The Italian art of tunneling - 29/09/2020

Ampliamento gallerie Nazzano e Montedomini

Primo caso al mondo di ampliamento di una galleria stradale senza interruzione del traffico.

Articolo di: www.stradeeautostrade.it

Negli ultimi anni le necessità di potenziamento delle prinicipali direttrici autostradali in Italia ha offerto agli operatori del tunnelling sfide tecniche ed esecutive spesso superate attraverso approcci innovativi collegati ai più elevati attuali standard di progettazione e di esecuzione delle grandi infrastrutture.

Il metodo di ampliamento in sede in presenza di traffico è stato commissionato da Autostrade per l'Italia SpA per la prma volta al mondo per la galleria Nazzano, in provincia di Roma, e visti i positivi risultati ottenuti in questo primo cantiere sperimentale, la stessa metodologia di scavo è stata adoperata anche per la galleria Montedomini, nei pressi di Senigallia.

Le tecnologie costruttive individuate per l'esecuzione del prerivestimento del cavo e del rivestimento definitivo che meglio si adattano alle esigenze di un cantiere per l'ampliamento di una galleria in presenza di traffico, sono il pretaglio meccanico per l'esecuzione del prerivestimento e la volta attiva in avanzamento per la realizzazione del rivestimento definitivo.

Nella definizione delle tecnologie di scavo, lo scudo di protezione del traffico autostradale è l'apprestamento che più di ogni altro condiziona le scelte progettuali e che in qualità di elemento di "confine" tra il soprastante cantiere e il sottostante traffico veicolare rende necessario anche lo sviluppo di apposite modalità di gestione del traffico autostradale.

Ad oggi, nel corso dell'ampliamento delle due gallerie Nazzano e Montedomini, sono state adoperate due tipologie di scudo:

• una in acciaio. con una struttura più corta e snella che ha avuto un impatto meno importante sulla circulazione autostradale, ma che tuttavia ha condiziionato sensibilimente l'organizzazione del cantiere
• una in c.a. lunga circa 400m, probabilmente più impattante sulla circolazione stradale, ma che ha permesso un'organizzazione di cantiere più efficiente che ha consentito produzioni nettamente più elevate che nel caso di scudo in acciaio

Lo scudo adoperato durante lo scavo della galleria Nazzano è in acciaio, semovente su elementi prefabbricati in c.a. che presentavano un profilo dal lato del traffico tipo i new-jersey standard e aveva una copertura a sezione circolare, era lungo 60m e presentava per ragioni strutturali una porzione di 20m adeguatamente rinforzati all'interno che venivano mantenuti costantemente in corrispondenza del fronte di scavo.

In questo caso lo scudo ha creato due aree di cantiere ai lati dello stesso: una facilmente accessibile dal lato del cantiere e una sostanzialmente interdetta tra le due carreggiate autostradali. Lo scudo di protezione tipo "Nazzano" determina l'insorgere di criticità operative pe ril cantiere che hanno riflessi rilevanti sulla velocità di avanzamento degli scavi (produzione media a Nazzano 0,85 m / gg).

Le modalità di avanzamento dei lavori di ampliamento della galleria Nazzano suggerirono alcune ottimizzazioni al sistema produttivo, con una rielaborazione dello scudo di protezione del traffico, che da vincolo fisico e ostacolo poteva diventare un elemento di ottimizzazione nonché un’area di cantiere “normalizzata”.

Presso il cantiere della galleria Montedomini sono state quindi sperimentate con successo nuove soluzioni

per l’implementazione del metodo di ampliamento in presenza di traffico. Tra le varie ottimizzazioni apportate una delle più importanti, proposta dall’Appaltatore, è proprio l’introduzione di uno scudo di lunghezza della galleria e con una copertura piana, in calcestruzzo prefabbricato atto a separare fisicamente il cantiere dal traffico, a migliorare contestualmente la salubrità dei luoghi di lavoro, a consentire agevolmente il passaggio da un lato all’altro del cantiere per mezzo di due rampe di collegamento tra le aree ai lati dell’autostrada, garantendo quindi un facile accesso a tutte le aree di cantiere. 

Una tale modifica ha comportato notevoli vantaggi dal punto di vista logistico e di costi di gestione del cantiere, ma questa stessa soluzione ha altresì comportato un’ulteriore e impegnativa sfida per la minimizzazione degli effetti sulla sottostante circolazione autostradale finalizzata a garantire il più alto grado di sicurezza per gli utenti in transito.

Lo scudo adoperato per l’ampliamento della galleria Montedomini, di sezione rettangolare e spessore di 45 cm, è di tipo modulare in c.a. prefabbricato composta quattro elementi solidarizzati l’uno con l’altro.

La copertura piana costituisce quindi un’ulteriore area di cantiere utilizzata sia per la fornitura dei conci al fronte di scavo che come via di accesso al fronte per il Personale addetto. La continuità dello scudo in c.a. ha permesso di sostituire il carroponte all’imbocco della galleria con le citate rampe di scavalco dell’autostrada, transitabili anche dai mezzi pesanti, utilizzate per garantire l’accesso continuo alla copertura dello scudo e al lato spartitraffico del cantiere, superando il vincolo fisico rappresentato dal traffico autostradale. 

La possibilità di accedere agevolmente attraverso la rampa di scavalco sia alla copertura dello scudo che al lato spartitraffico del cantiere ha permesso di ottimizzare le fasi operative incrementandone la sovrapposizione e diminuendo sensibilmente i tempi di esecuzione dell’opera (velocità medie per lo scavo della galleria Montedomini 1,20 m/gg). 

Anche in questo caso, lo scudo presentava un profilo interno dal lato del traffico assimilabile a quello dei new-jersey standard, il gabarit all’interno dello scudo presentava valori ridotti della sezione trasversale con un’altezza minima di 4,50 m e una larghezza massima di 6,50 m.

La necessità di proteggere il traffico transitante in galleria implica contestualmente la riduzione della sezione disponibile all’interno del tunnel per l’intera lunghezza e di conseguenza una diminuzione pur non eccessiva del livello di servizio dell’infrastruttura.

Tale diminuzione ha comportato la necessità di adottare specifiche misure finalizzate a garantire la sicurezza degli utenti in transito e che possono essere suddivise in preventive e protettive.

Le misure di sicurezza preventive sono state adottate poiché la riduzione della velocità nelle zone di cantiere, monitorata con sistema Tutor, diminuisce i rischi derivanti dalla minore larghezza delle corsie ovvero dall’assenza di banchine transitabili e di franchi psicotecnici.

Il divieto di sorpasso in galleria associato alla delimitazione delle corsie con striscia continua spinge l’utente al mantenimento del veicolo nella corsia scelta all’ingresso della galleria e ne aumenta l’attenzione prevenendo la possibilità di incidenti. Infine, onde evitare il transito nello scudo di mezzi con carico sistemato ad altezze superiori a 4,30 m da terra, è stato predisposto in approccio alla galleria un sistema automatico di rilevamento continuo dell’altezza dei mezzi, gestito e coordinato dalla competente Direzione di Esercizio del settimo tronco Autostradale in remoto dalla sede di Pescara, attraverso anche un sistema di videosorveglianza attivo su entrambi gli imbocchi della galleria.

Le misure di sicurezza protettive sono mirate a ridurre le conseguenze di un potenziale evento incidentale in galleria. Il sistema di rilevamento incendi è costituito da un cavo termosensibile installato lungo tutta la galleria, che attiva, se necessario, una coppia di ventilatori posizionati a circa 70 m dalla fine dello scudo che direzionano i fumi generati dall’incendio nella direzione di marcia, consentendo ai veicoli che precedono l’incendiato di uscire dalla galleria e ai veicoli che lo seguono e si arrestano di uscire in direzione opposta. 

L’impianto di ventilazione, in funzione delle geometrie disponibili è stato possibile dimensionarlo al massimo per eventi di potenza termica dell’incendio di media portata, ovvero incendio di un furgone o un pullman. Il presidio continuo era finalizzato quindi a ridurre la probabilità di avere incendi con potenza superiore a quella per cui era stato progettato l’impianto di ventilazione.

A supporto delle scelte condotte in termini di misure di prevenzione e protezione all’interno dello scudo, è stata condotta un’analisi di quantificazione del rischio secondo il metodo IRAM (Italian Risk Analisys Method) ai sensi del D.Lgs. n° 264/2006) finalizzata a verificare il livello di sicurezza all’interno della struttura, anche se tale analisi non è richiesta per le gallerie di lunghezza inferiore ai 500 m, ancorché per una struttura provvisoria.

Ai sensi della predetta Norma è stato quantificato il rischio correlato agli specifici eventi considerati critici nello specifico ambiente confinato della galleria, vale a dire incendi, collisioni con incendio, sversamenti di sostanze infiammabili e rilasci di sostanze tossiche e nocive.

L’elaborazione e le fasi di calcolo relative alle analisi condotte sono state basate sulla caratterizzazione geometrica della sezione e sulle predette misure di sicurezza implementate per la gestione della presenza dello scudo.

È stata quindi effettuata un’analisi di rischio di tipo prestazionale, per verificare che l’insieme delle misure di prevenzione, protezione, mitigazione o inibizione del potenziale incremento di pericolosità dell’evento iniziatore, nonché di facilitazione delle azioni di auto-soccorso e di soccorso, fossero tali da assicurare che il livello di rischio della struttura ricadesse effettivamente al di sotto di quello tollerabile.

Al fine di valutare l’efficacia delle misure di progettazione e di analisi del rischio di mitigazione dell’impatto dello scudo in termini di gestione del traffico e di tutela della sicurezza degli utenti, è possibile analizzare quanto registrato nel periodo in cui lo scudo è stato installato su strada (16 Maggio 2013-8 Ottobre 2014).

Le misure preventive si sono rivelate efficaci e all’interno della galleria non si sono verificati incidenti né tantomeno sviluppati incendi. Le misure predette allo scopo predisposte non sono mai state attivate.

Viceversa è risultato particolarmente frequente il problema dei “fuori sagoma” e il sistema di limitazione è stato attivato 416 volte nel predetto periodo. 

Quando un mezzo urta la sbarra del portale allarmato e il sistema viene attivato, il Personale presente in loco provvede a riattivare i sensori se la barra stessa è ancora integra o a sostituirla, avvalendosi di idoneo mezzo di sollevamento, se questa non è in condizioni tali da poter essere rimessa in sede e collegata ai sensori. Solo nel momento in cui la barra viene “riarmata” è possibile riattivare il flusso di traffico rimettendo a verde i semafori.  

Il sistema di limitazione ha egregiamente svolto la funzione di prevenzione degli incidenti correlati all’urto con lo scudo di carichi sporgenti e alla potenziale conseguente perdita di carico, garantendo la sicurezza degli utenti. Il tutto a fronte di un numero di eventi che ha inciso in misura non gravosa sul livello di servizio dell’infrastruttura.

Il metodo adottato risulta all’avanguardia nell’ampliamento di gallerie in presenza di traffico e consente di operare in sicurezza sia dal punto di vista dell’esecuzione dei lavori che nella gestione dei veicoli in transito. Oggi questo sistema risulta di interesse anche a livello internazionale con studi attualmente in corso in Svizzera e in Australia.

La seconda esperienza di ampliamento in sede in presenza di traffico alla galleria Montedomini ha mostrato un notevole incremento di performance realizzative correlate all’adozione dello scudo di protezione del traffico in c.a. e il fatto di aver sviluppato un sistema di gestione delle interferenze traffico cantiere che ha brillantemente superato la prova sul campo amplia in modo significativo le potenzialità di tale metodologia operativa. Oggi questo metodo offre anche al Gestore dell’infrastruttura tutti gli elementi necessari per garantire gli standard di sicurezza richiesti.