Scavare il tunnel più lungo al mondo grazie ad un verme marino

Nel post di oggi voglio parlarti di come è stato scavato il tunnel più lungo del mondo grazie ad un verme marino. Faremo un breve viaggio dal 1800 ad oggi. Nel corso dei decenni le tecniche di scavo dei tunnel si sono evolute in continuazione, affrontando sfide sempre nuove e superando record di lunghezza sempre più ambiziosi.

Il tunnel più lungo del mondo è attualmente il tunnel di base del San Gottardo. Si tratta di un tunnel ferroviario sulla tratta che unisce Milano a Zurigo e che misura ben 57 km di lunghezza. Ci sono voluti circa 16 anni per realizzarlo e sono state messe in campo le tecniche più all’avanguardia nel settore del tunneling. Scavare questa enorme galleria è stato possibile grazie ad un verme marino. Ci crederesti? Continua a leggere quest’articolo per scoprire come sia stato possibile. Ti parlerò dei 6 passi che dai primi anni del 1800 hanno reso possibile realizzare lunghissimi tunnel in tempi record.

Tutto inizia da una teredine

Una teredine (teredo navalis) è un verme marino che può arrivare a misurare anche un metro di lunghezza. Questo verme ha una particolarità: va ghiotto del legno infisso o galleggiante in acque salmastre o portuali. E’ stato per secoli il peggior nemico delle imbarcazioni in legno e delle palificate dei porti. La teredine ha una specie di conchiglia nella parte anteriore, grazie alla quale scava lunghi cunicoli all’interno del legno. Man mano che la teredine avanza nel legno, il suo corpo rilascia una sostanza viscida lungo le pareti del foro. Questa sostanza è in grado di solidificarsi e creare delle vere e proprie cannule calcaree in grado di sostenere il foro appena scavato, evitando che man mano che il verme avanza nel legno, il cunicolo si richiuda dietro di lui. 

Il processo con cui la teredine crea dei tunnel all’interno del legno fu di ispirazione per l’ingegnere francese Marc Isambard Brunel. A Brunel fu affidato l’incarico di progettare un tunnel sotto il Tamigi. Alla fine dei lavori il tunnel avrebbe avuto una lunghezza di 396 metri. Era il 1825 e per realizzare quest’opera l’ingegner Brunel progettò una macchina che riproducesse lo stesso processo di scavo della teredine. La macchina di Brunel aveva un guscio all’estremità in ghisa, disponeva di 36 alloggiamenti, ciascuno dei quali poteva contenere un minatore. I minatori scavavano a mano il fronte di scavo. Man mano che lo scavo procedeva, la macchina veniva spinta in avanti con dei martinetti, e le pareti del foro venivano sostenute realizzando una galleria di mattoni. E’ lo stesso processo su larga scala che metteva in atto il verme marino.

Puoi vedere degli schizzi della macchina di Brunel qui sotto.

La talpa di Brunel – In quest’immagine si vedono i 36 alloggiamenti dei minatori che consentivano di scavare a mano il fronte di scavo

La talpa di Brunel

Questa tecnica, per quanto rivoluzionaria all’epoca, non era il massimo dell’efficienza e della rapidità. Ti basti pensare che per realizzare la struttura di sostegno del foro ci sono voluti più di 7 milioni di mattoni. Incredibile vero?

Oggi la tecnica si è evoluta. La tecnologia per il sostegno delle pareti del foro si è evoluta, si utilizzano archi in acciaio e jet-grouting per sostenere il foro e creare le pareti rigide della galleria.

Velocizzare lo scavo

La tecnica di scavo di Brunel non era il massimo dell’efficienza. Nel 1838 iniziano i lavori per la realizzazione del Box Tunnel, un tunnel ferroviario lungo 2940 metri, per collegare Londra a Bristol. La direzione di quest’opera fu affidata al figlio di Marc Brunel, Isambard Kingdom Brunel. Non era possibile procedere come era stato fatto per il tunnel del Tamigi, la collina da attraversare era costituita da roccia calcarea, scavare il fronte a mano avrebbe richiesto un’eternità. Brunel decise di utilizzare una tecnica militare: la polvere da sparo. Pochi grammi di polvere da sparo, collocati in fori realizzati nel fronte di scavo, erano in grado di frantumare la roccia e procedere rapidamente all’interno della collina. 

Per accelerare ancor di più le operazioni, furono realizzati dei pozzi sulla superficie della collina, lungo il tracciato della galleria. Questi pozzi scendevano fino alla profondità del tracciato del tunnel. Grazie a questi pozzi fu possibile realizzare la galleria collocando gli esplosivi su più fronti di scavo. In soli tre anni il Box Tunnel fu completato. 

Sezione longitudinale del Box Tunnel – Si notano i pozzi verticali utilizzati per creare più fronti di scavo.

L’utilizzo della polvere da sparo aveva però degli effetti negativi. L’esplosione produceva gas tossici che se respirati per lungo tempo, nuocevano alla salute degli operai. Alla fine dell’opera più di cento operai avevano perso la vita a causa delle esalazioni dovute alle esplosioni.

Oggi si utilizzano esplosivi più sofisticati e molto meno tossici della polvere da sparo. Il posizionamento delle cariche avviene tramite un’apposita macchina, in grado di posizionare le cariche con estrema precisione in appositi fori: il jumbo.

Macchina Jumbo per il posizionamento delle cariche esplosive.

Entra in scena la TBM

Nella seconda metà del 1800, l’incremento di traffico nella città di Liverpool, fa sorgere l’esigenza di creare un nuovo tunnel ferroviario per attraversare il fiume Mersey, evitando di dover effettuare il collegamento tramite nave. 

Il Mersey Tunnel misura 3920 metri di lunghezza. Per scavare questo tunnel non fu possibile utilizzare esplosivi, perchè la roccia presentava diverse fratture. La pressione delle esplosioni rischiava di creare nuove fratture con il conseguente rischio di allagamento trovandosi sotto il letto del fiume. 

Fu realizzata per la prima volta una TBM (Tunnel Boring Machine), ovvero una trivella che automatizzava il processo di scavo. Questa macchina fu ideata dall’ingegner Frederick Beaumont. Grazie a questa macchina il fronte di scavo avanzava di 16 metri alla settimana. Il tunnel inaugurò nel 1886. 

La prima talpa della storia del tunneling

Per scavare il tunnel base del San Gottardo, la TBM ha fatto notevoli passi avanti rispetto alla sua prima versione. La TBM che ha scavato il San Gottardo è lunga quanto 4 campi da calcio ed è in grado di avanzare di 40 metri al giorno. E’ stata in grado di rimuovere 20 milioni di tonnellate di roccia. Era una vera e propria linea di produzione. Dei piedi idraulici permettevano alla macchina di avanzare e subito dietro veniva sostenuto il foro con jet grouting e reti metalliche.

 

Schema della TBM del tunnel base del San Gottardo

Il ricambio d’aria

Con il passare degli anni, le tecniche di scavo per la realizzazione di tunnel sotterranei diventano sempre più evolute e la lunghezza dei tunnel scavati aumenta di conseguenza. Ma con l’aumentare della lunghezza dei tunnel, emergono anche nuovi problemi. 

Per scavare il traforo del Sempione lungo ben 19800 metri, l’ingegnere Alfred Blunt capisce che bisogna affrontare un nuovo problema: la scarsa ventilazione. Man mano che il fronte di scavo procede nella roccia, lo scarso ricambio d’aria all’interno della galleria provoca problemi di respirazione per gli operai. Alfred Blunt decide così di realizzare due gallerie gemelle e collegarle ogni 200 metri. Delle grosse pale di ventilazione all’esterno della galleria immettono aria fresca in una delle due gallerie gemelle. L’aria passa attraverso il condotto di collegamento fra le due gallerie garantendo sempre aria fresca agli operai. Man mano che lo scavo avanza, viene realizzata una nuova galleria di collegamento e quelle precedenti vengono chiuse.

Ma per il tunnel del San Gottardo c’è un ulteriore problema: il calore. Sotto l’enorme massa di roccia che sovrasta il tunnel, il calore che proviene dal nucleo terrestre resta intrappolato; all’interno della galleria si raggiungono i 45 gradi centigradi. C’è bisogno di un apposito sistema di refrigerazione per tenere gli operai al fresco.

Una piccola deviazione può diventare un disastro

Tunnel della Manica: 50’600 metri. Nel 1987 iniziano i lavori per un tunnel che unirà la Gran Bretagna al continente. E’ un sogno che diventa realtà. Per realizzare il tunnel della manica, due diverse squadre iniziano a scavare dai due fronti. C’è una grossa sfida da affrontare: incontrarsi a metà del tracciato.

Riuscire ad incontrarsi a metà è particolarmente complicato per il tunnel della Manica. Per poter scavare questo tunnel, i progettisti decisero di restare per tutta la sua lunghezza nello strato continuo di marna di gesso che si trova sotto il fondo del mare. Il problema è che questo strato andava su e giù, bisognava variare in continuazione l’angolo di scavo del tracciato del tunnel per poter restare al suo interno. Una singola deviazione di pochi decimi di grado, può diventare un disastro su una distanza di 50 km. 

Furono messi in campo i più avanzati sistemi di misurazione ed in particolare un sistema di livelle laser che consentirono di guidare le due TBM con precisione millimetrica, rendendo possibile incontrarsi a metà con pochi centimetri di scarto.

Sicurezza

Il 24 ottobre del 2001 un triste episodio di cronaca mette in allerta i progettisti del tunnel base del San Gottardo. Un grosso incendio scoppia all’interno del tunnel stradale del San Gottardo e all’interno della galleria si raggiungono migliaia di gradi celsius.

Quest’episodio mette in primo piano un aspetto cruciale del nuovo tunnel del San Gottardo: la sicurezza. Più è lungo il tunnel, più difficile è scappare via in caso di incidenti. Garantire la massima sicurezza diventa una priorità per il tunnel più lungo del mondo. 

I progettisti del tunnel base del San Gottardo realizzano due stazioni di emergenza all’interno del tunnel, con condotti a prova di fuoco. In caso di incendio, il treno si ferma alla stazione di emergenza più vicina. Le porte a prova di fuoco si aprono. Per evitare che i fumi dell’incendio si propaghino all’interno dei condotti di emergenza, gli ingegneri hanno escogitato una soluzione. 800 metri sopra la stazione di emergenza, delle potenti ventole immettono aria fresca all’interno delle gallerie di emergenza, in modo da spingere fuori i fumi della combustione e farli restare all’interno del tunnel. I passeggeri attraverso la stazione di emergenza possono passare nella galleria gemella per essere messi in salvo e portati fuori dal treno che viaggia nella direzione opposta.

Conclusioni

Il tunnel del San Gottardo ha trasformato il traffico ferroviario in Europa. E’ il tunnel più lungo del mondo ed una grande opera di ingegneria della perforazione.

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Al prossimo post.

Marco.