Le gallerie, inizialmente realizzate nell’intento di superare un ostacolo (in genere una montagna), negli ultimi anni sono diventate sempre più complesse, integrando impianti (tra cui i sistemi di ventilazione) e metodi operativi sempre più complicati. Questi ultimi comprendono l’utilizzo di sistemi di controllo e di supervisione che consentono di gestire decine di centinaia di elementi da controllare, oltre a poter includere scenari di gestione sempre più sofisticati.
Figura 1.0: Incendio nel traforo del San Gottardo
A seguito delle tragedie verificatesi nel traforo del Monte Bianco, nel Tauerntunnel e nel traforo del San Gottardo nel 1999 e nel 2001, si è rafforzata la necessità di riconoscere tutti gli aspetti relativi alla sicurezza come un unico sistema olistico. Questo si è tradotto nell’integrazione, a partire dalla progettazione dei lavori in poi, di disposizioni più rigorose che hanno avuto un impatto significativo sull’ingegneria civile richiesta e sulle specifiche degli impianti per le gallerie.
Le gallerie sono in genere considerate opere "costose e rischiose", per quanto riguarda sia la loro costruzione sia la loro operatività. Questa "immagine" rende molti paesi riluttanti a considerare la costruzione della loro prima galleria per la loro infrastruttura stradale o ferroviaria. Per dare una risposta a tali preoccupazioni, è inevitabile che i costi di costruzione e funzionamento, il controllo dei rischi (principalmente durante la fase di costruzione), la riduzione al minimo degli incidenti o degli incendi durante il funzionamento e l’ottimizzazione delle strutture delle gallerie in ogni fase di progettazione, costruzione e operatività diventino requisiti sempre più indispensabili. Questo controllo dei rischi e dei costi è un aspetto ancora più importante quando si considerano gli attuali modelli di approvvigionamento e finanziamento per la costruzione delle gallerie, che sempre più spesso si configurano come modelli di "Concessione", "Progettazione e costruzione" o "Partenariato pubblico privato".
Il Capitolo Aspetti strategici del presente manuale si pone i seguenti obiettivi:
Il Capitolo 1 non intende essere un manuale dettagliato delle azioni richieste dai proprietari delle gallerie, né specificare le disposizioni tecniche che devono essere implementate dai progettisti o determinare i compiti che devono essere svolti dagli operatori per garantire che una galleria sia confortevole e sicura. In particolare, il Capitolo 1 non intende essere un manuale di progettazione. Il suo unico obiettivo è di sensibilizzare il lettore su determinate questioni, in modo da facilitarne l’approccio e la comprensione di questo campo complesso, con la speranza di aiutarlo a evitare il maggior numero possibile di errori nelle operazioni in galleria e a individuare le possibilità di ottimizzazione
La Sezione Complessità del sistema presenta il "sistema complesso galleria" ed elenca le principali interfacce dei vari sottogruppi Ingegneria civile, Ventilazione e Sicurezza;
La Sezione Progettazione generale presenta i principali elementi che devono essere considerati quando si progetta una galleria;
La Sezione Rinnovo - riqualificazione riguarda la riqualificazione e il rifacimento delle gallerie esistenti in funzione;
La Sezione Fasi della "vita delle gallerie" analizza le varie fasi del ciclo costruttivo e del ciclo di vita e sottolinea le azioni principali di ognuna di queste fasi;
La Sezione Costi - aspetti finanziari spiega le questioni relative ai costi di costruzione, funzionamento e rinnovo, così come gli aspetti specifici delle modalità di finanziamento;
La Sezione Regolamenti - Raccomandazioni fornisce un elenco delle principali raccomandazioni, istruzioni e regolamentazioni pubblicate da diversi paesi in Europa e nel mondo.
La sezione Complesso sviluppo di strade nel sottosuolo è un caso di studio di tunnel complessi e presenta numerose monografie.
Il presente documento è stato redatto da Bernard Falconnat (Egis, Francia), rappresentante francese nel Comitato interventi gallerie stradali e membro del Gruppo di lavoro 5, che ha anche tradotto la sua versione francese nella presente versione inglese.
La versione originale in francese è stata rivista da Didier Lacroix (Francia) e da Willy De Lathauwer (Belgio – rappresentante ITA in seno al comitato).
La versione inglese è stata rivista da Lucy Rew (Egis, Francia) e da Fathi Tarada (Regno Unito).
Una galleria costituisce un "sistema complesso" che è il risultato dell’interazione di molti parametri diversi. Tali parametri possono essere riuniti in sottogruppi, di cui i principali sono rappresentati nel grafico seguente (Fig. 1.1-1).
Tutti questi parametri sono variabili e interattivi, sia all’interno di ogni sottogruppo sia tra i sottogruppi stessi.
Fig. 1.1-1 : Schema dei principali sottogruppi del "sistema complesso galleria"
Nota 1: i collegamenti sono multipli e spesso reversibili: il concetto generale della galleria e la sezione funzionale sono posti al centro della figura. Si possono creare schemi simili posizionando altri fattori al centro della figura.
Nota 3: il secondo cerchio rappresenta il "contesto" nel quale il progetto deve essere sviluppato. Alcuni elementi rappresentano aspetti multipli:
La progettazione di una nuova galleria (o il rifacimento e la riqualificazione di una vecchia galleria) richiede che siano tenuti in considerazione questi numerosi parametri. L’albero decisionale relativo a questi parametri è complesso e richiede il contributo di parti esperte e multidisciplinari. Esse devono intervenire il prima possibile per i seguenti motivi:
Ogni galleria è unica e richiede un’analisi specifica che tenga conto di tutte le condizioni specifiche e particolari. Tale analisi è essenziale per fornire risposte idonee e per:
Non esiste nessuna "soluzione magica" e un semplice processo di "copia e incolla" è quasi sempre inadatto.
La progettazione e l’ottimizzazione di una galleria richiedono:
Nei paragrafi successivi sono riportati alcuni esempi che consentono di chiarire la complessità, l’interattività e il carattere iterativo e "circolare" dell’analisi.
Tali esempi non intendono fornire una risposta completa. Il loro scopo consiste semplicemente nel sensibilizzare il lettore sulle varie questioni in modo da formulare considerazioni mirate per ogni specifica galleria.
La Tabella 1.1-2 seguente fornisce un esempio dei principali parametri riguardanti gli aspetti di ingegneria civile:
Le interazioni tra parametri sono numerose e spesso realizzate per mezzo di collegamenti circolari che tengono conto delle sovrapposizioni tra i vari parametri.
L’esempio seguente (Tabella 1.1-3) si riferisce alle interazioni tra ventilazione, sezione e sicurezza:
Tabella 1.1-3: Interazioni tra parametri
La figura mostra un determinato numero di parametri comuni a più colonne (v. linee di collegamento), che creano interazioni circolari tra i vari sottogruppi di parametri. Tali interazioni sono collegate da funzioni complesse, che rendono praticamente impossibile una semplice soluzione matematica del problema. La soluzione del problema richiede la definizione di una gerarchia tra i vari parametri, seguita dalla considerazione delle ipotesi per i parametri di gerarchia superiore. Questa gerarchia differisce da progetto a progetto, ad esempio:
Il processo di soluzione è quindi un processo iterativo che si basa su un primo gruppo di ipotesi, come mostrano gli esempi precedenti. Tale processo richiede ingegneri con una vasta esperienza tecnica trasversale a più discipline, in modo da poter prendere in considerazione i parametri rilevanti per un progetto, affrontare meglio le successive iterazioni e garantire la migliore ottimizzazione del progetto, con il livello richiesto di servizio e sicurezza.
La Tabella 1.1-4 seguente fornisce un esempio dei principali parametri riguardanti gli aspetti di ventilazione. Questa tabella non intende essere esaustiva.
Come per il sottogruppo "ingegneria civile", le interazioni tra i parametri sono numerose e sono inoltre soggette a relazioni circolari.
Il processo di risoluzione dei problemi è simile a quello delineato in precedenza per il sottogruppo "ingegneria civile".
Non si tratta di parametri fondamentali per la definizione della sezione funzionale, salvo le seguenti eccezioni:
I "Sistemi operativi" costituisce d’altro canto un parametro essenziale per il dimensionamento delle costruzioni tecniche in corrispondenza degli imbocchi, delle sottostazioni sotterranee per macchine e sistemi e di tutti spazi tecnici sotterranei o delle varie rientranze e nicchie. Spesso si rendono necessari interventi particolari per quanto riguarda la temperatura, la climatizzazione e la qualità dell’aria.
L’importanza di questi parametri si fa sentire anche in termini di costi di costruzione, funzionamento e manutenzione.
I "Sistemi operativi" rappresentano un parametro essenziale per la sicurezza delle gallerie e devono essere progettati, costruiti e sottoposti a manutenzione in un’ottica di:
Fig. 1.1-5 : Fattori che influenzano la sicurezza
Le condizioni di sicurezza in una galleria risultano da molti fattori che sono presentati nel Capitolo 2 del presente manuale. È necessario tenere conto di tutti gli aspetti del sistema, che è costituito sia dall’infrastruttura stessa per la garanzia della sicurezza sia dal suo funzionamento, dai suoi interventi, veicoli e utenti (Fig. 1.1-5).
L’infrastruttura è un parametro importante per i costi di costruzione. Tuttavia, si può investire molto nell’infrastruttura senza migliorare le condizioni di sicurezza se non si considerano parallelamente le disposizioni fondamentali in materia di:
Questi parametri relativi alla sicurezza possono influire in modo più o meno importante sul progetto di una galleria. Le tabelle seguenti forniscono alcuni esempi.
Nota: le quattro tabelle seguenti si riferiscono ai quattro campi principali rappresentati nella Fig. 1.1-5.
| INFRASTRUCTURE | Impact | Comments |
|---|---|---|
| Escape route | Inside the tunnel - Parallel gallery - Direct external access - Connection between two tubes | |
| Emergency team accesses | From the other tube - Dedicated access - Common with escape route | |
| Volume of people to escape | Size of escape route - Spacing of the connections to the tunnel | |
| Ventilation | Ventilation concept - Inadequacy of pure longitudinal system under certain operating and traffic conditions |
| OPERATION | Impact | Comments |
|---|---|---|
| Response plan procedure | Signalling - SCADA - Communication with the users | |
| Intervention rescue team | Size of the portal building - Eventual underground facilities - Specific tool - Size of water tanks | |
| Team training | Particular external facilities - Special software |
| VEHICLES | Impact | Comments |
|---|---|---|
| Traffic flow average and peak hour | Number of lanes - Ventilation concept and sizing | |
| Transport of dangerous goods | Ventilation impact - Particular drainage for hazardous goods spillage - Operating procedures with particular convoy with fire brigade accompanying --> parking facilities and staff | |
| State of the vehicle | In particular condition, size control and overheat control before entering --> gantry heat control + parking + staff | |
| Restriction of particular vehicle categories | Exemple: urban tunnel dedicated to light vehicles - Tunnel size, ventilation escape routes |
| ROAD USERS | Impact | Comments |
|---|---|---|
| Information | Leaflet distributed before entering - TV information campaign | |
| "Live" communication | Signalling, VMS, radio broadcast, traffic lights, impact on cross section, E&M, SCADA, sometimes remote barriers | |
| Teaching | Driving school (in several European countries) | |
| Guidance to escape routes | Signalling - Handrail - Flash - Noise - Impact on E&M and SCADA | |
| Speed and spacing between vehicles control | Radar and spacing detectors - Impact on E&M and SCADA |
Una galleria è un "sistema complesso", il che significa in particolare che:
Sfortunatamente, il trattamento parziale dei problemi è un fenomeno ancora piuttosto frequente a causa dell’assenza di una sufficiente "cultura delle gallerie" dei vari soggetti coinvolti nella progettazione.
Il controllo di questo sistema complesso è difficile ma essenziale per poter:
Parallelamente, il controllo di questo sistema complesso contribuisce molto spesso all’ottimizzazione tecnica ed economica del progetto, attraverso una chiara e tempestiva definizione delle funzioni che devono essere garantite e l’applicazione di un valido processo ingegneristico.
La considerazione, sin dall’inizio del progetto, degli aspetti principali in tema di:
costituisce un approccio efficace alla soluzione di questa complessa equazione.
La Sezione 1.2 riguarda la progettazione di nuove gallerie. La progettazione relativa al rifacimento e alla riqualificazione delle gallerie esistenti per fini di sicurezza è presentata nella Sezione Rinnovo - riqualificazione
La progettazione dell’allineamento orizzontale e verticale di una sezione stradale o autostradale comprendente una galleria costituisce una fase iniziale primaria e fondamentale nella creazione di una nuova galleria, cui raramente viene prestata la necessaria attenzione.
La considerazione del "sistema complesso galleria" deve essere presente sin dall’inizio della progettazione dell’allineamento generale, cosa che accade di rado. È tuttavia in questa fase che le ottimizzazioni tecniche e finanziarie sono più importanti.
Già nelle prime fasi della progettazione, è essenziale mobilitare un team multidisciplinare composto da specialisti e progettisti esperti, i quali sapranno individuare tutti i potenziali problemi del progetto nonostante l’inevitabile incompletezza delle informazioni preliminari. Questo team sarà in grado di prendere decisioni valide e affidabili per le scelte principali e quindi di consolidare progressivamente questi elementi in funzione della disponibilità di ulteriori informazioni.
L’obiettivo di questa sezione non è quello di definire le norme relative alla progettazione del tracciato di una galleria (nella Sezione Regolamenti - Raccomandazioni si rimanda ai manuali di progettazione di diversi paesi), ma essenzialmente di sensibilizzare i proprietari e i progettisti sulla necessità di un approccio globale e multiculturale sin dalle prime fasi della progettazione, nonché sull’importanza dell’esperienza in materia che è fondamentale per il successo del progetto.
In questi paesi proprietari e progettisti nutrono una certa apprensione riguardo alle gallerie. Molto spesso preferiscono "tracciati acrobatici" che costeggiano i crinali, con pendenze ripide, enormi pareti di contenimento o viadotti lunghissimi e talvolta con imponenti opere di consolidamento (che sono molto costose e non sempre efficaci nel lungo periodo), per attraversare zone caratterizzate da movimenti franosi.
Numerosi esempi di progetti con gallerie e variazioni di allineamento progettate secondo un approccio di "sistema" globale dimostrano, rispetto agli approcci sistematicamente contrari alla costruzione di gallerie, che:
L’assistenza di un consulente esterno permette di attenuare l’insufficienza o la mancanza di una "cultura delle gallerie" e di migliorare significativamente il progetto.
Raramente il concetto di "sistema complesso" viene integrato a monte, a scapito dell’ottimizzazione globale del progetto. Troppo spesso la "geometria" della nuova infrastruttura è stabilita da specialisti in tracciati senza tenere conto di tutte le restrizioni e i componenti di una galleria. È tuttavia essenziale considerare sin da questa fase tutti i parametri e le interfacce descritte nel paragrafo 1.1 sopra e in particolare:
il coordinamento tra gli allineamenti orizzontali e verticali in una galleria deve essere studiato attentamente in modo da supportare il livello di confort e di scurezza degli utenti. L’effetto visivo dei cambiamenti di pendenza nell’allineamento verticale, in particolare nei punti elevati, è posto in evidenza dal campo visivo limitato della galleria e dall’illuminazione;
nella progettazione del tracciato bisogna considerare le condizioni di funzionamento con traffico unidirezionale o bidirezionale, in particolare:
il tracciato in prossimità degli imbocchi:
Il profilo trasversale funzionale costituisce la seconda fase principale della progettazione di una galleria dopo la selezione dell’allineamento. Come per la prima fase, l’approccio al "sistema complesso" deve essere considerato con grande attenzione, il più a monte possibile, insieme a un team esperto e multidisciplinare. Si devono tenere presenti tutti i parametri e le interfacce di cui al Paragrafo Aspetti strategici
La seconda fase (profilo trasversale funzionale) non è indipendente dalla prima fase (allineamento) e deve ovviamente tenere in considerazione i criteri risultanti da quest’ultima. Le due fasi sono quindi interdipendenti e strettamente collegate tra loro.
Inoltre, come accennato nel paragrafo 1.1.2.2, il processo delle prime due fasi è iterativo e interattivo. Non esiste un approccio matematico diretto in grado di fornire un’unica risposta all’analisi del "sistema complesso". Né vi sono risposte univoche, ma soltanto un numero molto limitato di buone risposte e un numero elevato di cattive risposte. L’esperienza del team multidisciplinare è fondamentale per individuare una buona soluzione in tempi rapidi.
Gli esempi citati nel paragrafo 1.2.1 precedente indicano che i criteri in materia di "profilo trasversale funzionale" possono avere un impatto considerevole sulla progettazione degli allineamenti orizzontali e verticali.
L’esperienza mostra che l’analisi del "profilo trasversale funzionale" è molto spesso incompleta e limitata ai soli criteri di ingegneria civile, il che determina inevitabilmente:
The major parameters of the "functional transverse profile" are as follows:
I parametri principali del "profilo trasversale funzionale" sono i seguenti:
L’AIPCR ha emanato numerose raccomandazioni nel campo della sicurezza e dell’operatività al fine di portare a compimento gli studi di sicurezza, l’organizzazione del funzionamento e delle emergenze e i criteri operativi. Si rimanda il lettore a tali raccomandazioni (v. Capitolo 2 "Sicurezza" e Capitolo 3 "Fattori umani relativi alla sicurezza nelle gallerie").
Il presente capitolo tratta principalmente le interfacce di sicurezza e operative all’interno del "sistema complesso". Le tabelle contenute nel paragrafo 1.1.5.2 precedente indicano il grado di interdipendenza di ogni parametro rispetto ai vari sottogruppi del progetto.
Alcuni parametri hanno un impatto elevato sin dalle fasi a monte del progetto. Essi devono essere analizzati già nelle fasi iniziali della progettazione e riguardano in particolare:
Questi parametri principali per la progettazione della galleria sono anche i fattori essenziali dell’anali dei rischi, oltre a costituire la bozza del "piano d’intervento delle squadre intervento emergenza". Ecco perché riteniamo fondamentale lo svolgimento di un’"analisi preliminare dei rischi", associata con l’analisi preliminare di un "piano d’emergenza" nelle fasi iniziali della progettazione preliminare. Tale analisi consente di descrivere meglio le caratteristiche specifiche della galleria e le specifiche funzionali e di sicurezza che essa deve soddisfare. Contribuisce inoltre a una valida analisi ingegneristica, a una migliore progettazione e a un miglioramento e ottimizzazione a livello tecnico e finanziario.
Questi parametri e i loro impatti sono illustrati nel dettaglio nei paragrafi seguenti.
Questi parametri hanno un impatto principalmente sul profilo trasversale funzionale (v. 1.2.2) e, tramite questo, un impatto parziale sul tracciato:
Questo è un parametro fondamentale che riguarda i criteri funzionali e la progettazione in generale. Questo parametro influisce sovente anche sull’allineamento (uscite dirette verso l’esterno) e sui criteri di costruzione: collegamenti trasversali – cunicolo inferiore – cunicolo parallelo – ripari o rifugi temporanei collegati a un cunicolo.
La sua analisi richiede un approccio integrato con la progettazione della ventilazione (in particolare la ventilazione in caso di incendio), il volume di traffico, l’analisi dei rischi, l’elaborazione del piano d’emergenza (in particolare l’indagine sugli scenari di ventilazione/intervento) e i metodi costruttivi.
Da un punto di vista funzionale occorre definire i percorsi, le loro caratteristiche geometriche e spaziatura al fine di assicurare il flusso delle persone sia abili che disabili.
È essenziale garantire l’omogeneità, la leggibilità e il carattere accogliente e calmante di queste strutture, che sono usate dalle persone in situazioni di stress (incidente, incendio), durante la fase di auto-soccorso (prima dell’arrivo dei servizi d’emergenza). Il loro utilizzo deve essere naturale, semplice, efficiente e avere un effetto calmante per evitare di passare da uno stato di stress a uno stato di panico.
I sistemi di ventilazione progettati unicamente come sistema di "ventilazione longitudinale" hanno un impatto ridotto sulla "sezione funzionale" o sull’"allineamento".
Non è questo il caso dei sistemi di "ventilazione longitudinale" dotati di un condotto di estrazione del fumo, o dei sistemi di "ventilazione trasversale", dei sistemi "semi-trasversali" o "semi-longitudinali", dei sistemi "misti", o dei sistemi di ventilazione che includono condotti o cunicoli intermedi che permettono di estrarre o scaricare aria all’esterno in modo diverso che attraverso agli imbocchi della galleria. Tutti questi sistemi hanno un impatto molto importante sulla "sezione funzionale", sull’"allineamento" e su tutte le ulteriori strutture sotterranee.
I sistemi di ventilazione dello spazio destinato al traffico sono progettati essenzialmente per:
I sistemi di ventilazione possono svolgere inoltre ulteriori funzioni:
I sistemi di ventilazione non riguardano soltanto lo spazio destinato al traffico, ma interessano anche:
I sistemi di ventilazione devono essere progettati al fine di:
La comunicazione con gli utenti ha un impatto importante sul "profilo trasversale funzionale" per mezzo della segnaletica.
Gli altri impatti principali non riguardano il "sistema complesso" nella sua interezza, ma si riferiscono al sottosistema relativo ai sistemi operativi, in particolare al monitoraggio remoto, al rilevamento, alle comunicazioni, alla gestione del traffico, al controllo e supervisione, nonché all’organizzazione dell’evacuazione.
L’operatività di una galleria e l’intervento delle squadre di manutenzione possono richiedere accorgimenti particolari per consentire interventi in totale sicurezza e per ridurre le restrizioni al traffico.
Questi accorgimenti riguardano per esempio la predisposizione di piazzole di fronte ai sistemi sotterranei che richiedono interventi regolari di manutenzione o l’accessibilità ai materiali per la loro sostituzione e manutenzione (in particolare i materiali pesanti e voluminosi).
Il presente paragrafo non si occupa di descrivere nel dettaglio i sistemi operativi, la loro funzione o la loro progettazione. Questi elementi sono definiti nelle raccomandazioni dell’attuale "Manuale delle gallerie stradali", nonché nei manuali o nelle raccomandazioni elencati nella Sezione 1.6 seguente.
Il paragrafo si occupa piuttosto di richiamare l’attenzione dei proprietari e dei progettisti su particolari questioni specifiche dei sistemi per l’operatività della galleria.
I sistemi operativi devono consentire alla galleria di svolgere la sua funzione, che è assicurare il passaggio del traffico, e di soddisfare la doppia missione di fornire agli utenti un buon livello di confort e sicurezza quando attraversano la galleria.
I sistemi operativi devono tenere conto della funzione della galleria, della sua posizione geografica, delle sue caratteristiche intrinseche, della natura del traffico, delle infrastrutture a valle e a monte della galleria, delle principali questioni relative alla sicurezza e all’organizzazione in caso di emergenza, così come della regolamentazione e dell’ambiente culturale e socioeconomico del paese nel quale si trova la galleria.
Un gran numero di sistemi operativi non contribuisce automaticamente al miglioramento del livello di servizio, confort e sicurezza di una galleria. Al contrario, richiede maggiori interventi umani e di manutenzione che, se non effettuati, possono compromettere l’affidabilità della galleria e il suo livello di sicurezza. È inutile anche l’affiancamento o l’abuso di dispositivi. I sistemi devono essere idonei, complementari, talvolta ridondanti (per le principali funzioni di sicurezza) e devono costituire un insieme coerente.
I sistemi operativi sono "vivi":
Tutte queste considerazioni si traducono in scelte strategiche, tra cui in particolare:
1.2.4.2.a Fonti di energia – distribuzione elettrica
Perché i sistemi della galleria possano funzionare, servono delle fonti di energia. Le grandi gallerie possono richiedere diversi MW (megawatt) di potenza elettrica, che non sempre sono disponibili sul posto. Sin dalle prime fasi della progettazione bisogna prendere accorgimenti particolari per rafforzare e rendere più affidabili le reti esistenti, o spesso anche per creare nuove reti. L’alimentazione elettrica è fondamentale per l’operatività della galleria, ma anche per la sua costruzione.
L’alimentazione di energia elettrica e la sua distribuzione all’interno della galleria deve fornire:
Ogni galleria è specifica e deve essere sottoposta a un’analisi specifica in funzione della sua posizione geografica, del contesto delle reti elettriche esistenti, delle condizioni di alimentazione elettrica (priorità o non priorità), della possibilità di aumentare o meno la potenza e l’affidabilità delle reti pubbliche esistenti, dei rischi specifici della galleria, così come delle condizioni di intervento dei servizi d’emergenza.
I sistemi devono essere quindi progettati di conseguenza e le procedure operative devono essere attuate conformemente all’affidabilità del sistema e alle scelte che sono state prese durante la fase di progettazione.
Gli obiettivi riguardanti la sicurezza, in caso di mancanza di alimentazione elettrica, sono:
Gli accorgimenti solitamente presi per l’alimentazione di corrente elettrica sono i seguenti:
1.2.4.2.b Ventilazione
L’AIPCR ha emanato numerose raccomandazioni in questo campo, che costituiscono i principali riferimenti internazionali per la concezione e la progettazione dei sistemi di ventilazione. Oltre alla precedente sezione 1.2.3.4, si rimanda il lettore alla Sezione Ventilation
Occorre tuttavia ricordare che anche se l’impianto di ventilazione costituisce uno dei principali sistemi che assicurano la salute, il confort e la sicurezza degli utenti in una galleria, essa è solo uno degli anelli del sistema di cui gli utenti, gli operatori e le squadre intervento emergenza e di salvataggio costituiscono gli elementi più importanti con il loro comportamento, la loro competenza e la loro capacità di agire.
I sistemi di ventilazione non bastano da soli a far fronte a tutti gli scenari, né a soddisfare tutte le possibili funzioni, con particolare riguardo per la depurazione dell’aria e la protezione dell’ambiente.
La scelta di un sistema di ventilazione e del suo dimensionamento richiede grande esperienza e la comprensione dei complessi fenomeni della meccanica dei fluidi in un ambiente chiuso, in associazione con le fasi consecutive di sviluppo di un incendio, propagazione, irradiazione e scambi termici, così come con lo sviluppo e la propagazione di fumo e gas tossici.
I sistemi di ventilazione consumano in generale molta energia e richiedono grande attenzione ai fini dell’ottimizzazione del loro dimensionamento e funzionamento, ad esempio per mezzo di sistemi esperti.
I sistemi di ventilazione possono essere molto complessi e la loro gestione in caso di incendio può richiedere l’attuazione di sistemi automatici che consentono di gestire e controllare la situazione in modo più efficiente rispetto a quanto farebbe un operatore sotto stress.
Come indicato nella sezione 1.2.3.4 precedente, i sistemi di ventilazione devono soprattutto soddisfare i requisiti sanitari e igienici in condizioni normali di operatività, nonché gli obiettivi di sicurezza in caso di incendio.
Resistenza, affidabilità, adattabilità, vita operativa e ottimizzazione del consumo di energia costituiscono i principali criteri di qualità che i sistemi di ventilazione devono soddisfare.
1.2.4.2.c Sistemi supplementari per i sistemi di ventilazione
Due tipi di sistemi supplementari per la ventilazione sono spesso oggetto di domande pressanti delle parti interessate, delle associazioni di residenti o delle lobby:
A. Sistemi di depurazione dell’aria.
Per maggiori informazioni su questo argomento, si rimanda il lettore alla Sezione Impatto sulla qualità dell’aria
L’implementazione di sistemi per la depurazione dell’aria è una richiesta ricorrente delle associazioni di residenti nelle aree urbane. Tali sistemi, di solito installati sottoterra, sono molto costosi da costruire così come da gestire e mantenere. Inoltre, comportano un elevato consumo di energia.
I risultati fino ad oggi ottenuti sono tutt’altro che convincenti, in particolare a causa delle forti riduzioni nelle emissioni dei veicoli e della difficoltà di questi sistemi nel depurare le concentrazioni molto basse di inquinanti presenti nella galleria e contenuti in grandi volumi d’aria. Di conseguenza, molti sistemi installati negli ultimi dieci anni non sono più operativi.
Il futuro dei sistemi per la depurazione dell’aria è molto incerto nei paesi dove vi sono norme più restrittive, che impongono riduzioni sempre più rigorose delle emissioni di inquinanti alla fonte.
B. Sistemi fissi di soppressione incendio.
Per maggiori informazioni su questo argomento, si rimanda il lettore alla Sezione Sistemi fissi antincendio
Le tecnologie sono numerose e rispondono a vari criteri: lotta antincendio – contenimento degli incendi – riduzione dell’irradiazione termica e della temperatura per gli utenti che si trovano in prossimità dell’incendio – preservazione della struttura della galleria contro i danni dovuti alle temperature elevate, ecc.
Questi sistemi, nonostante gli aspetti positivi, presentano anche aspetti negativi che riguardano in particolar modo il deterioramento delle condizioni di visibilità quando sono attivati all’inizio dell’incendio. L’utilizzo di un sistema fisso di soppressione incendio richiede un approccio coerente a tutti gli aspetti della sicurezza degli utenti, nonché alla strategia di ventilazione ed evacuazione.
La decisione di implementare o meno tali sistemi è complessa e ha importanti conseguenze. Deve quindi essere sottoposta a una riflessione approfondita in merito alle particolari condizioni di sicurezza dell’opera interessata e al valore aggiunto ottenuto dall’implementazione del sistema, e non deve essere presa sotto l’influenza della moda o di una lobby.
Un sistema fisso di soppressione incendio richiede l’adozione di importanti misure di manutenzione e l’esecuzione di prove regolari e frequenti, senza le quali la sua affidabilità non potrebbe essere garantita.
1.2.4.2.d Illuminazione
Le raccomandazioni della CIE (Commissione internazionale per l’illuminazione) sono state criticate dall’AIPCR a causa dei livelli elevati di illuminazione che spesso comportano. Si rimanda il lettore alla relazione tecnica pubblicata dal Comitato europeo di normazione che presenta diversi metodi tra cui quello raccomandato dalla CIE.
L’illuminazione è uno strumento fondamentale per garantire il confort e la sicurezza degli utenti in una galleria. Gli obiettivi del livello di illuminazione devono essere adattati alla collocazione geografica della galleria (urbana o non urbana), alle sue caratteristiche (corta o molto lunga), al volume e alla natura del traffico.
L’impianto di illuminazione consuma molta energia e si sta lavorando per ottimizzarne le loro caratteristiche e le prestazioni.
1.2.4.2.e Trasmissione dei dati - Supervisione - SCADA
SCADA è il "sistema nervoso" e il "cervello" della galleria, che permette la compilazione, la trasmissione e il trattamento delle informazioni e la successiva trasmissione delle istruzioni operative agli impianti.
Questo sistema richiede un’analisi meticolosa sulla base delle condizioni specifiche all’interno della galleria, dei suoi sistemi, dell’organizzazione e della modalità di funzionamento, del contesto dei rischi in cui la galleria è collocata, così come delle procedure e degli accorgimenti adottati per gli interventi.
L’organizzazione del centro di supervisione e controllo deve essere analizzata molto attentamente, in funzione del contesto specifico della galleria (o del gruppo di gallerie), dei mezzi umani e materiali necessari, degli incarichi da assumere, dell’aiuto essenziale fornito dai dispositivi automatici o dai sistemi esperti agli operatori in caso di incidente e che consente agli operatori di ridurre e semplificare i loro compiti rendendoli più efficienti.
La progettazione dettagliata di questi sistemi è un processo lungo e delicato e richiede una metodologia molto rigorosa di sviluppo, controllo per fasi consecutive (in particolare durante le prove in fabbrica), prova e controllo globale dopo l’integrazione di tutti i sistemi sul posto. L’esperienza indica che molti errori osservati su questi sistemi sono dovuti alle seguenti lacune:
La Sezione SCADA del manuale riassume questi aspetti differenti.
1.2.4.2.f Comunicazioni radio – circuiti a bassa tensione
Questi sistemi comprendono:
1.2.4.2.g Segnali
Per i segnali si rimanda il lettore alla Sezione Cartelli segnaletici
Ancora più che nel caso di altri sistemi, un eccesso di segnali va a scapito della loro pertinenza e finalità.
La leggibilità, la coerenza, l’omogeneità e la gerarchia dei segnali (priorità ai segnali di evacuazione e alle informazioni per gli utenti) devono avere la priorità nella progettazione dei segnali all’interno della galleria e in prossimità di essa.
Pannelli segnaletici fissi, segnali delle corsie di traffico, segnali a messaggio variabile, semafori e luci di stop, segnali delle uscite di emergenza, segnali specifici per tali uscite, segnali delle nicchie di sicurezza, dispositivi fisici per la chiusura delle corsie (barriere rimovibili), segnaletica orizzontale e strisce rumorose orizzontali sono tutti dispositivi di segnalazione e assicurano una parte della comunicazione con gli utenti.
1.2.4.2.h Dispositivi antincendio
I dispositivi per il rilevamento degli incendi possono essere localizzati (rilevamento degli incendi nelle sottostazioni sotterranee o nei locali tecnici) o lineari (cavo sensibile al calore) all’interno dello spazio destinato al traffico.
Esistono vari dispositivi per la lotta antincendio:
1.2.4.2.i Altri dispositivi
Altri dispositivi possono essere installate in funzione degli obiettivi e delle esigenze per ciò che concerne la sicurezza, il confort e la protezione della struttura. Ne sono un esempio:
La riqualificazione (in particolare per migliorare la sicurezza) e il rifacimento delle gallerie esistenti in funzione solleva problemi specifici di analisi e di metodo. Il grado di libertà è inferiore rispetto alle gallerie nuove, in quanto è necessario tenere conto dello spazio e delle restrizioni esistenti. Le tecnologie specifiche di ogni tipo di sistema e la loro integrazione sono tuttavia identiche.
Il rinnovo e la riqualificazione di una galleria in funzione determinano piuttosto spesso un aumento dei tempi e dei costi di costruzione, condizioni di sicurezza di gran lunga inferiori durante i lavori e impatti scarsamente controllati sul volume e sulle condizioni del traffico. Questi svantaggi sono spesso il risultato di un’analisi incompleta della situazione esistente, delle reali condizioni della galleria, dei suoi sistemi e del suo ambiente, nonché di una mancanza di strategia e di procedure che possano attenuare gli effetti sul traffico.
La Sezione Valutare e migliorare la sicurezza nelle gallerie esistenti propone una metodologia per la diagnosi della sicurezza delle gallerie esistenti e lo sviluppo di un programma di riqualificazione. Inoltre, la Sezione Operatività durante i lavori di manutenzione presenta problematiche specifiche legate agli interventi effettuati su gallerie in funzione. Il contenuto di tali sezioni può aiutare ad attenuare i problemi menzionati in precedenza.
È tuttavia appropriato richiamare l’attenzione del lettore sui punti chiave delle seguenti sezioni.
La diagnosi dettagliata e rigorosa di una galleria è una fase essenziale nel processo del suo rinnovo o riqualificazione. Sfortunatamente questa fase viene spesso ignorata.
La diagnosi fisica di una galleria richiede di:
Questa diagnosi fisica deve essere integrata da una diagnosi riguardante l’organizzazione, la manutenzione e le procedure operative, così come da una diagnosi specifica riguardante tutti i documenti relativi all’organizzazione degli interventi di sicurezza e di salvataggio. Questa fase di diagnosi può infine portare alla definizione di azioni per la formazione delle varie parti coinvolte negli interventi, allo scopo di migliorare le condizioni globali di sicurezza della galleria nel suo stato iniziale prima del rinnovo.
La diagnosi deve essere seguita da un’analisi dei rischi della galleria sulla base del suo stato effettivo. Tale analisi ha un doppio obiettivo:
La diagnosi deve rilevare (senza correre il rischio di scoperte tardive durante la fase dei lavori) se i sistemi esistenti, presumibilmente in condizioni operative, possano essere modificati, aggiunti o integrati nei futuri sistemi aggiornati (compatibilità tecnologica – prestazioni in particolare per la raccolta e la trasmissione dei dati, dispositivi automatici e SCADA).
Il programma di rinnovo o riqualificazione è il risultato di due fasi.
Lo sviluppo del programma risulta da:
In base all’ambiente fisico della galleria e agli spazi disponibili, il programma di riqualificazione ottimale, per l’infrastruttura o per i sistemi, potrebbe non essere praticabile in condizioni accettabili, il che può rendere necessaria la definizione di un programma più ristretto. Tale programma ristretto potrebbe richiedere l’adozione di misure di attenuazione per garantire che il livello richiesto di sicurezza sia raggiunto in senso globale, dopo il completamento dei lavori.
La convalida del programma richiede:
Il programma di riqualificazione o miglioria non richiede necessariamente la realizzazione di opere fisiche, ma può consistere solamente in una modifica delle funzioni della galleria o degli accorgimenti operativi, ad esempio:
La fase di attuazione della progettazione e di costruzione prevede la trasformazione del programma di rinnovo o riqualificazione in capitolati tecnici e contrattuali e la relativa attuazione.
Questa fase richiede un’analisi estremamente dettagliata:
La "vita della galleria" può essere suddivisa arbitrariamente in diverse fasi principali di cui le più rilevanti sono:
Questa è la fase più importante nella vita di una nuova galleria. È decisiva in termini di costi operativi e di costruzione, di sicurezza e di gestione dei rischi tecnici e finanziari.
Questa fase richiede un’integrazione trasversale di tutte le interfacce del "sistema complesso" rappresentato da una galleria. Tale integrazione deve iniziare sin dalle prime fasi della progettazione (v. paragrafi precedenti).
L’esperienza mostra che ciò accade sfortunatamente di rado e che spesso la progettazione di una galleria è il risultato di una successione di fasi considerate tra loro indipendenti. Nonostante la caricaturizzazione, possiamo osservare che:
Per quanto concerne l’ingegneria civile, l’aspetto più importante è la gestione dei rischi tecnici (in particolare geologici) e di tutte le conseguenze risultanti a livello di costi e di durata della costruzione.
Le considerazioni relative alla gestione dei rischi nell’ambito della costruzione devono essere tenute presenti sin dalla fase di progettazione. Tali considerazioni devono essere dettagliate e condivise con il proprietario della galleria. Le decisioni in materia di rischi devono essere sviluppate e documentate in modo chiaro.
La decisione di assumere alcuni rischi non costituisce necessariamente un errore e non deve essere necessariamente vietata, in quanto può permettere di soddisfare alcuni obblighi, ad esempio quando vi è una tabella di marcia molto serrata, che sarebbero incompatibili con lo svolgimento di tutte le indagini richieste per eliminare ogni incertezza.
La decisione di assumere un rischio deve essere però il frutto di una riflessione approfondita su:
L’assunzione di un rischio non deve essere imputabile alla leggerezza o incompetenza delle varie parti.
Per quanto concerne i sistemi operativi, si richiama l’attenzione del lettore su:
Questa fase della "vita della galleria" è spesso sottovalutata e considerata solamente in maniera tardiva. Essa richiede tempo di cui spesso non si dispone e si traduce nella messa in servizio della galleria in condizioni non soddisfacenti, o addirittura in condizioni di elevata esposizione in termini di sicurezza.
Questa fase comprende:
Il compito principale è quello di assicurare:
È inoltre necessario saper osservare la situazione in modo obiettivo, prendendo le distanze dalla routine quotidiana, allo scopo di:
Le gallerie sono strutture di ingegneria civile relativamente costose in rapporto alla loro costruzione e operatività. Sin dall’inizio del progetto si deve prestare particolare attenzione allo scopo di individuare ogni possibile ottimizzazione tecnica e finanziaria.
Si raccomanda dalle prime fasi di progettazione di attuare un processo che comprenda:
Questo processo permetterà l’ottimizzazione del progetto (costi di costruzione e operativi) nonché una migliore gestione dei rischi tecnici e finanziari e della tabella di marcia.
I costi di costruzione delle gallerie sono estremamente variabili ed è impossibile fornire indici rappresentativi dei costi/chilometro, in quanto questi indici possono variare in misura considerevole (media da 1 a 5) in particolare in base a:
Al massimo si può indicare che il costo medio di una galleria tipica, costruita in condizioni geotecniche medie, è circa dieci volte il costo dell’infrastruttura equivalente costruita all’aperto (al di fuori delle aree urbane).
I costi di costruzione di una galleria possono essere suddivisi in tre tipi di costi:
I due schemi seguenti mostrano alcuni esempi della suddivisione dei costi di costruzione, da un lato per le gallerie caratterizzate da condizioni non complesse delle opere di ingegneria civile e dall’altro lato per le gallerie in cui le condizioni delle opere di ingegneria civile sono meno favorevoli.
Fig. 1.5.1: Suddivisione dei costi di costruzione
Nota: questi due schemi mostrano quanto siano importanti i costi delle opere civili e illustrano le conseguenze dei costi quasi raddoppiati delle opere civili (schema a destra).
I costi operativi di una galleria possono essere suddivisi in tre tipi di costi:
I due schemi seguenti mostrano alcuni esempi della suddivisione (con condizioni economiche costanti) dei costi di costruzione (opere civili, strutture operative, costi vari) e di costi operativi globali (accumulati su un arco di tempo di trent’anni dall’inizio del periodo operativo).
Fig. 1.5.2: Suddivisione dei costi durante un periodo di 30 anni
Nota: questi schemi mostrano quanto siano importanti i costi operativi e di manutenzione e quanto sia necessario scegliere sin dalle prime fasi della progettazione della galleria gli accorgimenti che consentono l’ottimizzazione dei costi operativi e di manutenzione ricorrenti.
Questo capitolo riguarda gli interventi di rinnovo o riqualificazione che sono richiesti per implementare i nuovi regolamenti. Tali interventi interessano gli accorgimenti per l’evacuazione, la resistenza della struttura agli incendi, i sistemi operativi e di sicurezza e tutti i requisiti necessari per soddisfare i nuovi regolamenti in materia di sicurezza.
Non è impossibile fornire prezzi statistici a causa della diversità delle gallerie esistenti, delle loro condizioni, del traffico e dei requisiti più o meno importanti dei nuovi regolamenti in materia di sicurezza, che possono variare da un paese all’altro.
Le osservazioni su questo tipo di interventi di riqualificazione finalizzati all’implementazione dei nuovi regolamenti, condotte in Francia a partire dal 2000, mostrano un’elevata variazione tra i budget corrispondenti, con un intervallo di costi compreso tra circa dieci milioni di euro e diverse centinaia di milioni di euro (vi sono stati diversi programmi di riqualificazione con un budget superiore a 200 milioni di euro).
Le gallerie costituiscono infrastrutture costose in termini di costruzione e di funzionamento, ma il loro costo è compensato da vantaggi economici che comprendono lo sviluppo della regione, la fluidità del traffico, il confort, la sicurezza, percorsi affidabili (attraverso le montagne) e la protezione dell’ambiente.
Il finanziamento di queste opere è assicurato con:
Il presente manuale non si propone di illustrare nel dettaglio questi vari metodi di finanziamento, né di presentare i loro meccanismi, vantaggi o svantaggi. Può tuttavia essere interessante presentare alcune linee guida principali basate sull’esperienza, che forniscono un’illustrazione preliminare.
a) Finanziamento da parte di un’autorità pubblica
b) Finanziamento tramite "concessione" – la galleria come parte di un’infrastruttura globale
Il finanziamento di una "galleria non indipendente" tramite "concessione" (con o senza il coinvolgimento finanziario del concedente) è il caso tipico di una galleria che fa parte di una nuova autostrada interurbana con pagamento di pedaggio. I costi (di costruzione e operativi) della galleria riguardano sia la galleria sia l’infrastruttura lineare fuori terra. L’esperienza mostra che una maggiorazione sull’indice medio pedaggio/chilometro è accettata dagli utenti nella misura in cui la nuova infrastruttura porti sufficiente valore aggiunto a livello di risparmio di tempo, servizi migliori o più affidabili, confort e sicurezza.
c) Finanziamento tramite "concessione" – galleria indipendente
Esistono due categorie principali di gallerie indipendenti.
d) Finanziamento tramite PPP o simile
I paesi che hanno molte gallerie sono dotati di specifici regolamenti e hanno sviluppato raccomandazioni e linee guida per la progettazione, la costruzione, il funzionamento, la manutenzione, la sicurezza e l’intervento dei servizi di salvataggio.
Per quanto concerne le condizioni di sicurezza nelle gallerie stradali, i paesi appartenenti all’Unione europea sono soggetti alla Direttiva 2004/54/CE che prescrive un livello minimo di accorgimenti da adottare per garantire la sicurezza degli utenti nelle gallerie di lunghezza superiore a 500 m che fanno parte della rete stradale transeuropea. Inoltre, un gruppo più esteso di paesi europei è vincolato da una convenzione internazionale, l’Accordo europeo relativo al trasporto internazionale su strada delle merci pericolose (ADR), che prevede accordi specifici per le gallerie. Ogni paese membro ha recepito questi regolamenti europei nella propria legislazione nazionale. Alcuni paesi membri hanno adottato ulteriori regolamenti che sono più rigorosi rispetto a quelli risultanti dalla trasposizione della regolamentazione europea.
Un elenco dei regolamenti e delle raccomandazioni riguardanti l’operatività e la sicurezza delle gallerie stradali è stato creato in cooperazione tra l’AIPCR e il Comitato ITA sulla sicurezza operativa delle strutture sotterranee (ITA-COSUF) dell’Associazione mondiale delle gallerie (ITA - AITES). Tale documento può essere consultato sul sito web ITA-COSUF (Publications)L’elenco non è esaustivo ma presenta un gruppo internazionale di ventisette paesi e tre organizzazioni internazionali.
Molti paesi non dispongono di una regolamentazione in materia di gallerie e sicurezza nelle gallerie, in quanto non hanno gallerie stradali nel loro territorio. Si raccomanda a questi paesi di adottare un pacchetto completo e coerente dei regolamenti applicati in un paese con comprovata esperienza nel campo delle gallerie e di non attingere a un numero elevato di fonti differenti. Le raccomandazioni dell’AIPCR, riassunte nel presente manuale, e quelle della Direttiva europea 2004/54/CE costituiscono anch’esse riferimenti internazionali che trovano sempre più frequente applicazione.
This chapter consists of two main subsections:
“Complex Underground Road Networks” has been the subject under consideration by the PIARC Working Group 5 throughout the course of the 2012-2015 cycle.
The working plan consists of two sections:
The terminology “Complex Underground Road Tunnels” covers the following infrastructure:
All the structures share several similar characteristics:
The objective of the case study was to identify structures of this type around the world, to summarise collected information, to analyse it and to establish a number of preliminary recommendations for owners, designers and operators.
While this collection of information is not exhaustive and the summaries do not constitute a scientific database, it nevertheless contains pertinent and interesting findings. The collection of information was limited to the countries of origin of the Working Group 5 members, wherein the working group had active correspondents available to them.
The general methodology has been the following:
At more than 600 pages, a significant volume of information was collected. Therefore a direct publication of all information has been deemed unsuitable. The working group decided to:
Twenty-seven (27) “tunnel complexes” were analysed. The list is provided in §1.7.2.5 below. Several “complexes” consist of two to four tunnels and the actual analysis reflects a total of 41 individual tunnels.
The geographic distribution of structures analysed is shown in the graph below :
Fig 1.7.1 : Distribution of tunnel complexes within the case study and detailed distribution in Europe
The European tunnels seem over-represented in the sample analysis. This stems,
Particularly, investigations in Chile (Santiago), in Australia (Melbourne and Sydney) and a second project in South Korea were unfortunately unable to be completed by the production date of the current report. They will be the subject of future updates throughout the course of the next cycle during which supplemen-tary analysis from Germany, China, Japan, Singapore and the USA will also be considered.
The key information outlined in the analysis focus on the following aspects:
As the outcome of this analysis, the working group established a number of preliminary recommendations. These recommendations will be the subject of detailed additional developments which will be published in Part B of the report at the end of the 2016-2019 cycle.
These preliminary recommendations, presented in Chapter 11 - Present Situation, Comments and Preliminary Recommendations of the report, deal with the following aspects:
Underground road networks are located mainly in urban areas, and their design (in particular their alignment) has several constraints.
Geometrical conditions which often contribute to traffic incidents, include: meandering curved alignment, insufficient visibility near the access and exit areas, insufficiently defined characteristics of merging or diverging lanes and, poorly designed exit ramp connections towards the surface road network leading to congestion in the main tunnel, etc.
It is recommended that in preparing the alignment, the following be considered:
b - Cross-section
The investigations mentioned above show that 80% of analysed tunnels prohibit the transit of vehicles that weigh over 3.5 tonnes (or 12 tonnes, in some instances). However, the tunnel design does not take into account this restriction, and does not reconsider optimisation of the lane width as well as vertical height clearance.
Investigations carried out on recent projects show that substantial savings (from 20% to 30% depending on the final design characteristics) can be obtained by choosing a reduced vertical height for tunnels that prohibit heavy vehicle usage.
It is recommended that at the earliest stage for developing tunnel projects detailed studies be undertaken to consider and analyse the “function” of the tunnel, traffic conditions (volume and nature of vehicles), as well as the financial feasibility and financing methods. This should be done in such a way as to analyse the advantages of a cross-section with reduced geometric characteristics. This may facilitate the financial optimisation of the project without reducing the level of service or affecting the safety conditions.
c - Ventilation
Underground road networks are usually subjected to large traffic volumes. Traffic congestion is frequent, and the probability of a bottleneck developing within the network is high and recurring. As a result, the ventilation system has to be developed with a detailed analysis of the risks and dangers, taking into account the existence of bottlenecks.
A “pure” longitudinal ventilation system is rarely the appropriate sole response to all the safety requirements, especially in the scenario of a fire located upstream of congested traffic. A longitudinal ventilation system will cause smoke de-stratification downstream of the incident location. This constitutes a danger for any tunnel user blocked or in slow moving downstream traffic.
The addition of smoke extraction gallery or the choice of a transverse or semi-transverse ventilation system is often vital if no other realistic or feasible safety improvement measures can be put into place, and considered as efficient.
It is also necessary to implement equipment allowing the different network branches to operate inde-pendently of each other. This will facilitate the control and the management of smoke propagation during a fire incident.
The risks associated with the traffic of dangerous goods vehicles through a tunnel with a high urban traffic density must be carefully analysed. There are no ventilation systems capable of significantly reducing the effects of a dangerous goods large fire in such traffic conditions.
d - Firefighting
The necessary timeframe for response teams to arrive on site must be subjected to a detailed analysis under normal and peak hour traffic conditions. The objective is to determine whether or not it is necessary to install first line intervention facilities and resources in proximity of the tunnel portals.
The turnover of fire brigade staff is relatively high in urban areas and their interventions in tunnels are rela-tively rare. The high rate of turnover may lead to loss of specialist skills in tunnel intervention. Thus, it is essential to implement tools which allow continuous professional education and training of the teams. A virtual 3D model of the network, associated with simulation software, can provide pertinent, user-friendly and effective tools.
e - Signage
It is fundamental to ensure clear visibility of the exit ramps and a clear legibility of signage, in order to reduce the risk of accidents where exit ramps diverge from the main carriageway.
The locations of interchanges, entry and exit ramps, as well as the concept for signage should be analysed from the conceptual of alignment studies.
f - Environment
In order to reduce atmospheric pollution, communities, stakeholders and residents often demand the installation of filtration devices for in-tunnel air before it is released into the atmosphere.
This results in a decision to install filtration equipment which is rarely rational or technical, but in ad-hoc response to public pressure. Before any decision-making on this issue, it is, however, essential to:
g – Traffic conditions – Traffic management
The connections between exit ramps and the surface network must be equipped in a way which allows supervision and management of traffic in real time. This arrangement allows traffic congestion to be reduced inside the tunnel, and an improvement of safety should tunnel incidents require quick evacuation of users.
The coordination between operators of physically connected infrastructure is in general adequate. However, it is often essential to improve this coordination by clarifying the situation and role of each operator (particularly in the event of traffic congestion and fire incident) by defining common procedures and determining priorities between the different infrastructure parts and their traffic.
Monographs have been established for each of the structures listed in the table below. They are accessible in the Multimedia Kit at the bottom of the page. The monographs of the structures highlighted in amber are in the process of being updated and will be online shortly.
| Continents | Countries | Cities | Names of the tunnels complex | Appendices |
|---|---|---|---|---|
| Asia | China (CHN) | Changsha | Yingpan Tunnel | 1-1 |
| Japan (J) | Tokyo | Chiyoda | 1-2 | |
| Yamate | 1-3 | |||
| South Korea (ROK) | Seoul | Shinlim-Bongchun and Shinlim-2 | 1-4 | |
| Europe | Austria (A) | Vienna | Kaisermühlen | 2-1 |
| Belgium (B) | Brussels | Leopold II | 2-2 | |
| Belliard | 2-3 | |||
| Czech Republic (CZ) | Prague | Blanka Tunnel complex (3 tunnels) | 2-4 | |
| Mrazovka and Strahov | 2-5 | |||
| Finland (FIN) | Helsinki | KEHU - service tunnel | 2-6 | |
| France (F) | Annecy | Courier | 2-7 | |
| Ile-de-France | Duplex A 86 | 2-8 | ||
| Lyon | Croix-Rousse (road tunnel + multimodal tunnel) | 2-9 | ||
| Paris La Défense | A14 / A86 motorway interchange | 2-10 | ||
| Voie des Bâtisseurs | 2-11 | |||
| Italy (I) | Valsassina | Valsassina tunnel | 2-12 | |
| Monaco (MC) | Monaco | Sous le rocher tunnel (2 interconnected tunnels with “Y” form layouts) |
2-13 | |
| Norway (N) | Oslo | Opera tunnel (chain of 4 tunnels) | 2-14 | |
| Tromsø | 3 interconnected tunnels with roundabouts and access to parking lots |
2-15 | ||
| Spain (E) | Madrid | M30 By-pass | 2-16 | |
| M30 Rio | 2-17 | |||
| Sweden (S) | Stockholm | Ring Road – Northern link | 2-18 | |
| Ring Road – Southern link | 2-19 | |||
| The Netherlands (NL) | The Hague | Sijtwendetunnel (chain of 3 tunnels) | 2-20 | |
| North America | Canada / Quebec (CDN) / (QC) | Montreal | Ville-Marie and Viger tunnels | 3-1 |
| USA | Boston | Boston Central Artery | 3-2 | |
| Oceania | Australia (AUS) | Brisbane | M7 Clem Jones Tunnel (CLEM7) | 4-1 |
“Underground Road networks” are “complex systems”. All the recommendations presented in Chapters 1.1 to 1.5 above are applicable to them. Nevertheless, certain “subsets” and “parameters” mentioned in Chapter 1.1 present a much more significant potential impact on underground networks. The “interactions between parameters” (see § 1.1.2.2) are generally and much more extended and complex.
Several major strategic challenges presented in the above chapters, as well as their principal interactions, and the additional parameters below, must be well considered in the process of developing tunnel designs and for the construction and operation of tunnels.
This term is applicable to tunnel cross-section, vertical alignment, implementation of interchanges, access and exit ramps. In addition to the recommendations from § 1.2.1 the following elements should be considered for:
a – Land occupation
Land occupation deals with the surface occupation in open air (roads, buildings and various structures, parks and protected areas, etc.) and the volumetric occupation of the underground space (underground infrastructures such as metro, car parks, various networks, building foundations, etc.)
The interfaces between the underground and surface spaces are numerous: ventilation stacks, access and exit ramps, evacuation corridors and intermediate emergency access.
The underground and surface land occupation constraints are not always compatible with a given location and it is often necessary to decouple surface structures from those underground. This relationship can be implemented through inclined shafts or underground corridors that link any vertical shafts that are located away from the tunnel alignment.
b - Geology, geotechnical, hydrogeology
The geological, geotechnical and hydrogeological conditions have a significant impact on the horizontal and vertical alignment especially with regard to the risk of settlement, the possibility of construction underneath existing structures and any required maintained distances to existing surface or underground struc-tures, in relationship with the construction methodology considered.
These conditions can also influence the position of underground interchanges. For example, in the case of loose soil below groundwater level a localised widening of the cross section to build ramp merge and diverge areas could require construction works starting from the surface (large shafts, treatment and land consolidation works). These works require setting up temporary occupation on the surface. Under such conditions the location of underground interchanges should then also consider the type of land occupation on the surface.
c - Functionality for traffic
The functionality of the alignment mainly deals with areas where connection to the road network at the surface (or possibly with other underground structures) has to be built. The position and the design of the main tunnel portals, the access and exit ramps, as well as the location of interchanges depend on these functionalities.
The location of all these connections is also linked to the volume of traffic in the underground network, as well as its multiple entrances and exits. The connections must take into account the absorption capacity of traffic in the surface road network, adjustments to connections design in order to avoid underground traffic congestion and thus reduce accidents and significant tunnel fire incident risks.
d - Safety – rRsks of accidents
The analysis of existing networks demonstrates a concentration of accidents around areas with curved geometry, overly steep slopes and insufficient visibility around the merge and diverge areas of ramps.
All these elements must be carefully taken into account from the early stage of the design of the horizontal and vertical alignments of a new network.
e - Methods of construction – Time period
The construction methodology has a direct impact on the horizontal and vertical alignments (and vice-versa). They are also strongly guided by the geological, geotechnical and hydrogeological conditions.
The methods of construction can have an important impact on the location of the tunnel portals. In particu-lar, the use of a shield (slurry shield or earth pressure balanced) requires significant site area not only for the assembly of a tunnel-boring machine but also throughout the duration of the works (particularly for the treatment of slurry and provisional storage). A conventionally bored tunnel (when soil conditions permit it) requires fewer facilities close to the portal, and can be accommodated in a smaller site area.
The analysis for the shortening of construction timeframes can have an impact on the horizontal and vertical alignments, for example in order to make possible intermediate construction access sites.
f – Environmental conditions
During operation period of the network, the main concerns are air quality and noise impacts. These concerns have repercussions on the positioning of tunnel portals and ventilation shafts. These issues must be analysed carefully, in particular the ventilation plants as well as the additional equipment likely to reduce the environmental impact.
The position of portals, and the associated temporary work site plants, must also be analysed from an environmental aspect in terms of construction methods and timeframes. For example, a conventional method of construction will have a more significant noise impact as opposed to a TBM construction method. If the tunnel portal is situated in a noise sensitive area, works will have to be suspended during quieter night periods, leading to a prolonged construction period and consequent inflation of costs. A modification of the portal location or changes to the alignment can reduce these impacts.
In addition to the recommendations from § 1.2.2 the following elements should be considered for:
a – Nature of traffic - Function
As mentioned in § 1.7.2.4.b above, the nature of traffic is a factor that must be carefully analysed regarding their initial conditions as well as its evolution over time. Many urban underground networks prohibit heavy vehicles (more than 3.5 t or 12 t depending on different conditions), even though they were designed with standard vertical height clearance and lane width characteristics (defined for the allowance of all types of vehicles).
Analysis of the “function” of the underground network and the evolution of that function is essential. It allows the cross-section to be optimised by choice of geometrical characteristics (vertical height clearance and lane width) to ensure adequacy for the present and future traffic that will use the network.
Savings made regarding construction costs are significant (from 20% to 30% depending on the chosen characteristics). Where applicable, these savings may allow a project to be financed, and thus feasible, where it may not have been with standard vertical clearances and lane width.
b - Volume of traffic
The volume of traffic is the determining factor in defining the number of lanes of the main tunnel, as well as interchange or access and exit ramps.
The volume of traffic should be taken into account when defining the length of merging and diverging lanes for entrances and exits. The risk of congestion, at the connection of exit ramps to the surface network, must also be considered, as well as the consequences that this has on the main tunnel (bottleneck queue) to determine whether or not it is necessary to design and lengthen a parallel lane upstream from the divergence point of the exit ramp from the main road.
c - Ventilation
The ventilation galleries to be installed inside the structure contribute considerably to the spatial requirement. Therefore, it is necessary to proceed to a preliminary “analysis of hazards and risks”, and an initial sizing of ventilation installations before definitively setting the characteristics of the functional cross-section. This approach is often iterative.
d – Geology - Geotechnics - Hydrogeology - Methods of construction
The geological, hydrogeological and geotechnical conditions, as well as methods of construction (which are often interlinked) have a vital impact on the shape and surface area of the cross-section. The following example illustrates this interaction.
In loose soil below groundwater level, the use of a shield will be required for the construction of the main tunnel. The main tunnel will be circular in shape. However, the cross-section will also depend on other functions:
Recommendations in section 1.2.3 are integrally applicable to “underground road networks”. The analysis approach must, nevertheless, take into account the complexity of underground networks and the aggravating influence of certain factors, in particular:
a - Traffic
The volume of traffic is generally more significant and in high traffic volume conditions traffic congestion is much more frequent. It follows that the number of persons in tunnel is much higher and in the event of an incident, the number of users to evacuate will be more significant.
Ramps merge and diverge areas are important locations in terms of risk of accidents.
The assumption, which is sometimes prevalent from the start of projects, that there will never be a traffic blockage must be analysed with much circumspection. It is indeed possible to regulate the volume of traffic entering into an underground network in order to eliminate all risk of bottlenecks. Nevertheless, this leads to a significant decrease in the capacity of the infrastructure (in terms of traffic volume) which often goes against the reasoning that justifies its construction. Over time, measures of reducing entering traffic must be relaxed, or even abandoned because of the need to increase traffic capacity. The probability and recurrence of bottlenecks increase, disregarding the initial assumption upon which the network was based (particularly in terms of safety and ventilation during incidents).
b - Emergency evacuation – emergency access
The analysis must take into account:
c - Ventilation
The concept and design of ventilation systems must take into account:
d – Communication with users
Communication with tunnel users must be reinforced and adapted throughout the multitude of branches within the network. Communication must be able to be differentiated between the different branches according to operational needs, especially in the case of fires.
Users must be able to identify their position inside the network, which would require, for example, the installation of specific signs, colour codes, etc.
Directional signs and prior information signs at interchanges or ramps must be subjected to careful consideration, particularly the visibility distances with regards to signals and the clear legibility of the signage.
e – Operational needs
Specific operational needs (cf. § 1.2.3.6) must be adapted to the complexity of a network, to the volume of traffic and to the resulting increased difficulties of achieving interventions under traffic conditions.
Recommendations in section 1.2.4 are also applicable to “underground road networks”. Nevertheless, anal-yses must take into account the complexities of underground road networks and the supplementary needs or conditions mentioned in Chapter 1.7.3.
The interfaces between operators of associated or related network must be subjected to a specific analysis, particularly for all aspects concerning, on the one hand, traffic management and, on the other hand, safety (especially fire incidents), including evacuation of users and intervention of emergency response agencies in response to fire incidents.
Control centres must take account of the interfaces within the network and between diverse operators. They must allow the transmission of common information which is essential to each operator, and facilitate the possible temporary hierarchy of one control centre over another. The architectural design of the network of control centres, and of their performance and methods, must be subjected to an overall analysis of organisa-tions, responsibilities, challenges and risks. This analysis should reflect a range of operational conditions such as during normal and emergency scenarios, and should review the interaction between the different subsections of the network and the respective responsibilities of each control centre.