Dalla definizione della direzione di avanzamento alla materializzazione della sezione di scavo, il laser rappresenta da decenni uno strumento efficace per trasferire in galleria riferimenti geometrici direttamente utilizzabili dagli operatori. L’evoluzione tecnologica ha affiancato a questo principio sistemi di misura e navigazione sempre più automatizzati, senza modificarne il fondamento geometrico.
Il principio del laser per galleria
Il laser per galleria, o più precisamente lo strumento laser impiegato per il tracciamento della direzione di scavo, viene utilizzato da decenni nelle opere in sotterraneo. Il principio è relativamente semplice: il dispositivo genera un raggio laser che materializza nello spazio una linea di riferimento, la cui posizione e direzione vengono determinate in funzione del progetto della galleria e delle condizioni operative. Definita questa linea, è possibile riferire ad essa le successive sezioni progressive dello scavo e fornire all’operatore della macchina informazioni utili per mantenere l’avanzamento coerente con il tracciato progettato. Nel sistema descritto da VIDALASER, queste indicazioni possono essere utilizzate dagli operatori di TBM, Roadheader o Jumbo, mettendo direttamente in relazione la geometria di progetto con la posizione della macchina durante l’avanzamento.
Due schermi per riferire la macchina al raggio laser
Una delle configurazioni illustrate da VIDALASER utilizza due schermi con reticolo centimetrato, installati su un telaio rigido solidale alla macchina scavatrice. Il primo schermo consente di osservare il punto di incidenza del raggio lasciandolo proseguire verso il secondo; quest’ultimo costituisce un ulteriore piano di riferimento. Poiché la distanza fra i due schermi è nota e costante, la differenza fra le due letture permette di determinare geometricamente l’orientamento della macchina rispetto alla linea laser. La posizione della macchina viene così riferita a un elemento geometrico esterno e stabile. L’operatore può confrontare le letture rilevate con quelle previste per la specifica sezione progressiva della galleria. Il principio è quello della costruzione geometrica di un triangolo nel quale sono note la distanza fra i due schermi e la differenza fra le posizioni del raggio sui rispettivi piani. Da queste informazioni è possibile ricavare lo scostamento e quindi verificare l’orientamento rispetto alla direzione prestabilita.
Dal progetto alla macchina di scavo
Il vantaggio fondamentale di un sistema di questo tipo è rendere immediatamente visibile sul campo un riferimento che deriva direttamente dalla geometria di progetto. Nel tunnelling questo aspetto è particolarmente importante perché la macchina procede in un ambiente nel quale non sono disponibili riferimenti esterni visibili. Occorre quindi trasferire progressivamente sottoterra il sistema geometrico utilizzato per progettare l’opera e controllare che l’avanzamento rimanga coerente con esso. La misura e la verifica devono accompagnare l’avanzamento, consentendo di riconoscere eventuali deviazioni e apportare le necessarie correzioni. La documentazione ufficiale di Suzhou FOIF descrive, ad esempio, un moderno sistema di shield guidance nel quale una stazione totale misura un target laser installato sulla macchina. Un computer elabora le misure spaziali per determinare l’assetto dello shield, mentre un prisma di orientamento consente di verificare dinamicamente la posizione della stazione rispetto alle coordinate assolute del progetto. FOIF sottolinea inoltre la necessità di acquisire durante lo scavo i cambiamenti di assetto della macchina per fornire una base alle successive correzioni. Non si tratta dello stesso sistema utilizzato da VIDALASER: il riferimento è utile piuttosto per mostrare come il controllo della posizione e dell’orientamento della macchina rispetto al tracciato progettato continui a essere un elemento fondamentale anche nei sistemi digitali contemporanei.
Impiego di riferimenti laser all’interno di una galleria per rendere visibile la geometria della sezione e supportare le operazioni di scavo e verifica.
Materializzare anche la sezione di scavo
Il laser può essere utilizzato non soltanto per definire una direzione, ma anche per rendere visibili elementi geometrici utili alle operazioni in cantiere. VIDALASER ha sviluppato, ad esempio, una soluzione specifica per l’installazione su centina mobile, destinata alla materializzazione visiva della sezione di scavo. In questo modo le linee laser possono diventare riferimenti direttamente riconoscibili dagli operatori e possono essere associate alla geometria della sezione prevista dal progetto. Il numero degli strumenti impiegati può essere adattato alle esigenze dell’applicazione. La possibilità di visualizzare direttamente un punto, una linea o una sezione può risultare particolarmente utile nelle attività nelle quali è necessario disporre di un riferimento geometrico immediato durante le operazioni di scavo e controllo.
Dai riferimenti ottici alla navigazione della TBM
La progressiva automazione dei cantieri sotterranei ha portato a integrare i riferimenti laser con stazioni totali, target, prismi, sensori e sistemi software di navigazione. Il principio resta tuttavia sostanzialmente invariato: una geometria nota viene materializzata o misurata all’interno della galleria e confrontata con la posizione della macchina. Nei moderni sistemi di navigazione TBM questa relazione può essere calcolata automaticamente e aggiornata durante l’avanzamento, restituendo agli operatori informazioni sulla posizione e sull’assetto della macchina rispetto all’asse teorico. La soluzione documentata da FOIF per lo shield guidance ne è un esempio: la stazione totale misura il target montato sulla macchina e il sistema calcola l’assetto sulla base delle coordinate spaziali rilevate. Il passaggio dalla lettura visuale alla misura automatizzata non elimina quindi il ruolo del riferimento ottico, ma ne amplia le possibilità di integrazione all’interno dei sistemi di controllo dello scavo.
Continuità operativa in ambiente sotterraneo
Gli strumenti destinati alle gallerie devono poter lavorare in condizioni operative particolarmente impegnative. Polvere, acqua, vibrazioni, illuminazione limitata e attività continuativa richiedono apparecchiature progettate specificamente per il contesto di cantiere. VIDALASER dichiara che i propri laser per galleria sono progettati per un utilizzo continuativo, 24 ore su 24 e 7 giorni su 7, nelle condizioni tipiche di una galleria in fase di scavo. La continuità del riferimento è infatti essenziale: una linea laser destinata alla guida o al controllo dell’avanzamento deve poter rimanere disponibile durante le diverse fasi operative senza interferire con il ciclo di lavoro della macchina.
Sicurezza e classificazione dei dispositivi laser
L’utilizzo di sorgenti laser richiede anche una corretta valutazione degli aspetti di sicurezza. La norma internazionale di riferimento è la IEC 60825-1 – Safety of laser products – Part 1: Equipment classification and requirements, che stabilisce il sistema di classificazione dei prodotti laser in funzione del livello di rischio della radiazione ottica e definisce requisiti e informazioni necessarie per un impiego sicuro. La classificazione tiene conto dell’emissione accessibile del dispositivo e permette di individuare le precauzioni e le misure di controllo appropriate. Il documento VIDALASER richiama correttamente questo principio, sottolineando che la classe del laser determina prestazioni e limiti di impiego e che tali prescrizioni devono essere conosciute e rispettate. Editorialmente, il riferimento può essere indicato come IEC/EN 60825-1.
Una tecnologia semplice, ancora attuale
La guida laser in galleria è un esempio di tecnologia consolidata che continua a trovare applicazione anche in un settore ormai caratterizzato da sistemi digitali e automatizzati. È cambiato il modo in cui la posizione della macchina viene misurata, elaborata e rappresentata, ma resta invariata l’esigenza fondamentale: trasferire all’interno della galleria un riferimento geometrico affidabile e mettere in relazione con esso l’avanzamento dello scavo. Da una linea laser osservata direttamente dall’operatore fino ai sistemi nei quali stazioni totali e target dialogano con software di navigazione, la funzione resta quella di mantenere un collegamento continuo tra progetto e realizzazione. VIDALASER segue progettazione, consulenza e assistenza tecnica dei propri prodotti e dichiara una produzione Made in Italy attiva dal 1975.
Una realtà italiana specializzata
L’azienda VIDALASER, con sede a Lainate (Milano), sviluppa e realizza soluzioni laser destinate anche alle applicazioni in galleria e al controllo geometrico delle operazioni di scavo. Segue direttamente progettazione, produzione, consulenza e assistenza tecnica dei propri sistemi. Tutti i prodotti sono Made in Italy e prodotti direttamente da VIDALASER, con una tradizione produttiva attiva dal 1975.
Contatti e autore
Geom. Oreste Vidal – VIDALASER
Vic. N. Tommaseo 3 – 20020 Lainate (MI)
Tel. 02 9371038
Email: [email protected]
Web: www.vidalaser.com
Fonti
- VIDALASER
- Suzhou FOIF Co., Ltd., Public Utilities / Shield Guidance: https://www.foif.cc/public-utilities
- IEC, IEC 60825-1 – Safety of laser products – Part 1: Equipment classification and requirements: https://webstore.iec.ch/en/publication/3587
