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Lake Mead Intake N. 3 – cronaca di un record mondiale
Nel Marzo del 2008, la Vegas Tunnel Constructors
(VTC), formata dall’italiana Impregilo
Spa (ora Salini-Impregilo Spa) e
dalla sua sussidiaria americana SA Healy, si
aggiudicò la realizzazione, per conto della
Southern Nevada Water Authority (SNWA),
della terza opera di presa idraulica nella più
grande riserva degli Stati Uniti, il lago Mead,
formato dalla diga di Hoover, che sbarra
il fiume Colorado al confine tra Nevada e
Arizona, a circa 30 km sud-est dalla città di
Las Vegas . Il progetto prevedeva la costruzione
e il posizionamento sul fondo del lago
dell’opera di presa, scavo e rivestimento di
un pozzo 185 m profondo con diametro interno
di 9.15 m e costruzione di un tunnel
di collegamento tra pozzo e opera di presa,
lungo 4.8 km con rivestimento in conci prefabbricati.
La nuova presa è stata posizionata
ad una profondità maggiore (100 m sul
fondo del lago) rispetto alle due esistenti a
causa della costante diminuzione del livello
del lago negli ultimi 15 anni. Le previsioni
prevedono un abbassamento del livello del
lago al di sotto della quota minima di regolazione
per la presa No.1, lasciando la sola
opera di presa No.2 incapace di soddisfare
una richiesta più grande delle sue capacità.
Con la realizzazione della terza opera di
presa si potrà ovviare a tale rischio.
La costruzione del pozzo iniziò nel 2008
per essere completata nel 2010 insieme
con la caverna. Entrambe le strutture sono
state realizzate in tradizionale con esplosivi
in step di 3 m. Durante lo scavo del pozzo,
rivestito in cemento armato, si effettuarono
tre campagne di consolidamento per far
fronte ad alte venute d’acqua.
Nel 2010 iniziò lo scavo dello Starter Tunnel per essere completato nel luglio del 2011 in
seguito a tre eventi di crollo del fronte con
venute d’acqua e materiale che portarono
alla decisione di ruotare l’allineamento di
23o ad est rispetto al vecchio.
Lo scavo del tunnel (4.8 km) partì il 27 dicembre
2011 utilizzando una macchina ibrida
della Herrenknecht (S-502), un prototipo
capace di operare sia in modalità aperta che
chiusa a fanghi bentonitici, a seconda delle
condizioni idrogeologiche incontrate. Per la
modalità chiusa essa era stata progettata per
far fronte ad una pressione idrostatica di 17
bar ma operò fino a 15 bar (record mondiale).
La testa (7,22 m di diametro, 2800 kW) era
stata equipaggiata con 48 dischi di taglio da
17”. La potenza totale installata era di 5,750
kW, il torque di 10 MNm e la spinta variava
tra i 70,000 kN e i 100,000 kN. Il back-up
era costituito da 15 carri per una lunghezza
totale di 185 m e peso totale di 1,650
tons. Tre perforatrici erano state installate
sulla macchina per poter effettuare, anche
in presenza di elevate pressioni al fronte, sia
perforazioni di sondaggio in avanzamento
che consolidamenti attraverso 14 fori posti
sul perimetro dello scudo e 20 attraverso la
testa. Il pattern di fori permetteva perforazioni
con diverse inclinazioni (0o, 3.5o, 7o). La
macchina era anche equipaggiata di tutto il
necessario per poter effettuare interventi di
manutenzione al fronte in condizioni iperbariche
(anche se tutti gli interventi erano stati
poi effettuati in condizioni atmosferiche).
A rendere unico il progetto sono state le
diverse difficoltà, previste e inaspettate,
che hanno messo alla prova il team della
JV nel corso degli anni. Difficoltà superate
con successo:
– Scavo da chiatta con l’utilizzo di esplosivi
del letto roccioso a 100 m sotto il livello
del lago, per il posizionamento dell’opera
di presa
– Opera di presa (Intake Structure) costituita
da una struttura composita di
1,300 tons di cemento armato ed acciaio
inox, costruita su una piattaforma, calata
a 100 m sul fondo del lago e ancorata
con 9200 m3 di tremie concrete
– Utilizzo di una macchina di scavo (TBM)
capace di operare con pressioni del fronte
fino a 17 bar
– Montaggio della TBM in sotterraneo attraverso
un pozzo profondo 185 m visto
come unica sezione di passaggio per il rifornimento
dei materiali e conci di rivestimento
della galleria e per l’evacuazione
dello smarino
– Attraversamento di estese zone di faglia
– Tratti con basse coperture di roccia al di
sotto del letto del lago
– Tre campagne di consolidamento in avanzamento
con pressioni idrostatiche costantemente
tra i 12 e i 15 bar atte a ridurre
la permeabilità del materiale del
fronte di scavo
– Manutenzione straordinaria della testa
di scavo in difficoltose condizioni geologiche
(venute d’acqua di circa 910
m3/hr)
– Riparazione del sistema di tenuta a cascata
del cuscinetto della testa con scavo
di caverna al fronte
– Due sostituzioni di tutti i cuscinetti dei
pignoni dei motori della testa
– Approccio della TBM all’opera di presa
e breakthrough (10 dicembre 2014) con
una tolleranza di pochi millimetri
This paper is focused on the challenges encountered during the TBM excavation of the Lake Mead Intake N. 3 Project (Contract No. 070F-01-C1) located approximately 20 miles (30 km) east of the Las Vegas metropolitan area in Nevada, USA. This includes the works to construct and lower 330 ft (100 m) the Intake Structure into the Lake Mead, the problems encountered during the excavation of the Starter Tunnel, the TBM mining at operational pressure at the face of as much as 15 bar due to the highly permeable and very fractured rock masses encountered and the related difficulties in performing maintenance on the cutterhead, the structural repair of the cutterhead in difficult hydro-geological conditions, the complete replacement of the cascade sealing system of the main bearing, two replacements of the pinion bearings and the approach of the TBM into the Intake Structure with the breakthrough on December 10, 2014.
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