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Gli utensili innovativi per lo scavo meccanizzato

Ringx: il tagliente all’avanguardia proposto da AB Tunnelling

Utensili per lo scavo meccanizzato

Le macchine utilizzate per la perforazione meccanica delle gallerie sono denominate TBM (tunnel boring machines): esse sono formate da una testa rotante su cui sono montati gli strumenti di scavo del materiale che deve essere anche rimosso dal fronte di scavo.

Tali strumenti sono denominati cutter, la cui parte consumabile è composta da un anello di acciaio, detto tagliente, che si trova a diretto contatto con la roccia/terreno nella parte anteriore della galleria.

I taglienti si usurano e periodicamente devono essere sostituiti, quindi sviluppare un tagliente a più alte prestazioni consente alle operazioni di scavo delle gallerie di essere più veloci, efficienti e sicure, minimizzando le faticose e difficili operazioni di smontaggio e rimontaggio degli utensili sulla testa della TBM. 

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1. Il tagliente RingX

La proposta di AB Tunnelling: l’innovativo tagliente Ringx®

Lo sviluppo dell’anello tagliente (https://www.abtunnelling.it/index.php/it/prodotti21/ringx) è maturato su tre livelli:

  • acciaio: rintracciare una o più tipologie che possano dare maggiori certezze in termini di prestazioni meccaniche e resistenza all’usura;
  • geometria: individuare le forme più adatte per affrontare le diverse rocce da scavare;
  • trattamento termico: definire il processo che può esaltare e ulteriormente migliorare le qualità intrinseche dell’acciaio.
Acciaio

L’osservazione nel corso degli anni dei taglienti arrivati a fine vita ha suggerito che i meccanismi di consumo fossero per la maggior parte attribuibili all’effetto dell’usura delle particelle fini di natura silicea del terreno, unitamente a sollecitazioni d’urto o di sovraccarico sporadico.

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2. Il RingX

Gli acciai che possono dare una maggiore garanzia di durata sono gli acciai che a seguito del trattamento termico di bonifica, presentano una dimensione dei carburi primari più grande rispetto agli acciai per impieghi a caldo e mostrano quindi una molto più alta resistenza all’usura da particolato.

Geometria

Attualmente il mercato propone anelli taglienti dal diametro esterno variabile da 15 a 20 pollici e profili di taglio da 1/2 a 1 pollice. Il nostro studio si è concentrato sulla capacità del profilo di essere più capace di assorbire l’urto senza rompersi.  

Trattamento termico

Per ottimizzare le caratteristiche dell’acciaio e uniformare il più possibile la qualità del prodotto, abbiamo scelto di eseguire un trattamento preliminare che consente di migliorare ed esaltare le proprietà dell’utensile aumentandone ulteriormente le caratteristiche meccaniche e la resistenza all’usura.

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    3A La progettazione 2D del RingX
    3A. La progettazione 2D del RingX
  • scavo
    3B La progettazione 2D del RingX
    3B. La progettazione 2D del RingX

Le criticità del cantiere scelto per le prove

Abbiamo deciso di testare il nostro prodotto innovativo in un cantiere dove erano presenti particolari conglomerati della Formazione di Molare a matrice arenacea.

Problematiche di scavo erano legate, per quanto riguarda le caratteristiche litostratigrafiche, alla forte eterogeneità granulometrica dei conglomerati, in particolare alla presenza di grossi blocchi lapidei immersi in una matrice fine poco cementata e con scarsa coesione (Figure 4A e 4B).

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4A e 4B. I blocchi lapidei

Tale fenomeno ha generato importanti difficoltà di scavo a causa della scarsa durata dei cutter in esercizio, che ne rendeva necessaria la sostituzione dopo poche ore di lavoro (Figure 5A e 5B).

Questo ha ridotto notevolmente la produzione della TBM, aumentato i costi di manutenzione e, infine, ha incrementato il numero di taglienti sostituiti quotidianamente. 

L’usura sui taglienti
5A e 5B. L’usura evidenziata sui precedenti taglienti

I risultati ottenuti

Nel corso dell’anno 2021, sono stati forniti 150 taglienti RingX® 17p, con profilo da 1” e durezza 61 HRc +-1 HRc. I taglienti forniti da AB Tunnelling hanno dimostrato una grande tenacità e resistenza all’usura da polveri silicee.

Inoltre, i grossi ammassi sul fronte di scavo non hanno generato rotture dell’utensile, permettendo così alla TBM di tornare a scavare con regolarità.

Nelle zone periferiche, i taglienti vengono sostituiti mediamente dopo 500 m di scavo con una usura del profilo di 10 mm. Successivamente, vengono spostati nelle zone più centrali dove scaveranno altri 200 m fino a raggiungere una usura di 22-25 mm. 

  • Il RingX in esercizio
    6A Il RingX in esercizio
    6A. Il RingX in esercizio
  • Il RingX con abbassamento del profilo
    6B Il RingX con abbassamento del profilo
    6B. Il RingX con 25 mm di abbassamento del profilo

Conclusioni

L’innovativo tagliente RingX® ha permesso di velocizzare i tempi di scavo riducendo drasticamente i fermi macchina dovuti alla sostituzione dei taglienti consumati, garantendo così non solo un miglior efficientamento dello stesso ma preservando la sicurezza degli operatori non più costretti a effettuare interventi di manutenzione per la sostituzione dei cutter in condizioni di estrema difficoltà.

La soddisfazione della Stazione Appaltante e l’impegno costante rendono AB Tunnelling Srl un’orgogliosa protagonista nella continuazione di questo ambizioso progetto, un’opera di grande respiro non solo in Italia ma in tutta Europa.

Qualità e sostenibilità
7. La schematizzazione di qualità e sostenibilità

AB Tunnelling

AB Tunnelling è una Start-up innovativa nata nel 2018 la cui attività è orientata alla ricerca, alla progettazione, alla produzione, al commercio, all’installazione, alla manutenzione, all’assistenza e a soluzioni tecnologiche per il settore del tunnelling e del precasting.

L’attività principale di AB Tunnelling è focalizzata su ricerca e sviluppo di soluzioni innovative per impianti di prefabbricazione e accessori per TBM (Tunnel Boring Machine) qualificati presso laboratori tecnici indipendenti e università.

Stefano Lupi e Andrea Bertoli
8. Stefano Lupi e Andrea Bertoli

AB Tunnelling ha accordi di partnership con Società produttrici leader nel settore underground con cui collabora non solo nello sviluppo del prodotto ma anche nella promozione tecnica, commerciale e nel servizio post-vendita presso i cantieri.

Il settore del tunnelling gode in Italia di una lunga tradizione sia per la conformazione del territorio che ne ha dettato una forte necessità sia per le rinomate scuole minerarie che hanno formato tecnici che hanno saputo distinguersi nel mondo.

La nostra attività di ricerca e sviluppo si focalizza nello studio e applicazioni di soluzioni innovative che garantiscano un’operatività più semplice e veloce nel rispetto della salute e della sicurezza delle maestranze.

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