La Galleria di base del Brennero: un’infrastruttura strategica

 1 Panoramica del Progetto

Con la sua posizione, al centro delle Alpi, e per la sua caratteristica di essere il valico dell’arco alpino alla quota più bassa (1.371 mslm), il passo del Brennero costituisce, fin da tempi antichissimi, il collegamento più importante tra il nord e il sud Europa per il transito di persone e merci. Oggi, sotto il passo del Brennero, è in corso di realizzazione il collegamento ferroviario sotterraneo più lungo del mondo. La Galleria di Base del Brennero collegherà le località di Fortezza, in Italia, e Innsbruck, in Austria, attraverso un nuovo tracciato che abbatte le pendenze della linea ferroviaria di superficie esistente, riducendone contestualmente la lunghezza di circa 20 km, permettendo in tal modo il transito di treni merci più lunghi, capienti e veloci, L’opera permetterà quindi di superare la barriera naturale delle Alpi ed ha una priorità elevatissima, tra i progetti infrastrutturali dell’unione Europea.

La politica dei trasporti in Europa oggi si articola in “corridoi”. L’UE ne ha individuati complessivamente nove, che formano la rete transeuropea dei trasporti TENT su cui verranno concentrati i finanziamenti europei dei prossimi programmi multiannuali. La Galleria di Base del Brennero costituisce una sezione baricentrica e nevralgica del Corridoio “Scandinavia- Mediterraneo”, che viene realizzato per fasi funzionali, al fine di garantire un aumento delle capacità di trasporto coerente con l’aumento della domanda sulla base del traffico previsto e, nel contempo, di favorire un riequilibrio modale del trasporto a beneficio della ferrovia.Schermata 2017-06-09 alle 08.41.52 Attraverso il valico del Brennero oggi transita oltre il 40% dell’intero traffico merci transalpino. Oltre due terzi del trasporto merci avviene su strada, appena un terzo invece su rotaia. Ogni anno circa due milioni di mezzi pesanti e complessivamente più di dieci milioni di vetture l’attraversano, trasportando annualmente circa 40 milioni di tonnellate di merci. L’evoluzione del traffico merci attraverso i valichi alpini nell’ultimo decennio è rappresentata nel diagramma in Fig. 3, dal quale si evince la prevalenza del Brennero in termini di volume di traffico transitato, sia su gomma che su ferrovia: questi dati sono fondamentali per comprendere la particolare valenza strategica dell’opera in questione e l’importanza che essa assume nel panorama trasportistico europeo. La linea ferroviaria attuale segue in gran parte il tracciato individuato nel 1860 e realizzato nei 7 anni successivi. Schermata 2017-06-09 alle 08.41.44Per portarsi alla quota di 1.371 metri del valico del Brennero, al confine tra Italia e Austria, i binari seguono un percorso tortuoso e acclive, con pendenze che sul versante austriaco raggiungono il 26‰. Questo non solo limita la velocità dei treni, ma impone anche una riduzione dei massimali di carico, rendendo necessario l’impiego di almeno due motrici sul versante italiano e tre motrici sul versante austriaco, sia in testa treno che in coda.

Schermata 2017-06-09 alle 08.45.50

Il nuovo tracciato, che tra Innsbruck e Fortezza avrà una pendenza massima del 6,7 ‰ (Fig. 4), permetterà un transito attraverso il valico ferroviario di treni merci più lunghi, capienti e veloci, riducendo contestualmente i tempi di percor- renza – attualmente circa 75 minuti – a soli 25 minuti per i treni più veloci. La capacità ferroviaria della linea verrà così incrementata dagli attuali 220-240 treni/giorno a 400 treni/giorno, con un considerevole aumento del peso utile trainabile per treno (+80% ca.). Di seguito si forniscono alcuni dei dati più significativi che caratterizzano la Galleria di Base del Brennero come un’opera di ingegneria pionieristica del 21° secolo.

2 Avanzamento dei lavori

Le prime realizzazioni relative all’opera risalgono al 2006. Da allora, allo stato di dicembre 2016, sono stati completati gli scavi di circa 62 chilometri di gallerie, quindi oltre un quarto dell’intero sistema di gallerie (ca. 230 km di estensione) è già stato completato. Di seguito si cercherà di offrire una panoramica di quanto già realizzato – e di quanto in via di realizzazione – nei singoli lotti costruttivi.

Schermata 2017-06-09 alle 08.34.20Schermata 2017-06-09 alle 08.34.27

In Italia, il 2016 ha visto l’avvio dei lavori in due importanti lotti:
Sottoattraversamento Isarco: Il lotto allaccia la galleria di base alla linea storica a nord della stazione di Fortezza. Si tratta di un lotto particolarmente complesso, dato che comprende l’attraversamento in sotterranea del letto del fiume Isarco, in materiale sciolto e sottofalda. Per questo motivo verranno impiegate tecniche di congelamento e consolidamento (jet-grouting) del terreno. Nel lotto, di un valore di 303 milioni di Euro e con termine previsto nel 2022, verranno costruite 4,2 km di gallerie principali e 1,5 km di gallerie di interconnessione con la linea storica; Il lotto più grande della Galleria di base del Brennero comprende tutte le opere in sotterraneo nel tratto da Mezzaselva al Brennero: 39,8 km di gallerie di linea, 14,8 km di cunicolo esplorativo, la fermata di emergenza di Trens con la relativa galleria di accesso, i cunicoli trasversali di collegamento ogni 333 m tra le gallerie di linea e le relative opere accessorie. Il valore del lotto è di 998 milioni di Euro, con fine dei lavori prevista nel 2023. Oltre a questi lavori in via di realizzazione, sono già stati terminati gli scavi dei lotti seguenti.

Lotto costruttivo Aica-Mules (scavo terminato nel 2010):- 10,9 km di cunicolo esplorativo (Aica-Mules), scavato con TBM;- 1,9 km di finestra di accesso di Mules;- 0,4 km di galleria logistica presso il deposito di Hinterrigger, sito di deposito della quasi totalità dello smarino sul lato italiano.

Lotto costruttivo Mules-Periadriatica (scavo terminato nel 2015: – due cameroni per il montaggio delle TBM (sezione finita di 350 m2 per una lunghezza di 180 m ciascuno) che scaveranno le gallerie principali in direzione sud; – 3,7 km di canne principali in direzione nord; – 1,5 km di cunicolo esplorativo in direzione nord; – gallerie logistiche e di collegamento. In quest’ultimo lotto si è attraversato la Faglia Periadriatica, zona di particolare complessità geologica e geotecnica. In Austria, è in rapido avanzamento lo scavo delle gallerie del lotto Tulfes-Pfons, iniziato nel 2014 con durata prevista di 5 anni. Il lotto prevede la realizzazione di ca. 38 km di gallerie, tra le quali anche le gallerie di interconnessione con la circonvallazione

Ad oggi, sono stati realizzati:
– 3 km di canne principali in direzione sud; – 5,5 km di cunicolo esplorativo in direzione sud. Lo scavo del cunicolo avviene con fresa, a differenza di tutti gli altri scavi finora eseguiti sul lato austriaco; – 3 km di altre gallerie (logistiche e di servizio); – 5,5 km di gallerie di interconnessione alla circonvallazione esistente; – 8,5 km del cunicolo di soccorso, necessario per elevare gli standard di sicurezza nella circonvallazione ferroviaria esistente. risalgono a lotti precedenti il cunicolo esplorativo Innsbruck-Ahrental (5,5 km), la finestra di accesso di Ahrental (2,4 km) e la finestra di accesso di Ampass (1,4 km). Nel 2016 sono inoltre stati terminati gli scavi del lotto costruttivo Wolf II, comple- tando 4,0 km di finestra d’accesso e 1,2 km del cunicolo esplorativo, oltre ad alcune gallerie logistiche e di servizio. Sono invece di prossima aggiudicazione i lavori per la realizzazione del lotto di costruzione “Pfons – Brennero”, il più grande sul lato austriaco, con un valore d’appalto pari a ca. 1,3 mrd. di Euro. Il lotto costruttivo comprende la realizzazione delle gallerie principali fino al confine di stato, ca. 9 km di cunicolo esplora- tivo nonché la fermata di emergenza e il posto di comunicazione presso St. Jodok. In totale si scaveranno ca. 50 km di gallerie. Il bando di gara è stato pubblicato alla fine del 2016.
una volta che partiranno i lavori per questo lotto, gran parte delle opere civili della galleria di base del Brennero si troverà in via di realizzazione. Seguiranno gli appalti per gli accessi alle stazioni di Fortezza e Innsbruck, oltre agli appalti per l’attrezzaggio ferroviario e tecnologico dell’infrastruttura.

3 Progettazione geotecnica

La progettazione geotecnica in fase costruttiva rappresenta una sfida innovativa nell’ambito del progetto della Galleria di Base del Brennero; essa è resa possibile dalla realizzazione del cunicolo esplorativo, che rappresenta uno strumento di fondamentale importanza per l’acqui- sizione dei dati.

3.1 Metodologia

Poiché la realizzazione del cunicolo esplorativo lungo tutto il tracciato inizia con almeno 12 mesi di anticipo rispetto al medesimo tratto delle gallerie principali, nel suddetto arco di tempo viene affinato il modello geologico, idrogeologico e geotecnico per l’aggiornamento delle sezioni di scavo da parte dei progettisti. ulteriori informazioni si ottengono dai risultati provenienti dai sondaggi a carotaggio continuo o a distruzione di nucleo, eseguiti nelle zone di faglia nel cunicolo esplorativo, nonché dallo scavo della canna principale o dalla realizzazione di opere ausiliarie. Prendendo quale esempio l’attraversa- mento della zona di faglia della “Linea Periadriatica” nella parte meridionale dell’area di progetto, si illustra di seguito il processo di progettazione geotecnica. Le relazioni geologiche-idrogeologiche e geomeccaniche, nonché i profili longitudinali del progetto esecutivo, sono alla base dell’intera progettazione geotecnica. Attraverso le informazioni di dettaglio ricavate dalla realizzazione del cunicolo esplorativo, si esegue di fatto un affinamento delle previsioni progettuali iniziali, caratterizzate da incertezza anche a causa dell’elevata copertura, secondo la seguente successione di fasi:

Fase 1: Aggiornamento del modello geologico / idrogeologico
La documentazione geologica dei sondaggi in avanzamento e dei rilievi al fronte nel cunicolo esplorativo, insieme con l’analisi petrografica delle rocce e alla misurazione delle acque in galleria e in superficie, forniscono la documen- tazione di base per l’aggiornamento dei profili geologici e delle relative relazioni.

Fase 2: Determinazione dei parametri della roccia
I parametri geotecnici si determinano mediante prove di laboratorio effettuate sia su campioni ricavati dai sondaggi a carotaggio continuo eseguiti nel cunicolo esplorativo, sia sul materiale di scavo. Per ogni nuova litologia incontrata, e in generale ogni 1.000 m di scavo, si effettuano svariate prove geomeccaniche; inoltre, ogni 250 m, si effettuano prove di resistenza alla compressione monoassiale, point load test e analisi petrografiche.

Fase 3: Determinazione dei parametri dell’ammasso roccioso
Le caratteristiche di resistenza dell’ammasso roccioso sono state calcolate secondo il criterio di rottura di Hoek-Brown e in base al legame costitutivo di Mohr-Coulomb, dove la coesione e l’angolo di attrito dipendono dallo spessore della copertura presente. Per la determinazione dei parametri dell’ammasso roccioso si utilizzano le caratteristiche delle famiglie di discontinuità rilevate sul fronte di scavo.

Fase 4: Determinazione delle tipologie dell’ammasso roccioso
Le aree caratterizzate da ammasso con caratteristiche simili sono state raggruppate in tipologie di ammasso. Per ogni tipologia di ammasso è stata redatta una scheda dedicata con una sintesi di tutte le sue proprietà: litologia, parametri della roccia risultanti dalle prove di laboratorio, caratteristiche delle discontinuità, parametri dell’ammasso in situ, valori indice (come rQD, rMr e GSI), nonché i parametri della roccia e dell’ammasso roccioso e i loro valori caratteristici.

Fase 5: Analisi delle tensioni primarie
L’analisi delle tensioni primarie viene effettuata attraverso prove di fratturazione idraulica

Schermata 2017-06-09 alle 08.57.28

Fase 6: Determinazione del comportamento dell’ammasso roccioso                                                  Per ogni tipologia di ammasso viene definito il relativo comportamento; oltre alle caratteristiche della roccia e delle discontinuità si dovranno considerare i seguenti parametri: stato tensionale originario; geometria della cavità; orientamento dell’opera rispetto alle strutture di discontinuità;  influenza delle acque ipogee.

 

3.2 Ottimizzazione della progettazione in corso d‘opera
Secondo il programma lavori il cunicolo esplorativo anticipa lo scavo delle gallerie di linea in maniera sistematica conservando, anche a fine lotto, uno sfasamento di almeno un anno. Le informazioni fornite dallo scavo del cunicolo esplorativo consentono di ridurre notevolmente le incertezze dovute alle carenze conoscitive dell’ammasso roccioso, non eliminabili in fase di progettazione. Di seguito si delinea, in sintesi, il processo di affinamento progettuale attuato nel lotto di costruzione Mules 1 (Mules-Periadriatica), che si prevede di adottare anche per i lotti futuri.

Schermata 2017-06-09 alle 09.01.39Schermata 2017-06-09 alle 09.00.37

 

Nel tratto attraversato dalla faglia del lineamento Periadriatico, mediante un’attenta campagna di monitoraggio sono stati rilevati, oltre alle condizioni dell’ammasso roccioso attraversato, i valori delle sollecitazioni nelle opere di rivestimento. L’analisi dei dati di deformazione e di sforzo (prevalentemente ottenuti da barrette estensimetriche, celle di pressione, prove su martinetto piatto, bulloni strumentati e da estensimetri multibase – Fig. 7) permette di ottenere gli inviluppi dei parametri di sollecitazione e verificare l’appartenenza ai domini di rottura interessati. Questi dati vanno acquisiti in modo programmatico rispetto all’avanzamento del fronte, per poter valutare la loro evoluzione nel tempo. un altro aspetto non trascurabile è rappresentato dall’incremento degli sforzi sviluppatisi nel rivestimento del cunicolo a seguito dello scavo delle gallerie di linea (Fig. 8): nelle Core Zone dei tratti in faglia del lotto costruttivo in essere, sono stati rilevati incrementi sistematici nell’ordine del 30%. La strumentazione di monitoraggio utilizzata consente di sviluppare la procedura di back-analysis; tale procedura prevede l’analisi e l’interpretazione dei dati di monitoraggio del cunicolo esplorativo, l’aggiornamento del modello geologico-geomeccanico mediante l’individuazione dei parametri geomeccanici acquisiti, la ridefinizione delle sezioni di scavo da applicare e, ove necessario, la loro ottimizzazione e il confronto tra sollecitazioni ipotizzate in fase di progettazione e quelle effettivamente misurate. Anche l’utilizzo dell’investigazione dell’ammasso mediante DAC-Test ha fornito interessanti riscontri analitici relativi alla possibilità di caratterizzazione dell’ammasso attraverso questo semplice metodo d’indagine speditiva (Fig. 9).

Schermata 2017-06-09 alle 08.35.01Schermata 2017-06-09 alle 08.35.08

A partire dai parametri geotecnica e geomeccanici caratterizzanti i materiali coinvolti, al fine di indagare il comportamento dell’ammasso sottoposto alla perturbazione causata dall’apertura della cavità, sono state effettuate analisi di risposta dell’ammasso roccioso allo scavo mediante metodi analitici (curve caratteristiche – Fig. 10), e metodi numerici (FEM) (Fig. 11).

Nel tratto attraversato dalla faglia del Lineamento Periadriatico sono stati aggiornati, in corso d’opera, gli interventi di consolidamento nelle gallerie di linea sia in avanzamento che al contorno, privilegiando la soluzione di scavo a sezione piena con rivestimento a reazione rigida. un altro strumento, non di analisi, ma operativo, per l’affinamento della metodologia di scavo in corso d’opera, è consistito nell’istituzione del cosiddetto “Tavolo tecnico”, una riunione periodica di confronto tra Appaltatore, Direzione Lavori ed Alta Sorveglianza, in occasione della quale vengono esaminate congiuntamente le risultanze del monitoraggio in corso d’opera, e viene condivisa, per l’avanzamento successivo, la soluzione – tra quelle progettualmente disponibili – ritenuta ottimale sotto il punto di vista della sicurezza, della conformità al progetto e funzionale all’economia dell’appalto. L’adozione di questa procedura ha permesso, nell’attraversamento della faglia Periadriatica, di raggiungere una notevole efficienza sotto il profilo del processo decisionale ed una significativa ottimizzazione della spesa sostenuta dalla stazione appaltante.

 

4 Conclusioni

La Galleria di Base del Brennero costituisce uno dei principali progetti di collegamento trasportistico a livello europeo. Considerate le dimensioni dell’opera, l’obiettivo di coniugarne gli aspetti ingegneristici con quelli di efficienza, sicurezza e sostenibilità ambientale rappresenta una sfida progettuale sotto ogni punto di vista. Lo spostamento in galleria del traffico merci che attualmente viaggia sulla già congestionata arteria autostradale, e che in futuro è destinato ad aumentare ancora, determinerà un indubbio beneficio ambientale per le positive ricadute che si avranno sull’habitat delle strette valli alpine attraversate, sia in termini di riduzione dell’inquinamento da rumore e da CO2, che di un minor impatto sul paesaggio. Quindi, in ultima analisi, comporterà un miglioramento complessivo della qualità della vita delle popolazioni residenti. Anche nella fase di costruzione verranno adottate tutte le soluzioni progettuali volte a tutelare i delicati equilibri ambientali e a razionalizzare l’uso delle risorse naturali esistenti. L’affinamento progettuale in corso d’opera e la progettazione geotecnica in fase costruttiva rappresentano, infine, una scelta innovativa nell’ambito del progetto, consentendo di ottenere regolarmente nuove informazioni geologiche, idrogeologiche e geotecniche utilizzabili per l’affinamento progettuale delle gallerie di linea, rispettando normative e direttive specifiche di entrambi i Paesi committenti dell’opera. Per tale ragione è stata elaborata una metodologia che regola questo processo, standardizzandolo sia attraverso l’impiego sistematico di metodi di analisi, che attraverso l’adozione di procedure di confronto che permettano una condivisione delle scelte progettuali in corso d’opera.

In particolare, l’esperienza vissuta in corrispondenza del Lineamento Periadriatico ha già fornito un riscontro positivo con l’implementazione della procedura di back-analysis durante la fase di scavo del cunicolo esplorativo. L’impiego di tale metodologia, infatti, ha consentito di ottimizzare l’applicazione dei sostegni delle gallerie di linea, conseguendo quindi un efficace affinamento della progettazione esecutiva in corso d’opera.

 

 

Raffaele Zurlo

Amministratore BBT-SE, Bolzano

 

Antonio Voza

Progettazione BBT-SE, Bolzano

 
Autore: Karin Cipriani
Tag

Lascia una risposta

L'indirizzo email non verrà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *

Login

Lost your password?