM a doppio scudo sono preferibili.

- Per terreni di buona fresabilità, con un RME tra 70 e 80 punti, tutti i tipi di TBM mostrano performance simili se σci > 45 MPa. In caso di resistenza a compressione uniassiale della

roccia inferiore a 45 MPa, le TBM aperte offrono vantaggi molto minori rispetto le TBM a scudo singolo.

- Per terreni di media o scarsa fresabilità, con RME < 70 punti, le TBM a scudo singolo sono le più appropriate.