Galleria Lonato: numeri e tempi da record

Il consorzio Cepav Due per conto di Rete Ferroviaria Italiana è stato incaricato della realizzazione della tratta Brescia Est-Verona della nuova linea ferroviaria AV/AC Milano-Verona che fa parte del corridoio TENT-T del Mediterraneo. L'opera tecnicamente più complessa è la galleria naturale Lonato, attualmente in fase di realizzazione da parte della società SELI Overseas Spa

L'opera si sviluppa per oltre 4,7 km in sotterraneo e le attività consistono nella realizzazione di due gallerie, delle relative opere di interconnessione e delle nicchie adibite agli impianti tecnologici.Il tracciato prevede il sottoattraversamento dell'infrastruttura A4 e di alcuni edifici industriali con coperture ridotte, comprese fra i 10 e i 12 metri. La realizzazione delle gallerie è in corso ed è eseguita per mezzo di una TBM di tipo EPB avente diametro di scavo pari a 10.03 metri, la fresa ha terminato lo scavo della canna dispari lo scorso 15 Settembre 2022 e dopo essere stata smontata e trasportata in tempi record all'imbocco "Ovest" è ripartita ed ha già realizzato circa 2,25 km del binario pari.

Descrizione del progetto
Il cantiere si sviluppa a partire dall'imbocco lato OVEST, ubicato a Sud-Ovest del centro abitato di Lonato (BS) fino all'imbocco EST ubicato nella zona "Serraglio" sita nel comune di Desenzano del Garda (BS). Gli imbocchi sono stati realizzati scavando fino al piano di montaggio della TBM e sono sostenuti mediante paratie realizzate con pali in cemento armato di diametro 1.2 m; in corrispondenza della sezione della galleria i pali sono armati con barre in vetroresina e nei primi 15 metri di terreno sono stati realizzati due dadi consolidati tramite tecnologia Jet-Grouting.Dopo circa 400 metri a partire dall'imbocco Ovest per la canna dispari e circa 200 per la canna pari la fresa ha sottopassato l'autostrada A4 con coperture di circa 10-12 metri.

Le coperture presenti lungo il tracciato si presentano piuttosto ridotte, massimo 16 metri, fino alla pk 117+250 ca dopodiché le coperture aumentano tenendosi nel range compreso tra 40-60 metri.In corrispondenza della pk 118+650 ca si raggiunge la massima copertura, pari a circa 80 metri, nei tratti successivi le quote diminuiscono fino a raggiungere coperture nuovamente basse 10-12 metri.Per motivi legati alla sicurezza durante l'esercizio dell'opera, si realizzeranno tramite scavo eseguito in "tradizionale" un certo numero di collegamenti tra le due canne (by-pass) posti a distanza tra di essi di 500 metri. In totale saranno realizzati n.10 by-pass, ed un ulteriore by-pass per l'alloggiamento della cabina elettrica MT. Lungo il tracciato, inoltre, verranno realizzate anche n.4 tipologie di nicchie ad uso tecnologico denominate: LFM, BTS/TT, TT e TE. Attualmente, nella galleria ultimata è terminata l'installazione dei sistemi di sostegno dei conci relativi ai by-pass e sono in fase di programmazione le attività propedeutiche all'inizio dei consolidamenti. Nel binario dispari, inoltre, sono terminate le attività di realizzazione del getto di regolamento dell'arco rovescio. Questa lavorazione è stata anticipata al fine di avere un piano viabile utile per i mezzi che andranno ad eseguire gli scavi dei by-pass. (Figura 2)

Il tracciato, come detto in precedenza, interferisce sia con l'autostrada A4 sia con alcuni edifici. Per proteggere i suddetti edifici e l'autostrada sono stati eseguiti interventi di consolidamento del terreno in calotta e al piedritto delle due gallerie realizzati tramite tubi valvolati (TAM) che verranno brevemente descritti nel paragrafo seguente.Per la galleria di Lonato è previsto, inoltre, un sistema di monitoraggio per il controllo del comportamento dell'ammasso in galleria ed all'aperto per la misura degli spostamenti sull'autostrada A4 e sugli edifici dislocati lungo il tracciato nel bacino di subsidenza. All'interno della galleria si prevede un monitoraggio relativo alla misura di tensione nelle barre d'armatura mediante estensimetri a corda vibrante (anello strumentato).

Il monitoraggio previsto all'esterno della galleria si può dividere in:• Monitoraggio topografico dell'autostrada A4: mediante il posizionamento di n. 167 mire ottiche poste ad interasse di 10 metri lungo il margine nord, il sud e in corrispondenza dello spartitraffico.

• Monitoraggio della superficie per la determinazione delle subsidenze: capisaldi posti lungo le sezioni trasversali di monitoraggio all'interno dell'area interessata delle subsidenze.

• Misure estenso-inclinometriche dalla superficie: estenso-inclinometri installati su 19 sezioni.

• Misure di deformazione con estensimetri multibase: 8 estensimetri multibase su 4 sezioni di monitoraggio vicine all'imbocco Ovest.

• Monitoraggio degli edifici: capisaldi topografici/mire ottiche su edifici.Le due gallerie hanno diametro interno pari a 8.80 metri e spessore del rivestimento pari a 45 cm. L'anello è di tipo universale costituito da n. 6 segmenti (Figura 3).

La tenuta idraulica è garantita dalle guarnizioni in gomma in EPDM montate sul perimetro dei conci e da iniezioni aventi lo scopo di intasare il gap tra concio e profilo di scavo. I conci sono collegati tra di loro mediante barre guida e centratori di connessione.

Quadro geologico-geotecnico di sintesi
Nel presente paragrafo è riportata una sintesi delle caratteristiche geologiche-geotecniche reperibile nei documenti di progetto esecutivo basato sull'analisi dei risultati ottenuti mediante le campagne di indagini. Il territorio che interessa il tracciato ferroviario è caratterizzato da un graduale passaggio dai depositi fluvio-glaciali che fanno transizione ai cordoni morenici Rissiani.

La galleria naturale Lonato è caratterizzata da massime coperture di circa 60 m, mentre dal punto di vista geotecnico le indagini e gli studi geotecnici hanno portato ad individuare le seguenti due tratte:• La prima tratta, da inizio della galleria naturale (imbocco lato Milano) per una lunghezza di circa 2000 m, è caratterizzata dalla presenza di ghiaie con sabbia debolmente limosa e ghiaie sabbiose debolmente limose, con una presenza di terreno a grana fine mediamente intorno al 10% - 15%.• La seconda tratta, dalla progressiva km 118+000 circa fino all'imbocco lato Verona, è caratterizzata dalla presenza di ghiaie con sabbie limose debolmente argillose, e limi sabbiosi con ghiaia, debolmente argillosi. In tale tratta la presenza di terreni a grana fine risulta variabile e mediamente compresa fra il 30 ed il 40%, raggiungendo in alcuni casi percentuali superiori al 40% e, in alcune tratte, valori intorno al 20%.

Durante l'avanzamento della TBM sono stati eseguite ulteriori campagne di indagini integrative allo scopo di avere una conoscenza più approfondita dei terreni specialmente nelle zone programmate ai fermi di manutenzione della fresa. Sono stati eseguiti carotaggi con recupero di carota e prove di permeabilità Lefranc, alcuni di questi sondaggi sono stati attrezzati con piezometri a tubo aperto per monitorare la posizione della superficie piezometrica.Ulteriori sondaggi sono stati eseguiti dall'interno della canna ultimata in corrispondenza dei by-pass, prima dell'apertura del fronte di scavo dai conci, per una migliore conoscenza dei parametri geotecnici quali la coesione e per confermare le miscele da utilizzare per il consolidamento.Per il posizionamento della falda l'analisi dei dati piezometrici ha evidenziato un complesso sistema di acquiferi superficiali e falde sospese che non consentono l'individuazione di un'unica superficie piezometrica lungo il tracciato della galleria. Lungo la tratta, l'acquifero è generalmente localizzato al di sotto dell'arco rovescio della galleria eccetto per una zona dove sono presenti elevati battenti idrici (Figura 4).

Consolidamenti
La complessa geologia e in particolare la differente capacità del terreno ad essere penetrato dalle miscele è stato oggetto di uno specifico campo prova che ha correttamente definito gli interventi da attuare consistenti in una doppia iniezione di miscele cementizie e chimiche a base silicatica, un incremento del passo tra delle valvole e un infittimento della maglia progetto. Le attività di consolidamento si sono svolte principalmente all'interno della piattaforma autostradale, mantenendo invariato l'esercizio del traffico autostradale. Per il solo intervento a protezione dell'infrastruttura A4, sono stati realizzati circa 4200 fori per un totale di circa 90000 m di perforazione e sono stati iniettati più di 10 milioni di litri di miscela per trattare un volume di terreno pari a 54 000 m3.

Inoltre, i risultati ottenuti da prove cross-hole hanno evidenziato che le migliorie applicate hanno contribuito ad incrementare in modo significativo le percentuali di assorbimento rispetto al volume di terreno di competenza del consolidamento. Le prove di controllo realizzate post trattamento hanno, infine, dato esiti positivi riguardo il grado di miglioramento delle caratteristiche fisico-meccaniche dei terreni interessati dai consolidamenti sia nell'intervento eseguito a protezione dell'infravia che negli interventi eseguiti a protezione di ulteriori preesistenze (Traliccio e Cascina Carnarolo).Performance della TBM nella prima cannaLa tratta scavata si estende da Lonato a Desenzano, misura complessivamente 4750 m ca.

La TBM utilizzata ha consentito non solo di mantenere la pressione di progetto durante lo scavo necessaria al fine di impedire lo sviluppo di fenomeni di subsidenza in superficie, soprattutto nei tratti più critici, ma anche di gestire lo scavo in presenza dei trovanti risultati frequenti nelle formazioni moreniche attraversate.Lo scudo, composto da tre parti principali è lungo 14 metri mentre la testa fresante ne sporge per circa 1,5 metri portando la lunghezza complessiva della macchina a 15,5 metri; considerando che il diametro nominale di scavo è pari a 10.03 m e il diametro dell'estradosso dello scudo è nella sezione di coda pari a 9.97 m, l'intercapedine ha consentito alla macchina di effettuare lo scavo nel rispetto del raggio minimo di curvatura previsto lungo il tracciato di progetto. Il back-up, della lunghezza complessiva di circa 152 metri, è costituito da n. 8 carri. Un riepilogo delle principali caratteristiche tecniche è riportato nella Tabella 1.

Lo scavo della prima canna ha avuto inizio il 14 Novembre 2020, ed è terminato il 15 settembre 2022; dopo una prima fase di start-up, comprensivo di ultimazione montaggio TBM e conclusione dei consolidamenti propedeutici al sottoattraversamento dell'autostrada A4, l'avanzamento medio sulla tratta è stato di circa 14,96 m/giorno escludendo i fermi per manutenzione straordinaria ed i periodi di chiusura cantiere.

Le produzioni massime sono state comunque superiori ai 13 m/giorno previsti ed a regime, escludendo i fermi sopraccitati, si sono avute produzioni con record giornalieri di 32 m e record mensili superiori ai 500 metri. Il personale impiegato nelle operazioni di scavo è stato di circa 120 unità, con turni di lavoro sufficienti a coprire 24 ore su 24, per 7 giorni la settimana.Le caratteristiche geotecniche molto variabili del terreno scavato, le basse coperture e la presenza di zone urbanizzate dell'area, hanno imposto una metodologia di scavo tale da garantire la minimizzazione dei risentimenti in superficie. Oltre alla registrazione ed elaborazione continua di tutti i parametri principali di scavo da parte del plc della fresa, il personale responsabile ha eseguito un continuo monitoraggio in tempo reale dei parametri di scavo e della superficie del terreno attorno alle gallerie al fine di valutare eventuali cedimenti indotti in superficie o sui fabbricati. In particolare, l'attenzione è stata focalizzata sui seguenti parametri:

• Pressione camera di scavo.
• Iniezione malta bicomponente (volumi di malta e pressione).
• Peso del volume estratto.
• Coppia e Spinta.
• Condizionamento del terreno.

Smontaggio, rimontaggio e scavo seconda canna TBM
Alla fine dello scavo della prima canna la TBM è stata riportata all'imbocco Ovest in tempi record: smontaggio, montaggio e inizio scavo sono durati circa tre mesi (Ottobre 2022-Dicembre 2022). Per ottimizzare i tempi la testa, la coclea e le altre principali parti degli scudi sono stati portati all'imbocco di partenza mediante trasporti eccezionali che hanno comportato per n.4 notti la chiusura totale dell'autostrada A4 per la tratta Brescia Est-Sirmione (in ambo i sensi di marcia) (Figura 6). I carri del back up, invece, sono stati trainati a ritroso lungo la galleria appena ultimata.

Per le operazioni di montaggio si sono rese necessarie una gru Terex Demag TC 2800-1 (600 t) ed una gru da 500 t. Un'ulteriore gru da 200 t è servita durante le operazioni di sollevamento della testa e di ulteriori pezzi. Il personale impiegato nelle suddette operazioni è stato di circa 100 unità, con turni di lavoro sufficienti a coprire 24 ore su 24, per 7 giorni la settimana. (Figura 7)

I tiri più rilevanti sono stati quelli relativi al posizionamento del cuscinetto principale (165 ton) e della testa fresante (185 ton); quest'ultimo è stato logisticamente il più impegnativo in quanto per la verticalizzazione della testa sono state impegnate due gru contemporaneamente per poi seguire con la gru principale al posizionamento della componente nella sua posizione finale di assemblaggio (Figura 8).

Per il traino dei carri di back up sono state utilizzate delle motrici zavorrate (Figura 9) che, opportunamente collegate al carro da movimentare, hanno trainato per quasi 5 km di galleria gli otto carri di back up (con traini singoli ed in coppia); una volta raggiunto l'imbocco di Lonato, con l'ausilio di carelli tipo SPMT, i carri di bup sono stati "parcheggiati" sui piazzali per il loro successivo posizionamento, tramite gru tralicciata di portata 600 ton, sulla culla di lancio del tunnel per seguire con le ultime operazioni di montaggio (Figura 10).

Il giorno 7 gennaio 2023 la TBM Creg 699 ha incominciato l'effettiva fase di scavo del binario pari, per i primi 50 metri in modalità ombelicale e, successivamente, in configurazione completa a seguito dell'installazione degli ultimi tre carri di bup; nonostante questa fase di start-up sono stati realizzati circa 300 metri nel solo mese di Gennaio 2023.

La media di scavo effettiva, relativa al binario pari dalla partenza dello scavo in configurazione TBM completa, fino ai primi giorni di maggio 2023, è stata di 19.32 metri/giorno, mentre di seguito si riportano le produzioni record consuntivate:
• Migliore produzione giornaliera, del 06/03/2023, pari a 38,00 m.
• Migliori 7 giorni lavorativi consecutivi, dal 01/03/2023 al 07/03/2023, pari a 228,00 m.
• Migliori 30 giorni lavorativi consecutivi, dal 22/01/2023 al 20/02/2023, pari a 704,00 m.

Il volume del materiale di risulta originato sin ora dallo scavo delle due gallerie è stato di circa 650.000 metri cubi e sono stati eseguiti 43.485 viaggi mediante bilici per trasportare lo smarino dal deposito intermedio di cantiere ai depositi definitivi (Buffalora, Rezzato e Cava Ocra).

Dai dati appena esposti sui tempi di scavo delle due canne risalta la forte differenza di produzione tra la prima e la seconda canna, che può essere spiegata sia con la necessaria messa a punto della TBM nella prima fase che ad una conoscenza più approfondita del materiale da scavare (ad esempio: ottimizzazione condizionamento, manutenzioni programmate, ecc.).

Inoltre, anche alcune scelte operate in cantiere sulle modalità di esecuzione dell'opera hanno influenzato in modo significativo la produzione. Ad esempio, prima dell'inizio dello scavo della prima canna è stata modificata la testa fresante aumentandone la capacità di taglio. Sono stati installati ulteriori ripper aggiuntivi saldati sulle carpenterie della testa e sono stati inseriti ulteriori scraper, infine la parte centrale della testa è stata attrezzata per spruzzare acqua ad alta pressione direttamente sul fronte.