Le frese meccaniche a piena sezione per gallerie (TBM – Tunnel Boring Machines) sono macchine altamente avanzate utilizzate come alternativa allo scavo con metodi tradizionali in terreni sciolti. Lo scavo meccanizzato ha assunto un ruolo sempre più rilevante con la rapida crescita ed espansione del numero di progetti in sotterraneo negli ultimi anni. Sika offre un’ampia gamma di prodotti sviluppati specificamente per l’impiego, con diverse tipologie di TBM, lungo tutto il processo di scavo e costruzione della galleria.
Trasformare le Costruzioni in Sotterraneo con le TBM
Le Tunnel Boring Machines stanno rivoluzionando le tecniche di scavo, riducendo al minimo la perturbazione del terreno e rappresentando la soluzione ideale per la realizzazione di gallerie in contesti urbani densamente abitati e non solo. L’ingegneria di precisione che le caratterizza consente la realizzazione di tunnel con superfici regolari, riducendo significativamente i costi del rivestimento finale. Rispetto ai metodi di scavo tradizionali, le TBM permettono una drastica riduzione dei tempi complessivi di costruzione di gallerie, accelerando lo sviluppo infrastrutturale.
Negli ultimi dieci anni, i progressi tecnologici nel campo delle TBM hanno introdotto una vasta gamma di soluzioni per affrontare sfide geologiche complesse. Tra queste innovazioni si annoverano le nuove TBM a bilanciamento della pressione del terreno (EPB, Earth Pressure Balance) e le TBM Slurry per terreni sciolti; le TBM a densità variabile (VD, Variable Density) e le TBM Dual Mode per condizioni geotecniche miste; le TBM a scudo singolo (Single Shield) e a doppio scudo (Double Shield) per formazioni rocciose stabili e non soggette a presenza di falde acquifere.
L’evoluzione delle tecniche di scavo continuo e l’integrazione dell’intelligenza artificiale (IA) stanno ulteriormente trasformando questo mondo. Le TBM dotate di sistemi IA ottimizzano la velocità di scavo, si adattano in tempo reale alle condizioni geologiche e migliorano la sicurezza operativa, mentre i sistemi di scavo continuo riducono i tempi di inattività e massimizzano l’efficienza.
Questi avanzamenti all’avanguardia stanno definendo nuovi standard in termini divelocità, precisione e sostenibilità nella costruzione sotterranea.Inoltre, le micro-frese da galleria (MTBM, Microtunnel Boring Machines) sono diventate strumenti indispensabili per i progetti di sottoservizi, consentendo scavi rapidi con impatto minimo sulla superficie.Con l’espansione delle aree urbane e l’aumento della domanda di soluzioni sotterranee efficienti, le TBM continuano a ridefinire le possibilità della moderna ingegneria di costruire opere in sotterraneo.
I Fattori Chiave del Successo
Queste frese meccaniche (dette in gergo anche “talpe”) rappresentano lo stato dell’arte nella realizzazione di opere in sotterraneo, garantendo elevata efficienza, precisione esecutiva e ridotto impatto superficiale. Il successo
dell’intervento dipende dalla corretta selezione della TBM in funzione delle
condizioni geologiche di progetto, dalla manutenzione rigorosa dell’apparato
meccanico, dalla precisione nell’allineamento del tracciato e dall’impiego di
sistemi avanzati di sostegno del terreno. Oltre alle prestazioni tecniche,
risultano fondamentali la sicurezza, una pianificazione progettuale accurata e
un controllo efficace dei costi per garantire il completamento delle gallerie
nei tempi previsti e nel rispetto del budget.
Ciò che Conta di Più per i Nostri Clienti
Efficienza, affidabilità e controllo dei costi rappresentano le principali priorità operative per i committenti nell’utilizzo delle frese meccaniche da galleria (TBM). Uno scavo rapido, la riduzione dei tempi di fermo macchina e prestazioni costanti dell’apparato meccanico sono elementi fondamentali per rispettare le tempistiche stringenti dei progetti. La sicurezza, l’impatto ambientale e il controllo dei cedimenti del terreno costituiscono aspetti imprescindibili. Inoltre, i clienti attribuiscono grande valore a un supporto tecnico post-vendita completo, alla disponibilità immediata di assistenza specialistica in campo e alla continuità operativa delle attività di scavo.
Efficienza & controllo dei costi
Scavo Rapido
Riduzione dei tempi di inattività
Sicurezza & Sosteibilità Ambientale
Controllo dei cedimenti del terreno
Supporto tecnico specializzato
Le Principali Sfide
La realizzazione di gallerie è intrinsecamente un’opera imprevedibile: i progetti con TBM devono affrontare condizioni geotecniche variabili, elevate esigenze manutentive e usura meccanica. La precisione è fondamentale: anche minimi disallineamenti possono comprometterne l’avanzamento. La gestione dell’ingresso d’acqua, il controllo dei cedimenti del terreno e la complessità logistica costituiscono ulteriori livelli di criticità. Tempistiche ristrette, vincoli ambientali e la necessità di personale altamente qualificato rendono il superamento di queste sfide una prova di competenza tecnica e capacità innovativa.
Principali criticità nello scavo e strategie di mitigazione
Anche con TBM di ultima generazione, lo scavo presenta problematiche quali instabilità del terreno, infiltrazioni idriche, ostruzioni della testa fresante e forte usura delle sue componenti meccaniche. Condizioni geologiche inattese e fenomeni di impaccamento del materiale possono fortemente ostacolare l’avanzamento. Affrontare efficacemente queste sfide richiede monitoraggio proattivo e tecnologieTBM all’avanguardia per mantenere il progetto in linea con gli obiettivi.
1. Condizionamento del terreno per lo scavo con EPB TBM
L’iniezione di schiume, polimeri e altri additivi nel fronte di scavo riveste un ruolo fondamentale nella modifica delle proprietà del terreno asportato. Il condizionamento del terreno migliora le caratteristiche meccaniche e fisiche dei suoli, tra cui plasticità, texture e permeabilità, contribuendo all’ottimizzazione delle condizioni di scavo e all’accelerazione dell’avanzamento della TBM.
L’efficacia del condizionamento dipende dalla corretta selezione del tipo e della quantità degli agenti schiumogeni impiegati, scelte guidate dalle condizioni geologiche specifiche e dalle caratteristiche dell’equipaggiamento TBM utilizzato.
Soluzioni Sika per il condizionamento del terreno
Non tutte le condizioni geotecniche sono ideali per lo scavo meccanizzato. In ambienti difficili – come terreni eterogenei contenenti ghiaia, sabbia e acqua – gli agenti schiumogeni per il condizionamento del terreno possono migliorare significativamente le prestazioni e le velocità di avanzamento delle TBM a bilanciamento dellapressione del terreno (EPB).
La gamma Sika® Stabilizer TBM comprende agenti schiumogeni liquidi ad
alte prestazioni, appositamente formulati per l’applicazione su macchine EPB.
Queste soluzioni contribuiscono a modificare le proprietà del terreno scavato,
rendendo l’attività di tunneling più efficiente e controllata.
In risposta alle crescenti aspettative ambientali a livello globale, Sika ha sviluppato una linea completa di agenti schiumogeni all’interno della famiglia Sika® Stabilizer TBM. Questi prodotti eco-compatibili sono facilmente biodegradabili e mirano a ridurre l’impatto ambientale dei terreni condizionati ed escavati dopo lo smaltimento. A seconda della geologia del tunnel e delle condizioni specifiche del sito, questi agenti schiumogeni possono contribuire a operazioni di scavo più sostenibili.
L’utilizzo dei polimeri Sika nel processo di scavo con TBM comportano:
- Riduzione della "stickness" (viscosità/adesività)
- Prevenzione dell'intasamento e migliore movimentazione del terreno di scavo
- Riduzione al minimo dell'attaccamento del terreno alle superfici metalliche all'interno della TBM
- Miglioramento dell'omogeneità
- Riduzione della segregazione nella camera di miscelazione per un condizionamento costante del terreno
- Miglioramento dell'accumulo di pressione e degli assestamenti del terreno
- Assistenza all'essiccazione
- Efficace riduzione e controllo del'umidità in terreni umidi o impregnati d'acqua
Sika® Stabilizer-3710/3750/3001 TBM
Sika® Stabilizer-3710
2. Sistemi di riempimento a tergo dei conci
Sika è attivamente coinvolta in tutto il mondo in molti progetti TBM, fornendo un'ampia gamma di soluzioni per il riempimento delle TBM in base ai requisiti e alle sfide specifiche di ciascun progetto.
Soluzioni Sika per il riempimento di malte
L’utilizzo di miscele bicomponenti per iniezioni si è diffuso ampiamente negli ultimi 15 anni, in particolare nelle applicazioni con scudi pressurizzati (EPB). Il Componente A è una miscela di cemento, bentonite, acqua e ritardante (talvolta arricchita con aggregati come calcare, sabbia o leganti alternativi come cenere volante, GGBFS, scorie, microsilice), che viene accelerata dal Componente B, il silicato di sodio (usato come attivatore). I Componenti A e B si incontrano immediatamente prima del punto di iniezione attraverso lo scudo posteriore della TBM, formando il Componente finale A+B. Al momento della miscelazione, la miscela passa da uno stato liquido superfluido a un gel nel giro di pochi secondi. Il materiale indurito finale raggiunge una resistenza paragonabile a quella del terreno circostante, riempiendo efficacemente tutti gli spazi e vuoti prima della solidificazione.
Il Global Warming Potential (GWP) rappresenta la misura dell’impatto climatico dei gas serra emessi durante l’intero ciclo di vita della miscela da backfilling. Esso indica la quantità di calore che tali emissioni trattengono nell’atmosfera nel tempo, in relazione all’anidride carbonica.Sika propone soluzioni sostenibili e ad alte prestazioni per il riempimento con miscele formulate per ridurre l’impatto ambientale dei progetti di costruzione.
Grazie all’impiego di materiali a basso contenuto di carbonio, le nostre formulazioni consentono una significativa riduzione delle emissioni di CO₂, mantenendo al contempo eccellenti caratteristiche di durabilità e stabilità. Ideali per l’impiego in gallerie realizzate con TBM, le nostre miscele supportano gli obiettivi di edilizia sostenibile senza compromettere la qualità.
Con le nostre miscele di riempimento a ridotto contenuto di CO₂, è possibile raggiungere gli obiettivi di sostenibilità e ridurre l’impronta carbonica del progetto senza ulteriori sforzi o investimenti in nuove attrezzature.
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3. Grassi di coda
I grassi vengono iniettati tra le file di spazzole presenti nel gap tra lo scudo della TBM e gli anelli di rivestimento, al fine di impedire l’ingresso di acqua, terreno e malta di riempimento all’interno della macchina.
I grassi Sika sono formulati specificamente per l’impiego in TBM operanti in presenza o assenza di falda acquifera. Questi prodotti sono progettati per garantire prestazioni ottimali, mantenendo al contempo la compatibilità chimica con zone ambientali sensibili. Il loro utilizzo favorisce la conformità agli standard di sicurezza per il tunneling urbano e alle normative di tutela ambientale, riducendo il rischio di contaminazione delle acque sotterranee durante le operazioni di scavo meccanizzato.
Soluzioni Sika per grassi di coda
Tutti i grassi sigillanti Sika per lo scudo di coda sono progettati per soddisfare i metodi di prova standard attualmente riconosciuti nel settore TBM, tra cui, ad esempio, superano il Matsumura Water Pressure Test a 34 bar.
I nostri grassi presentano ottima pompabilità e sono compatibili con tutti i sistemi di pompaggio a pistone impiegati nelle TBM moderne. Inoltre, risultano tecnicamente e chimicamente compatibili con tutti gli altri grassi sigillanti simili presenti sul mercato.
4. Grassi e lubrificanti per TBM
Il cuscinetto rappresenta il componente chiave della TBM, non solo perché consente la rotazione della testa fresante contro il terreno, ma anche per il suo elevato valore economico. Di conseguenza, la sua protezione e manutenzione costituiscono una responsabilità prioritaria per l’impresa esecutrice.
L’esperienza dimostra che la maggior parte dei guasti ai cuscinetti delle TBM è riconducibile alla perdita di lubrificanti o all’ingresso di contaminanti provenienti dalla camera di scavo. Per questo motivo, è assolutamente fondamentale che il sistema operi con prodotti affidabili.
Soluzioni Sika per la protezione del cuscinetto
Il grasso forma una barriera che impedisce l’ingresso di acqua o terreno nel cuscinetto principale, garantendo prestazioni affidabili della macchina.
5. TBM Slurry
Le TBM Slurry sono sistemi di scavo avanzati progettati per operare in terreni sciolti o misti, in particolare in presenza di elevato contenuto d’acqua o suoli instabili. Utilizzando una sospensione pressurizzata per bilanciare le pressioni del terreno e dell’acqua al fronte di scavo, queste macchine garantiscono uno scavo controllato e contribuiscono al mantenimento della stabilità del terreno. Ideali per ambienti urbani, queste TBM riducono al minimo i cedimenti superficiali e l’impatto ambientale, consentendo al contempo un avanzamento preciso anche in geologie complesse.
Negli ultimi anni, l’impiego delle TBM Slurry ha registrato una crescita significativa, trainata dalla crescente domanda di infrastrutture in aree urbane densamente popolate e dalle elevate prestazioni dimostrate in condizioni geotecniche difficili a livello globale.
Soluzioni Sika per TBM Slurry
Sika offre una gamma diversificata di bentoniti sodiche, con plasticità variabile da bassa ad elevata, idonee come leganti e modificatori di viscosità, caratterizzate da differenti proprietà di rigonfiamento. Tutte le bentoniti Sika sono garantite da un sistema di gestione della qualità certificato secondo la norma ISO 9001:2000.
Gli additivi modificatori di viscosità (VMA, Viscosity Modifying Admixtures) svolgono un ruolo fondamentale nel miglioramento delle prestazioni delle sospensioni a base di bentonite. Questi additivi regolano le proprietà reologiche della miscela, aumentando la viscosità e la tensione di snervamento per mantenere una pressione costante al fronte di scavo.Migliorando la stabilità e le caratteristiche di flusso della sospensione bentonitica, i VMAs prevengono le perdite per filtrazione, riducono la sedimentazione e garantiscono una miscela omogenea.
Questa maggiore stabilità consente alla sospensione di sostenere efficacemente il fronte di scavo, bilanciare le pressioni del terreno e dell’acqua, e ridurre il rischio di collasso o cedimenti, in particolare in condizioni di terreno altamente permeabile o misto.
6. Additivi per conci prefabbricati
Durante la produzione dei conci in calcestruzzo per gallerie, la miscela deve sviluppare elevate resistenze iniziali, al fine di ridurre i tempi di maturazione e consentire il disarmo dei conci nel più breve tempo possibile. L’impiego di un superfluidificante ad alta efficacia permette di ottenere un basso rapporto acqua/cemento, con conseguente incremento delle resistenze iniziali e della durabilità del calcestruzzo.
Soluzioni Sika per conci prefabbricati in calcestruzzo
Dopo poche ore dal getto, il calcestruzzo raggiunge una resistenza sufficiente per proseguire con il ciclo produttivo. Per soddisfare questi requisiti, sono stati sviluppati additivi speciali basati sulla tecnologia Sika® ViscoCrete® .
I disarmanti della linea Sika® Separol® vengono utilizzati per facilitare il disarmo e migliorare la finitura superficiale del calcestruzzo.
In alcune condizioni, i conci che costituiscono il rivestimento definitivo possono essere esposti agli agenti aggressivi presenti nel terreno. In tali casi, i prodotti Sikagard® vengono impiegati per garantire un elevato livello di protezione.
Ulteriori additivi Sika, come Sikament®, SikaTard® e SikaPlast, sono utilizzati per rispondere a esigenze specifiche.
Porta le miscele di calcestruzzo a un nuovo livello di ridotto impatto ambientale. Contatta il tuo team Sika locale per ricevere consulenza esperta su formulazioni ecocompatibili, studiate appositamente per conci prefabbricati e rivestimenti in calcestruzzo.
Le nostre soluzioni non solo riducono l’impronta carbonica, ma migliorano anche le prestazioni e la durabilità. Insieme, possiamo aprire la strada a un futuro più sostenibile nel settore delle costruzioni.
7. Iniezioni
Le iniezioni nel tunneling con TBM sono fondamentali per garantire la stabilità del terreno, l’integrità strutturale e il controllo delle acque, prima, durante e anche dopo lo scavo meccanizzato.
Diversi sistemi di iniezione permettono l’immissione di materiali specializzati – come resine, acrilati, materiali cementizi – nel terreno o nel rivestimento della galleria, al fine di riempire vuoti, ridurre la permeabilità e supportare lo scavo, adattandosi in tempo reale alle variazioni delle condizioni geologiche.
8. Impermeabilizzazione
I sistemi di impermeabilizzazione per pozzi di lancio, stazioni e cross-passages realizzati con TBM devono soddisfare i più elevati standard di durabilità e resistenza agli agenti esterni e alle sollecitazioni. Questi progetti richiedono metodi costruttivi precisi, sequenze di installazione efficienti e soluzioni economicamente vantaggiose. Allo stesso tempo, la sostenibilità assume un ruolo sempre più centrale, spingendo verso l’adozione di sistemi in grado di ridurre il consumo energetico e idrico, contribuendo alla diminuzione delle emissioni di CO₂.
Soluzioni Sika per l'impermeabilizzazione di strutture interrate
Scopri come le soluzioni di impermeabilizzazione Sika per strutture interrate combinano membrane flessibili, membrane liquide, additivi, sistemi di giunzione e malte da iniezione per offrire una protezione duratura e ad alte prestazioni in condizioni estreme.
Operazioni TBM con il supporto di Sika
Sika è il partner di fiducia per i professionisti del tunneling in tutto il mondo, offrendo materiali ad alte prestazioni, consulenza tecnica qualificata e soluzioni innovative che ridefiniscono l’efficienza delle TBM. Il nostro portafoglio comprende soluzioni chimiche avanzate, progettate per affrontare ogni tipo di geologia e ogni modello di macchina perforatrice, migliorando la durabilità e ottimizzando le prestazioni.
Grazie a un know-how globale, soluzioni su misura e un forte impegno verso la sostenibilità, Sika garantisce operazioni TBM più rapide, sicure ed economicamente vantaggiose, aiutando i nostri clienti a superare i limiti della costruzione sotterranea.
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