Una delle meraviglie dell’ingegneria moderna è la Tunnel Boring Machine (TBM), una macchina utilizzata per scavare tunnel sotterranei. Non si tratta solo di un discorso di maggiore efficienza: la tunnel boring machine ha anche un impatto ambientale ridotto rispetto ai metodi tradizionali.
Vediamo secondo quale meccanismo funziona la tunnel boring machine, e come riesce a scavare in modo così efficace i tunnel stradali.
Storia
L’idea di utilizzare una macchina per scavare tunnel risale a secoli fa, ma è solo nel 19esimo secolo che i primi prototipi iniziano a prendere forma. Uno dei precursori delle moderne tunnel boring machine è stata la fresa meccanica a perforazione, sviluppata da Marc Isambard Brunel e suo figlio Isambard Kingdom Brunel per scavare il tunnel sotto il Tamigi durante la costruzione del Thames Tunnel di Londra negli anni ’30 del 1800. Queste prime macchine erano azionate manualmente e spesso incontravano problemi tecnici.
Nuovi materiali
La svolta tecnologica per la tunnel boring machine giunge però nel 20esimo secolo. I materiali, l’elettronica e l’ingegneria meccanica sono state infatti rivoluzionate, rispetto agli anni in cui si edificava il tunnel sotto il Tamigi.
Componenti principali della Tunnel Boring Machine
Testa di taglio
È il cuore della tunnel boring machine e si trova all’estremità anteriore della macchina. La testa di taglio è dotata di grandi e robusti utensili in metallo duro, noti come “cutter” o “dischi di taglio”, che devono materialmente frantumare il terreno. Questi cutter sono sostituibili e progettati per affrontare condizioni geologiche diverse.
Scudo
Si trova dietro la testa di taglio ed è la parte che avvolge e protegge i lavoratori all’interno della macchina. Lo scudo aiuta a sostenere il terreno scavato e previene eventuali crolli.
Meccanismo di avanzamento
La tunnel boring machine è dotata di un sistema idraulico o meccanico che spinge la macchina in avanti mentre scava. Questo meccanismo di avanzamento è essenziale per far progredire il tunnel.
Nastro trasportatore
Il materiale scavato viene trasportato all’interno della TBM tramite un nastro trasportatore, evitando così accumuli e blocchi che potrebbero ostacolare il funzionamento.
Sistema di sostegno del tunnel
A seconda delle condizioni geologiche, il tunnel potrebbe richiedere un supporto aggiuntivo. È per questo motivo che le tunnel boring machine possono essere attrezzate con un sistema che eietta calcestruzzo per rivestire le pareti del tunnel.
Funzionamento
Il funzionamento di una Tunnel boring machine è affascinante e inizia da un corretto posizionamento della macchina all’inizio del tunnel.
Solo a questo punto è possibile avviare la testa di taglio e iniziare il lavoro materiale di rompimento della parete terrosa, rocciosa o dotata di altre consistenze. Il terreno scavato viene trasportato all’interno della tunnel boring machine mediante un nastro trasportatore. Così il tunnel rimane sgombro e il processo di scavo può continuare senza interruzioni.
La macchina si spinge avanti usando un meccanismo di avanzamento idraulico o meccanico. Nel frattempo, lo scudo retrocede dietro la testa di taglio, proteggendo il terreno scavato e gli operai all’interno.
Questi passaggi vengono ripetuti finché la tunnel boring machine non raggiunge la destinazione prevista, ovvero fino al completamento del tunnel secondo il progetto originario.
Applicazioni
Non è solo l’escavazione di gallerie stradali il campo d’applicazione della tunnel boring machine. Abbiamo un impiego massiccio anche per i tunnel ferroviari e le metropolitane.
Inoltre, si possono svolgere grazie a questa tecnologia delle escavazioni mirate per opere idriche, come fognature, impianti di trattamento delle acque reflue, condutture con relativi impianti di drenaggio.
Vengono utilizzate anche per progetti di ingegneria complessi come centrali idroelettriche e dighe, o infine per l’estrazione mineraria.