Il microtunnel è una tecnologia che ci consente di porre in opera condotte nel sottosuolo senza eseguire scavi a cielo aperto.
Adottando questo sistema possiamo attraversare, per esempio, corsi d’acqua, strade, ferrovie, autostrade, rilievi montuosi, zone urbanizzate e aree con vincoli (paesaggistici, archeologici) senza dover realizzare scavi a cielo aperto.
In questo modo, oltre a non danneggiare e modificare la superficie del terreno, che creano disagi alle attività ed alla popolazione, diminuiamo i costi che ne conseguono. Predisponendo un pozzo di partenza ed uno di arrivo consentiamo alle attrezzature di realizzare la perforazione del terreno e la posa della condotta in qualsiasi condizione: tra le altre, in presenza di falda acquifera e con tracciato curvilineo.
La perforazione del tunnel avviene tramite una fresa telecomandata, detta comunemente “microtunneller”, spinta da apposito telaio tramite la tubazione che costituirà il tunnel. La perforazione è del tipo “a foro cieco” con evacuazione idraulica dello smarino.
Microtunneler
Il microtunneller è uno scudo telecomandato munito di una fresa rotante che disgrega il materiale durante il suo avanzamento.
La testa fresante permette l’ingresso del materiale frantumato anche di grande dimensione, dentro la camera di miscelazione che si restringe a cono ed ha le pareti munite di dentature convergenti. Con l’avanzare della macchina il materiale scavato viene sospinto sul fondo del cono: le parti solide tendono ad incastrarsi fra i denti e, nella rotazione, sono sminuzzate a dimensioni tali da poter essere poi allontanate tramite un circuito chiuso a circolazione d’acqua o fango bentonitico.
La tecnologia consente una notevole versatilità, potendo affrontare l’intera gamma di terreni, da quelli sciolti a quelli lapidei, sia in falda che fuori falda.
Evacuazione del materiale
Il circuito di asportazione del materiale è composto da:
- vasche di acqua pulita;
- vasche di fanghi;
- pompe di mandata e di evacuazione fanghi.
Il fluido di perforazione (acqua o miscela bentonitica) è quindi convogliato dalle vasche al cono di frantumazione dove si mescola con il terreno disgregato formando una miscela fluida che viene incanalata all’unità di dissabbiatura. La circolazione dei fanghi è di tipo chiuso. Il bilanciamento delle pressioni interstiziali del terreno in prossimità del fronte di perforazione è garantito tramite la regolazione della pressione del fluido in circolazione agendo su pompe a portata variabile comandate da inverter.
Spinta
L'avanzamento del microtunneller avviene mediante un carrello di spinta tramite i tubi costituenti la condotta definitiva.
L’unità di spinta è composta da martinetti idraulici montati su un telaio metallico, da un anello di spinta mobile posizionato davanti ai martinetti idraulici, e da una parete metallica fissa posta dietro ai martinetti.
Per lunghezze di spinta maggiori di 100 -150 metri circa, la spinta esercitata dai martinetti idraulici sulla tubazione può risultare insufficiente a vincere le forze dovute all’attrito laterale ed alla componente necessaria in punta. Pertanto, per non dovere sovradimensionare eccessivamente l’unità di spinta e lo spessore della tubazione, per contenere le sollecitazioni presenti nella condotta si agisce riducendo il valore della forza di avanzamento.
Ciò è possibile effettuando:
- Una riduzione del coefficiente di attrito: lubrificando l’interfaccia tubo – terreno pompando miscela di acqua e bentonite ed altri additivi.
- Un decremento della lunghezza di spinta: inserendo una o più stazioni di spinta intermedie tra due elementi di tubazione al fine di dividere la sezione del tunnel in sezioni minori.
Durante l’avanzamento le stazioni di spinta intermedie vengono azionate alternativamente alla stazione di spinta principale posta nel pozzo di partenza.
Lubrificazione
Per consentire una riduzione della spinta esercitata sui tubi in cemento armato, è necessario utilizzare un sistema di lubrificazione dell’estradosso della tubazione. Si possono utilizzare miscele di acqua, bentonite, additivi lubrificanti, stabilizzanti e viscosizzanti, preparate mediante idoneo impianto di miscelazione ad alta turbolenza ed iniettato tramite un iniettore volumetrico. La miscela viene iniettata sull’estradosso della condotta tramite valvole predisposte negli elementi di tubo.
Per contenere i fluidi presenti all’esterno della condotta (fluido di perforazione, lubrificazione, falda) è montato un anello di tenuta idraulica composto da un anello in acciaio sul quale è montata una o più guarnizioni con profilo a doppio labbro.
Sistema di guida
Il microtunneller è guidato dall’esterno mediante una consolle di comandi, ubicata in container, che consente di impostare e controllare i parametri di avanzamento in funzione del terreno attraversato.
Nella consolle di guida e controllo è possibile controllare e gestire i seguenti parametri/funzioni:
- coordinate X-Y della testa fresante;
- inclinazione longitudinale;
- angolo di rotazione assiale;
- corsa dei pistoni di guida;
- pressione sulla testa fresante;
- pressione martinetti di spinta;
- corsa dei martinetti di spinta;
- n°giri della testa fresante;
- senso di rotazione della testa fresante;
- portata fluido di alimentazione;
- n°giri pompa alimentazione;
- pressione fluido di alimentazione;
- portata fanghi di evacuazione;
- n°giri pompa evacuazione fanghi;
- pressione fanghi di evacuazione.
Smarino
Il materiale proveniente dallo scudo di perforazione (il cosiddetto smarino) è convogliato nell’impianto di trattamento tramite un circuito chiuso.
Perforazione
Le teste di perforazione utilizzate nel processosono progettate per perforare qualsiasi tipo di terreno. Per questo soni applicati coltelli, rame, dischi ed altri elementi taglianti od abradenti. La loro geometria è studiata per convogliare il terreno fresato all’interno del cono di frantumazione in modo tale da ottimizzare l’efficienza dei taglianti ed evitare fenomeni d’intasamento all’interno del cono stesso.
Al termine della perforazione, l’intercapedine realizzata a causa del maggior diametro del foro di perforazione rispetto a quello della tubazione, è riempita mediante iniezione di miscela cementizia attraverso le valvole predisposte nei tubi e già utilizzate per la lubrificazione durante la spinta. La quantità di cemento iniettata sarà determinata dalle caratteristiche dei terreni attraversati e dai diametri della fresa e delle tubazioni.
