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I tunnel meccanizzati della Mumbai Coastal Road

L’evoluzione del lavoro della Società Lombardi nell’ambito del pacchetto IV, in India

I tunnel della Mumbai Coastal Road

Il progetto Mumbai Coastal Road, suddiviso contrattualmente in tre pacchetti denominati I, II e IV, rappresenta un importante collegamento stradale urbano che si inserirà nella complessa viabilità della città. Nell’ambito del pacchetto IV (package IV), il collegamento tra Nariman Point e Bandra Worli, lungo complessivamente 10,58 km, comprende due tunnel meccanizzati gemelli della lunghezza di 2.008 m ciascuno.

Ogni canna ospiterà una carreggiata a tre corsie, con un profilo che si spinge a una profondità massima di circa 20 m sotto il livello del mare e presenta una copertura massima di circa 70 m in corrispondenza del passaggio al di sotto di Malabar Hill.

I tunnel meccanizzati della Mumbai Coastal Road
1. Vista della costa di Mumbai, con evidenza del pozzo di arrivo della TBMtb

Il progetto dell’opera prevede trincee di approccio ai due tunnel gemelli di lunghezza pari a 660 m lato Nariman e pari a 410 m lato Bandra Worli nonché la realizzazione di due tunnel scatolari gettati in opera tra paratie di pali secanti puntonati, per una estensione totale di circa 1.400 m; tali strutture sono previste con metodo Cut&Cover e scavi a cielo aperto nelle porzioni meno profonde.

Lo scavo delle due gallerie è affidato all’attività di Mavala (il significato della parola richiama, nel suo uso più comune il “pedone”, pezzo degli scacchi), una macchina scudata di tipo slurry fornita dalla Società CRCHI (China Railway Construction Heavy Industry Corporation Limited) alla sua quinta esperienza nel Paese; l’Impresa titolare dei lavori è l’indiana Larsen & Toubro Limited.

A oggi i lavori vedono la completa realizzazione della prima canna e l’avvio dello scavo della seconda. Il completamento delle attività è previsto per il mese di Novembre del 2023 (https://www.lombardi.ch/it-it/home). 

I tunnel meccanizzati della Mumbai Coastal Road
2. L’inquadramento dei tunnel con indicazione dei cross-passage (pedonali in blu e carrabili in rosso)

I tunnel principali e il contesto di attività della Mumbai Coastal Road

Il tracciato delle due gallerie meccanizzate, opere parallele aventi un interasse medio di poco superiore ai 20 m, corre parallelamente al fronte mare della città di Mumbai, immergendosi a partire dal pozzo di lancio ed emergendo, dopo aver superato la Malabar Hill, in corrispondenza del pozzo di uscita.

Come sempre accade in questo tipo di attività, le lavorazioni si innestano all’interno di un contesto urbanizzato, elemento che richiede soluzioni adeguate e tutte le necessarie cautele al fine di garantire la sicurezza nell’ambito delle preesistenze e di quanto in costruzione [1 e 2].

L’avanzamento a foro cieco è previsto in formazioni rocciose di buona qualità, con passaggi più complessi in corrispondenza delle estremità delle opere (zone di break-in e break-out) e di alcune situazioni locali (bassa copertura in presenza di edifici e sovrastrutture, attraversamenti complessi in posizioni di repentino cambio di copertura, ecc.), essendo lo scavo condotto sempre al disotto del livello del mare la gestione delle acque (controllo delle venute al fronte) possiede un ruolo particolarmente importante [3].

I tunnel meccanizzati della Mumbai Coastal Road
3. Lo scavo e il rivestimento dei tunnel meccanizzati

A tal fine, a valle della scelta della macchina di tipo slurryshield che ha visto gli scriventi attivi nella disamina delle offerte ricevute da vari produttori, si è prevista una gestione dell’avanzamento con pressioni attive al fronte sino a un valore massimo di circa 3 bar [4].

Le caratteristiche dello scavo e del rivestimento in anelli costituiti da conci prefabbricati armati con armatura convenzionale sono riassunte in Figura 3.

Dal punto di vista geotecnico/geomeccanico, sulla base delle informazioni disponibili, e in funzione delle necessità di carattere ingegneristico e progettuale, il tracciato delle gallerie è stato suddiviso in cinque zone, sintetizzate di seguito nel dettaglio e impiegate per valutare le pressioni di gestione avanzamento, i cedimenti attesi, le azioni nei rivestimenti definitivi:

  • zona 1, km 3+300÷3+700: attacco allo scavo (break-in) incondizioni di bassa copertura. Scavo in breccia e scisto moderatamente fratturati con presenza di depositi marini (GU2) al disopra della sezione di attacco. In questa zona la copertura varia tra 11 m e 13 m e le attività prevedono il sottopassaggio di alcuni edifici e di una piscina;
I tunnel meccanizzati della Mumbai Coastal Road
4. I parametri geotecnici di progetto
  • zona 2, km 3+700÷4+400: scavo prevalentemente previsto in breccia e scisto con fratturazione da bassa a media. In questa zona la copertura varia tra 13 m e 20 m;
  • zona 3, km 4+400÷4+500: scavo in breccia e scisto a bassa fratturazione. In questa tratta il tunnel può incontrare condizioni di faglia, in corrispondenza di repentini cambi di copertura che crescono repentinamente nella zona di sottoattraversamento della Malabar Hill;
  • zona 4, km 4+500÷4+900: scavo in breccia e scisto a bassa fratturazione e copertura compresa tra 45 e 67 m. La formazione basaltica è prevista nella zona di chiave di calotta;
Vista della TBM
5. Vista della TBM alla seconda canna in partenza (prima canna realizzata)
  • zona 5, km 4+900÷5+300: scavo in basalto con fratturazione variabile tra bassa e alta. Copertura compresa tra 45 m e 13 m, in riduzione nella direzione dell’arrivo (break-out).

La Figura 4 sopra riassume il modello geotecnico/geomeccanico di riferimento con dettaglio riferito a ognuno degli scenari messi in evidenza (zone da 1 a 5), con indicazione della formazione prevalente attraversata, del materiale, della copertura e dei parametri assunti in termini progettuali con il seguente significato dei simboli:

  • γsat = peso specifico in condizioni sature;
  • c’ = coesione;
  • φ’ = angolo di attrito;
  • Erm = modulo elastico;
  • ν = coefficiente di Poisson.
Il sistema di lancio della TBM
6. Il modello 3D del sistema di lancio della TBM

Dal punto di vista sismico, il sito di intervento si classifica in zona III (ref. IS 1893), [5]); a questa corrisponde un’accelerazione al suolo di 0,16 g, dove con g si indica l’accelerazione di gravità.

Lo scavo di entrambe le gallerie è previsto dal pozzo di lancio, situato a Ovest della Malabar Hill. Il sistema di avvio comprende sella di alloggiamento corpo macchina in calcestruzzo armato, telaio di spinta in acciaio, predisposizione di una serie di conci di base utili a consentire la traslazione preliminare del back-up (che viaggia a una quota superiore rispetto al profilo di scavo, in corrispondenza dell’intradosso dei conci).

La sella di partenza prevede ancoraggi nel terreno realizzati mediante micropali posti in corrispondenza dei montanti del telaio di spinta che, in fase di partenza macchina, subiscono una importante azione di trazione (verso l’alto).

Lo stoccaggio degli anelli
7. La fabbrica di conci e aree di stoccaggio degli anelli

L’arrivo della TBM, a valle dello scavo della prima come della seconda canna, è previsto all’interno del pozzo di arrivo, posto a Est di Malabar Hill a Mumbai. Tale opera possiede, come sempre in queste situazioni, dimensioni più limitate (longitudinalmente) del pozzo di lancio, poiché non deve ospitare il back-up.

L’arrivo della macchina viene anticipato da operazioni di presidio che prevedono la gestione delle acque potenzialmente interferenti con le operazioni (di break-out) e la preparazione del piano di arrivo, costituito da un solettone in calcestruzzo armato opportunamente sagomato per accogliere la geometria della testa di scavo e il corpo macchina.

La TBM in partenza
8. Vista TBM in partenza (all’interno del pozzo di lancio)

L’anello di rivestimento, di tipo universale e posato all’interno dello scudo della macchina, è costituito da otto pezzi dalle simili dimensioni e collegati longitudinalmente mediante connettori in ragione di tre pezzi per concio. Il sistema prevede l’impiego di due bulloni circonferenziali per interfaccia e l’impiego di barre guida utili nella disposizione degli elementi.

La guarnizione, disposta lungo l’intero perimetro di ogni concio, è di tipo “embedded”, ancorata cioè all’interno del getto in fase di realizzazione.

Questa soluzione, ormai discretamente diffusa, si è rivelata molto vantaggiosa sia in termini di processo di produzione (eliminazione di una fase di lavoro originariamente legata all’incollaggio della guarnizione stessa a valle dello scassero) sia in termini di qualità del risultato (minori problemi di distacco della guarnizione in fase di montaggio anello).

Il tunnel rivestito
9. Vista interna del tunnel rivestito

Il modello 3D dell’anello previsto per il rivestimento delle gallerie in oggetto è rappresentato in Figura 10 sotto.

Nella zona di intervento, sfruttando gli spazi a disposizione per le cantierizzazioni, è stato possibile realizzare l’impianto di prefabbricazione dei conci che costituiscono l’anello di rivestimento dei due tunnel della Mumbai Coastal Road

Come evidente in Figura 7, l’opera in oggetto, che include due fornici della lunghezza di più di due km ciascuno, richiede un notevole stoccaggio (e la realizzazione complessiva di più di 16.000 pezzi). Tale quantità va gestita in maniera dinamica per alimentare il sistema di realizzazione dei tunnel, capace di disporre vari anelli per ogni giorno di attività.

Il sistema di rivestimento
10. Il modello 3D del sistema di rivestimento del tunnel scudato

La concezione strutturale dei cross-passage

Il sistema di gallerie scudate gemelle prevede connessioni disposte a interasse pari a circa 300 m, per un totale di sei “cross-passage”, due dei quali di tipo carrabile (il secondo e il quinto lungo lo sviluppo delle opere), come illustrato in Figura 11.

Tali elementi si rendono necessari ai fini della sicurezza e, in un caso, ospitano una stazione di pompaggio.

Scavati con metodo tradizionale, i cross-passage vengono realizzati con l’ausilio di un sostegno temporaneo dei conci prefabbricati del tunnel principale e con un sistema di connessione tra i due fornici che assicuri i necessari livelli di sicurezza statica nel lungo termine. Le principali caratteristiche di queste opere sono sintetizzate in Figura 12.

In Figura 13 sotto è rappresentata la modellazione effettuata per lo studio di dettaglio della connessione tra tunnel principale e cross-passage, situazione sempre piuttosto delicata. 

La sezione tipologica
11. La sezione tipologica in asse con i cross-passage

Temi impiantistici

Come grande infrastruttura moderna, anche il tunnel del Mumbai Coastal Road Project sarà dotato di tutti gli impianti elettromeccanici necessari a garantire la sicurezza dell’utenza e la facilità di controllo e manutenibilità da parte del Gestore [6].

A livello di concezione, la maggior parte delle reti di distribuzione degli impianti elettromeccanici della Mumbai Coastal Road corre all’interno di un cunicolo sotterraneo realizzato direttamente al disotto del piano carrabile; questa soluzione consente una protezione da manomissioni, dagli esiti di eventuali urti o incidenti, nonché da possibili incendi all’interno della galleria.

I dettagli sui cross-passage
12. I dettagli sui cross-passage

All’interno del tunnel sarà realizzato l’impianto di illuminazione “permanente”, composto da elementi illuminanti ad alta efficienza luminosa, capaci di ridurre i consumi energetici; si prevede inoltre un impianto di illuminazione “di rinforzo”, dotato di tecnologia adattiva, per agevolare la visibilità dei guidatori in ingresso e in uscita dal tunnel in funzione delle caratteristiche di visibilità esterna.

L’impianto di segnaletica luminosa permetterà di condividere informazioni ordinarie di imprevisti con l’utenza, così come l’impianto di segnalazione acustica, utilizzato in condizioni di particolare emergenza.

Il sistema di segnalamento di eventuali incidenti all’interno della galleria sarà connesso al resto del Mumbai Coastal Road Project, con l’obiettivo di deviare il traffico in caso di non diponibilità (inutilizzo) del tunnel.

Il dettaglio di innesto
13. Il modello 3D del dettaglio di innesto del cross-passage tunnel principale (scudato)

Una guida ottica a marciapiede permetterà di evidenziare i limiti della carreggiata e segnalare il percorso verso le uscite di sicurezza più prossime.

I cross-passage pedonali sono dotati di impianti di rilevazione incendi, TVCC e impianto di ventilazione. Il loro scopo non è quello di essere considerarti luoghi sicuri ma semplicemente vie di esodo verso la seconda canna, assunta come luogo sicuro temporaneo. I cross-passage carrabili sono progettati per essere utilizzati solamente dai mezzi di soccorso.

La salubrità dell’aria all’interno della galleria, in situazioni ordinarie e di emergenza, sarà garantita da stazioni di ventilazione (tipo Saccardo) installate all’interno di due diversi edifici tecnici, disposti in corrispondenza degli imbocchi dei tunnel.

Spostare gli elementi di ventilazione al di fuori del tunnel permette di ridurre grandemente l’ingombro degli impianti in galleria. Il sistema sarà composto da tre ventilatori di circa 2 m di diametro per ciascuna canna, completamente reversibili.

Gli impianti di galleria
14. La sezione tipologica degli impianti di galleria

Eventuali incendi saranno gestiti tramite il sistema di ventilazione Saccardo con espulsione dei fumi attraverso uno dei portali; l’estinzione delle fiamme sarà effettuata dai Vigili del Fuoco attraverso l’impianto antincendio.

L’impianto antincendio consta di una rete provvista di 140 attacchi idranti per manichette e alimentata da una centrale antincendio con due gruppi di pompaggio, ciascuno dotato di pompa di backup, completamente ridondanti, e da una doppia riserva idrica con volume totale pari a 450 m3, in grado di garantire il funzionamento in continuo dell’impianto per più di 2 ore.

Un sistema di rilevazione incendi connesso a un impianto SCADA di gestione degli impianti di sicurezza consente di garantire un ridotto tempo di intervento del segnalamento di eventuali incidenti, con riduzione del tempo di intervento degli impianti di ventilazione e dell’arrivo delle squadre di soccorso.

La centrale di ventilazione
15. La centrale di ventilazione tipo Saccardo

Ringraziamenti

Gli autori desiderano ringraziare per il loro supporto tutto il team Lombardi Group e in particolare M. Redaelli, D. L’Amante, Maheswara Varma, Sajan Jerrin, Kachhy Palash, George Kubica e Sandeep Kumar. 

Bibliografia

[1]. D. Betti, L. Mancinelli et al. – “3D Numerical prediction for TBM-EPB excavations under railways bridges in Milan (Italy)”, Proceedings of the third international conference on computational methods in tunneling and subsurface engineering, Bochum, April 2013.

[2]. A. Damiani, L. Mancinelli, R. Crova, E. Avitabile – “Torino Metro Line 1 extension: working solutions”, Proceedings of ITA-WTC Congress, Naples, May 2019.

[3]. G. Cassani, L. Mancinelli – “The use of guidelines in tunnelling”, Proceedings of ITA-WTC Congress, Praha, May 2007.

[4]. G. Cassani, L. Mancinelli – “Monitoring surface subsidence for low overburden TBM tunnel excavation: computational aids for driving tunnels”, IACMAG Conference, Turin, June 2005.

[5]. Indian Standard (IS) 1893 – “Criteria for earthquake resistant design of structures”.

[6]. NFPA 502 – “Standard for road tunnels, bridges and other limited access highways”.

Dati tecnici – Mumbai Coastal Road

  • Stazione Appaltante: Municipal Corporation of Greater Mumbai
  • Consulente generale per la Stazione Appaltante: AECOM
  • Progetto esecutivo: Lombardi
  • Esecutori dei Lavori: Larsen & Toubro
  • Importo dei lavori: 980 milioni di Euro (relativo a packages I e IV, oggetto del medesimo contratto)
  • Data di ultimazione: Novembre 2023

I tunnel meccanizzati della Mumbai Coastal Road
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