Tunely, původně určené k překonání překážky (zpravidla hory), se v uplynulých letech stávaly stále složitějšími, čím dál složitější jsou i jejich zařízení (včetně větracích systémů) a metody jejich provozu. Ten zahrnuje také nasazení kontrolních a dohledových systémů, které zvládnou spravovat desítky tisíc prvků a které zvládají ustavičně sofistikovanější scénáře řízení.
Obrázek 1.0 : Požár v tunelu St. Gothard
Po katastrofách v tunelech pod Mont Blancem, Tauernem a v gothardském tunelu v letech 1999 a 2001 vzrostla potřeba zvažovat všechny bezpečnostní aspekty ve formě holistického systému. To vedlo k větší integraci a zvýšilo množství restrikčních opatření, což má významný dopad na nároky na stavebnictví a zvláštní vybavení tunelů.
Tunely jsou obecně vnímány jako "drahé a rizikové" stavby pokud se týká jejich výstavby i provozu. Toto „vnímání" způsobuje, že v řadě zemí panuje veliká skepse při úvahách o výstavbě jejich prvních tunelů pro silniční či železniční síť. Pokud se má reagovat na tyto obavy, je nutné více dbát na stavební i provozní náklady, řízení rizik (zejména v období výstavby), na minimalizaci nehod a požárů za provozu a na optimalizaci tunelových zařízení v každé fázi navrhování, výstavby i provozu. Toto řízení rizik a nákladů se stupňuje při zvažování metod zařizování a financování výstavby tunelů, které se stále častěji provádějí v podobě "koncese", "projektuj a postav" a "Private Public Partnership" (partnerství soukromé a veřejné sféry).
Kapitola 1 manuálu má následující cíle:
Není záměrem první kapitoly stát se detailní příručkou činností požadovaných od vlastníka tunelu, podrobně rozebírat technická opatření čekající na projektanty, ani stanovovat, jaké kroky musí správce tunelu podniknout pro zajištění bezpečí a pohodlí uživatelů tunelu. Cílem Kapitoly 1 není stát se návodem pro projektanty. Jejím jediným cílem je upozornit čtenáře na některá úskalí, usnadnit mu přístup k tomuto komplexnímu oboru a umožnit jeho pochopení. Doufejme, že mu také pomůže vyhnout se mnoha potenciálním chybám při provozu tunelu a umožní ocenit přínos optimalizace.
Oddíl Komplexní systém představuje "komplexní systém", jakým tunel je, a uvádí hlavní rozhraní jednotlivých podmnožin stavebního inženýrství, větrání a bezpečnosti;
Oddíl Obecný návrh tunelu představuje hlavní prvky, které je nutné uvážit při projektování tunelu;
Oddíl Renovace a údržba se zabývá modernizacemi a renovacemi existujících tunelů při zachování provozu;
Oddíl Životní cyklus rozebírá různé fáze stavebního a životního cyklu a zdůrazňuje klíčové činnosti každé z těchto fází;
Oddíl Ekonomické aspekty vysvětluje problémy týkající se nákladů na výstavbu, provoz i modernizaci, právě tak jako hlavní zájmy při různých způsobech financování;
Oddíl Podzemí struktury poskytuje seznam hlavních doporučení, pokynů a regulačních předpisů vydaných mnoha evropskými i mimoevropskými státy.
Oddíl Komplexní podzemní silniční sítě je případovou studií komplexních tunelových staveb se značným počtem monografií
Tento dokument sestavil Bernard Falconnat (Egis, Francie), francouzský zástupce Výboru pro provoz silničních tunelů a člen Pracovní skupiny 5, která přeložila jeho francouzskou verzi do současné verze anglické.
Původní francouzskou verzi zrevidovali Didier Lacroix (Francie) a Willy De Lathauwer (Belgie - zástupce ITA ve výboru).
Česká verze této stránky byla vytvořena prof. Ing. Pavlem Přibylem, CSc. (České vysoké učení technické v Praze, Fakulta dopravní) a editována doc. Mgr. Tomášem Apeltauerem, Ph.D. (Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební).
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:
Obr. 1.1-1 : Náčrt hlavních podmnožin "komplexnosti tunelových systémů"
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:
Poznámka 3: druhý kruh představuje "kontext," v němž má projekt probíhat. Některá pole mohou zahrnovat více aspektů:
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:
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:
Neexistuje žádné "jediné univerzální řešení ", a prostý proces "kopírování" je téměř vždy nevhodný.
Návrh a optimalizace tunelu vyžadují:
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.
Tabulka 1.1-2 níže uvádí příklady základních parametrů a jejich vztahu ke stavebnímu inženýrství:
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:
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:
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.
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. "
Tato množina nepředstavuje zásadní parametry pro definici funkční části tunelu kromě následujícího:
"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:
Obr. 1.1-5 : Faktory ovlivňující bezpečnost
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:
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.
| 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 |
Tunel je "komplexní systém," což znamená zejména, že:
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:
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:
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.
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:
Pomoc externího posuzovatele umožňuje omezit důsledky nedostatečné nebo chybějící "tunelové kultury," a tak výrazně zlepšit projekt.
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:
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:
Hlavní parametry "funkčního příčného profilu" jsou následující:
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:
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.
Tyto parametry se projeví zejména na funkčním příčném profilu (viz 1.2.2) a jeho prostřednictvím mají zvláštní dopad na uspořádání provozu:
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.
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
Větrací zařízení mohou mít i další funkce:
Větrací zařízení se netýkají jen dopravního prostoru. Zahrnují také
Větrací zařízení mohou být navržena i tak, aby:
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.
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.
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:
Všechna tato hlediska vedou ke strategickým volbám, z nichž hlavní jsou:
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:
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:
Obvykle zaváděná opatřeni pro napájení elektřinou jsou následující:
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:
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:
Oddíl SCADA tohoto manuálu shrnuje tyto různé aspekty.
1.2.4.2.f Radiové komunikace - nízkonapěťové okruhy
Tato zařízení zahrnují:
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:
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:
Modernizace (zejména zvyšování bezpečnosti) a přestavby existujících již zprovozněných tunelů vedou ke zvláštním problémům, analytickým i metodickým. Míra volnosti rozhodování je menší než u zcela nových tunelů, protože je nutné zohlednit stávající prostory a omezení. Technologie ve vztahu k jednotlivým typů vybavení a jejich integrace jsou ale totožné.
Renovace a modernizace tunelu za provozu vede často k delšímu trvání a růstu nákladů stavebních prací, navíc za podstatně nižší úrovně bezpečnosti během stavby a s jen obtížně řiditelnými dopady na objem a kvalitu dopravy. Tyto nevýhody jsou často důsledkem nekompletní analýzy stávající situace, skutečných podmínek v tunelu, jeho zařízeních a prostředí, ale i absence strategie a postupů pro zmírnění dopadů na dopravu.
Oddíl Zlepšování bezpečnosti navrhuje metodiku bezpečnostní diagnózy existujících tunelů a vývoje programu modernizace. Kromě toho představuje oddíl Provoz během údržby specifické problémy související s pracemi prováděnými v tunelu za provozu. Jejich uspořádání pomáhá zmírňovat výše uvedené problémy.
Zdá se ale být vhodné upozornit čtenáře na klíčové body v následujících oddílech
Podrobná a pečlivá diagnóza tunelu je zásadní částí procesu jeho modernizace či renovace. Naneštěstí je tato fáze často zanedbávána.
Fyzická diagnóza tunelu vyžaduje:
Tato fyzická diagnóza se musí doplnit diagnózou organizace, postupů údržby a provozu a také specifickou diagnózou veškeré dokumentace vztahující se k bezpečnosti a záchranným zásahům. Tato fáze diagnózy může případně vest k návrhům cvičení různých zasahujících stran za účelem zlepšení globálních podmínek bezpečnosti v tunelu ještě pře započetím renovace.
Po diagnóze musí následovat analýza rizik vycházejících ze současného stavu. Analýza má dvojí účel:
Diagnóza musí určit (bez hrozby, že se něco objeví pozdě během výstavby), zda stávající zařízení, která jsou údajně ve funkčním stavu, mohou být upravena, přidána nebo integrována k zařízením v budoucnu modernizovaným (technologická kompatibilita - výkonnost zejména stran sběru a přenosu dat, automaticky fungující zařízení a SCADA).
Program renovace nebo modernizace sestává ze dvou fází.
Vývoj programu vychází z:
V závislosti na fyzickém prostředí tunelu a dostupném prostoru může nastat situace, že optimální modernizační program infrastruktury nebo vybavení není uskutečnitelný za přijatelných podmínek, a je nutné definovat omezenější program. Tento upravený program může vyžadovat zavedení zmírňujících opatření, která v globálním smyslu zajistí dosažení požadované úrovně bezpečnosti po dokončení stavby.
Ověření programu ("validace") vyžaduje:
Program modernizace nebo zlepšení parametrů nevyžaduje nutně stavební zásah. Může spočívat pouze v modifikaci funkcí tunelu nebo provozních opatřeních, např:Ověření programu ("validace") vyžaduje
Tato fáze realizace projektu a stavby zahrnuje převod renovačního a modernizačního programu do technických a smluvních specifikací a jejich realizaci.
Tato fáze vyžaduje velmi podrobnou analýzu:
Život tunelu" lze rozdělit do několika hlavních období, z nichž jsou nejzásadnější:
Nejdůležitější fáze života nového tunelu. Rozhoduje se zde o stavebních a provozních nákladech, bezpečnosti ale i o řízení technických a ekonomických rizik.
Tato fáze vyžaduje příčnou integraci všech rozhraní "komplexního systému" tunelu. Integrace musí začít již od první fáze projektování (viz odstavce výše).
Zkušenosti dokazují, že tak tomu jen bohužel jen zřídkakdy a návrh tunelu často vychází ze sledu fází považovaných za nezávislé. Třebaže se zdá, že to znevažujeme, můžeme si povšimnout, že:
Z pohledu stavebního inženýrství je nejdůležitějším aspektem zvládání technických rizik (zejména geologických) a všech jejich dopadů na stavební náklady a délku výstavbu.
Management rizik je třeba uvažovat už od fáze projektování. Tyto úvahy musí být rozpracované do detailu a konzultované s vlastníkem tunelu. Rozhodnutí ve vztahu k rizikům musí být rozpracovaná a jasně zdokumentovaná.
Rozhodnutí přijmout nějaké riziko nepředstavuje nutně chybu, a tedy nemusí být nutně odmítnuto, protože je občas potřeba splnit jisté nároky, například ohledně blízkých termínů, které by nebyly dosažitelné při realizaci všech prošetření, která by byla nezbytná pro odstranění všech nejistot.
Přijetí takového rizika musí ale vycházet z velmi detailní rozvahy ohledně:
Přijímání rizika nesmí vycházet z nedbalosti a nekompetentnosti některé ze zúčastněných stran.
Z pohledu provozních zařízení si čtenářovu pozornost zaslouží zejména:
Toto období "života tunelu" se často podceňuje a uvažuje se až pozdě. Má nároky na čas, které nejsou vždy splněny a vede ke schválení tunelu za nedostatečných podmínek nebo dokonce podmínek výrazně nevhodných stran bezpečnosti.
Toto období zahrnuje:
Hlavním účelem je zajistit:
Nezbytná je schopnost objektivního posouzení situace s odstupem od každodenní rutiny, tak aby šlo:
Tunely jsou s ohledem na jejich výstavbu a provoz poměrně drahá stavební díla. Již od začátku projektu je zapotřebí věnovat zvláštní pozornost tomu, aby možné technické a finanční optimalizace nezůstaly nepovšimnuty.
Od prvních fází projektu se doporučuje implementovat:
Tento proces umožní optimalizaci projektu (stavebních a provozních nákladů) a zlepší řízení technických a finančních rizik, stejně jako termínů.
Stavební náklady tunelů jsou velmi různorodé a není možné udat jasné koeficienty ceny na kilometr, neboť tyto koeficienty mohou mít velmi odlišné poměry (v průměru od 1 do 5), zejména v závislosti na:
Velmi obecně lze říci, že průměrná cena obvyklého tunelu stavěného v obvyklých geotechnických podmínkách je zhruba desetinásobná oproti ceně ekvivalentní infrastruktury budované na povrchu (mimo městské oblasti).
Stavební náklady tunelu lze rozdělit do tří typů:
Dva níže uvedené grafy ukazují dva příklady rozdělení stavebních nákladů: nalevo je tunel s nepříliš složitými podmínkami stavebně inženýrských prací, napravo pak tunel, kde byly podmínky pro stavební práce méně příznivé.
Obr. 1.5.1: Rozdělení stavebních nákladů
Poznámka: tyto dva grafy ukazují význam nákladů na stavební práce a dokumentují dopady téměř zdvojnásobení nákladů na tyto práce (graf vpravo).
Provozní náklady tunelu lze rozdělit do tří typů nákladů:
Grafy níže zobrazené ukazují dva příklady rozdělení stavebních (za stálých ekonomických podmínek) a celkových provozních nákladů (nashromážděných za dobu třiceti let po uvedení do provozu).
Obr. 1.5.2: Rozdělení nákladů za třicetileté období
Poznámka: grafy ukazují význam nákladů na provoz a údržbu a také dokazují nutnost dbát od počátku projektu na plánování opatření pro optimalizaci opakujících se nákladů na provoz a údržbu.
Tato kapitola se věnuje renovačním a modernizačním pracím, které jsou potřebné pro splnění nových přísnějších předpisů. Práce zahrnují opatření pro evakuaci, odolnost konstrukce proti ohni, provozní a bezpečnostní zařízení a všechny náležitosti pro splnění nových bezpečnostních předpisů.
Není možné poskytnout nějaké statistické odhady cen kvůli rozmanitosti existujících tunelů, jejich stavu, dopravních podmínek a vice či méně důležitých požadavků nových bezpečnostních předpisů, které se v různých zemích liší.
Pozorování z Francie, kde se od roku 2000 řešily modernizace v důsledku nových předpisů, ukazují velkou rozmanitost rozpočtů, které se pohybovaly v rozmezí desítek až stovek milionů euro (několik projektů modernizace mělo rozpočet přes 200 milionů euro).
Tunely představují nákladnou infrastrukturu stran výstavby i provozu, ale to je kompenzováno ekonomickými přínosy oblastního rozvoje, plynulostí dopravy, bezpečím, pohodlím, spolehlivostí cest (přechody pohoří) a ochranou životního prostředí.
Financování těchto staveb lze zajistit buď:
Manuál v současnosti nemíní detailně rozebírat jednotlivé způsoby a jejich mechanismy, výhody a nevýhody. Je ale zajímavé představit několik zkušenostmi ověřených hlavních rad, a poskytnout tak alespoň základní obrázek o situaci.
a) Financování veřejným úřadem
Jde o široce používaný přístup. Dovoluje přípravu projektů infrastruktury, které by nešlo řešit "koncesí" (kvůli nedostatku příjmů z mýtného) nebo tam, kde je politickým záměrem vyhnout se placení mýtného.
Vyžaduje ale, aby měl úřad dostatečnou kapacitu zajistit přímé financování nebo si peníze vypůjčit a dluh pak splatit. Peněžními zdroji jsou v základě daně pro veřejnost nebo palivové daně, občas i částečně mýtné.
b) Financování "koncesí" - tunel jako část globální infrastruktury
Financování "nesamostatného" tunelu "koncesí" (s nebo bez finanční angažovanosti zadavatele) bývá obecně případ tunelu, který je součástí nově budované dálnice s mýtným. Náklady (na stavbu a provoz) tunelu se sdílejí mezi tunelem a liniovou infrastrukturou na povrchu. Zkušenosti ukazují, že navýšení průměrné úrovně mýta na kilometr uživatelé akceptují, pokud nová infrastruktura přináší dostatečné výhody v podobě časových úspor, lepšího a spolehlivějšího provozu, pohodlí a bezpečí.
c) Financování "koncesí" - izolovaný tunel
Existují dva druhy izolovaných tunelů.
d) Financování metodou PPP nebo podobně
Země s mnoha tunely mají mnoho předpisů s rozsáhlými doporučeními a směrnicemi pro návrh, stavbu, provoz, bezpečnost a zásahy záchranných služeb.
Pokud se podmínek bezpečnosti v silničních tunelech týká, platí v zemích patřících do Evropské unie Direktiva 2004/54/CE Ta předepisuje minimální úroveň opatření, která mají zajistit bezpečnost v tunelech nad 500 metrů délky, které leží na transevropské silniční síti. Širší skupina zemí je vázána také mezinárodní konvencí, Evropskou dohodou o mezinárodní silniční přepravě nebezpečných věcí (ADR), která obsahuje i zvláštní ustanovení pro tunely. Každá členská země začlenila tyto předpisy do svých národních právních systémů. Některé země přijaly i dodatečné předpisy, které jsou ještě přísnější než nařízení vycházející přímo z evropských předpisů.
Seznam regulačních předpisů a doporučení pro provoz a bezpečnost silničních tunelů byl vytvořen ve spolupráci PIARC s Výborem pro provozní bezpečnost podzemních zařízení při ITA (ITA-COSUF)) z mezinárodní asociace tunelů a podzemních staveb (ITA - AITES). ). Tento dokument je k dispozici na webové stránce ITA-COSUF (Publications). Seznam není vyčerpávající, ale představuje soubor 27 zemí a tří mezinárodních organizací.
Mnoho zemí nemá předpisy pro oblast tunelů a bezpečnost v nich, neboť na jejich území žádné tunely nejsou. Doporučuje se jim, aby v případě potřeby zvolily kompletní a koherentní soubor existujících předpisů z jedné země s bohatými zkušenostmi z oboru tunelů a nečerpaly nesourodé informace z více zdrojů. Doporučení PIARC, tak jak jsou shrnuty v tomto manuálu, a Evropské direktivy 2004/54/CE představují stále častěji přijímané mezinárodní reference.
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.