Analisi dell’impatto di cantiere e valutazione della sicurezza per il passaggio in galleria metropolitana sotto fondazioni di pali esistenti di un ponte

Perché scavare sotto i ponti è importante

Con l’espansione delle reti metropolitane per alleviare il traffico, molti nuovi tunnel devono passare vicino o direttamente al di sotto di ponti esistenti. Se il terreno si muove eccessivamente durante lo scavo, il ponte soprastante potrebbe inclinarsi, creparsi o addirittura cedere. Questo studio analizza un progetto reale in cui un tunnel metropolitano è stato realizzato sotto le fondazioni a pali di un viadotto urbano molto trafficato e pone una domanda semplice ma di grande rilievo: è possibile farlo in sicurezza e quali misure di protezione sono più efficaci?

Traffico cittadino sopra, scavo sotto

Il progetto si svolge in un quartiere denso dove una nuova linea metropolitana passa sotto un ponte stradale sorretto da pali in calcestruzzo profondi. La talpa avanza attraverso strati misti di roccia e terreno a pochi metri appena sotto le fondazioni del ponte. Poiché il ponte supporta un traffico elevato e i pali sono difficili da modificare, gli ingegneri devono prevedere la risposta del terreno e dei pali prima dei lavori e decidere quale livello di rischio sia accettabile durante la costruzione.

Prove virtuali con un modello digitale 3D

Per anticipare gli effetti nel sottosuolo, gli autori hanno costruito un dettagliato modello tridimensionale dell’opera, dei pali, degli strati di terreno e della talpa in avanzamento. Hanno calibrato il modello confrontandone le previsioni con i dati reali di monitoraggio provenienti dai sensori installati sul ponte durante i lavori. La corrispondenza è risultata molto buona, confermando che il modello era in grado di riprodurre comportamenti chiave come l’entità dell’assestamento dei pali, le variazioni di sollecitazione nel calcestruzzo e le deformazioni del terreno e della roccia circostante al passaggio del tunnel.

Quanto movimento e sollecitazione sono ancora sicuri

Le simulazioni hanno mostrato che la base dei pali del ponte affonda più della sommità mentre la talpa si avvicina, passa al di sotto e si allontana. L’assestamento verticale massimo dei pali ha raggiunto circa un centimetro per poi stabilizzarsi, restando entro i limiti previsti dalle norme di sicurezza cinesi per ponti esistenti. Anche le tensioni e le deformazioni nel calcestruzzo dei pali e nella roccia circostante sono rimaste ben al di sotto dei valori noti per causare fessurazione o collasso. In altre parole, nelle condizioni modellate, il ponte poteva continuare a funzionare normalmente nonostante il disturbo sotterraneo.

Trasformare rischi complessi in una chiara classificazione di sicurezza

Poiché le condizioni reali del sottosuolo sono eterogenee e la costruzione non sempre segue il piano ideale, il team non si è affidato solo alle simulazioni. Ha esaminato oltre 300 pubblicazioni tecniche per identificare i fattori che maggiormente influenzano la sicurezza quando una galleria a talpa passa sotto pali di ponte, come la distanza tra tunnel e pali, la resistenza del terreno e la rigidezza del ponte. Usando il giudizio di esperti insieme a pesature statistiche, hanno costruito un sistema di valutazione a più indici e applicato un metodo di classificazione che confronta il progetto reale con casi ideali di sicurezza e pericolo. Questo processo ha classificato lo scenario di costruzione come Grado III, ovvero un rischio relativamente elevato che richiede misure di controllo specifiche e monitoraggio ravvicinato, pur non indicando un probabile collasso immediato.

Testare quattro soluzioni per proteggere il ponte

Lo studio è poi ritornato sul modello digitale per confrontare quattro strategie di protezione. La prima prevede l’aggiunta di nuovi pali di sottofondazione per contribuire a sostenere il carico del ponte. La seconda rinforza i pali esistenti con ulteriore calcestruzzo. La terza inietta malta nel terreno attorno ai pali per creare un blocco di terreno più rigido. La quarta sostituisce l’orditura standard in calcestruzzo della galleria con conci in acciaio più resistenti proprio sotto il ponte. Tutte e quattro le opzioni riducono l’assestamento del ponte a livelli più sicuri, ma non in egual misura: la sostituzione dell’orditura con segmenti in acciaio produce i minori spostamenti dei pali, seguita dall’iniezione di malta, poi dal rinforzo dei pali, mentre la sottofondazione attiva mostra il miglioramento minore rispetto al costo e alla complessità che comporta.

Cosa significa per i futuri tunnel urbani

Per i non specialisti, la conclusione principale è insieme rassicurante e cautelativa. La ricerca dimostra che con una pianificazione accurata, modellazione avanzata e misure protettive su misura, i nuovi tunnel metropolitani possono passare in sicurezza sotto ponti esistenti senza metterli in pericolo. Allo stesso tempo, la classificazione di rischio quantitativa — Grado III — indica che tali progetti non sono mai di routine e devono essere trattati come operazioni sensibili. Tra le soluzioni testate, la sostituzione locale dei conci di galleria con elementi in acciaio vicino ai pali del ponte è risultata la più efficace e pratica, offrendo una strada chiara agli ingegneri che affrontano sfide sotterranee analoghe nelle città in crescita.

Citazione: Xu, J., Zhang, X., Lin, S. et al. Analysis of construction impact and safety evaluation of metro shield tunnel under-crossing existing bridge pile foundation. Sci Rep 16, 11899 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42025-w

Parole chiave: costruzione di tunnel metropolitani, fondazioni su pali di ponti, valutazione dei rischi sotterranei, sicurezza nello scavo a talpa, protezione delle infrastrutture urbane