1.1 Tunel je komplexní systém

• 1.1.1. Komplexnost systému
• 1.1.2. Podmnožina "Stavební inženýrství"
• 1.1.3. Podmnožina "větrání"
• 1.1.4. Podmnožina "Provozní vybavení"
• 1.1.5. Podmnožina "bezpečnost"
• 1.1.6. Shrnutí

1.1.1 Komplexnost systému

Tunel představuje "komplexní systém," určený souhrou mnoha parametrů. Tyto parametry lze sdružovat do podmnožin, hlavní z nich jsou zobrazeny na obrázku níže (obr. 1.1-1).

Všechny tyto parametry jsou proměnné a vzájemně provázané jak v rámci jednotlivých podmnožin, tak i mezi podmnožinami.

Relativní váha parametrů a jejich charakter se liší podle charakteru jednotlivých tunelů. Například:

• rozhodovací kritéria a váha parametrů se liší pro tunely ve městech a pro horské tunely;
• liší se parametry pro krátké a dlouhé tunely, pro tunely užívané vozidly přepravujícími nebezpečný náklad a těmi, které jsou určeny pouze pro vozidla přepravující osoby;
• liší se i kritéria pro tunely nově stavěné a pro tunely rekonstruované nebo přestavované za účelem splnění nových bezpečnostních standardů.

Poznámka 1: propojení množin jsou násobná a často směrově zaměnitelná - základní koncept tunelu a funkční část jsou umístěny uprostřed obrázku. Podobné diagramy by šlo vytvořit i s jinými faktory umístěnými uprostřed obrázku.

Poznámka 2 : první kruh představuje "technické obory". Některá pole mohou zahrnovat více aspektů:

• bezpečnost: předpisy a nařízení regulace - analýza rizik - plány zásahů - požadavky na dostupnost
• geologie: geologie - geotechnika - dimenzování konstrukcí,
• stavební práce: metody - harmonogram prací - rizika a hrozby,
• provoz: provoz a údržba (technické aspekty),
• náklady: výstavba - provoz - denní údržba - větší opravy,
• životní prostředí: předpisy - diagnostika - posouzení dopadů - ošetření a zmírnění dopadů.

Poznámka 3: druhý kruh představuje "kontext," v němž má projekt probíhat. Některá pole mohou zahrnovat více aspektů:

• lidské prostředí: citlivost - urbanizace - přítomnost zástavby a infrastruktury,
• životní prostředí: citlivost - voda - fauna - flóra - kvalita vzduchu - krajina,
• charakter dopravy: charakter a objem dopravy - typologie - druhy přepravovaných nákladů apod.
• různá vnější omezení: přístupnost a zvláštní omezení - klimatické podmínky - laviny - stabilita půd - socioekonomické souvislosti -atd.
• míra ziskovosti: ekonomická přijatelnost - kapacita finančních zdrojů - kontrola nad finančními náklady - obecné ekonomické a politické souvislosti v případě koncese nebo financování metodou PPP (Public Private Partnership - spolupráce soukromé a veřejné sféry).

Návrh nového tunelu (nebo přestavby či vylepšení existujícího) vyžaduje zohlednění mnoha parametrů. Rozhodovací strom pro takové parametry je velice komplexní a vyžaduje zapojení zkušených partnerů z řady oborů. Ti musejí vstoupit do rozhodovacího procesu co nejdříve, a to z následujících důvodů:

• všechny relevantní parametry musejí být zvažovány od počátku projektu, aby se předešlo mnoha možným problémům v průběhu jeho realizace nebo u nedávno dokončených staveb. Mezi takové chyby patří pozdní zohlednění důležitých parametrů provozu a bezpečnosti nebo navrhování dohledového systému bez zahrnutí výsledků analýzy rizik, reakčních plánů záchranných složek nebo provozních postupů. V důsledku toho nemusí tunel a jeho systémy pro provoz a dohled zajistit bezpečný a spolehlivý provoz.
• Včasný zásah přispívá k lepší optimalizaci projektu jak z hlediska bezpečnosti, tak i stran stavebních a provozních nákladů Nedávné zkušenosti ukazují, že příčná optimalizace (stavební inženýrství - větrání - bezpečnostní únikové prvky) vykonaná v počátečních fázích projektu vede přibližně k 20% úsporám.

Každý tunel je jedinečný a potřebuje mít konkrétní analýzu, která zohlední všechny konkrétní a zvláštní podmínky. Taková analýza je nezbytná k tomu, aby poskytla správné odpovědi a dovolila:

• optimalizaci technických a finančních aspektů projektu;
• omezení rizik technických, finančních i v oblasti životního prostředí;
• zajištění požadovaného stupně bezpečnosti uživatelů tunelu.

Neexistuje žádné "jediné univerzální řešení ", a prostý proces "kopírování" je téměř vždy nevhodný.

Návrh a optimalizace tunelu vyžadují:

• vyčerpávající a detailní přehled všech parametrů,
• analýzu propojení těchto parametrů,
• posouzení míry flexibility každého z parametrů, je-li to nutné tak i citlivosti jednotlivých parametrů s ohledem na stanovené cíle,
• holistický přístup pro dosažení úspěchu, neboť:
  - čistě matematický přístup není možný, "systém" je příliš komplexní a neexistuje jedno správné řešení;
  - příliš mnoho parametrů je stále nevyjasněno nebo proměnných během počáteční fáze projektu, ale stále bude nutné dělat zásadní rozhodnutí;
  - je nutné vzít v úvahu posouzení rizik, jejich závažnosti a pravděpodobnosti;
  - mnoho parametrů je vzájemně závislých a řada těchto závislostí je kruhová.

V následujících odstavcích je uvedeno několik příkladů, které by měly objasnit komplexnost a provázanost parametrů, jakož i iterativní a "kruhový" charakter analýzy.

Tyto příklady nejsou vyčerpávající. Jejich účelem je pouze upozornit čtenáře na tyto problémy a umožnit mu uvědomit si jedinečnost každého tunelu.

1.1.2 Podmnožina "Stavební inženýrství"

1.1.2.1 Parametry

Tabulka 1.1-2 níže uvádí příklady základních parametrů a jejich vztahu ke stavebnímu inženýrství:

Tabulka 1.1-2 : Hlavní parametry ve vztahu ke stavebnímu inženýrství

• První sloupec tabulky uvádí základní množiny parametrů,
• Druhý sloupec obsahuje hlavní podmnožiny parametrů z dané základní množiny,
• Třetí sloupec uvádí některé základní parametry pro danou podmnožinu. Seznam není vyčerpávající.
• Čtvrtý sloupec tabulky udává, jaké hlavní výstupy daná množina či podmnožina má.

1.1.2.2 Provázanost parametrů

Mezi parametry existuje mnoho vazeb, často i kruhových, zohlední-li se překryvy jednotlivých parametrů.

Níže uvedený příklad (Tabulka 1.1-3) se vztahuje k provázanosti mezi větráním, příčným uspořádáním a bezpečností:

• První sloupec se týká větrání. V něm uváděné parametry jsou základními parametry z tabulky 1.1-2 uvedené výše, z podmnožiny "větrání",
• Druhý sloupec se vztahuje k příčnému uspořádání. Parametry vycházejí z tabulky 1.1-2,
• Třetí sloupec se vztahuje k bezpečnosti.

Tabulka 1.1-3 : Provázanost parametrů

Obrázek odhaluje určité množství parametrů, které se vyskytují ve více sloupcích (viz spojnice), což vede ke kruhové závislosti mezi různými podmnožinami parametrů.

Tyto interakce jsou svázány komplexními funkcemi, což činí čistě matematické řešení problému téměř nemožným. Řešení problému vyžaduje stanovení hierarchie mezi jednotlivými parametry, následované zohledněním předpokladů učiněných pro parametry na vyšších hierarchických úrovních. Hierarchie se může lišit projekt od projektu, například:

• V krátkých a středně dlouhých ražených tunelech s jednosměrným provozem je nejpravděpodobnějším typem větrání "podélné větrání." Náporové větráky upevněné u stropu mají zpravidla velmi malý vliv na příčné uspořádání. To tedy může být předběžně navrženo bez ohledu na větrací systém, ale s ohledem na ostatní rozhodující parametry. Vliv větrání na příčný průřez bude zkontrolován později,
• Je-li naopak tunel velmi dlouhý nebo má průřez obdélníkového tvaru (hloubený tunel), větrací systém a jeho součásti (průřez, počet a charakter případných větracích šachet, rozměry větráků, apod.) mají zásadní dopad na rozměry průřezu tunelu. Dimenzování větracího systému musí proběhnout na počátku analýzy na základě předběžných předpokladů týkajících se průřezu. Později se kontroluje geometrie příčného uspořádání.

Jak bylo uvedeno výše, je řešení iterativním procesem, který vychází z prvotní sady předpokladů. Tento proces vyžaduje značné inženýrské zkušenosti z celého spektra oborů., což dovoluje zohlednit relevantní parametry projektu tak, aby iterace směřovaly k cíli a aby byla zajištěna maximální optimalizace projektu včetně požadované úrovně služeb a bezpečnosti.

1.1.3 Podmnožina "větrání"

Tabulka 1.1-4 níže ukazuje příklad zásadních parametrů týkajících se jednotlivých aspektů větrání. Tabulka není vyčerpávající.

Pokud se týká "stavebního inženýrství", jsou vazby mezi parametry velmi četné. I ty mohou být součástí cyklických závislostí.

Proces řešení je podobný tomu, který byl výše uveden ohledně "stavebního inženýrství. "

Tabulka 1.1-4 : Hlavní parametry ovlivňující větrání

1.1.4. Podmnožina "Provozní vybavení"

Tato množina nepředstavuje zásadní parametry pro definici funkční části tunelu kromě následujícího:

• výstupky a objímky pro vedení kabelů a potrubí pro rozvod vody v protipožárním systému,
• signalizace, značení pro přenos informací, bezpečnostních nebo policejních pokynů. Světelná signalizace může mít někdy (v obdélníkových hloubených tunelech) velmi významný vliv na geometrii tunelu (vzdálenost mezi hranou tunelu a podhledy s možnými dopady na svislé uspořádání a délku tunelu). To pak může vyžadovat celkovou optimalizaci, která se týká polohy a vzhledu křižovatek mimo tunel, ale v blízkosti portálů.

"Provozní vybavení" na druhou stranu představuje zásadní parametry pro dimenzování technického zázemí v portálech, podzemních strojních a energetických stanicích a všech podzemních technických prostorech včetně různých příprav pro ně, krytech a úkrytech. Často vyžaduje zvláštní podmínky týkající se teploty, klimatizace a kvality vzduchu.

Jde také o důležité parametry z hlediska nákladů na výstavbu, provoz a údržbu.

"Provozní vybavení" zahrnuje zásadní parametry z hlediska bezpečnosti v tunelu. Proto musejí být při jeho navrhování, stavbě a údržbě brány ohledy:

• na dostupnost a spolehlivost, zejména u rozvodů elektřiny a všech komunikačních sítí,
• na ochranu veškerého vybavení před ohněm, zejména u hlavních napájecích kabelů a kabelů přenosových sítí,
• na odolnost vybavení a jeho součástí, aby byla zajištěna jejich životnost, funkčnost a optimalizace nákladů na provoz a údržbu,
• na snadnost údržby, malý dopad na dopravní podmínky a na vysokou bezpečnost údržbářských týmů a uživatelů, což vyžaduje zvláštní opatření týkající se návrhu a dostupnosti takových zařízení,
• na integraci provozních postupů a krizových reakčních plánů do návrhu dohledového systému (SCADA), na ergonomii rozhraní člověk/ stroj a podporu operátorů, zejména v případě nehod.

1.1.5. Podmnožina "bezpečnost"

1.1.5.1. Koncept "bezpečnosti"

Bezpečnostní podmínky v tunelu vycházejí z mnoha faktorů představených v kapitole 2 tohoto manuálu. Aby byla zajištěna bezpečnost, je nutné vzít v úvahu všechny aspekty systému tvořeného vlastní infrastrukturou, ale i provozem, zásahy, vozidly a uživateli (Obr. 1.1-5).

Infrastruktura hraje zásadní úlohu ve výši stavebních nákladů. Je možné investovat do ní velké částky bez jakéhokoliv přínosu pro bezpečnostní situaci, pokud nejsou zohledněny zásadní faktory, které se týkají:

• organizace, lidských a materiálních prostředků, provozních a zásahových postupů,
• výcviku provozního personálu,
• efektivního vybavení zásahových složek a výcviku jejich personálu,
• komunikace mezi uživateli.

1.1.5.2. Jak tyto parametry ovlivní projekt tunelu?

Tyto parametry mohou ve větší či menší míře ovlivnit návrh tunelu. Níže uvedené tabulky ukazují několik příkladů.

Poznámka: Čtyři tabulky níže uvedené odkazují na čtyři hlavní oblasti z obrázku 1.1-5.

• Sloupec 1 uvádí hlavní uvažované infrastruktury či aktivity
• Sloupec 2 uvádí úroveň ovlivnění projektu tunelu (inženýrská část - ventilace - operační a bezpečnostní vybavení)
  • Zelená: Žádný dopad
  • Žlutá: Střední dopad
  • Červená: Zásadní dopad
• Sloupec 3 specifikuje hlavní příčiny ovlivnění

1.1.6. Shrnutí

Tunel je "komplexní systém," což znamená zejména, že:

• Navrhování tunelu jen na základě uspořádání, geologických podmínek nebo stavebního inženýrství vede k závažným nedostatkům v projektu, které zřejmě negativně ovlivní bezpečnostní podmínky v tunelu (možná až na nebezpečnou úroveň) a ztíží jeho provozování (to může být za určitých podmínek i zcela znemožněno).
• Obdobným způsobem vede i projektování tunelu pouze s ohledem na provozní vybavení bez předchozích analýz rizik k nedostatkům, které se projeví hned po otevření tunelu pro provoz.
• Nezohlednění, všech cílů a omezení ve vztahu k provozu a údržbě, a to již od počátečních fází projektu, vede neodvratně k nárůstu provozních nákladů a snížení celkové spolehlivosti.

Dílčí řešení problému je bohužel stále poměrně časté kvůli nedostatečné "tunelové kultuře" různých účastníků procesu navrhování.

Řízení tohoto komplexní systému je obtížné, ale je nutné v zájmu:

• nalezení odpovídajícího řešení všech problémů,
• zajištění potřebné úrovně bezpečnosti uživatelů a poskytnutí kvalitní a komfortní jízdy.

Souběžně vede řízení tohoto komplexního systému velmi často k technické a ekonomické optimalizaci projektu, a to díky jasné a včasné definici požadovaných funkcí a využitím procesu hodnotového inženýrství.

Efektivní přístup k vyřešení této komplexní rovnice představuje od samého počátku projektu prováděné zohlednění, hlavních problémů týkajících se:

• příčného a podélného uspořádání, geologických poměrů, možností a metod stavebního inženýrství,
• větrání,
• bezpečnosti (díky předběžné analýze rizik a hrozeb a předběžných nouzových plánů),
• podmínek pro provoz a údržbu.