Metropolitana di Milano, il punto sui lavori

La Società Concessionaria M4, partecipata per un terzo da Soci privati e per il restante dal Comune di Milano, è stata incaricata di progettare, realizzare e gestire la nuova Linea 4 della metropolitana di Milano. La durata della concessione è di circa 31 anni (370 mesi) dalla data di firma della Convenzione (22 Dicembre 2014), di cui 88 mesi per la costruzione dell’intera opera.

Descrizione generale dell’opera
La nuova infrastruttura metropolitana creerà un collegamento pubblico veloce lungo la direttrice Est/Sud-Ovest attraversando il centro storico della città, sviluppandosi per 15 km da San Cristoforo a Linate, con 21 stazioni, 30 manufatti di linea e un deposito-officina. Si tratta di una metropolitana leggera ad automazione integrale senza guidatore a bordo (driverless) con porte automatiche di banchina e sistema di segnalamento CBTC (Communication Based Train Control); la flotta sarà costituita da 47 veicoli a quattro casse intercomunicanti.

La linea avrà una capacità di trasporto massima di 24.000 passeggeri per ora e per direzione. Fatta salva la zona del deposito-officina, tutta la linea si sviluppa in sotterraneo, con due gallerie di linea a singolo binario per senso di marcia. Sono previsti due interscambi con le esistenti linee metropolitane: uno con la Linea Rossa in corrispondenza della stazione San Babila e uno con la Linea Verde in corrispondenza della stazione Sant’Ambrogio.

È allo studio un ulteriore collegamento con la Linea Gialla (M3) intersecata in corrispondenza del Corso Porta Romana. Ci saranno poi tre interscambi con le linee ferroviarie suburbane: uno con le Linee S5, S6 e S9, in corrispondenza della stazione Forlanini FS, uno con le Linee S1, S2, S5, S6, S13, in corrispondenza della stazione Dateo e uno con la Linea S9, in corrispondenza della stazione San Cristoforo, dov’è presente anche la corrispondenza con la ferrovia Milano-Mortara. È infine previsto un interscambio con l’aerostazione di Linate.

Le gallerie di linea
La maggior parte dello sviluppo sotterraneo del tracciato (circa 13.400 m) viene realizzato mediante scavo meccanizzato, attraverso l’utilizzo di due geometrie di TBM: una con diametro di scavo pari a 9,15 m, e l’altra con diametro di scavo pari a circa 6,36 m. In totale sono previste sei TBM utilizzate per lo scavo delle seguenti tratte:

• due TBM di diametro pari a 6,36 m: tratta stazione Linate Aeroporto-stazione Tricolore (Expo+Est);
• due TBM di diametro pari a 9,15 m: tratta stazione Tricolorestazione Parco Solari (Centro);
• due TBM di diametro pari a 6,70 m: tratta Manufatto Ronchetto-stazione Parco Solari (Ovest).

L’utilizzo della fresa di diametro di scavo pari a 9,15 m riguarda la tratta in corrispondenza delle stazioni profonde del centro storico, così da consentire di allocare le banchine di stazione direttamente all’interno della sagoma interna della galleria in conci, riducendo l’impatto superficiale, rispetto alle stazioni tradizionali delle tratte scavate con TBM di diametro pari a circa 6,36 m. I cantieri di alimentazione dei materiali per il funzionamento delle TBM e dello stoccaggio temporaneo del materiale di risulta dallo scavo (smarino) sono posti nel:

• manufatto Ronchetto-tratta Ovest: da manufatto Ronchetto a stazione Solari;
• manufatto Sereni-tratta Est e tratta Centro: da manufatto Sereni a stazione Parco Solari;
• stazione Linate (ormai smobilitato)-tratta Expo: da stazione Linate a stazione Forlanini FS/Manufatto Sereni.

Attualmente sono state realizzati 3.300 m di doppia galleria (del diametro di scavo di 6,36 m) fra la stazione di Linate Aeroporto e la stazione Forlanini FS; le TBM che hanno scavato tale tratta sono stazionate nel manufatto Sereni, in procinto di partire con lo scavo della successiva tratta Est, la cui partenza è programmata nel corso del mese di Marzo 2017. Le due TBM che scaveranno la tratta Ovest sono state approvvigionate presso il manufatto Ronchetto, in attesa del completamento delle opere civili di quest’ultimo, propedeutiche al loro calaggio e montaggio. Le due TBM di “grande diametro” della tratta centrale sono invece in fase di individuazione. Ai fini dello scavo meccanizzato le stazioni Tricolore e Solari saranno utilizzare solamente come cantieri di montaggio e/o smontaggio TBM, senza alcuna funzione di alimentazione.

Gli anelli prefabbricati
Il rivestimento definitivo della galleria sarà realizzato in conci prefabbricati, posti in opera dalla macchina immediatamente dopo lo scavo, i quali successivamente verranno utilizzati come contrasto dai martinetti di spinta per la fase di avanzamento della TBM. Si susseguono, pertanto, ripetendosi le due fasi principali: lo scavo in avanzamento per una lunghezza pari a quella del concio e il successivo montaggio dell’anello prefabbricato. Lo schema di anello di rivestimento scelto è di tipo universale, costituito cioè da una sequenza di anelli, tutti geometricamente uguali tra loro e dotati di una conicità che consentono – opportunamente ruotati attorno al proprio asse, ciascuno rispetto al precedente già installato – di seguire l’andamento planoaltimetrico del tracciato.

Oltre a svolgere e garantire la normale funzione di sostegno a breve e a lungo termine, il rivestimento definitivo deve nel caso specifico fornire la richiesta tenuta idraulica (maggiore di 3 o 5 bar a seconda del battente idraulico). Per tale motivo, i conci sono muniti lungo tutte le superfici di contatto con altri conci di guarnizioni EPDM a tenuta stagna, disposte in apposite sedi ricavate sulle facce del concio, tali da garantire, con le forze di serraggio previste, la tenuta sotto le pressioni idrostatiche attese.

Il principio di funzionamento
Il principio di funzionamento di uno scudo di tipo “EPB” (Earth Pressure Balance), già utilizzato nell’ambito milanese durante la realizzazione del passante ferroviario, della Linea 5 e del prolungamento verso Rho-Fiera delle Linea 1 della metropolitana, si basa sulla azione di spinta esercitata da un fluido contenuto nella camera di scavo in corrispondenza della testa della macchina sul materiale scavato, che viene mantenuto all’interno della camera di scavo ed estratto in maniera controllata attraverso un trasportatore a coclea.

Una volta raggiunta la pressione interna di equilibrio, lo scavo avviene a volume costante, mantenendo uguali i volumi scavati e i volumi estratti dalla coclea. La pressione di confinamento esercitata al fronte per bilanciare la pressione dei terreni e dell’acqua viene controllata e modulata coordinando la spinta della macchina in avanzamento e la velocità di estrazione della coclea. Per conferire al terreno le necessarie caratteristiche di plasticità e fluidità si ricorre all’uso di additivi fluidificanti appropriati (schiume, polimeri), che vengono iniettati tramite ugelli disposti sulla testa, direttamente verso il fronte, all’interno della camera di scavo e della coclea di smarino.

Per il progetto della Linea 4 sono state utilizzate schiume a base di tensioattivi polimerizzati, che sono state applicate al fronte mediante sei ugelli omogeneamente distribuiti sulla configurazione della testa fresante. A tergo dell’anello, dalla coda dello scudo, durante la fase di avanzamento, viene effettuata l’iniezione in pressione di una miscela cementizia, così da saturare il vuoto anulare esistente tra l’estradosso dei conci e il profilo di scavo; in questo modo si evita il prodursi di convergenze nel terreno, minimizzando l’entità di cedimenti in superficie.

Considerazioni sulla tratta “Expo” scavata
La galleria scavata fra la stazione di Linate Aeroporto e la stazione Forlanini FS presenta una copertura fra estradosso scavo e piano campagna mediamente di 10 m, arrivando a un massimo di 19 m nel tratto di sotto-attraversamento della Tangenziale Est di Milano e delle linea ferroviaria AV/AC. Il battente idrico medio fra la quota di falda di riferimento alla base della galleria è di circa 10 m, che cresce fino ai 15 m nel tratto in cui la livelletta si abbassa per sottopassare la linea ferroviaria.

La tratta è stata eseguita in meno di otto mesi, con uno sfalsamento temporale di partenze fra le due TBM di circa un mese e mezzo, escludendo il fermo della TBM pari (circa quattro mesi) connesso a problematiche non inerenti lo scavo meccanizzato. I cedimenti superficiali indotti dalla realizzazione della galleria sono stati approfonditamente analizzati durante la fase progettuale, allo scopo di formulare prescrizioni atte a minimizzare le interferenze con gli edifici presenti in superficie. Durante la fase di scavo, si è inoltre svolto un monitoraggio continuo degli abbassamenti del piano campagna, volto a verificarne la corrispondenza con i valori previsti in sede di progetto.

Per ciascuna sezione di monitoraggio, infatti, una volta verificata la stabilizzazione del cedimento si è proceduto ad effettuare una fase di back analysis: si è così potuto verificare che il bacino di cedimenti misurati fosse comparabile con il bacino di cedimenti indotto, secondo la teoria di Peck (Peck, 1969; O’Reilly e New, 1982), riferito ai valori di volume perso (Vp = 0,5% – 0,7%) e di parametro K (pari a 0,35) presi a riferimento nella fase progettuale. Si riporta come esempio il confronto fatto per il tratto compreso fra le sez. 24 e la sez. 32 della galleria binario dispari, nella quale si evidenzia che il bacino dei cedimenti indotti risulta inferiore a quello preso a riferimento in fase progettuale. I principali parametri di scavo, analizzati nella fase progettuale e monitorati in corso d’opera, che influenzano i cedimenti superficiali sono:

• la pressione al fronte di scavo;
• le iniezioni a tergo dei conci;
• lo smarino.

Per quanto riguarda il primo aspetto, allo scopo di definire le pressioni di scavo ottimale in riferimento al comportamento del fronte di scavo e dei relativi volumi persi, in funzione delle differenti condizioni al contorno durante le progressivi del tracciato della galleria, sono state effettuate le simulazioni numeriche utilizzando quattro differenti approcci:

• valutazione della spinta a riposo secondo la formulazione di Jaki e della spinta attiva secondo la formulazione di Rankine;
• verifica della stabilità del fronte in accordo con quanto riportato in letteratura da Anagnostou e Kovari;
• valutazione della curva pressione-convergenza della cavità in condizioni di deformazioni piane;
• valutazione della curva pressione-estrusione del fronte in condizioni di assial-simmetria.

A seguito delle suddette analisi, i risultati ottenuti vengono riepilogati in Figura 15, in cui viene fornito l’andamento delle pressioni (Sfronte = S’ + u) in funzione della progressiva del tracciato. Si è adottata quale pressione al fronte (Linea Rossa, “pressione testa TBM”), valori compresi tra lo sforzo di spinta attiva e lo sforzo a riposo in corrispondenza delle zone in assenza di edifici e valori prossimi alla spinta a riposo per le tratte in cui si ha l’interferenza con le preesistenze. Per quanto riguarda l’intasamento a tergo dei conci, a fronte di un volume di gap anulare pari a 4.094 l, si è registrato un volume medio di iniezione pari a 4.903 l, pari a circa il 16% in più. La miscela di back-filling utilizzata è composta da una miscela cementizia a base di acqua, cemento, bentonite e additivo fluidificante e la successiva aggiunta di un additivo accelerante, che permette la gelificazione della miscela nel brevissimo periodo (10-12 secondi).

Rispetto al controllo del materiale di smarino, l’analisi che è stata fatta durante lo scavo della tratta ha pressoché confermato le ipotesi progettuali fatte a seguito della campagna preliminare di sondaggi. I materiali interessati dallo scavo sono alluvionali tipici dell’area milanese, caratterizzati da sabbia e ghiaia, in percentuale quasi uguale e con scarsa presenza di materiale fine (< 15%). Si riporta il fuso granulometrico ricavato dalle varie prove e i valori medi di riferimento desunti. Il controllo in continuo del materiale di smarino e dei parametri di scavo, il rispetto delle prescrizioni progettuali e un’attenta cura nella conduzione dello scavo hanno permesso di ottenere profili di cedimenti superficiali in linea con quanto previsto in progetto.

Gli anelli strumentati
Al fine di monitorare e di verificare l’andamento degli sforzi interni all’anello previsti in fase progettuale, sono stati prefabbricati sei anelli strumentati attraverso delle barre estensimetriche (strain gauges) poste sulle armature di ciascun concio prima della fase di getto e successivamente sono state rilevate in corso d’opera le letture degli stessi posati lungo il tracciato della galleria. Si è rilevato che lo stato tensionale massimo misurato per la matrice cementizia (pari a 5,54 MPa) e per l’acciaio delle barre di armatura (pari a 25,2 MPa) rispetta i limiti indicati dalla Normativa e dalle previsioni progettuali.

Dati tecnici

• Concedente: Comune di Milano
• Concessionaria: Società M4 (Presidente Dott. Fabio Terragni)
• Consorzio CMM4 (EPC): Soci Salini-Impregilo, Astaldi, Sirti, Hitachi Rail Italy e Ansaldo STS (Presidente Ing. Guido Mannella)
• Società costruttrice opere civili, armamento e impianti non di sistema: MetroBlu Scarl (Astaldi e Salini-Impregilo – Amministratore Delegato Ing. Massimo Lodico)
• Responsabile Unico del Procedimento: Arch. Filippo Salucci del Comune di Milano
• Direzione Lavori: Ing. Francesco Venza di MM SpA
• Coordinatore per la sicurezza in fase di esecuzione: Ing. Matteo Noè Colombo di MM SpA
• Alta Vigilanza: Ing. Camilla De Micheli di AMAT SpA
• Durata dei lavori: 88 mesi dalla firma della Convenzione (22 Dicembre 2014)
• Data completamento lavori: 30 Aprile 2022
• Importo dei lavori: 1.682.368.011,76 Euro

Ringraziamo Alessio Bortolussi, Francesco Venza, Marcello Minoja