Il nodo AV di Firenze, che si colloca all'interno del più ampio progetto europeo TEN-T (Trans-European Network) come elemento appartenente al corridoio Scandinavo-Mediterraneo, rappresenta una delle opere ferroviarie più complesse e ambiziose attualmente in corso in Italia

Il progetto

Quello di Firenze, è un progetto strategico, pensato per separare i flussi dell'alta velocità da quelli del traffico regionale e metropolitano, migliorando così l'efficienza dell'intera rete ferroviaria nazionale e l'accessibilità al servizio per i cittadini fiorentini. 
Il cuore dell'opera è costituito da due gallerie parallele di circa 5,5 chilometri, scavate sotto la città a una profondità media di 20 metri per un totale di 8,35 km di nuova linea AV. Ogni galleria ospita un solo binario e permette il passaggio dei treni AV in entrambe le direzioni. A queste si aggiunge la nuova stazione sotterranea "Firenze Belfiore", progettata dall'archistar Norman Foster insieme allo studio di ingegneria OveArup & Partners, che sorgerà nella zona tra Via Circondaria e Viale Belfiore.
Questa stazione sarà un nodo di interscambio moderno e funzionale, dotato di spazi luminosi, scale mobili, ascensori e un collegamento pedonale con la fermata della tramvia (e quindi con l'aeroporto) con il nuovo People Mover che rappresenterà il collegamento con la Stazione di Fi-SMN e con la nuova fermata ferroviaria di Circondaria. Sarà la nuova "porta AV" della città, con l'ambizione di alleggerire il traffico ferroviario a Santa Maria Novella e migliorare l'accessibilità urbana.


Geologia e Idrogeologia
L'area fiorentina presenta una complessa storia geologica associata allo sviluppo del bacino Firenze-Prato-Pistoia.
Le litologie attraversate lungo il tracciato sono estremamente eterogenee.

Partendo dal basso, si incontrano dei depositi pliocenici (SL5) che presentano eterotopia verticale e laterale tra depositi argillosi siltosi (litofacies SL5a) e depositi ghiaiosi in matrice limo-sabbiosa (litofacies SL5b). Al di sopra della calotta del tunnel e in direzione dello scavo, si osserva una transizione dai depositi di alveo fluviale olocenici, costituiti da ghiaie pulite in matrice sabbioso-limosa e appartenenti al sintema del Mugnone (SA5b), ai depositi alluvionali del Paleo-Arno (SF3), costituiti da ghiaie in matrice sabbioso-limosa. Il piano campagna è caratterizzato da uno strato di terreno di riporto, composto prevalentemente da materiale a granulometria grossolana, e successivamente uno strato alluvionale.

Sulla base di studi idrogeologici, è stato riconosciuto un flusso naturale che origina dalle colline che circondano la città di Firenze e si dirige verso il fiume Arno. La falda freatica media si trova a circa 6-8 mt dal piano campagna estendendosi sino ai 20-25 m. Poiché la stazione sotterranea e altri due manufatti (il pozzo lancio fresa e lo scavalco) intersecano questo flusso di falda, con un potenziale impatto sulle condizioni idrauliche naturali, sono stati predisposti interventi specifici per garantire la trasparenza idraulica e il monitoraggio della falda lungo l'intero percorso sia durante la fase realizzativa, sia in esercizio (relativamente alla stazione e al pozzo lancio frese).


Lo scavo meccanizzato
le gallerie a singolo binario sono realizzate con scavo meccanizzato attraverso l'utilizzo di due TBM (Tunnel Boring Machine) di tipo EPB (Earth Pressure Balance), denominate "Iris" e "Marika". Le gallerie sono collegate da by-pass ogni 500 m per gestire eventuali emergenze in galleria.

Le TBM hanno un diametro di scavo di 9,43 m con una lunghezza di circa 110 mt e 1.500 ton di peso. 
Il rivestimento definitivo consiste in anelli prefabbricati in calcestruzzo armato della lunghezza di 1,50 m e spessore 40 cm. Il diametro degli anelli di rivestimento all'estradosso è di 9,10 m, quello all'intradosso di 8,30 m.

L'anello è costituito da sei elementi più il concio di chiave.
I conci sono provvisti di una guarnizione in EPDM (gomma etilene propilene), installata all'interno del cassero e inglobata direttamente nel getto di calcestruzzo. L'alloggiamento predisposto accoglie la guarnizione, la quale, una volta a contatto e compressa con quella del concio adiacente, garantisce la tenuta idraulica. Gli anelli sono di tipo "universale" e si adattano a 19 differenti posizioni in funzione del tracciato plano-altimetrico da realizzare.
Le due TBM sono state assemblate nel pozzo di lancio di Campo di Marte; Iris ha iniziato lo scavo del Binario Pari a novembre 2023, raggiungendo, a novembre 2024, la zona di fermo in "luogo sicuro" individuata in prossimità dei giardini della Fortezza da Basso. Marika è stata assemblata nel 2024 ha ormai scavato oltre 2km del tratto sud (Campo di Marte-Belfiore).

Il processo di scavo è altamente automatizzato: dopo un opportuno condizionamento con tensioattivi biodegradabili, la testa rotante frantuma il terreno che si deposita poi all'interno della camera di scavo. Dal fondo della camera di scavo, una coclea estrae il materiale convogliandolo su un nastro trasportatore interno in cui sono posizionate due bilance per il controllo del peso del materiale estratto. 
Alla fine dell'avanzamento, mediante l'uso dell'erettore, avviene il montaggio dell'anello a cui si appoggeranno i martinetti di spinta per iniziare un nuovo avanzamento.

Contemporaneamente allo scavo, avviene l'iniezione della malta bicomponente per riempire il gap anulare a tergo dei conci, ovvero lo spazio tra il rivestimento in calcestruzzo armato e la sezione del terreno scavata. 
L'avanzamento medio giornaliero è regolato in funzione dell'insieme dei processi di filiera per il funzionamento della TBM, come l'approvvigionamento dei conci prefabbricati e il trasporto ed il, conferimento dello smarino estratto.

Le TBM sono dotate di un sistema di guida e orientamento (Guidance System) che permette di correggere la traiettoria ed inclinazione per mantenere la rotta con precisione millimetrica. Gli spostamenti ammissibili plano-altimetrici dell'asse reale rispetto a quello teorico hanno una tolleranza massima non superiore a ±10 cm, sia sull'asse verticale che su quello orizzontale. Tale tolleranza è ampiamente compensabile nella successiva fase di armamento ferroviario mantenendo quindi l'esatto tracciamento dei binari.

Le TBM sono inoltre dotate di un sistema elettronico di controllo che permette di gestire e registrare una grande quantità di dati in tempo reale.  I parametri monitorati durante lo scavo di ogni anello sono molti e tra questi:
- Parametri di avanzamento: durata dello scavo, forza netta, coppia della testa di scavo, penetrazione, velocità, volumi di grout iniettati, peso del materiale estratto, etc;
- Parametri operativi: stato della TBM (attiva/ferma), avanzamento giornaliero e cumulativo, mappa del tracciato, allarmi;
- Pressioni e temperature in camera di scavo;
- Parametri del condizionamento: quantità di tensioattivo, concentrazione del tensioattivo, volume della schiuma, volume d'acqua aggiunta, FER, FIR, TR. 


Il processo di scavo ei sistemi di monitoraggio
Il processo di scavo meccanizzato comprende anche una accurata gestione della logistica.
I conci prefabbricati vengono realizzati in uno stabilimento dedicato a Lucignano (AR), dove vengono prodotti con standard elevati di qualità e precisione. Con frequenze prestabilite, convogli ferroviari partono dalla fabbrica e raggiungono il cantiere di Firenze Campo di Marte, riducendo drasticamente il ricorso al trasporto su gomma. I conci vengono quindi scaricati e instradati su un sistema di rotaie interne che li porta direttamente fino al punto di assemblaggio dietro la TBM.

Questo sistema integrato minimizza l'impatto ambientale urbano, riduce il traffico cittadino e garantisce continuità alla catena di montaggio sotterranea. 
Sempre con l'obiettivo di favorire la sostenibilità ambientale dell'intervento e l'intermodalità dei trasporti, i convogli ferroviari vengono usati per il trasporto delle terre e rocce da scavo prodotte in cantiere presso l'ex miniera di Santa Barbara, nel comune di Cavriglia (AR), dove vengono utilizzate per il recupero ambientale del sito formando una collina schermo.

Il sistema di monitoraggio svolge un ruolo fondamentale per affrontare tempestivamente situazioni impreviste. Infatti, una rete di migliaia di sensori installati lungo il tracciato, in superficie e in profondità, misura costantemente movimenti, deformazioni, pressione interstiziale, livello della falda e vibrazioni.
Il monitoraggio non riguarda solo il tunnel e le TBM, ma anche gli edifici sovrastanti, compresi alcuni monumenti storici come l'arco Ginori in piazza della Libertà, la Palazzina dell'Orologio in area ex-Macelli, la Fortezza da Basso, e i palazzi d'epoca che si affacciano sul tracciato.

Tutti i dati di monitoraggio vengono raccolti in una piattaforma web che elabora e aggrega i dati al fine di ottenere una panoramica completa.
Il sistema di monitoraggio relativo alle attività di scavo di una TBM EPB si articola nelle seguenti fasi: (i) lettura di zero prima del passaggio delle TBM per stabilire una condizione di riferimento; (ii) monitoraggio continuo durante il passaggio delle TBM secondo frequenze stabilite dal progetto; e (iii) monitoraggio successivo per valutare il comportamento a lungo termine del terreno, delle strutture e delle infrastrutture.

Gli edifici interferiti dal cosiddetto «bacino di subsidenza», ovvero l'area all'interno della quale si possono riscontrare degli effetti in superficie dovuti allo scavo delle gallerie, che si sviluppa in un'area specifica attorno al perimetro di scavo, sono stati analizzati al fine di valutarne la categoria di danno, per accertare l'assenza di rischi rilevanti durante lo scavo e la lievità dei danni attesi, che si limitano a filature facilmente stuccabili. In corrispondenza della Fortezza da Basso sono stati previsti interventi di compensation grouting con l'obiettivo di garantire la massima tutela dell'opera. In altre zone interessate dal tracciato del nuovo passante ferroviario sono state invece previste attività di consolidamento del terreno per abbattere ulteriormente la classe di danno attesa, in un'ottica di maggiore cautela.

Le attività di scavo vengono costantemente monitorate attraverso controlli di processo, ovvero controllo dei parametri principali della TBM (Tunnel Boring Machine), nonché mediante appositi sistemi di monitoraggio che includono il monitoraggio topografico della superficie e degli edifici, i test geotecnici, l'interferometria radar satellitare, l'interferometria radar terrestre e il monitoraggio dei livelli delle acque sotterranee. Gli edifici ricadenti nel cosiddetto «bacino di subsidenza» e definiti, quindi, come potenzialmente impattabili dai lavori di scavo, sono circa 340 per un totale di oltre 3.000 unità immobiliari.  Tutti gli immobili sono stati oggetto di un'apposita campagna di Testimoniali di Stato per documentare lo stato delle proprietà prima del passaggio delle frese, con onere a carico dell'impresa realizzatrice del Passante. Il protocollo d'intesa tra Comune di Firenze e Rfi ha previsto un rimborso forfettario per le spese tecniche eventualmente sostenute dal proprietario per la redazione in contraddittorio del Testimoniale.


Cantieri Parlanti
Il Progetto del Passante AV di Firenze rientra nel più ampio progetto "Cantieri Parlanti", sviluppato dal Gruppo FS (con le Società RFI e Italferr), in collaborazione con il Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti e le imprese coinvolte nei lavori. Tutti i cantieri delle opere strategiche "parlano" un linguaggio semplice, trasparente e immediato, condiviso con i territori, per raccontare la loro storia e la loro mission e per rendere i cittadini e gli Stakeholder più consapevoli e aggiornati sull'importanza dei lavori in corso. I cantieri del Passante AV di Firenze comunicano con l'esterno attraverso l'Infopoint dedicato all'opera e collocato all'interno del campo base della Stazione AV in via Circondaria, 32, nonché mediante gli incontri pubblici riservati alla cittadinanza e le numerose visite in cantiere riservate a scuole, università, ordini, società di ingegneria e architettura e, ovviamente, ai cittadini.