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La storia della TBM: verso il bicentenario
Nel 2025, celebreremo il 200° anniversario dell’invenzione della Tunnel Boring Machine (TBM), una rivoluzionaria tecnologia che ha trasformato il modo in cui vengono costruite le gallerie in tutto il mondo. In questa rubrica esploreremo l’evoluzione delle TBM, partendo dalle prime idee e dai prototipi fino alle macchine moderne che oggi avanzano sotto ammassi rocciosi, fiumi e città con precisione e velocità sorprendente.
Da Wohlmeyer a Grandori: l’evoluzione delle TBM in Europa
Nonostante le prime applicazioni delle TBM siano avvenute in Europa, il loro sviluppo nel Vecchio Continente avanzò con un leggero ritardo rispetto al Nord America. Questo percorso fu segnato da approcci tecnici diversificati, influenzati dalle specificità geologiche e infrastrutturali locali. Le TBM europee iniziarono a evolversi realmente solo negli anni ’50, grazie a una combinazione di sperimentazione e perfezionamento di tecnologie importate.
I primi esperimenti europei si distaccarono significativamente dai modelli americani. In Austria, l’ingegnere Wohlmeyer sviluppò una tecnologia basata su ruote fresanti rotanti, originariamente pensata per le miniere di lignite. Sebbene questa tecnica non si affermò su larga scala, i prototipi furono utilizzati con successo nella galleria Albstollen in Germania e in alcuni rami della galleria Seikan in Giappone: le aspettative iniziali vennero tuttavia tradite nei terreni rocciosi della Ruhr.
La TBM di Wohlmeyer
Un’altra innovazione, la TBM della Bade, con un cutterhead suddiviso in tre anelli contro-rotanti dotati di rulli dentati, si rivelò già superata al momento delle sue prove. Nonostante questi fallimenti, la tecnologia di taglio “undercutting” di Wohlmeyer dimostrò potenzialità significative, richiedendo una forza di spinta ridotta e consentendo lo scavo di sezioni non circolari: questa tecnica fu poi sviluppata ulteriormente da aziende come Habegger, Atlas Copco e Wirth, segnando una fase importante nel settore dell’ingegneria TBM.
Negli anni ’60, i produttori tedeschi, come Demag e Wirth, iniziarono a costruire TBM ispirate ai modelli nordamericani ma adattate alle esigenze europee: queste macchine vennero progettate principalmente per affrontare rocce dure, un requisito comune nei grandi progetti infrastrutturali europei. Un’innovazione fondamentale fu l’adozione di utensili derivati dalla tecnologia per perforazioni profonde, come le punte TCI (a inserto in carburo di tungsteno) e quelle dentate. L’introduzione di dischi taglianti con rivestimenti più duri migliorò notevolmente la capacità di queste macchine di operare su rocce particolarmente resistenti, aumentando l’efficienza e riducendo i costi di manutenzione.
Alla fine degli anni ’60, il metodo “reaming” rappresentò un’importante innovazione. Questo processo prevedeva la creazione di un foro pilota iniziale, poi ampliato al diametro desiderato tramite un utensile di alesatura. Largamente utilizzata dalla Murer, le reamer TBM permisero per la prima volta la realizzazione di sezioni inclinate e di grandi dimensioni in modo efficiente, rivoluzionando la costruzione delle gallerie.
Reamer TBM
Durante gli anni ’70 e ’80, l’attenzione si spostò sullo scavo in rocce fragili e sull’ampliamento delle sezioni. In questo contesto, la priorità venne data perlopiù al concetto di stabilità del terreno: un esempio significativo fu il progetto della diga Mangla, dove una TBM gripper da oltre 11 metri di diametro segnò un passo avanti nell’adozione di questa tecnologia in Europa. Tuttavia, nella galleria svizzera di Heitersberg, l’utilizzo di una TBM simile incontrò difficoltà tecniche, dovute alla complessità del rinforzo con spritz beton.
Un momento decisivo arrivò con l’adattamento della TBM di Heitersberg per la galleria del Gubrist: essa venne trasformata in una macchina scudata con rivestimenti prefabbricati segmentali. Tale approccio permise di affrontare sezioni più grandi con maggiore sicurezza ed efficienza: Robbins e Herrenknecht proseguirono nello sviluppo di queste macchine, ampliandone via via il diametro operativo.
Nel frattempo Carlo Grandori, fondatore di SELI, rivoluzionò il settore introducendo il concetto della TBM a doppio scudo, progettata per combinare la stabilità delle gripper con la flessibilità necessaria per affrontare terreni eterogenei. Utilizzate per la prima volta nella condotta idraulica ad alta pressione della Sila (4,32 metri di diametro), queste macchine si affermarono rapidamente come uno standard per progetti complessi: alla fine degli anni ’80, le TBM double shield dimostrarono il pieno potenziale durante lo scavo dell’Eurotunnel sotto il canale della Manica, operando in terreni gessosi e relativamente favorevoli. In pochi anni queste macchine raggiunsero prestazioni notevoli, diventando un simbolo di ciò che la tecnologia TBM poteva offrire.
TBM a doppio scudo usata per la condotta della Sila
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Bibliografia:
Maidl B.; Schmid L.; Ritz W.; Herrenknecht M., Hardrock Tunnel Boring Machines, Ernst & Sohn, 2008.