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Filo diretto con il cantiere – seconda parte

Lo scavo delle gallerie nel racconto di un direttore dei lavori con più di 40 anni di esperienza alle spalle. Un utile memoire che potrà servire anche alle nuove generazioni di Progettisti per integrare le proprie conoscenze accademiche con vera esperienza sul campo

Di seguito, analizzeremo il caso dello scavo di una galleria di 2.000 m, in terreni medi, con rocce compatte dure, terreni sciolti, venute d’acqua media (portata max. totale 2/3 l/s) e un solo imbocco con pendenza “favorevole” del 2% (qui la prima parte: http://online.stradeeautostrade.it/infrastrutture/gallerie-e-tunnelling/2016-06-30/filo-diretto-con-il-cantiere-prima-parte-53734/ e su “S&A” n° 118).

L’inizio dei lavori di scavo

Normalmente l’imbocco delle gallerie è situato in corrispondenza dei materiali più difficili, in quanto la partenza si svolge all’inizio di colline, montagne, dove esistono argille, terre coltive, depositi di detriti alluvionali. Quindi per i primi tratti si dovrà prevedere di usare la sezione C/1 con pre-consolidamento pesante.

  • L’escavatore all’attacco del fronte della galleria
    L’escavatore all’attacco del fronte della galleria
  • Il montaggio delle centine metalliche
    Il montaggio delle centine metalliche
  • L’esecuzione dello spritz-beton
    L’esecuzione dello spritz-beton
  • La pompa per l’iniezione della boiacca
    La pompa per l’iniezione della boiacca
  • Il posizionatore per l’infilaggio dei tubi
    Il posizionatore per l’infilaggio dei tubi
  • Il posizionatore per l’infilaggio dei tubi
    Il posizionatore per l’infilaggio dei tubi
  • Il ventilatore per procedere allo sfumo
    Il ventilatore per procedere allo sfumo
  • Il caricamento della volta
    Il caricamento della volta
  • Il caricamento della volta
    Il caricamento della volta
  • Un esempio di disgaggio della volta
    Un esempio di disgaggio della volta
  • Un esempio di disgaggio della volta
    Un esempio di disgaggio della volta
La sezione C/1 e il pre-consolidamento pesante

Le operazioni che vengono eseguite sono le seguenti:

  • con l’escavatore si eseguirà lo scavo del fronte, possibilmente verticale e affrancato con reti metalliche e spritz-beton;
  • davanti al fronte si monteranno quattro/cinque centine metalliche a tutta sezione che saranno rivestite da un getto di calcestruzzo di 30/40 cm per formare il pre-portale;
  • con il posizionatore munito di martello fondo foro del diametro di 140 mm si procederà a praticare i fori in calotta per predisporre l’infilaggio dei tubi in acciaio.

Il martello fondo foro è azionato ad aria compressa da 12/20 atmosfere; il posizionatore sarà dotato di un motocompressore di almeno 20.000 l ad alta pressione fino a 20 bar nonché di un braccio da 18 m e avrà delle aste di perforazione del diametro di 80 mm. Finito un foro della lunghezza voluta (15 o 18 m), verrà subito infilato il tubo in acciaio, del diametro di 140, in pezzi da 6 m che si collegano l’uno all’altro per mezzo di un’avvitatura interna. L’infilaggio dei tubi e la loro avvitatura sarà eseguita sempre con il posizionatore. Per essere iniettati, i tubi in acciaio saranno forati con due fori ogni 50 cm. Si procederà così alla posa in calotta di tutti i tubi previsti dal progetto e, con la pompa di iniezione, contemporaneamente si procederà alle iniezioni di boiacca, la miscela acqua-cemento che arriverà alla bocca della pompa tramite autobetoniera direttamente dall’impianto di betonaggio. Le operazioni di iniezione devono essere eseguite con grande cura in quanto sono quelle che devono consolidare la calotta del cavo. Si procederà con il seguente metodo: un operatore salirà sopra un elevatore alla bocca di ogni tubo e, con una malta speciale, eseguirà un collare fra foro e tubo per fare in modo che la miscela iniettata non possa fuoriuscire; alla bocca del tubo verrà poi applicato un otturatore, chiamato Packer, munito di saracinesca che, mediante un tubo ad alta pressione, collegherà la pompa di iniezione allo stesso. La pompa di iniezione sarà munita di manometro che segnerà la pressione di iniezione. La quantità di miscela iniettata varia a seconda dei terreni attraversati: normalmente vengono stimati (in fase di progetto) 100 l di boiacca per metro di tubo.

Per fare un esempio concreto di consolidamento, per una galleria stradale di 100 m2 di sezione vengono mediamente previsti 40 tubi da 18 m. I tempi per la perforazione e la conseguente iniezione durano circa un’ora per tubo, pari a 40 ore lavorative (vale a dire due giorni completi di lavoro). Terminata l’operazione dell’infilaggio dei tubi in acciaio, il posizionatore provvederà alla perforazione del fronte per infilare i tubi in vetroresina; verrà cambiato il martello fondo foro e montato un martello del diametro di 100 mm e con questo saranno eseguiti sul fronte i fori previsti in progetto. Contemporaneamente alla perforazione, i tubi in vetroresina saranno infilati manualmente. Questi tubi del del diametro di esterno di 60 mm saranno in barre da 6 m, e collegabili con manicotto a vite, saranno inoltre “microfessurati” in modo che, iniettati dalla bocca ad alta pressione, creino un consolidamento totale del fronte. Le iniezioni di boiacca di cemento saranno eseguite con gli stessi metodi dei tubi in acciaio. Per fare un esempio concreto di consolidamento, sempre per una galleria da 100 m2 di sezione, vengono mediamente previsti 35 tubi in vetroresina da 18 m. Le fasi di perforazione, infilaggio e iniezioni durano mediamente 30 minuti per tubo, pari a un turno di 12 ore.

Consolidato il fronte si procederà allo scavo e al pre-consolidamento. Con un escavatore da 400 q, munito di martellone da 40 q, si procederà alla demolizione di un campione del fronte della galleria della profondità di 1,50 m. Il martellone abbatterà il materiale “marino”, che verrà caricato con pala gommata su autocarro e portato a discarica. Quindi si procederà alla posa della centina metallica. La centina normalmente sarà formata da due travi a doppio T da 180/200/220 cm, accoppiati e collegati da calastrelli, ogni 50 cm (normalmente il peso di ogni centina è di 10 q). La posa della centina avviene con una speciale macchina chiamata “posa centine”: si tratta di un elevatore, munito di braccia e di morsa di serraggio, che solleva la centina e la posiziona nel giusto punto. Appena posizionata la centina, si procederà ad eseguire lo spritz-beton fibrorinforzato di spessore 20/25 cm e contemporaneamente si sprizzerà anche il fronte con almeno uno strato di 5/10 cm, al fine di evitare possibili rilasci. Così, centina dopo centina, si completerà un campo completo. Normalmente viene consolidato un tratto dalla profondità di 18 m e scavato un campo da 12 m, lasciando un tratto di 6 m di sicurezza. I campi da 10 m si susseguiranno fino a che il tratto in materiale sciolto sia terminato e si incontrerà la roccia.

Lo strato roccioso che si incontrerà è il così detto “cappellaccio”, formato da roccia fratturata, instabile, che richiederà l’applicazione della Sezione B/1. In questo caso si procederà alla perforazione e all’abbattimento a mezzo esplosivo. Sul fronte verticale, a mezzo martellone, verrà tracciata la volata con della vernice bianca, che sarà stata calcolata in base alla profondità da abbattere e alla pezzatura del marino che si vuole ottenere. Si partirà con degli sfondi corti di 2 m per aumentare, via via che la roccia migliora, fino a 4 m e arrivare alle rocce sane, che permetteranno volate lunghe fino a 6 m. Dopo aver fatto brillare la volata, il fuochino mette in moto il ventilatore e procede allo sfumo, liberando il fronte da fumi, polveri, gas. In media lo sfumo avviene in 20/25 minuti. Constatata la buona riuscita della volata, iniziano le operazioni seguenti:

  • smarino: a mezzo di pala gommata e autocarri il marino viene caricato e trasportato a rifiuto o in zona predestinata;
  • disgaggio: con escavatore da 250 q, dotato di martellone, si procede a rimuovere dalla volta e dai piedritti il materiale rimosso ma non staccato, in modo da evitare ogni pericolo;
  • montaggio della centina con la macchina posacentine: si procede a montare le centine una per volta, inizialmente con passo da 1 m per poi allungarsi via via che la roccia migliora fino a 1,50-2 m;
  • lancio dello spritz-beton fibrorinforzato: montate le centine, si procederà a lanciare uno strato di 20/25 cm di spritz-beton, avendo cura di proteggere anche il fronte con un piccolo strato di 5/10 cm sempre di spritz-beton per evitare cedimenti.

Completato il tratto che può essere di 2/3/4 m e montate con spritz-beton una, due o tre centine, si riprende il ciclo sopra descritto fino ad arrivare in roccia sana e passare alla sezione di scavo tipo A/1. Corre l’obbligo di precisare che dovrà essere prestata particolare attenzione all’impianto elettrico, sia per l’illuminazione che per l’energia necessaria al funzionamento di macchine con motori elettrici. L’impianto di illuminazione sarà eseguito con lampade al neon da 500 lm, poste a 12/15 m di distanza, in modo da avere in ogni punto della galleria non meno di 60 lm. L’impianto per il trasporto di energia dovrà avere una presa (omologata) ogni 25 m e deve essere fornito di linea di messa a terra. Scavato il tratto in Sezione B/1, ci troveremo in roccia compatta dove sarà possibile applicare la sezione di scavo tipo A/1.

La volata con il sistema a rinora

Tracciata la volata con il sistema svedese a rinora (che comprenderà gli otto fori da rinora eseguiti a V, che saranno i primi a brillare per estrarre il cuore della sezione), si eseguiranno le corone, le sottocorone, i rilevaggi, i profili, che verranno caricati e fatti esplodere in tempi ritardati a mezzo di detonatori muniti di microritardi (dell’ordine di centesimi di secondo). La perforazione sarà eseguita con jumbo elettronico dotato di computer di bordo sul quale viene tracciata la volata studiata. L’operatore metterà in funzione la macchina e questa autonomamente eseguirà la perforazione del diametro di 51 mm. Le due macchine di perforazione, di cui il Jumbo è dotato, sono programmate dal computer, per la profondità di perforazione, gli spostamenti, la distanza fra fori. L’operatore non deve far altro che controllare che tutto prosegua correttamente e intervenire in caso di guasti.

Come già detto, si partirà con perforazione da 2 m e contemporaneamente si eseguiranno prove con l’esplosivo, fino a individuare le giuste quantità e la dislocazione migliore. Eseguita la perforazione, il fuochino, con l’aiuto di altri tre minatori, su due elevatori tipo Manitou, con braccio comandato dalla navicella, provvederanno, partendo dall’alto, al caricamento della volata e all’innesco con detonatori elettrici tipo HU (chiamati antifulmine). Questi detonatori sono programmati da microritardi spaziati in centesimi di secondo. Il posizionamento di questi microritardi permette di comandare la volata così che i detonatori a tempo zero sono i primi ad esplodere, in modo che il cuore della volata venga estratto per lasciare sfogo in successione alle altre cariche, corone, sottocorone, rilevaggi, profili, che saranno caricati con esplosivo meno potente, tipo “slurry”, e avranno tempi di detonazione ritardata:

  • per le corone: ritardo di 0,04 s;
  • per le sottocorone: ritardo di 0,08 s;
  • per i rilevaggi: ritardo di 0,1 s;
  • per i profili: ritardo di 0,15 s.

Questo modo di comandare le volate, attraverso esplosioni programmate, per ottenere il massimo abbattimento con il minor esplosivo possibile, è quello normalmente applicato a tutti gli abbattimenti con esplosivo, siano volate con profondità di 2 o 6 m. Caricata la volata, il fuochino, dopo aver constatato che tutte le cariche sono collegate, provvede a sgomberare tutti i presenti, stende la linea di tiro e, portatosi a distanza di sicurezza, fa brillare la volata a mezzo di un esploditore. Bisogna premettere che, appena costruito il preportale ed eseguiti alcuni metri di galleria, verrà predisposto a circa 20/40 m all’imbocco un ventilatore per produrre aria sana, che a mezzo di un tubo viene convogliata all’avanzamento, per permettere l’allontanamento di polveri, fumi, gas. La portata del ventilatore è calcolata considerando la sezione della galleria, la potenza in “cavalli” delle macchine impiegate nel tunnel, il numero delle persone che stazionano in galleria e la velocità dell’aria che si vuole ottenere, al fine di “sfumare” senza danneggiare il Personale.

La sezione A/1

Di seguito, elenchiamo le lavorazioni che si praticano nello scavo di sezioni tipo A/1:

  • tracciamento della volata, studiata a tavolino e messa a punto sul posto con prove;
  • perforazione con jumbo elettronico con sfondi da 6 m. Per ottenere questi risultati bisognerà forare con aste da 6,50 m e spingere tutto il ferro fino all’impugnatura;
  • caricare con esplosivo i fori predisposti, con quantitativi di esplosivo che le prove avranno confermato ottimali;
  • sparo della volata e successivo sfumo per liberare la galleria da fumi, polveri e gas;
  • smarino del materiale abbattuto mediante pala gommata e autocarri e trasporto a discarica del marino uscito dalla volata;
  • disgaggio della volata, piedritti e fronte con escavatore e martellone;
  • controlli: eseguite le operazioni sopradescritte, normalmente il Capo Squadra dei minatori controlla se sulla volta o sui piedritti sussistano zone pericolose e tali da dover essere consolidate con chiodi da roccia; ammesso che si riscontri la necessità di intervenire, viene riportato il jumbo e praticata una nuova perforazione nelle zone necessarie per il numero e la lunghezza dei chiodi che il Capo Squadra riterrà necessari. Immediatamente dopo la perforazione, i minatori saliranno sul cestello di un elevatore tipo Manitou, infileranno con l’apposita pompa chiodi Swellex in numero sufficiente e metteranno in sicurezza la zona ritenuta non sicura;
  • esecuzione dello spritz-beton: liberata la galleria, per ogni singola volata si eseguirà lo spritz-beton da 10 cm sulla volta e sui piedritti e da 5 cm sul fronte. Dopo di che, si riprende lo scavo del tracciato, volata dopo volata.

Queste sono le operazioni che si eseguono per un corretto scavo in galleria. Purtroppo, lo scavo può serbare spiacevoli sorprese, che devono essere affrontate immediatamente per non compromettere il lavoro. Ad esempio:

  • rinvenimento di acqua da pochi litri al secondo fino a portate notevoli; in questi casi bisogna avere a disposizione pompe sommerse, pompe per fango, tubazioni di diametro appropriate a giunzione rapida, oltre a indumenti impermeabili per il Personale (stivali, giacche e calzoni impermeabili, guanti ecc.) e avere già predisposto un piano di emergenza per convogliare le acque al depuratore o, nel caso di grosse portate, a vasche depuranti;
  • rinvenimento di caverne carsiche piene di acqua, fango, melma, che scoppiano improvvisamente e invadano la galleria. In questi casi bisogna fermare tutte le attività, ripiegare le attrezzature e lasciare sfogare la valanga. Si interverrà poi con pale e autocarri con cassone stagno per raccogliere i fanghi e trasportarli in luoghi dove possano asciugare;
  • rinvenimento in galleria di gas tossici: le nuove Normative prevedono che il cantiere sia dotato di un rilevatore elettronico di gas, che deve essere alloggiato in una apposita cassetta vicino al fronte; in caso di rinvenimento di gas il rilevatore emette dei suoni di avvertimento e in tal caso bisogna sgombrare la galleria e intervenire con maschere e bombole per accertare l’entità.

Scavata e pre-consolidata la galleria, si procederà al rivestimento definitivo in calcestruzzo. Oggi, tutte le gallerie, stradali, autostradali, ferroviarie sono impermeabilizzate e pertanto, prima di procedere ai getti definitivi, si dovrà provvedere all’impermeabilizzazione. L’impermeabilizzazione è ottenuta con teli in PVC che rivestono l’intera volta, piedritti, murette della galleria, e convogliano l’eventuale acqua di venuta, in tubazioni, per essere poi evacuata dalla galleria. Per poter eseguire l’impermeabilizzazione, si deve costruire un carroponte della lunghezza di 6/8 m che abbracci tutta la sezione e che, con ripiani alle varie altezze, permetta al Personale di eseguire le lavorazioni. Prima di posizionare i teli in PVC, la galleria sarà rivestita da un telo di compensazione in tessuto non tessuto e del peso di 0,500 kg/m2. Questo tessuto elastico verrà fissato alla galleria con chiodi sparati e permetterà ai teli in PVC di non essere tagliati o rovinati da spuntoni di roccia, grumi di spritz-beton o asperità varie. Sopra questo tessuto di compensazione viene poi montato il telo in PVC, normalmente dello spessore di 2 mm a mezzo, fissato per termofusione, realizzata con saldatori elettrici. I teli della larghezza di 2,50 m vengono quindi saldati uno all’altro con il sistema sopra descritto e ancorati alla volta della galleria con strisce di PVC fissate a mezzo di chiodi sparati; su queste strisce viene saldato per pressofusione il telo, in modo che nessun punto debole possa esistere sull’intera superficie impermeabilizzata. Al piede, sia a destra che a sinistra, il telo terminerà con un tubo sempre in PVC micro fessurato, per la raccolta e l’espulsione dell’acqua.

Il rivestimento definitivo in calcestruzzo

Di norma, le condizioni di Capitolato prescrivano che il rivestimento definitivo debba seguire gli scavi a distanze variabili ma, mediamente, a non più di 200/300 m dal fronte. A tale scopo, vengono costruiti dei casseri metallici per le murette e un cassero a tutta sezione per piedritti e calotta. Le murette sono lo zoccolo del rivestimento e normalmente comprendono anche il marciapiede; sono alte 1,20/1,50 m e vengono sistemate sul fondo della galleria; ovviamente, sono una sulla destra e una sulla sinistra della galleria stessa e sono sagomate secondo le necessità e l’uso. Normalmente si producono in pezzi di 6 m giuntabili. In una galleria come quella ipotizzata in premessa saranno 18 m a destra e 18 m a sinistra. Per i piedritti e la calotta viene costruito un carro-getto da 12,50 m a tutta sezione, che si muove su ruote in acciaio (tipo ferroviario), che corrono su rotaie. Il carro sarà motorizzato, con dei motori elettrici che comandano le pompe idrauliche, che a loro volta comandano i pistoni idraulici, che permettano l’alzamento e l’abbassamento, per l’armo e il disarmo e tutti i sistemi per predisporre celermente le operazioni necessarie. Il carro autoreagente verrà montato all’esterno della galleria e convogliato nella stessa a mezzo rotaie. I getti in galleria sono di norma gestiti da una squadra apposita costituita da:

  • un Capo Squadra (Responsabile);
  • squadra per le murette: quattro carpentieri muniti di una gru da 100 q per spostamento casseri;
  • squadra per lo spostamento del cassero autoreagente: sei carpentieri che provvedono al disarmo del getto eseguito il giorno precedente, alla pulizia del cassero, alla oliatura con disarmante, alla traslazione del cassero nella nuova posizione, alla costruzione della smorza;
  • squadra del getto: quattro carpentieri che provvedono ed assistono al getto. Il getto viene eseguito con pompa per calcestruzzo e autobetoniere che provengono da impianti di betonaggio di zona o dall’impianto del cantiere; la squadra distribuisce il calcestruzzo sia a destra che a sinistra della cassaforma a mezzo di un’apposita macchina incorporata nella cassaforma (chiamata distributore di getto) per ottenere una giusta compensazione e, a mezzo di vibratori a piastra fissati sulla cassaforma, provvede alla vibrazione per ottenere una buona superficie visiva del calcestruzzo.

Una volta scavata e rivestita, la galleria avrà bisogno delle sole opere di corredo: pavimentazione, illuminazione, ventilazione e segnaletica.