Il design innovativo dei rivestimenti segmentali può eliminare i rinforzi esterni sulle connessioni — TBM: Tunnel Business Magazine

Di Vojtech Ernst Gall

I moderni segmenti della TBM hanno fatto molta strada dal loro primo utilizzo diversi decenni fa. L’industria del tunnelling sta ottimizzando sempre di più le forme dei segmenti, introducendo nuovi metodi di rinforzo e migliorando i componenti dei segmenti per renderli più robusti ed economici. Di particolare rilievo è il miglioramento nel segmento degli accessori. I moderni accessori per segmenti, come i tasselli, i biconi o le moderne guarnizioni, non solo migliorano la costruzione del segmento, ma consentono l'impiego dei sistemi di rivestimento dei segmenti in una più ampia varietà di condizioni geotecniche e in una gamma più ampia di disposizioni strutturali rispetto al passato.

Un'area in cui gli accessori del segmento hanno migliorato le prestazioni del segmento è quella dei tagli dei segmenti. I rivestimenti dei conci dovranno inevitabilmente essere tagliati per creare aperture per i collegamenti con le strutture adiacenti. I tagli nei rivestimenti segmentali, tuttavia, disturbano notevolmente l'equilibrio statico del sistema strutturale e richiedono una ridistribuzione dei carichi sugli anelli adiacenti attorno all'apertura del taglio. Ciò porta tipicamente a elevate forze di taglio nei giunti anulari, elevate forze di tensione nei segmenti sopra e sotto il taglio ed elevate forze di spinta nei segmenti adiacenti all'apertura del taglio.

I moderni segmenti della TBM hanno fatto molta strada dal loro primo utilizzo diversi decenni fa.

Tradizionalmente, i tagli dei segmenti vengono implementati introducendo un telaio esterno in acciaio dall'interno del tunnel per supportare gli anelli tagliati fino al collegamento tra il tunnel principale e la struttura di collegamento. Questo approccio è costoso e invadente, soprattutto nei tunnel di diametro inferiore dove il telaio in acciaio riduce lo spazio disponibile per l'operazione principale del tunnel. Inoltre, questa situazione ha un impatto potenziale sul programma di costruzione poiché il collegamento non potrà essere realizzato finché la costruzione del tunnel principale non sarà completata.

Per evitare questi inconvenienti, Gall Zeidler Consultants (GZ) sta sviluppando approcci innovativi per i tagli di segmenti autoportanti incorporando biconi ad alta capacità e rinforzi aggiuntivi dei segmenti in segmenti appositamente progettati. Questi biconi e il rinforzo aggiuntivo lavorano insieme per funzionare come un telaio interno che consente il trasferimento dei carichi attorno al taglio del segmento.

Sistemi di centraggio e tasselli a taglio come da scheda prodotto Optimas Sofrasar. Tasselli a taglio ad alta capacità in alto a sinistra.

Il tunnel Pawtucket Combined Sewer Overflow (CSO) è uno di questi progetti per il quale GZ ha sviluppato uno speciale design del segmento. Il tunnel Pawtucket è un tunnel TBM rivestito in segmenti attualmente in costruzione a Pawtucket, RI. Il tunnel in roccia, lungo 3,5 chilometri, è stato costruito dalla joint venture CB3A Construction, composta da CBNA e Barletta. Il rivestimento segmentato ha un diametro interno di 30'-2", è spesso 14" ed è rinforzato principalmente con fibre di acciaio.

Il tunnel principale si collega a diversi ingressi minati del diametro di 8 piedi lungo il suo allineamento, per i quali è necessario tagliare il rivestimento segmentato. Gli ingegneri di GZ hanno quindi sviluppato uno speciale design dei segmenti immediatamente attorno al taglio che elimina la necessità di rinforzi esterni. Grazie alla combinazione dei biconi ad alta capacità e della gabbia di rinforzo aggiuntiva all'interno di ciascun segmento, i segmenti speciali possono supportare i carichi di terra e acqua esistenti e possono ridistribuire questi carichi attorno alle aperture temporanee. Inoltre, poiché i conci sono prefabbricati utilizzando gli stessi stampi dei conci normali, vengono installati proprio come i conci normali e non hanno alcun impatto negativo sulla costruzione.

GZ sta utilizzando un approccio simile per la progettazione del passaggio trasversale del tunnel di Silvertown. Il Silvertown Tunnel è un nuovo tunnel stradale con TBM a doppia canna lungo 1,4 km che attraversa il Tamigi su terreno soffice. Il diametro del tunnel esterno è di 37'-5” e il rivestimento ha uno spessore di 15,75”. I tunnel della TBM saranno collegati da 7 passaggi trasversali da 15'-9”, di cui 5 saranno realizzati utilizzando il congelamento del terreno per la stabilizzazione temporanea del terreno. Utilizzando biconi ad alta capacità oltre a una gabbia di rinforzo interna, GZ ha sviluppato un design che elimina la necessità di rinforzi esterni attorno ai tagli dei segmenti necessari per il passaggio trasversale. A differenza dei segmenti Pawtucket, i passaggi trasversali di Silvertown sono costruiti esclusivamente su terreno soffice. Inoltre, i segmenti speciali per il tunnel Silverton devono sopportare carichi di congelamento aggiuntivi, dimostrando che l'approccio bicono più rinforzo interno ha un alto grado di applicabilità per i tagli di segmenti realizzati per vari scopi in un'ampia gamma di tipi di terreno.