Concetto costruttivo: Geologia e costruzione in sotterraneo

Geologia

Il progetto della Galleria di Base del Brennero, geograficamente attraversa in tutta la sua lunghezza,  la zona centrale delle Alpi orientali. Le grandi unità tettoniche lungo l’intero tracciato della galleria sono, da nord a sud, l’Unterostalpin, le cime penniniche della “finestra dei Tauri”, una stretta zona con l’Oberostalpin e le rocce intrusive terziarie a sud della “finestra dei Tauri” ed il Sudalpino.

Nella zona della fillite quarzifera di Innsbruck viene costruito, a nord e per un breve pezzo a sud della galleria esistente della circonvallazione di Innsbruck, un nuovo cunicolo di soccorso. Le zone geologiche più importanti lungo la Galleria di Base del Brennero da Innsbruck a Fortezza sono:

• Km 2,4: zona burrone dello Sill / zona quarzifera di Innsbruck

• Km 2,4 – 14: Unterostalpin / zona quarzifera di Innsbruck

• Km 14 – 19: zona settentrionale della finestra del Tauri

• Km 19 – 28,5: strato Glockner

• Km 28,5 – 30,3: Untere Schieferhülle a nord del Gneiss Centrale del Tuxer

• Km 30,3 – 35,9: Gneiss Centrale – confine del Brennero

• Km 35,9 – 37,2: Untere Schieferhülle della sinforma di Vizze

• Km 37,2 – 40,5: cime Glockner della sinforma di Vizze

• Km 40,5 – 43: Untere Schieferhülle / Gneiss Centrale

• Km 43 – 45,4: strato Glockner

• Km 45,4 – 47,5: cristallino Oberostalpin

• Km 47,5 – 48,2: lamella tonalitica di Mules / sistema Periadriatico di disturbo con zona di disturbo di almeno 200 m ed una catena montuosa sovrasollecitata fino ad 1,0 km

• Km 48,2 – 55: granito di Bressanone

La scelta del metodo per i lavori di scavo e di sicurezza è avvenuta sulla base delle previsioni geologiche e geotecniche e delle interpretazioni. Per la costruzione delle gallerie principali vengono prese in considerazione le ulteriori conoscenze sul cunicolo esplorativo.
In linea di principio si possono utilizzare diversi metodi di scavo, anche se i metodi meccanici garantiscono, in certe condizioni, un avanzamento più rapido e minori impatti sull’ambiente e sul paesaggio.

Costruzione della galleria

Complessivamente vengono applicati i metodi di avanzamento (metodi di scavo e di sicurezza) qui di seguito descritti: la scelta specifica viene fatta in base delle esplorazioni preliminari:

• scavo a sezione piena con fresa aperta (Gripper TBM) con consolidamento di prima fase (betoncino proiettato)

• scavo a sezione piena con fresa scudata o doppia scudata (TBM a scudo o doppio scudo) con consolidamento di conci (Tübbinge)

• scavo a sezione piena e parziale con esplosivi (avanzamento in tradizionale) con consolidamenti di prima fase (betoncino proiettato)

• scavo a sezione piena e parziale con avanzamento tramite escavatore  (avanzamento convenzionale con escavatore) con o senza impiego di martello idraulico e testa fresante con consolidamenti di prima fase (betoncino proiettato)

• scavo a sezione piena e parziale con avanzamento tramite esplosivo e escavatore -  come combinazione degli ultimi due metodi con consolidamenti di prima fase (betoncino proiettato)

• in determinati tratti è possibile anche l’impiego di frese a taglio parziale per scavi a sezione piena e parziale. Normalmente il consolidamente è di prima fase, ovvero con betoncino proiettato

L’avanzamento meccanico avviene con una fresa aperta o con una fresa a scudo. Per questi metodi di costruzione sono particolarmente caratteristici il grado di meccanizzazione e l’avanzamento veloce. Questa tipologia di avanzamento viene chiamata anche  avanzamento in continuo perchè contemporaneamente all’avanzamento avviene anche la protezione della cavità.

Con l’avanzare della fresa, la roccia viene sostenuta con conci prefabbricati in calcestruzzo, il cosiddetto sistema Tübbing, che viene installato automaticamente dalla macchina. In presenza di materiale più duro, vengono utilizzati dei cutter. Sullo scudo sono presenti anche delle pale che raccolgono il materiale scavato e lo trasportano tramite nastro trasportatore all’impianto di frantumazione.
Come nel caso di avanzamento in tradizionale, anche nell’utilizzo di fresa aperta vengono utilizzati betoncino proiettato (Spritzbeton) e ancoraggi l’ampliamento primario.
In presenza di faglie, prima dell’utilizzo della fresa, possono essere eseguiti lunghi sondaggi orizzontali.
Nell’avanzamento in tradizionale, la creazione di cavità avviene secondo il metodo NÖT / NATM (nuovo metodo austriaco di costruzione delle gallerie). Questo metodo si caratterizza per il fatto che lo scavo primario può essere adattato in modo flessibile alle condizioni trovate in loco. In merito a ciò, sono necessarie misurazioni geotecniche adeguate per verificare il comportamento del sistema e dell’ammasso roccioso e, in caso di anomalie, adattare il metodo di scavo all’eventuale comportamento pronosticato. Le fasi di lavoro corrispondono a quelle dell’avanzamento meccanico: sezionare, sgomberare, fissare. Queste fasi di lavoro continuano a riptersi, per cui si parla di uno scavo ciclico. A seconda delle condizioni della montagna è possibile anche procedere ad un taglio con sezioni trasversali parziali, cosa che rappresenta, accanto alla formazione di uno scavo primario, un’ulteriore possibilità per dominare le condizioni della montagna.

Con lo scavo convenzionale (avanzamento con esplosivi) il consolidamento della cavità avviene direttamente durante l’avanzamento. I mezzi di supporto tipici sono il betoncino proiettato, centine metalliche, rete elettrosaldata e chiodi radiali. Nelle faglie e zone di roccia spingente è possibile impiegare un consolidamento preventivo con barre VTR così come un sistema di sostegno deformabile oppure elementi comprimibili in calcestruzzo (high deformable concrete). Questi elementi di supporto vengono inseriti nel betoncino proiettato, che evitano la rottura del rivestimento in e permettono di controllare le convergenze dell’ammasso roccioso.