1.2. Obecný návrh tunelu (nový tunel)
Oddíl 1.2 se vztahuje k navrhování nových tunelů. Projektování přestavby a bezpečnostního vylepšování tunelů již uvedených do provozu je popsáno v oddíle Renovace a údržba.
Návrh horizontálního a vertikálního uspořádání úseku silnice či dálnice, který zahrnuje tunel, představuje hlavní a fundamentální první fázi tvorby nového tunelu, které je málokdy věnována potřebná pozornost.
Zohlednění "komplexnosti systému tunelu" musí začít v úvodní fázi navrhování obecného uspořádání, ale málokdy tomu tak opravdu je. Nicméně právě v této fázi je technická a ekonomická optimalizace nejdůležitější.
V počáteční fázi navrhování je nezbytné vytvořit mnoha oborový tým co nejzkušenějších specialistů a projektantů, kteří budou schopni identifikovat všechny potenciální problémy projektu, a to i navzdory tomu, že předběžné vstupní informace nemohou obsahovat všechny potřebné údaje. Tento tým by měl být schopen konsolidovat jednotlivé prvky s přihlédnutím k dostupnosti nových informací.
Cílem této kapitoly není stanovit pravidla projektování uspořádání tunelu (projektové manuály několika zemí jsou zmiňovány v oddíle Generelní doporučení), ale v zásadě přivést vlastníky a projektanty k poznání, jak důležitý je globální a multikulturní přístup již od začátku projektu a jak moc závisí úspěch projektu na vstupní zkušenosti.
1.2.1.1 Země bez "tunelové kultury"
V těchto zemích mají vlastníci a projektanti vůči tunelům určité předsudky. Často preferují "akrobatické vedení" komunikací podél hřebenů, s velkými sklony, masivními zárubními zdmi nebo velmi dlouhými estakádami, občas i s obrovskými objemy zemních prací (velmi nákladné a ne vždy efektivní v dlouhodobém horizontu) v případech, kdy komunikace vedou oblastmi s hrozbou sesuvu půdy.
Četné příklady projektů, včetně tunelových a s různým uspořádáním, prokazují následující výhody globálního "systémového" přístupu oproti přístupu striktně odmítajícímu stavbu tunelů:
- úspory stavebních nákladů mohou v horských oblastech dosahovat 10-25%,
- výrazné úspory provozních nákladů, vyšší spolehlivost cest, zejména v nestabilních oblastech, oblastech se sesuvy půdy nebo v náročných klimatických podmínkách,
- podstatně nižší dopad na životní prostředí
- kvalitnější služby pro uživatele, lepší provozní podmínky, zejména v zimě (v zemích s výskytem sněhových srážek dochází oproti jízdě po hřebenech hor ke zvýšení spolehlivosti díky snížení podélných sklonů).
Pomoc externího posuzovatele umožňuje omezit důsledky nedostatečné nebo chybějící "tunelové kultury," a tak výrazně zlepšit projekt.
1.2.1.2 Země s tradicí výstavby a povozu tunelů
Koncept "komplexního systému" je málokdy integrován už v počátku projektu, což je ke škodě celkové optimalizace projektu. Příliš často je "geometrie" nové infrastruktury nadiktována odborníky - projektanty bez integrace všech omezení a součástí tunelu.
Je nicméně nutné brát v úvahu již od této fáze všechny parametry a rozhraní popsané v kapitole 1.1, zejména:
- obecné geologické a hydrogeologické podmínky v oblasti (s ohledem na znalost situace) a předběžné posouzení geologických obtíží a potenciálních rizik týkajících se metod, nákladů a délky trvání výstavby,
- potenciální geomechanické, hydrogeologické a hydrografické podmínky v tunelových portálech a u přístupových cest,
- rizika a nebezpečí související se zimními podmínkami v zemích s podstatnými objemy sněhových srážek a to zejména:
- rizika lavin a tvorby závějí a možnosti ochrany přístupových cest a portálů proti těmto hrozbám,
- podmínky pro údržbu přístupových cest v případě výrazných sněhových srážek, aby byla zajištěna použitelnost a bezpečnost cesty. Opatření souvisejí s nadmořskou výškou portálů, maximálními sklony příjezdových cest a nutností poskytnout v případě potřeby plochu pro nasazení a sejmutí sněhových řetězů v blízkosti portálů,
- Podmínky životního prostředí u tunelových portálů a na přístupových cestách. Dopad může být velký v městském prostředí (zejména kvůli hluku a výstupu znečištěného vzduchu), ale i v meziměstských tunelech,
- Podélné sklony na příjezdových rampách:
- nejlevnější tunel nemusí být vždy nejkratší tunel
- zrušení zvláštního pruhu pro pomalá vozidla krátce před tunelem není snadné realizovat, ale vést takový pruh v celé délce tunelu je velmi drahé,
- podélný sklon na přístupových cestách má velmi výrazný vliv na kapacitu tunelu, pokud se týká dopravních proudů a spolehlivosti v zimním období.
- Možnost využití štol jako vedlejších přístupů (větrání - evakuace a bezpečnost - snižování délky trvání stavby) nebo jako svislých či šikmých šachet (větrání - evakuace a bezpečnost):
- tyto konkrétní přístupové body, jejich vliv na situaci na povrchu (zejména v městském prostředí: dostupné místo, citlivost na vývod znečištěného vzduchu, atd.), i přístupnost v průběhu roku (např. zranitelnost lavinami) mohou představovat výrazné omezení pro navrhování horizontálního a vertikálního uspořádání; na druhou stranu velmi často příznivě ovlivňují stavební a provozní náklady,
- tyto přístupové body mohou mít výrazný vliv na stavební a provozní náklady a na velikost příčného řezu (možná optimalizace větrání a zařízení pro evakuaci),
- Způsoby výstavby, které mohou mít výrazný vliv na návrh horizontálního a vertikálního uspořádání, například:
- křížení řeky raženým tunelem představuje zcela odlišný projekt než použití spouštěných předmontovaných bloků,
- rozhraní s estakádou u portálu tunelu,
- nařízený termín dokončení stavby může mít bezprostřední vliv na situaci, zejména s ohledem na povolení provozu v obou portálech i povolení průběžných vjezdů a výjezdů,
- Geometrické parametry návrhu a podélný profil tunelu, do nichž je třeba začlenit následující prvky:
- omezení podélných sklonů, což má značný vliv na dimenzování větracího systému a na snížení dopravní kapacity tunelu,
- hydraulické podmínky odvodnění podzemních částí v období výstavby i provozu, což ovlivňuje vertikální uspořádání,
- omezení šířkových odstupů stěn (stavba doplňkové šířky tunelu je velmi nákladná), což vyžaduje zvláštní analýzu rozhledových poměrů a zvláštní pozornost při stanovování poloměrů směrových oblouků,
- nejlepší volba poloměrů ve snaze předejít střídavému klesání a stoupání komunikace, které se výrazně projevuje na odvodu vody z vozovky, způsobuje problémy s výstupky pro vedení kabelů a potrubí pro hasicí systém - to může vést k nárůstu rozměrů příčného uspořádání,
- Všechna obvyklá omezení pro využití podzemních prostor, zejména v městském prostředí: podchody, podzemní garáže, základy budov, konstrukce citlivé na sedání,
- Stavební a provozní náklady:
- nejméně nákladným tunelem nemusí být nutně ten nejkratší,
- pozdější investice do dodatečných stavebních prací mohou být v době užívání tunelu výhodnější, pokud umožní snížení nákladů na stavbu, provoz, běžnou údržbu i rozsáhlejší opravy (zejména u větracích systémů), nebo pokud dovolí o několik let oddálit dosažení vytížení dopravní kapacity tunelu (účinek sklonů v tunelu a příjezdových komunikacích),
- Koordinaci horizontálního a vertikálního uspořádání tunelu je třeba v zájmu pohodlí a bezpečnosti uživatelů pečlivě prostudovat. Vizuální vliv změn podélných sklonů ve vertikálním uspořádání, hlavně v nejvyšších bodech, je zvýrazněn omezenými rozhledovými poměry v tunelech a osvětlením,
- Provozní podmínky pro jednosměrný a obousměrný provoz je nutné vzít v úvahu zejména s ohledem na:
- obvyklé podmínky viditelnosti a přehlednosti,
- možnosti využití vodorovných přístupových cest (štol) nebo svislých přístupů (šachet) - zejména pro optimalizaci větrání a příčného uspořádání a zlepšení bezpečnosti (evakuace uživatelů a přístupové cesty pro záchranné týmy bez nutnosti drahé výstavby souběžných pěších tunelů),
- Situaci v okolí portálů:
- tunelové portály představují jedinečné přechodové body a je nutné vzít v úvahu lidské chování a fyziologické podmínky. Je nezbytné zachovat geometrickou návaznost, aby uživatelé mohli dál sledovat instinktivní trajektorii,
- zcela přímé tunely nejsou žádoucí, zejména v blízkosti výjezdového portálu. Může vyvstat potřeba posílit osvětlení u výjezdu na delším úseku tunelu,
- Podzemní křižovatky u tunelových portálů nebo v jejich těsné blízkosti:
- je třeba se vyhnout křižovatkám v tunelu nebo v bezprostřední blízkosti portálů,
- pokud se jim nelze vyhnout, musí se provést velmi podrobná analýza všech omezení a jejich konkrétních důsledků, které je nutné zohlednit, aby byla za všech okolností zajištěna bezpečnost (situace - příčné uspořádání - odbočovací a připojovací pruhy - nebezpečí zpětného dopravního proudu - evakuace - větrání - osvětlení - atd.).
1.2.2.1 Problémové oblasti
Funkční příčný profil představuje druhou významnou fázi v projektování tunelu po výběru vhodné koncepce. V první fázi je nutný velmi pečlivý "komplexní systémový přístup" uplatňovaný v rozsahu týmem zkušených odborníků z různých oborů. Je nutné zohlednit všechny parametry a rozhraní popsané v oddílu Komplexní systém.
Druhá fáze (funkční příčný profil) není na první fázi (uspořádání) nezávislá a musí pochopitelně brát v úvahu opatření z ní vycházející. Tyto dvě fáze jsou navzájem velmi těsně provázané.
Navíc, jak bylo zmíněno v odstavci 1.1.2.2, proces zahrnující první dvě fáze je iterativní a interaktivní. Neexistuje přesný matematický vzorec pro určení jediného řešení "komplexní systémové" analýzy. Kromě toho se nejedná o případ jediné správné odpovědi, ale o velmi omezený počet správných a velké množství špatných odpovědí. Zkušenosti víceoborového týmu jsou zásadní pro rychlé nalezení dobrého řešení.
Příklady uvedené v odstavci 1.2.1 ukazují, že volba "funkčního příčného profilu" má velký dopad na projektování horizontálního a vertikálního uspořádání.
Zkušenosti ukazují, že rozbor "funkčního příčného profilu" je velmi často nekompletní a omezený jen na stavební stránku, což nevyhnutelně vede k tomu, že:
- v nejlepším případě není projekt optimalizován z funkčního, provozního a ekonomického hlediska. Zkušenosti ukazují, že optimalizací lze ve výjimečných případech ušetřit až 20% stavebních nákladů,
- ve většině případů jsou nedostatečně posouzeny funkce, jejich omezení a dopad na projekt. Tyto funkce budou muset být integrovány v dalších fázích projektu pomocí dodatečných a často velmi drahých opatření,
- v nejhorším případě budou mít fundamentální chyby projektu neodstranitelný a trvalý dopad na tunel, provozní a bezpečnostní podmínky v něm a také na stavební a provozní náklady.
1.2.2.2 Hlavní oblasti
Hlavní parametry "funkčního příčného profilu" jsou následující:
- Intenzita dopravy - charakter dopravy - organizace provozu - tunel ve městě nebo v extravilánu, které určují:
- počet a šířku jízdních pruhů s ohledem na intenzity provozu a typ vozidel povolených v tunelu,
- světlá výška (podle typů vozidel),
- zpevněné krajnice, odstavné pruhy a nouzová stání podle objemu dopravy, druhu provozního řešení, tj. jednosměrný či obousměrný tunel, a statistické pravděpodobnosti poruch,
- případný střední dělicí prvek a jeho šířka v případě obousměrného provozu,
- Větrání má velký význam a závisí na:
- zvoleném systému větrání, který sám závisí na mnoha parametrech (viz oddíl Ventilace),
- prostoru potřebném pro větrací šachty a instalaci osových větráků, náporových větráků, sekundárních šachet a veškerého dalšího větracího zařízení,
- Evakuace uživatelů a přístupové cesty pro záchranné složky, které závisejí na mnoha faktorech podrobně rozebraných v kapitole Konstrukční aspekty,
- Délka a podélný sklon tunelu - tyto parametry se nepřímo projeví prostřednictvím větrání a konceptů přístupových cest a bezpečnosti,
- Provozní sítě a vybavení jsou také velmi často určujícími faktory při dimenzování funkčního průřezu, zohlednit se musejí jejich počty, prostor, který vyžadují, jejich základní ochrana pro zajištění bezpečného provozu tunelu a relativně omezený prostor pod chodníky a zpevněnými krajnicemi, kde by měly být umístěny. To se týká zejména následujících sítí, které mají vliv na dimenzování:
- samostatný nebo kombinovaný kanalizační systém - sběr znečištěných kapalin z vozovky a s tím související sifony. Chybějící variace převýšení, související s podmínkami uspořádání (viz § 1.2.1.2), dovoluje funkční příčný profil zjednodušit a optimalizovat,
- síť pro dodávky vody hasicímu systému a požárním hydrantům, v případě potřeby i její ochrana proti zamrzání,
- všechny kabelové sítě vysokého, středního napětí i nízkého napětí. Je nutné brát ohled na to, že na jedné straně jsou kabely potřebné v době otevření tunelu a musí být chráněny proti ohni, na druhé straně bude nevyhnutelné k nim během života tunelu přidávat další sítě, na což je nutné být připraven,
- zvláštní potřeby pro možné krátkodobé a střednědobé vedení externích sítí,
- veškeré interakce mezi sítěmi a požadavky (technickými i právními) pro odstupy mezi některými sítěmi,
- všechna provozní signalizace: signalizace a dopravní značení - signály jednotlivých pruhů - tabule s proměnnými znaky - regulační ukazatele - bezpečnostní ukazatele - směrové ukazatele,
- Místní funkční rozhraní: pomocné podzemní stanice - podzemní větrací jednotky - bezpečnostní úkryty - úkryty - atd. Je nezbytné brát ohled na potřeby provozu a údržby, zejména stavbu stání pro údržbářské zásahy a bezpečnost provozního personálu,
- Stavební metody a geologické podmínky mají vliv na funkční příčný profil (nezávisle na dimenzování stavebních konstrukcí), například:
- křížení s vodním tokem výše zmíněné v oddíle 1.2.1.2. Použití ponořených prefabrikovaných bloků vede k výrazně odlišnému návrhu a provedení větracího systému, únikových chodeb a přístupových cest pro záchranáře v porovnání s řešením stejných prvků u raženého tunelu,
- strojně ražený tunel (metoda TBM) poskytuje prostory pod vozovkou, které lze využít například pro větrání, evakuaci uživatelů nebo jako přístupové cesty pro záchranné složky. To dovoluje optimalizaci (odstranění spojovacích chodeb a souběžných chodeb), což může mít zásadní ekonomické dopady, pokud je tunel stavěn pod úrovní hladiny podzemní vody v propustných materiálech.
1.2.3.1 Obecná opatření
PIARC poskytuje řadu doporučení v oblasti bezpečnosti a provozu pro finalizaci bezpečnostních studií, ohledně organizace provozu a řešení krizových situací i další provozní opatření. Vítáme čtenáře se zájmem o tyto oblasti: viz kapitola Bezpečnost a kapitola Lidský faktor a bezpečnost v tunelu).
Tato kapitola se věnuje bezpečnosti a provozním rozhraním v "komplexním systému". Tabulky v oddílu 1.1.5.2 naznačují stupeň vzájemné provázanosti jednotlivých parametrů ve srovnání s různými podmnožinami projektu.
Určitý počet parametrů má hlavní význam již od počátečních fází projektu. Ty je nutné analyzovat již v první fázi projektování a týkají se zejména následujících bodů:
- intenzity dopravy - charakter dopravy (městská, extravilán) - druh vozidel (možnost tunelů určených jen pro jednu třídu vozidel) - přeprava nebezpečných nákladů,
- evakuace uživatelů a přístup pro záchranné týmy,
- větrání,
- komunikace s uživateli - dohledový systém.
Tyto hlavní parametry pro projektování tunelu jsou také zásadními faktory "analýzy rizik" a prvotních verzí "plánu zásahu záchranných složek". Proto považujeme za nezbytné, aby se "předběžná analýza rizik" a s ní související předběžná analýza "reakčního krizového plánu" prováděly už v počátečních fázích předběžného projektování. Tato analýza umožňuje lépe popsat konkrétní prvky tunelu a funkční a bezpečnostní požadavky na ně kladené. Také přispívá k inženýrské hodnotové analýze, k vyšší kvalitě projektu a k technické a finanční optimalizaci.
Tyto parametry a jejich důsledky jsou podrobněji popsány v následujících odstavcích.
1.2.3.2 Parametry ve vztahu k dopravě a jejímu charakteru
Tyto parametry se projeví zejména na funkčním příčném profilu (viz 1.2.2) a jeho prostřednictvím mají zvláštní dopad na uspořádání provozu:
- intenzita dopravy ovlivňuje počet jízdních pruhů, větrání a evakuaci. Také ovlivňuje důsledky poruch vozidel a jejich odsun, jsou-li nepojízdná: event. potřeba odstavného pruhu, potřeba nouzových stání a organizace zvláštních opatření pro opravářské služby,
- charakter dopravy, typ vozidel a relativní skladba dopravního proudu ovlivňují koncepci evakuace (spojovací chodby, evakuační chodby, jejich rozměry, odstupy) podle množství osob, které může být třeba evakuovat,
- tunely určené pro konkrétní třídy vozidel mají zvláštní požadavky na šířku pruhů, světlou výšku a větrání,
- povolení či zákaz přepravy nebezpečných nákladů má významný dopad na větrací systém, "funkční průřez," sběr a odvádění tekutin, odklonové trasy, prostředí tunelových portálů a větracích výdechů, ochranu staveb proti rozsáhlému požáru, stejně tak i na evakuaci a organizaci záchranných zásahů a zajištění zvláštních potřeb zasahujících hasičů (prostředky i materiál).
1.2.3.3 Evakuace uživatelů - přístup záchranných týmů
Jde o zásadní parametr ve vztahu k funkčním opatřením a celkovému projektování. Tento parametr také často ovlivňuje uspořádání (přímé únikové cesty na povrch) a konstrukční řešení: spojovací chodby - podchody - souběžné chodby - úkryty a dočasná útočiště navazující na chodby.
Analýza vyžaduje integrovaný přístup spolu s projektováním větrání (zejména větrání pro případ požáru), dopravními intenzitami, analýzou rizik, předběžnými reakčními plány (zejména scénáře větrání při zásahu záchranářů) a stavebními metodami.
Trasy, geometrické charakteristiky a odstup chodeb je nutné definovat z funkčního hlediska, aby byl zajištěn pohyb zdravých i postižených osob.
Je nutné zajistit homogenitu, srozumitelnost a přívětivý a uklidňující ráz těchto zařízení. Jsou určena pro osoby ve stresu (nehoda - požár), ve fázi samostatné evakuace (před příjezdem záchranných složek). Jejich použití musí být přirozené, jednoduché, účinné a uklidňující, aby se zabránilo přechodu ze stresu do paniky.
1.2.3.4 Větrání
Větrací zařízení navržená jako systém čistě "podélného větrání" mají jen malý vliv na "funkční průřez" a "uspořádání".
To už není případ zařízení "podélného větrání" vybavených šachtami pro odvod kouře nebo systémů "příčného větrání", "polopříčných" či "polopodélných větracích" systémů, "smíšených" systémů, nebo větracích systémů zahrnujících šachty či vedlejší chodby, které dovolují odsávání nebo vypouštění vzduchu jinam než u tunelových portálů. Všechna taková zařízení mají významný vliv na "funkční průřez" a "uspořádání" i všechny dodatečné podzemní konstrukce.
Větrací zařízení dopravního prostoru se v zásadě navrhují za účelem
- zajištění zdravých podmínek uvnitř tunelu ředěním znečišťujících látek ve vzduchu tak, aby koncentrace škodlivin byla nižší, než je vyžadováno národními předpisy,
- zajištění bezpečnosti uživatelů v případě požáru až do okamžiku jejich úniku z dopravního prostoru tím, že účinně odvádějí kouř mimo tento prostor,
Větrací zařízení mohou mít i další funkce:
- čištění vzduchu u tunelových portálů tím, že je znečištěný vzduch lépe ředěn nebo čištěn před vypuštěním mimo tunel,
- podzemní čističky vzduchu umožňují jeho opětovné použití v tunelu. Tato zařízení se využívají v městských tunelech nebo velmi dlouhých tunelech v extravilánu. Jde o komplexní a drahé technologie, náročné na prostor i údržbu,
- v případě požáru přispívají ke snižování teploty v tunelu a snižují tak riziko poškození konstrukcí tepelnými vlivy.
Větrací zařízení se netýkají jen dopravního prostoru. Zahrnují také
- spojovací chodby mezi tubusy,
- únikové chodby a úkryty pro uživatele v případě požáru,
- technické místnosti a zařízení uvnitř tunelu nebo mimo něj blízko portálů, které mohou potřebovat výměnu vzduchu nebo správu a kontrolu teploty (topení nebo klimatizace - podle zeměpisných podmínek).
Větrací zařízení mohou být navržena i tak, aby:
- umožnila rychlé a dynamické přizpůsobení řadě podmínek a situací, v nichž jsou provozována, tak aby se vyrovnala s:
- klimatickými omezeními, zejména s výrazně proměnlivými rozdíly v tlacích mezi portály v horských oblastech,
- proměnlivými provozními výkony pro kontrolu kouře v případě šíření či později ústupu ohně, ale i během vlastního požáru, aby se účinně doplňovaly s vývojem strategie hašení v každé fázi evakuace, hašení, při ochraně konstrukcí atd.
- poskytovala dostatečnou rezervu pro další rozvoj, aby se v průběhu celého životního cyklu tunelu mohla přizpůsobovat vývoji v dopravě (intenzita, charakter), změnám v požadavcích na koncentrace škodlivin i různým provozním podmínkám.
1.2.3.5 - Komunikace s uživateli - dohledový systém
Komunikace s uživateli má kvůli signalizaci významné dopady na "funkční příčný profil".
Další významné důsledky se nevážou k celému "komplexnímu systému." Týkají se subsystémů ve vztahu k provoznímu vybavení, zejména v oblasti dálkového sledování, detekce, komunikace, řízení dopravy, kontroly a dohledu a také řízení evakuace.
1.2.3.6 - Zvláštní požadavky na provoz
Provozování tunelu a zásahy údržbářských čet mohou vyžadovat zvláštní opatření, která by zajistila plnou bezpečnost těchto zásahů a snižovala omezení dopravy.
Tato opatření zahrnují například výstavbu stání (zálivů) u vstupů k podzemním zařízením vyžadujícím pravidelnou údržbu, dobrý přístup k materiálům potřebným pro jejich výměnu a údržbu (zejména u těžkých a neskladných předmětů).
Cílem tohoto oddílu není podrobně popsat provozní zařízení a vybavení, jejich funkci ani provedení. Tyto prvky jsou definovány v doporučeních současného "Manuálu silničních tunelů" a v příručkách a národních doporučeních uvedených dále v oddíle Generelní doporučení.
Cílem je soustředit pozornost vlastníků a projektantů tunelů na zvláštní problémy související se zařízeními a vybavením tunelu pro provoz.
1.2.4.1 Strategické volby
Provozní vybavení musí umožňovat tunelu plnit svou funkci, jíž je zajistit průjezd dopravního proudu a poskytovat uživatelům projíždějícím tunelem dostatečnou bezpečnost a pohodlí.
Provozní zařízení musejí být uzpůsobena funkci tunelu, jeho zeměpisné poloze, jeho zvláštním vlastnostem, charakteru dopravy, infrastruktuře navazující na tunel z obou stran, hlavním cílům souvisejícím s bezpečností a organizací krizových řešení, ale i regulaci a kulturnímu a socioekonomickému prostředí země, v níž se tunel nachází.
Nadbytek provozních zařízení nepřispívá automaticky ke zlepšení kvality poskytované služby, pohodlí a bezpečnosti tunelu. Vyžaduje zvýšený rozsah údržby a lidských zásahů, jejichž zanedbání může vést k poklesu spolehlivosti tunelu a jeho bezpečnosti. Záplava technických vymožeností nebo jejich zneužívání jsou také zbytečné. Zařízení musí být vhodně zvolená, navzájem se doplňovat i s občasnou redundancí (pro základní bezpečnostní funkce) a tvořit koherentní celek.
„Životnost" provozních zařízení:
- Tato zařízení vyžadují důkladnou, pravidelnou a finančně nákladnou péči a údržbu, kladou nároky na zkušený personál, stejně tak jako opakující se finanční investice v průběhu životního cyklu tunelu. Opomenutí údržby (či její nedostatek) vedou k závažným dysfunkcím, selháním zařízení, a v důsledku toho i ke zpochybnění funkčnosti tunelu a bezpečnosti uživatelů. Údržba zařízení za provozu tunelu je často obtížná a velmi omezená. O patřičných opatřeních je třeba uvažovat už při projektování zařízení. Z tohoto důvodu je nutné promyslet architekturu systémů, jejich návrh a instalaci, aby se omezil dopad případných dysfunkcí na dostupnost a bezpečnost tunelu i dopad na údržbu či renovací těchto zařízení,
- Jejich "životnost" je různá - přibližně deset až třicet let v závislosti na jejich charakteru, odolnosti, podmínkách, jimž jsou vystaveny, ale i na organizaci a kvalitě údržby. Musí tedy být pravidelně vyměňovány, což vyžaduje odpovídající finanční investice,
- Technologický vývoj občas vyžaduje výměnu zařízení kvůli technologické zastaralosti nebo nedostupnosti náhradních dílů,
- Zařízení musí vykazovat schopnost adaptace na vývoj tunelu a jeho prostředí.
Všechna tato hlediska vedou ke strategickým volbám, z nichž hlavní jsou:
- Definovat potřebná zařízení podle skutečných potřeb tunelu, aniž by se podlehlo touze po hromadění vychytávek. Analýza rizik kombinovaná s hodnotovým inženýrstvím je účinný nástroj, který vede k rozumné volbě potřebných zařízení. Tento přístup také dovoluje lepší zvládnutí složitosti systémů - pokud tato není řešena precizní a kompetentní organizací, jsou častým důsledkem této situace nezvládnuté termíny, rozpočty a závažné dysfunkce,
- Preferovat kvalitu a odolnost zařízení, aby se snížila potřeba a frekvence údržby a minimalizovaly obtíže spojené s údržbářskými pracemi za provozu v tunelu. To může vést k vyšším investičním nákladům, které se ale v průběhu provozu několikanásobně vrátí,
- Ověřovat kvalitu a výkon zařízení v každé fázi návrhu, výroby, výstupních testů u výrobce, instalace na místě a zkoušek před uvedením do provozu. Zkušenosti ukazují, že mnohá zařízení jsou málo funkční a nesplňují své účely právě kvůli absenci pečlivé organizace a účinných kontrol,
- Zvolit technologie vhodné pro klimatické podmínky a prostředí, jimž bude zařízení vystaveno, ale i s ohledem na podmínky sociokulturní (nedostatečný koncept údržby v některých zemích), technologické a technické a také na organizaci údržby,
- Brát v úvahu provozní náklady a zejména spotřebu energií při volbě vybavení, a to už od počátku navrhování. Tyto náklady vznikají po celou dobu fungování tunelu. Obecně mají největší spotřebu energie větrání a osvětlení, což si zasluhuje pozornost již od prvních fází projektování,
- Zohlednit už od předběžných fází projektování a ekonomických analýz:
- potřebu sestavit, zaučit a vycvičit týmy určené jednak k provozování a správě zařízení, dále k čištění a údržbě,
- omezení týkající se zásahů za provozu, ať už jde o údržbu, dopad na provoz a náklady na údržbu a modernizaci,
- Zohlednit obecnou organizaci a časový plán projektu nového tunelu, čas potřebný pro nábor a výcvik týmů, pro zkoušky, ale i zkušební provoz všech zařízení v systému (doba od dvou do tří měsíců), pro trénink a cvičení všech dotčených stran (zejména záchranné služby) na místě, aby se obeznámily se zvláštnostmi daného tunelu.
1.2.4.2 - Klíčová doporučení ohledně hlavních zařízení
1.2.4.2.a Energie - napájení - rozvod elektřiny
Aby mohla tunelová zařízení fungovat, musí jim být dodávána elektřina. Velké tunely potřebují i několik MW (megawattů), což je výkon, který nemusí být v daném místě dostupný. Odpovídající opatření jsou potřebná již od prvních fází projektu - jde o posílení stávajících sítí a zlepšení jejich spolehlivosti, často jsou také budovány sítě nové. Dodávky energie jsou pro stavbu i provoz tunelu nezbytné.
Napájení elektřinou a její rozvod uvnitř tunelu musí zajistit:
- Požadovanou kapacitu,
- Spolehlivý zdroj,
- Spolehlivý, redundantní a chráněný rozvodný systém: redundance a propojenost distribučních sítí - paralelní transformátory - kabelová vedení v chráničkách a v zákopech chráněných před ohněm.
Každý tunel je jedinečný a musí být vzata v úvahu jeho zeměpisná poloha, kontext stávajících energetických sítí, podmínky napájení energií (prioritní, nebo ne), možnost nebo nemožnost posílení stávajících veřejných sítí a zlepšení jejich spolehlivosti, zvláštní rizika tunelu a podmínky pro zásah záchranných služeb.
Pak se musí postupně projektovat jednotlivá zařízení. Provozní postupy se zavádějí s ohledem na spolehlivost systému a volby vykonané během období návrhu.
Cíle související s bezpečností v případě výpadku dodávek energie jsou tyto:
- Okamžitý pohotovostní zdroj, který zajistí na 30-60 minut (podle podmínek v tunelu a pro evakuaci) nepřetržité fungování následujícího bezpečnostního vybavení):
- minimální úroveň osvětlení - signalizace - sledování průmyslovou kamerou - telekomunikace - přenos dat a dohledový systém SCADA - senzory a různé detektory (znečištění, požár, nehody, atd.),
- napájení pro bezpečnostní úkryty, únikové cesty a úkryty,
- tuto funkci obvykle zajišťují systémy UPS nebo naftové agregáty schopné ihned dodávat elektřinu,
- Podle vlastností daného tunelu, jeho polohy (ve městě či mimo něj) a z konkrétních rizik je možné stanovit dodatečné požadavky MOC (minimální podmínky pro provoz), které zaručují napájení daných zařízení, pokud jsou v průběhu celého výpadku dodrženy konkrétní postupy. Například nouzové napájení větracího systému (generátory nebo částečně externím zdrojem), který by si zvládl požár menších vozidel, ale už ne nákladních vozů: pak je dočasně zakázán vjezd těžším vozidlům.
Obvykle zaváděná opatřeni pro napájení elektřinou jsou následující:
- Nouzové napájení z veřejné sítě:
- Dva, případně tři zdroje z veřejné sítě s přípojkami na nezávislé segmenty sítě vysokého nebo středního napětí. Automatické přepínání mezi "normálním napájením" a "nouzovým napájením" v energetické stanici v tunelu s tím, že se některým zařízením přestane dodávat energie, pokud bude výkon nouzového zdroje nedostatečný,
- bez diesel generátorů,
- instalace nepřerušitelného nouzového zdroje energie.
- Bez externího napájení:
- jediný externí zdroj z veřejné sítě,
- diesel generátory mohou poskytnout část poptávaného výkonu v případě přerušení hlavního zdroje napájení, a tak dovolují stanovení MOC a konkrétních provozních postupů,
- instalace nepřerušitelného nouzového zdroje energie:
- Plná autonomie napájení - žádný dostupný externí zdroj:
- veřejná síť není schopna dodat potřebný výkon nebo nemá požadovanou spolehlivost. Tunel je pak zcela autonomní. Energie je zajišťována sadou současně běžících diesel generátorů. Další generátor se instaluje jako záloha pro případ, že některý z nich selže,
- možnost instalace UPS, pokud není spolehlivost generátorů považována za dostatečnou, nebo z bezpečnostních důvodů.
1.2.4.2.b Větrání
PIARC přináší v této oblasti řadu doporučení a představuje základní mezinárodní reference pro návrh koncepce i řešení větracích zařízení. Kromě oddílu 1.2.3.4 výše doporučujeme pozornosti čtenáře Ventilace
Nesmí se ale zapomínat, že ačkoliv větrací zařízení představují jedno ze základních zařízení pro zajištění životů, zdraví a bezpečí uživatelů tunelu, jde jen o jeden z článků systému, v němž jsou nejdůležitější uživatelé, operátoři a záchranářské týmy svým chováním, zkušeností a schopností jednat.
Větrací systém si sám o sobě se všemi scénáři neporadí, ani nemůže splnit všechny funkce, které se od něj očekávají, zejména v oblasti čištění vzduchu a ochrany životního prostředí.
Výběr vhodného větracího systému a jeho dimenzování vyžadují bohaté zkušenosti, pochopení komplexní problematiky mechaniky tekutin v uzavřeném prostředí, související s jednotlivými fázemi postupného vývoje požáru, šířením, vyzařováním a tepelnou výměnou, ale i s vývojem a šířením toxických plynů a kouře.
Větrací zařízení jsou všeobecně vysoce energeticky náročná, jejich dimenzování a provozu musí být věnována zvláštní pozornost, například s využitím expertních systémů.
Větrací zařízení mohou být velmi komplexní, v případě požáru mohou vyžadovat zapojení automatizovaných systémů, které takovou situaci zvládnou lépe než jakýkoliv operátor ve stresu.
Jak je výše uvedeno v oddíle 1.2.3.4, větrací zařízení musí v první řadě splňovat nároky na zdraví a hygienu v normálních provozních podmínkách a plnit svůj bezpečnostní účel v případě požáru.
Odolnost, spolehlivost, přizpůsobivost, trvanlivost a optimalizace spotřeby energie představují hlavní kritéria kvality, která musí větrací systém splňovat.
1.2.4.2.c Dodatečné vybavení větracích zařízení
Častým předmětem naléhavých požadavků účastníků řízení, spolků obyvatel a lobbistických skupin jsou dva druhy dodatečného vybavení pro větrání:
- Čističky a úpravny vzduchu,
- Pevné systémy potlačení ohně.
A. Čističky vzduchu.
Této otázce se věnuje oddíl Vliv na kvalitu vzduchu, jehož přečtení doporučujeme.
Zabudování zařízení pro čistění vzduchu je častým požadavkem sdružení pro ochranu obyvatel v městských oblastech. Tato zařízení, budovaná zpravidla v podzemí, jsou velmi drahá na výstavbu, provoz a údržbu. Také mají velkou spotřebu energie.
Dosud získané zkušenosti s jejich používáním nejsou přesvědčivé, zejména kvůli výraznému snížení emisí produkovaných vozidly a kvůli vysoké náročnosti čištění velmi nízkých koncentrací zplodin v tunelu (potřeba velkých objemů vzduchu). V důsledku toho bylo mnoho systémů instalovaných během posledních deseti let postaveno mimo provoz.
Budoucnost čističek vzduchu je velice nejistá v zemích, kde jsou přísnější předpisy se stále vyššími nároky na snižování samotné produkce emisí u zdroje.
B. Fixní hasicí zařízení (FFSS).
Oddíl Pevná hasící azřízení se zabývá tímto tématem, zájemce o problematiku tam bude vítán.
Využívaných technologií je mnoho a odpovídají různým kritériím: hašení požáru - nešíření požáru - snížení tepelného vyzařování a teploty pro uživatele v blízkosti požáru - ochrana konstrukce tunelu před poškozením v důsledky vysoké teploty, atd.
Tyto systémy mají navzdory avizovaným pozitivům i záporné vlivy, zejména stran zhoršení viditelnosti, pokud jsou aktivovány bezprostředně po vypuknutí požáru. Použití FFSS vyžaduje koherentní přístup ke všem aspektům bezpečnosti uživatelů, jakož i k větrací a evakuační strategii.
Rozhodování o vybudování nebo nevybudování takových systémů je komplexní a má významné důsledky. Musí být podrobeno pozornému zhodnocení konkrétních podmínek bezpečnosti, souvisejících prací a přidané hodnotě získané z implementace systému. Neměly by být stavěny proto, že jsou módní záležitostí, nebo kvůli lobbování.
FFSS vyžaduje začlenění důležitých opatření pro údržbu a pravidelné a časté testování, bez něhož nelze ověřovat jeho spolehlivost.
1.2.4.2.d Osvětlení
Doporučení CIE (Mezinárodní výbor pro osvětlení) byla ze strany PIARC kritizováno kvůli vysokému stupni osvětlení, k němuž často vybízejí. Čtenářově pozornosti se doporučuje technická zpráva vydaná Evropským výborem pro normalizaci (CEN), která představuje několik metod, včetně té od CIE.
Osvětlení je základní nástroj pro zajištění pohodlí a bezpečí uživatelů tunelu. Účelná úroveň osvětlení se musí přizpůsobit zeměpisné poloze tunelu (ve městě či mimo něj), jeho vlastnostem (krátký nebo velmi dlouhý), intenzitě dopravy a jejímu charakteru.
Osvětlovací zařízení spotřebují velké množství energie a probíhá výzkum pro optimalizaci jejich vlastností a výkonu.
1.2.4.2.e Přenos dat - dohledový systém - SCADA
SCADA je "nervovým systémem" a "mozkem" tunelu, umožňuje kompilaci, přenos a zpracování informací, a pak přenos provozních povelů jednotlivým zařízením.
Tento systém vyžaduje vysoce precizní analýzu podle konkrétních podmínek v tunelu, jeho zařízeních, organizace a módu provozu, souvisejících rizik, která se tunelu týkají, a také podle opatření a postupů plánovaných pro zásahy.
Organizace dohledového a řídicího centra musí být pečlivě analyzována při zohlednění konkrétního kontextu tunelu (či skupiny tunelů), potřebných personálních i technických prostředků, přijímaných úkolů. Hlavním úkolem je podpora operátorů automatickými prvky a expertními systémy při nehodě, kdy se pracovní úkoly operátorů usnadňují a omezují, čímž se tito stávají výkonnějšími.
Podrobný návrh těchto systémů je dlouhý, delikátní a vyžaduje velmi přísnou metodologii vývoje, kontroly všech postupných fází (zejména během továrních zkoušek), testování, všeobjímající kontroly po integraci všech systémů v tunelu. Zkušenosti ukazují, že mnoho chyb zjištěných na těchto systémech pochází z následujících opomenutí:
- špatně zadané specifikace, nedostatečná funkční analýza nebo ignorování provozních podmínek a postupů,
- pozdní vývoj systémů, který neposkytne dostatek času pro podrobné rozbory, příčnou integraci nebo zohlednění zvláštních podmínek provozu v tunelu,
- nedostatek pečlivosti při vývoji, testování, kontrole a integraci všech těchto systémů,
- chybějící zohlednění lidského chování a obecné ergonomie,
- nedostatek zkušeností s provozem tunelů, s hierarchií rozhodnutí, která je třeba integrovat a s logickými důsledky těchto rozhodnutí při vážných událostech.
Oddíl SCADA tohoto manuálu shrnuje tyto různé aspekty.
1.2.4.2.f Radiové komunikace - nízkonapěťové okruhy
Tato zařízení zahrnují:
- síť nouzových telefonů,
- radiovou síť pro provozní týmy a záchranné služby. Radiové frekvence pro uživatele tunelu, jejichž prostřednictvím je možné předávat informace a pokyny týkající se bezpečnosti,
- různé senzory určené pro měření a detekci,
- síť průmyslové televize (CCTV).
- systém AID (automatická detekce nehod) se obvykle váže na systém CCTV. AID systém vyžaduje zvýšený počet kamer, má-li být detekce spolehlivější a přesnější.
1.2.4.2.g Signalizace
Signalizaci se věnuje oddíl Dopravní značení.
U signalizace platí ještě více než u jiných zařízení, že její přemíra škodí její relevanci a účelu.
Srozumitelnost, konzistence, jednotnost a hierarchie signalizace (přednost má signalizace pro evakuaci a informování uživatelů) musí být při navrhování signalizace v tunelu a na příjezdech k němu prioritou.
Pevné dopravní značení, signalizace jízdních pruhů, proměnné dopravní tabule, světelná signalizace a zastavovací signály, označení únikových východů, jejich zvláštní signalizace, označení bezpečnostních úkrytů, fyzická zařízení pro uzavření jízdních pruhů (přenosné zábrany), vodorovné značení a vodorovné pruhy s akustickým efektem společně patří mezi signalizační zařízení. Zajišťují část komunikace s uživateli.
1.2.4.2.h Hasicí zařízení
Zařízení pro detekci ohně jsou buď místní (detekce ohně v podzemních základnách a v technických místnostech), nebo lineární tepelný hlásič v dopravním prostoru.
Pro hašení požárů existuje různá zařízení:
- automatická zařízení v technických místnostech a podzemních základnách,
- práškové hasicí přístroje pro použití uživateli tunelu,
- zařízení pro hasiče: vodní potrubí a hydranty - v některých zemích i pěnové potrubí. Objem vodních nádrží je různý. Závisí na místních předpisech a konkrétních podmínkách v tunelu.
- Některé tunely jsou vybaveny FFSS (viz § 1.2.4.2.c).
1.2.4.2.i Zvláštní vybavení
S ohledem na cíle a potřeby zaměřené na bezpečnost, pohodlí a ochranu konstrukce se mohou budovat i další typy vybavení. Některými příklady jsou:
- svítící tělesa zabudovaná v bočních zdech nebo obrubníku chodníku,
- zábradlí nebo "trasa života" připevněná k boční stěně tunelu, která dovoluje bezpečný pohyb hasičů v zakouřeném prostředí,
- malby na bočních zdech nebo instalace prefabrikovaných panelů tamtéž,
- zařízení pro ochranu konstrukce tunelu před poškozením při požáru. Takováto ochranná opatření se musí zvažovat od začátku projektu. Tepelná výměna (s betonovým ostěním nebo zemí) se při požáru opravdu mění, stejně jako vlastnosti vzduchu, což se musí zohlednit při navrhování větracích zařízení,
- správa a úprava vody odčerpané s povrchu vozovky v tunelu před tím, než je vypuštěna do volné přírody,
- opatření pro měření podmínek životního prostředí u tunelových portálů, spolu s odpovídajícími postupy pro případ překročení předpisy stanovených limitů
Verze pro tisk