I diversi metodi utilizzati al Gautrain Geologia
e idrogeologia
Tunnel a binario singolo
Tunnel a doppio binario
Equipaggiamento di sollevamento per i tunnel a singolo
e doppio binario |
Rinforzo della roccia Il sostegno iniziale prevede shotcrete e ancoraggi o centine in funzione della classe di sostegno necessaria, mentre il rivestimento finale sarà di shotcrete. Il supporto finale del tunnel consiste nella combinazione del rivestimento primario e secondario. Prima dello scavo, dove necessario, si riduce la permeabilità dei terreni, Si è deciso di posizionare i drenaggi all'interno del supporto finale del tunnel, per fronteggiare adeguatamente l'acqua freatica riscontrata durante lo scavo. La costruzione procede con la seguente sequenza: brillamento, raccolta e smaltimento smarino, classificazione della roccia e bullonatura puntuale degli elementi instabili; rivestimento primario in shotcrete, bullonatura, successivo ciclo di scavo, grouting dei bulloni, installazione dei drenaggi e rivestimento secondario. |
![]() Applicazione dello shotcrete sul cantiere di Marlboro |
I bulloni, da 20 mm di diametro, sono DCP fabbricati
da Dywidag-Systems International (DSI) . Sono realizzati con uno speciale
acciaio ad alta resistenza e hanno al loro interno un elemento espansivo
(per l'immediata entrata in tensione), un rivestimento di HDPE per la
protezione dalla corrosione dell'ancoraggio su tutta la sua lunghezza
e un sistema di iniezione. Cliccare qui
per ulteriori informazioni sull'ancoraggio. Collegarsi a www.dywidag-systems.com
TBM |
La TBM aveva iniziato lo scavo della tratta di Rosebank,a
nord di Johannesburg, a Gennaio 2008 e, a fine Settembre aveva scavato
2.233 m nel sottosuolo verso la stazione Park. La geologia in questa zona
presenta un alto livello di falda freatica e percentuali diverse di rocce
dure, arenarie e terreni saturi. La TBM può scavare 80 mm/min di
roccia, che equivale in media a 11 m di tunnel al giorno. La durata prevista
dello scavo con TBM è di circa 14 mesi. La TBM è guidata da un tecnico, all'interno di una cabina situata nella prima parte del back-up. La camera di controllo è dotata di sistema computerizzato di controllo e di guida, con schermi che mostrano in tempo reale lo stato dei diversi sottosistemi, come la pressione della TBM, la velocità di rotazione della testa e la posizione dello scudo. Le telecamere a circuito chiuso installate davanti alla testa fresante permettono al personale di controllare la stabilità del fronte. Il pilota, ricevendo continue informazioni dai diversi sistemi, è in grado di guidare la TBM, verificandone in tempo reale la posizione effettiva, lungo tutto il tunnel, rispetto al tracciato teorico. La TBM lavora 24 ore al giorno con una pausa di 3 ore per la manutenzione. |
![]() Nastro trasportatore di Marti Technik |
Dietro
la testa fresante si trova la camera dove si accumula lo smarino, prima
della sua estrazione con un trasportatore a coclea. Lo smarino è
quindi trasportato con un nastro trasportatore fabbricato da Marti Technik
sino al pozzo sud di Rosebank, da dove viene smaltito con camion. Il nastro
si estende con l'avanzamento della TBM, sino ad arrivare ad una lunghezza
complessiva di 3 km ed è progettato per trasportare 450 t/ora.
Collegarsi a www.martitechnik.ch La TBM può lavorare in due modi, modalità aperta e chiusa. In modalità aperta, la TBM può lavorare come una TBM da roccia dura convenzionale, frantumando il fronte di roccia con i taglienti. La roccia scavata è quindi raccolta con le benne e portata all'inte rno della testa fresante e quindi riversata su un nastro trasportatore. La TBM può passare a lavorare in modalità chiusa nel caso in cui si imbatta, durante lo scavo, in terreni disgregati e materiali sciolti. In modalità chiusa, la TBM è in grado di operare in entrambe le submodalità (EPB o aria compressa). In modalità EPB, la pressione esercitata dai terreni al fronte si compensa con la pressione esercitata dallo smarino nella camera della testa fresante. In modalità con aria compressa, la pressione della falda freatica è compensata dalla testa fresante riempita solo parzialmente di smarino e dalla pressione dell'aria contenuta nella zona superiore della testa fresante. In terreni con abbondante presenza di acqua, è necessario applicare l'aria compressa al fronte, per prevenire l'abbassamento del livello della falda freatica. La pressione dell'aria compressa evita l'infiltrazione dell'acqua nel tunnel e il collasso della galleria. Il tunnel ha un diametro interno di 5.860 m ed esterno di 6.460 m, con uno spessore del rivestimento in conci di 300 mm. Il rivestimento permanente, 17.400 conci di calcestruzzo, è posato in opera durante l'avanzamento della TBM, grazie ad un sofisticato erettore di conci interno allo scudo. L'erettore, all'interno della coda dello scudo, posiziona i conci prefabbricati a formare un anello completo. Un anello è composto da una chiave di 2 t e da 5 conci di 4,1 t e larghi 1,5 m (tre normali e due per il posizionamento della chiave). Una volta installati i conci, si provvede al loro ancoraggio. La chiave chiude l'anello. |
![]() La TBM durante la cerimonia di battesimo, pronta e in attesa di scavare la stazione Rosebank |
I conci prefabbricati sono prodotti da Southern Pipeline
Contractors (SPC) nello stabilimento a circa 25 km ad est di Johannesburg.
Nel procedimento di fabbricazione dei conci si utilizza un super-plastificante
fornito da Chryso. Il consorzio Bombela, ha assegnato a SPC, appartenente
al gruppo francese Vinci, un contratto triennale per la fabbricazione
dei conci. Chryso ha effettuato diverse analisi di laboratorio, per ottimizzare
la formula del calcestruzzo. Il super-plastificante Premia 100 New Generation,
è uno dei principali componenti del calcestruzzo, che contiene
anche ceneri volatili, scorie di alto forno, e cemento Portland ordinario.
Premia 100 ha un ruolo importante nella riduzione della quantità
d'acqua contenuta nella miscela, permettendo così resistenze superiori.
Nelle specifiche di costruzione dei conci si chiede un calcestruzzo con
una resistenza alla compressione pari a 55 MPa. La composizione del calcestruzzo
è stata stabilita da Bombela e SPC, per la realizzazione di conci
prefabbricati da utilizzarsi per il rivestimento del tunnel. Collegarsi
a www.spc.co.za e a
www.chryso.com Per assicurare l'impermeabilità del rivestimento, si applica una guarnizione perimetrale su ogni concio. Per approfondimenti sulla sezione di Gautrain, scavata con TBM, cliccare qui. |
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Difficoltà incontrate
Mushroom è un pozzo temporaneo rettangolare (12,60
m x 22 m x 38 m di profondità) per lo scavo verso Sandton e Marlboro
e sarà riempito a lavori terminati. Vedere le foto qui. Tunnelbuilder ringrazia Nareen Poonjala e Stéphane Polycarpe per il loro contributo a questo articolo e per le immagini. |