Gestione del fango di scavo per i tunnel: Lezioni operative dall'estensione della linea LRT Eglinton Crosstown West

Come le soluzioni di solidificazione personalizzate di MetaFLO aiutano gli appaltatori di gallerie a ridurre la movimentazione, migliorare la sostenibilità e ottimizzare la gestione dei rifiuti di scavo nei principali progetti infrastrutturali.

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Espansione dei tunnel in Nord America e la sfida dei rifiuti di scavo

Gli investimenti nelle infrastrutture sotterranee in Nord America stanno accelerando. Estensioni di transito, sistemi di convogliamento delle acque reflue, corridoi di servizi pubblici e tunnel di trasporto stanno ridisegnando le città e sostenendo la crescita economica a lungo termine.

Mentre l'attenzione del settore tende a concentrarsi sulla selezione delle TBM, sui tassi di scavo e sui programmi di costruzione, una sfida parallela sta acquisendo crescente importanza operativa: la gestione del detrito di scavo generato durante l'escavazione.

Ogni progetto di galleria produce volumi considerevoli di fanghi e detriti. A seconda della geologia, delle condizioni delle acque sotterranee e della metodologia di scavo, questo materiale può variare da detriti granulari relativamente secchi a fanghi altamente fluidi contenenti acqua, bentonite, schiume condizionanti e sedimenti a grana fine. Negli ambienti urbani densi, la gestione efficiente di questi materiali ha un impatto diretto sui costi del progetto, sulla certezza della pianificazione, sulla conformità ambientale e sull'impatto sulla comunità.

La domanda fondamentale che l'industria deve affrontare non è più semplicemente come smaltire il fango di scavo dei tunnel. È come trasformare i rifiuti di scavo in un materiale gestibile il prima possibile e nel modo più efficiente durante il processo di costruzione.

Perché la gestione del letame è diventata una priorità strategica

Le moderne operazioni di TBM (Tunnel Boring Machine) si basano pesantemente su agenti condizionanti, lubrificanti e sistemi di fanghi per mantenere la stabilità del fronte, gestire l'infiltrazione delle acque sotterranee e ottimizzare le prestazioni degli utensili di taglio. Vengono utilizzati lubrificanti di perforazione a base di bentonite, schiume lubrificanti e altri additivi per mantenere la pressione sul ricoprimento e ridurre l'attrito sulle teste di taglio. Sebbene essenziali sottoterra, questi additivi complicano significativamente la gestione in superficie.

Gli appaltatori che operano in ambienti urbani devono confrontarsi regolarmente con:

• Flussi di scarto ad alto contenuto di umidità con limitate caratteristiche di drenaggio libero
• Aree di posa vincolata e di stoccaggio temporaneo
• Costi di trasporto e logistica di trasporto in aumento
• Restrizioni del sito di smaltimento sul contenuto di umidità e sulla classificazione dei materiali
• Requisiti rigorosi di conformità ambientale
• Sensibilità della comunità e normativa ai volumi di traffico dei camion

In molti progetti, la complessità logistica della gestione del materiale scavato rivaleggia con quella del processo di scavo stesso. I flussi di lavoro tradizionali di smaltimento coinvolgono frequentemente più fasi di movimentazione, stazioni di trasferimento, aree di stoccaggio temporaneo, flotte di autocisterne per vuoto e trattamento esterno, ogni fase introduce costi aggiuntivi, rischi di programma ed esposizione ambientale.

Limitazioni dei metodi di trattamento convenzionali

L'industria si è storicamente basata su una serie di metodi per migliorare le caratteristiche di manipolazione dello spurgo da galleria:

• Disidratazione meccanica tramite filtropresse o centrifughe
• Celle o lagune di essiccazione all'aria aperta
• Stabilizzazione con calce
• Trattamento a base di cemento
• Ammendanti da massa come segatura o aggregati riciclati

Ogni approccio comporta vincoli operativi. I sistemi di disidratazione meccanica richiedono ingenti investimenti di capitale, operatori qualificati e un notevole ingombro del sito. I trattamenti a base di calce e cemento aumentano il volume totale del materiale da smaltire, aggravando le esigenze di trasporto. L'essiccazione all'aria aperta è fortemente dipendente dalle condizioni meteorologiche e impraticabile in siti urbani ristretti.

Oltre ai limiti operativi, gli ammendanti tradizionali come calce, cemento e segatura possono alterare l'acidità, l'alcalinità e l'attività microbica naturale del suolo, sollevando preoccupazioni per la protezione delle acque sotterranee nei siti di destinazione. I team di progetto stanno quindi valutando sempre più tecnologie alternative che riducono la complessità di gestione pur soddisfacendo i requisiti di conformità ambientale allo smaltimento.

Caso di studio: Estensione LRT Eglinton Crosstown West, Toronto

L'estensione Eglinton Crosstown West è un importante progetto di infrastruttura di trasporto pubblico che fa parte dell'ampliamento della rete di transito rapido di Toronto. Il progetto comprende circa 9,2 chilometri di infrastrutture per la metropolitana leggera. La parte sotterranea comprende circa 6,3 chilometri di gallerie doppie scavate con un diametro di scavo di 6,58 metri. Gli ultimi 500 metri della sezione sotterranea sono stati completati utilizzando il Metodo di Scavo Sequenziale (SEM), con un ulteriore tratto di 1,5 chilometri costruito su struttura sopraelevata. La costruzione è iniziata nel 2021, con l'inizio degli scavi per le gallerie nell'aprile 2022.

Al picco della produzione, le operazioni di scavo di gallerie generavano in media 2.000 metri cubi di detriti di scavo al giorno, con una densità da 2,1 a 2,2 (circa 17,3 libbre/gallone). Questo volume giornaliero considerevole richiedeva una strategia di gestione dei rifiuti affidabile e ad alto rendimento, in grado di tenere il passo con le velocità di scavo.

Le condizioni del sottosuolo lungo l'allineamento erano costituite principalmente da depositi glaciali di sabbia, limo e argilla, caratterizzati da resistenza da bassa a media e un'alta percentuale di fini. Verso l'estremità orientale dell'allineamento, le TBM hanno incontrato zone di argillite tenera e siltite. Queste condizioni hanno prodotto flussi di detriti con proprietà di gestione intrinsecamente difficili, creando una pressione operativa sostenuta sulle attività di gestione superficiale durante tutta la campagna di scavo del tunnel.

 

 

Strategia di Trattamento: Reagente di Solidificazione MF di MetaFLO

Per affrontare queste sfide, il team di progetto ha implementato un programma di solidificazione utilizzando il Reagente di Solidificazione MF di MetaFLO, allontanandosi dalla gestione convenzionale dei rifiuti liquidi a favore di un approccio di solidificazione assistita chimicamente.

Un aspetto distintivo di questa strategia è stata la dosaggio del reagente specifico per progetto. Le soluzioni di solidificazione personalizzate di MetaFLO sono sviluppate per ogni progetto in base a una combinazione di fattori specifici del sito, tra cui la geologia del sottosuolo, il contenuto di umidità dello scarto e i volumi di produzione giornalieri. Nel progetto Eglinton, la formulazione è stata calibrata per i depositi glaciali ad alto contenuto di fini e per le esigenze di produttività delle operazioni di tunnelling di punta. Il dosaggio medio del reagente per questa geologia era di circa 0,20-0,25% con un contenuto di umidità del 22%, riflettendo la precisione ottenibile quando la formulazione è guidata da dati effettivi del sito anziché da tassi di applicazione generici.

Le soluzioni di solidificazione personalizzate di MetaFLO sono neutrali dal punto di vista ambientale e non influiscono sull'acidità, sull'alcalinità o sull'attività microbica naturale del suolo, un vantaggio significativo rispetto agli ammendanti tradizionali e una considerazione importante per i progetti in cui il materiale trattato è destinato al riutilizzo come riempimento pulito.

L'obiettivo operativo era semplice: trasformare una fanghiglia fluida e difficile da gestire in un materiale stabile e accatastabile che soddisfacesse i criteri di riempimento pulito, adatto per il carico e il trasporto in dumper convenzionali, senza richiedere fasi di trattamento intermedie o flotte di autocisterne. Una volta solidificato, il materiale trattato poteva essere trasportato direttamente in siti locali di riempimento pulito per un riutilizzo benefico.

Dosaggio Adattivo: Risposta alle Condizioni del Terreno in Evoluzione

Un aspetto critico del programma Eglinton è stata la collaborazione in corso tra MetaFLO Technologies e il team di costruzione per ottimizzare il dosaggio dei reagenti e la metodologia di applicazione man mano che le condizioni del terreno si modificavano lungo il tracciato. Man mano che le TBM avanzavano attraverso geologie variabili, la formulazione e il dosaggio del reagente di solidificazione MF venivano continuamente adattati per corrispondere alle caratteristiche dello scavo prodotto.

Questo approccio adattivo riflette un principio fondamentale alla base delle soluzioni di solidificazione personalizzate di MetaFLO: non tutti i fanghi sono uguali. Una formulazione ottimizzata per argille glaciali ad alto contenuto di fini si comporta in modo diverso in un flusso di detriti dominato da argillite o siltite. Mantenendo una supervisione attiva dei parametri di dosaggio durante tutto il progetto, il programma di trattamento è rimasto efficace in tutta la gamma di condizioni geologiche incontrate sull'allineamento di Eglinton.

Innovazione di processo: trattamento del fango all'interno del sistema di convogliamento

Una notevole innovazione operativa nel progetto Eglinton è stata la fase in cui è stato introdotto il reagente di solidificazione MF. Tradizionalmente, il fango viene trattato in superficie dopo essere emerso dai nastri trasportatori e scaricato in pozzetti di detriti o celle di contenimento, dove gli escavatori mescolano i reagenti di trattamento nel materiale di scavo. Questo approccio richiede attrezzature aggiuntive, superficie e tempo di movimentazione.

Nel progetto Eglinton, MetaFLO ha collaborato con il team di costruzione per introdurre il reagente di solidificazione MF in situ attraverso il sistema di trasporto del materiale di scavo, mentre questo viaggiava dalla fronta del tunnel alla superficie. Dosando la miscela mentre viaggiava verso le celle di contenimento del materiale di scavo, il processo di solidificazione è iniziato immediatamente e durante il trasporto, richiedendo solo un reagente di finitura minimo in superficie.

Il sistema esistente di nastri trasversali è stato quindi sfruttato come una serie di punti di agitazione naturali: ogni transizione di cambio di direzione nel nastro ha agito come una fase di miscelazione, accelerando ulteriormente la solidificazione senza attrezzature dedicate per la miscelazione superficiale. Ciò ha eliminato o ridotto significativamente la necessità di escavatori nelle celle superficiali, migliorando l'efficienza e riducendo sia i tempi che i costi.

Questa integrazione del Reagente di Solidificazione MF nel processo di trasporto del materiale rappresenta un significativo progresso nell'efficienza del flusso di lavoro. Per progetti con un'area limitata per la deposizione di materiale in superficie, essa riduce l'ingombro della gestione e diminuisce il numero di passaggi operativi distinti tra scavo e trasporto.

 

 

Risultati Operativi Misurati

La performance di qualsiasi strategia di gestione dei rifiuti deve essere valutata in ultima analisi in base al suo impatto operativo e finanziario. L'estensione Eglinton Crosstown West ha dimostrato miglioramenti misurabili in diversi indicatori chiave di performance.

Efficienza dei trasporti:

La conversione dello "slurry" (fango) in materiale impilabile conforme ai criteri di "clean fill" (riempimento pulito) ha consentito il trasporto tramite autocarri ribaltabili convenzionali invece che tramite autocisterne o veicoli a bassa capacità per rifiuti liquidi. Ciò ha ridotto il fabbisogno di autocarri di circa il 54 percento rispetto ai metodi tradizionali di trasporto di rifiuti liquidi, riducendo direttamente i costi di trasporto, il traffico del cantiere e l'esposizione della comunità ai veicoli da costruzione.

Emissioni di gas serra:

La riduzione dei movimenti dei camion ha prodotto un corrispondente calo delle emissioni legate ai trasporti. Basato sulla metodologia dell'Argonne National Laboratory, il progetto ha ottenuto una riduzione stimata del 63% delle emissioni di gas serra associate al trasporto di materiali. Questo dato riflette la riduzione dei viaggi dei veicoli e non tiene conto degli ulteriori benefici ambientali derivanti dall'evitare le operazioni presso le stazioni di trasferimento.

Economia del Progetto:

La riduzione combinata dei requisiti di trasporto, attrezzature e movimentazione ha generato risparmi medi di costo di circa il 33% rispetto agli approcci tradizionali di gestione del materiale di scavo.

Riduzione dell'impronta superficiale:

Trattamento e consolidamento del materiale in loco, e avvio della solidificazione all'interno del sistema di trasporto, riducendo al minimo la necessità di infrastrutture di stoccaggio temporaneo su larga scala. Questo è stato un vantaggio operativo critico dato l'ambiente urbano ristretto del progetto Eglinton.

Nota: I risultati dichiarati sono specifici del progetto e riflettono le condizioni del sottosuolo, il dosaggio dei reagenti e la configurazione logistica del progetto Eglinton. I risultati su altri progetti varieranno a seconda della geologia, dei tassi di produzione e dei vincoli del sito.

Sostenibilità e Considerazioni ESG

I proprietari di infrastrutture e le agenzie pubbliche in tutto il Nord America pongono una crescente enfasi sulle prestazioni di sostenibilità, sugli obiettivi di riduzione delle emissioni di carbonio e sulla gestione ambientale nella realizzazione dei progetti.

Man mano che i criteri ESG diventano più formalmente integrati nei framework di valutazione degli acquisti e di rendicontazione dei progetti, le pratiche di gestione dei rifiuti, storicamente considerate una preoccupazione operativa periferica, stanno guadagnando importanza nella pianificazione dei progetti. Dimostrate riduzioni dei volumi di traffico di camion, delle emissioni dei trasporti, del disturbo del sito e del rischio per le acque sotterranee sono sempre più rilevanti per le approvazioni dei progetti, il coinvolgimento della comunità e gli obblighi di rendicontazione dei proprietari.

La neutralità ambientale delle soluzioni di solidificazione personalizzate di MetaFLO, che non alterano la chimica del suolo o l'attività microbica nei siti di destinazione, rafforza l'argomentazione affinché il materiale trattato possa essere riutilizzato come riempimento pulito, supportando gli obiettivi di gestione circolare dei materiali nei progetti infrastrutturali.

Per le imprese di scavo, la capacità di quantificare e comunicare i miglioramenti delle prestazioni ambientali nella gestione dei rifiuti rappresenta un crescente fattore di differenziazione competitiva, in particolare nei progetti di infrastrutture finanziati pubblicamente.

 

 

Implicazioni per futuri progetti di scavo di gallerie

L'industria del tunneling si trova a un punto di svolta nel suo approccio ai rifiuti di scavo. Ciò che storicamente era considerato un problema di smaltimento residuo, viene sempre più riconosciuto come un processo operativo che può essere progettato, ottimizzato e integrato nei flussi di lavoro di costruzione.

L'esperienza con la Eglinton Crosstown West dimostra che il percorso più efficace non consiste nel rimuovere i rifiuti più efficientemente dal sito, ma nel modificarne le proprietà dei materiali prima che lascino il confine del progetto. Questo approccio riduce la complessità logistica, limita l'esposizione alla volatilità dei costi di trasporto, riduce l'impatto ambientale del progetto e migliora la prevedibilità delle operazioni di superficie.

La natura specifica del progetto delle soluzioni di solidificazione personalizzate di MetaFLO è fondamentale per questo risultato. Poiché le formulazioni vengono sviluppate per adattarsi alla geologia effettiva, alle caratteristiche di umidità e al profilo di produzione di ciascun progetto, e vengono attivamente regolate al variare delle condizioni del terreno, le prestazioni sono progettate fin dall'inizio anziché essere corrette in modo reattivo.

Poiché la pipeline delle infrastrutture del Nord America continua a crescere, con importanti programmi di transito, acqua e tunnel di utenze pianificati o in corso in città in tutto il Canada e negli Stati Uniti, la capacità di gestire i rifiuti di scavo in modo efficiente diventerà un fattore sempre più importante per la competitività del progetto e le prestazioni di consegna.

Conclusione

La gestione del materiale di scavo dei tunnel si è evoluta da un'attività di costruzione secondaria a una componente fondamentale della pianificazione del progetto, del controllo dei costi e delle prestazioni ambientali. L'estensione Eglinton Crosstown West LRT dimostra che il reagente di solidificazione MF, formulato e adattato continuamente alle condizioni del sottosuolo del progetto e alle esigenze di produzione, può fornire riduzioni misurabili nei requisiti di trasporto, nelle emissioni di gas serra e nei costi complessivi del progetto, supportando al contempo obiettivi di sostenibilità più ampi.

Per appaltatori e proprietari che affrontano le realtà operative delle moderne gallerie urbane, la capacità di trasformare i detriti di scavo in un materiale gestibile e riutilizzabile in superficie, utilizzando le soluzioni di solidificazione personalizzate di MetaFLO, calibrate alle condizioni specifiche di ciascun progetto, rappresenta uno dei progressi più significativi che si verificano a livello superficiale delle operazioni di tunneling.