Traffic risk assessment of extraordinary maintenance of highway tunnels : methodology with a case study

Tunnels are complex structures whose management requires the evaluation of various aspects, technical, social and economic, and whose safety and management must consider the main problems and critical issues that characterize the existing infrastructure assets. Downstream of the periodic inspections, due often to widespread deterioration in works of not recent age, the required interventions are numerous. Performing maintenance/restoration works on tunnels induces a marked, albeit temporary, deterioration in traffic conditions and results in an increased accident rate. In summary, the construction period aimed at mitigating geotechnical-structural risk is matched by an increase in transportation risk. Transportation risk can be quantified based on the identification of hazard (understood as the risk of accidents), vulnerability (understood as the infrastructure's ability to respond to the accident event), and exposure (understood as the number of people indirectly affected by the disruption, e.g., through time loss due to the formation of queues). This thesis focuses on the analysis of the exposure risk in a highway section, both in its normal operating state and during the construction phase, in order to assess which modes of intervention are most effective in minimizing the negative externalities engendered by maintenance interventions, such as increased travel time, queue creation and time wasting. The methodology developed involves a detailed analysis, based on micro-simulation models, with the aim of quantitatively measuring certain performance indicators (e.g., level of service) under the various alternative construction site scenarios, in order to qualitatively identify the most appropriate construction site methods. Finally, the application of the methodology to a real case study is proposed: the worksite of tunnels along the Albisola-Savona section of the A10 Liguria Highway. The objective achieved is the assessment of exposure traffic risk, carried out by means of Key Performance Indicators. Through the analysis of the results, it was possible to define what is the optimal construction site solution for extraordinary maintenance of highway tunnels, which tends to minimize the traffic risk.

Le gallerie sono strutture complesse la cui gestione necessita la valutazione di diversi aspetti, tecnici, sociali ed economici e la cui sicurezza e la gestione deve considerare le principali problematiche e criticità che caratterizzano il patrimonio infrastrutturale esistente. A valle delle ispezioni periodiche, a causa spesso di un degrado diffuso in opere di epoca non recente, gli interventi richiesti sono numerosi. L’esecuzione degli interventi di manutenzione/ripristino delle gallerie induce un netto decadimento, seppur temporaneo, delle condizioni di circolazione e comporta un aumento del tasso di incidentalità. In sintesi, al periodo di cantierizzazione, finalizzato all’attenuazione del rischio geotecnico-strutturale, corrisponde un incremento del rischio trasportistico. Il rischio di trasporto può essere quantificato in base all'identificazione del pericolo (inteso come rischio di incidenti), della vulnerabilità (intesa come capacità dell'infrastruttura di rispondere all'evento dell'incidente) e dell'esposizione (intesa come il numero di persone indirettamente colpite dall'interruzione, ad esempio attraverso perdite di tempo dovute alla formazione di code). Questa tesi si incentra sull’analisi dell’esposizione al rischio di traffico, di una tratta autostradale, sia nello stato di normale esercizio che in fase di cantierizzazione, al fine di valutare quali modalità di intervento risultino più efficaci a minimizzare le esternalità negative ingenerate degli interventi manutentivi, quali ad esempio aumento dei tempi di percorrenza, creazione di code e perditempo. La metodologia sviluppata prevede un’analisi di dettaglio, basata su modelli di micro-simulazione, con lo scopo di misurare quantitativamente alcuni indicatori di prestazione (e.g. il livello di servizio) nei diversi scenari alternativi di cantiere; con il fine di identificare qualitativamente le più opportune modalità di cantierizzazione. Si propone, infine, l’applicazione della metodologia a un caso studio reale: la cantierizzazione delle gallerie lungo la tratta autostradale Albisola – Savona dell’Autostrada ligure A10. L’obiettivo raggiunto consiste nella valutazione del rischio di esposizione per il traffico, effettuata per mezzo di Key Performance Indicators. Attraverso l’analisi dei risultati è stato possibile definire quindi quale è la soluzione di cantierizzazione ottimale per la manutenzione straordinaria delle gallerie autostradali, ossia quella che tende a ridurre il rischio.