Jak bylo mnohokrát zmíněno v kapitole Strategické otázky tohoto manuálu, musí se geometrické charakteristiky tunelu definovat už v nejčasnější fázi přípravy tunelu, a to i pro silniční úseky zahrnující jeden či více tunelů.
Tyto charakteristiky mají mnoho různých forem a lze je rozdělit do následujících skupin:
Tato kapitola vychází hlavně technických zpráv 05.11.B "geometrie příčného uspořádání v jednosměrných silničních tunelech" and 05.12.B "Příčné uspořádání v obousměrných silničních tunelech".
Oddíl Metody stavby, průřez připomíná vztah mezi stavebními metodami a příčným průřezem.
Oddíl Dopravní kapacita shrnuje teoretické poznatky ohledně dopravní kapacity.
Oddíl Národní příklady připomíná hlavní pravidla ohledně uspořádání komunikace, včetně hodnot hlavních parametrů pro vybrané země, a zdůrazňuje nutnost zachovávat maximální hodnoty parametrů silnice z nadzemních úseků i v tunelu (s důležitou výjimkou maximálního podélného sklonu, který by měl v tunelu být menší).
Oddíl Průjezdný profil se konkrétně věnuje příčnému řezu komunikací v tunelu, v jedno i obousměrných tunelech.
Oddíl Podjezdná výška se týká výškové světlosti tunelu.
Oddíl Speciální elementy se soustředí na odstavné pruhy a prvky mimo hlavní dopravní prostor, a dále na různé bezpečnostní prvky, které se v tunelu mohou vyskytnout.
Tuto kapitolu manuálu sepsal Willy De Lathauwer (Belgie), zvláštní člen výboru C4 a představitel ITA.
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).
Průřez silničních tunelů je zpravidla obdélníkový nebo kruhový a závisí hlavně na metodě výstavby. Tabulka 6.1-1 ukazuje některé typické průřezy a odpovídající stavební přístupy.
Rozměry všech tvarů závisejí na rozměrech průřezu potřebného pro dopravu. Ty závisejí na:
V mezinárodním měřítku se reakce na jednotlivé výše popsané rozdíly dost liší. I v jednotlivých zemích lze sledovat různé přístupy k různým situacím, ty se také vyvíjejí v průběhu času.
| N° | Průřez | Obvyklá stavební metoda | Poznámka |
|---|---|---|---|
| 1 | Kruhový | Strojně ražený tunel (TBM) | V Japonsku nedávno rozšířený na obdélníkový průřez |
| 2 | Obdélníkový | Tunel ze zanořených bloků | V USA jsou běžné kruhové průřezy |
| 3 | Obdélníkový | Hloubený tunel | Technologie předpjatých materiálů často vedou ke kruhovému tvaru části nad vozovkou |
| 4 | Podkova | Ražený s využitím výbušnin | Používá se v tvrdých skalách |
| 5 | Kruhová koruna a eliptické dno | Strojně ražený s výztužemi | Ve tvrdých skalních podložích je obvyklý tvar podkovy |
Teoretická kapacita úseku silnice je definována jako maximální počet vozidel, která jím projedou za hodinu. Stanovuje se měřením maximálního množství jednotkových vozidel v patnáctiminutových intervalech, které se násobí koeficientem špičkové hodiny. Nejedná se o absolutní maximum, ale vztahuje se spíš k rozumným hodnotám, jichž lze dlouhodoběji dosahovat. Pokud se vyjadřuje takto, závisí kapacita jen na počtu a šířce jízdních pruhů a přidružených prostorů a na podélném sklonu. Nezávisí na podílu těžkých vozidel, neboť je zřejmé, že kapacita bude maximální pro proud tvořený výhradně lehkými vozidly řízenými pravidelnými řidiči. Pokud není kapacita nějak takto omezena, je teoretická kapacita přibližně 2.200 vozidel za hodinu a pruh (v/h/p). Více informací lze najít v kapitole 4 "Kapacita a rychlost v závislosti na geometrii silnice a silničních tunelů" zprávy 05.11.B and in kapitole 3 "Rychlost a hustota dopravního proudu" zprávy 05.12.B
Praktická kapacita úseku se počítá na základě teoretické kapacity, ale bez výše zmíněných omezení (2.200 v/h/p). Použité omezující faktory vycházejí z konkrétních vlastností silnice. Hlavními faktory jsou:
Praktická kapacita silnice v jednom směru, Cp, se tedy počítá následovně:
Cp= 2200 . N . Fw . Fhv . Fc kde N je počet jízdních pruhů.
Koeficienty lze počítat a upravovat podle vzorců a tabulek z kapitoly 4 "Kapacita a rychlost v závislosti na geometrii silnice a silničních tunelů" zprávy 05.11.B and in kapitoly 3 "Rychlost a hustota dopravního proudu " zprávy 05.12.B.
Více informací lze najít v HCM (Highway Capacity Manual - Manuál výpočtu kapacity pozemních komunikací) vydávaném Transportation Research Board (USA).
Ostřejším obloukům je vhodné se vyhnout, zejména navazují-li přímo na rovný úsek. Je vhodné snažit se o poloměr (v originále „křivost") minimálně 550-600 metrů. Důležitá je i šířková rezerva v tunelu, aby byla zajištěna dostatečná viditelnost v obloucích.
V městských tunelech by mělo stačit uvažovat jako návrhovou rychlost skutečnou rychlost v situaci plynulé jízdy bez tvorby kongescí.
Vzhledem k tomu, jak ovlivňuje rychlost, způsobuje klesající podélný profil více nehod, zejména při vyšších dopravních intenzitách (klesání silnice vede k vyšším rychlostem).
Menší šířka komunikace může způsobovat nehody. Je faktem, že na rozdíl od povrchových komunikací je obvyklá vysoká rychlost, což v případě vyšších intenzit může vést k nehodám.
Je vhodné věnovat pozornost faktu, že pokud je v tunelu a jeho okolí šířka dopravního i přidruženého prostoru menší než na povrchu, je vhodné tyto změny šířkového uspořádání zavést už dlouho před hranicemi tunelu, a to co nejplynuleji: viz kapitola 4.7 "Projektování tunelových portálů" zprávy 2008R17.
V tunelech pravoúhlého tvaru nebo v tunelech zakrytých za účelem větrání dochází často k nehodám, jejichž účastníky jsou nadměrná vozidla.
Doporučuje se před tunelem, a to v předstihu před každým portálem, zavést jasně značenou náhradní trasu a systém pro fyzické zastavení nadměrných vozidel.
Více informací lze najít v oddíle IV.2.6 "Výškové poměry" zprávy 05.04.B.
Tunely s obousměrným provozem vykazují vyšší výskyt nehod než směrově rozdělené tunely. Nicméně uživatelé v tunelech s jen mírnými podélnými sklony poměrně dobře snášejí zákaz předjíždění. V případě větších sklonů je však vhodné zvážit dodatečný jízdní pruh pro pomalá vozidla.
Změny směru provozu v tunelech za účelem přizpůsobení se změnám v poptávce během dne se důrazně nedoporučují.
Obousměrné tunely mohou být ekonomicky výhodné při etapovité výstavbě dálničních tunelů, kde ekonomické ohledy vyžadují zahájení provozu s obousměrným tunelem s pozdějším přechodem na směrově rozdělené tunely. Je to možné jen za předpokladu, že obousměrný provoz v tunelu byl vzat v úvahu při projektování šířkových poměrů a tunel je tedy dostatečně široký i pro uspokojení intenzit v dopravních špičkách (např. v období letních a zimních dovolených). I když takové uspořádání může být přijatelné s ohledem na bezpečnost, je lepší se mu vyhýbat. Pro městské tunely musí být zakázáno.
Podzemní křižovatky (sjezdy a nájezdy) mohou způsobovat nehody. Je tedy nutné je projektovat zodpovědně. Osvětlení by mělo zvýrazňovat tato kritická místa a geometrické změny, které řidiče čekají. Je nutné zohlednit, jak je bude řidič vizuálně vnímat.
Uvnitř tunelu musí být sjezdy (výjezdy) dále od portálu. V tunelech s výjezdy bezprostředně za vjezdovým portálem došlo k mnoha nehodám, většinou se zraněními. Pokud je taková situace podmíněna stísněnými poměry v tunelu, měl by být v tunelu dodatečný jízdní pruh, který bude fungovat jako pruh odbočovací.
Obr. 6.4-1 : Příklad příčného řezu
Terminologie je definována následovně (pozn.: odlišně od běžné české terminologie):
Více informací lze najít v kapitole 2 "Terminologie" zprávy 05.11.B.hapter 2 "Terminology" of Report 05.11.B.
V zájmu lepší správy jsou silnice klasifikovány hierarchicky s ohledem na jejich funkci. Silniční sítě nejvyšší třídy jsou mezinárodní tahy typu Transevropské silniční sítě (TERN) nebo mezistátní dálnice v USA. Národní sítě tvoří komunikace spojující městské oblasti a národní ekonomická centra. Oblastní sítě zajišťují propojení oblastních měst. Na jednotlivé funkční sítě a komunikace se stanovují funkční požadavky, jako jsou rychlost, úroveň kongescí, vzdálenosti mezi křižovatkami.
Většina zemí má své vlastní předpisy a směrnice ohledně požadavků na geometrii vozovky. Porovnání mezinárodních směrnic je uvedeno v kapitole 5 "jízdní pruhy a vozovka" zprávy 05.11.B.
| Země a název směrnice či zdroje | Návrhová nebo referenční rychlost [km/h] | Šířka jízdního pruhu [m] | Šířka dělícího/vodícího proužku [m] | Šířka vozovky [m] |
|---|---|---|---|---|
| Rakousko RVS 9.232 | 80 - 100 | 3,50 | 0,15 | 7,00 |
| Dánsko (praxe) | 90 - 120 | 3,60 | 0,10 | 7,20 |
| Francie CETU | 80 - 100 | 3,50 | ? | 7,00 |
| Německo | 100 (26 T, 26 Tr) | 3,50 | 0,15 | 7,00 |
| Německo RAS-Q 1996 | 70 (26 t) | 3,50 | 0,15 | 7,00 |
| Německo RABT 94 | 110 (29,5 T) | 3,75 | 0,15 | 7,50 |
| Japonsko | 80 - 120 | 3,50 | 7,00 | |
| Japonsko - Řád stavby silnic | 60 | 3,25 | 6,50 |
Doporučuje se, aby šířka jízdního pruhu v tunelech s návrhovou rychlostí 100 km/h nebyla menší než 3.50 m. Pokud je vhodné či nutné zavést na silnicích v tunelech rychlostní omezení na 80 nebo dokonce 60 km/h (např. kvůli ostrým směrovým obloukům, nutnosti omezit tvorbu hluku v zastavěné oblasti, omezené dopravní kapacitě, snižování nákladů), může omezení šířky jízdních pruhů (např. na 3.25 m) vést u řidičů ke snížení rychlosti, funguje tedy jako psychologická podpora nařízené maximální povolené rychlosti. Tu je nutné vynutit na řidičích formou častých kontrol a vysokých pokut. V některých městských tunelech, do nichž mají přístup jen lehká vozidla, jsou přijatelné užší jízdní pruhy; v obloucích je třeba dohlédnout na vliv zakřivení krajnic na šířku stavby.
Více informací lze najít v kapitole V "jízdní pruhy a vozovka" zprávy 05.11.B and oddílech 7.1 až 7.5 kapitoly 7 "geometrie příčného řezu " zprávy 05.12.B.
Minimální výška prostoru nad vozovkou je přinejmenším rovna maximální povolené výšce těžkých nákladních povidel (TNV), která jsou na dané silnice povolena, zvětšené o dodatečný bezpečnostní odstup s ohledem na pohyby vozidel v důsledku nepravidelností vozovky a vozidel.
Minimální výška dopravního prostoru závisí na maximální povolené výšce TNV a liší se v různých zemích. Ve většině evropských zemí je nejvyšší povolená hodnota 4,0 m, některé země (Spojené království, USA) dovolují výšku větší: viz tabulka 7.1 v kapitole 7 "Dodržované výškové odstupy" zprávy 05.11.B.
V Evropské unii je maximální povolená výška TNV 4,00 m, ačkoliv ženevské konvence povolují maximum 4,3 m. Pokud se k nim přidá rezerva 0,20 m pro kompenzaci svislých pohybů TNV, je požadovaná minimální výška dopravního prostoru 4,20 m (4,50 m).
Nad těmito minimálními odstupy je potřebný další odstup kvůli klidu a pohodlí řidičů TNV. Tento odstup vychází ze vzdálenosti objektů. Minimální výška prostoru s přidaným odstupem pro klid dává dodržované výškové odstupy. Pokud pro klidový odstup vezmeme hodnotu 0,30 m, dodržovaný výškový odstup je 4.50 m (Ženevská konvence 4,80 m, Spojené království 5,35 m, USA 4,90 m na dálnicích a 4,30 m na silnicích).
Aby se předešlo poškození zařízení umístěných nad vozovkou uvolněnými plachtami, přidává se často dodatečný odstup.
Dále je třeba zohlednit nepřesnosti v konstrukci, prohýbání stropu a pozdější dodatečné konstrukční vrstvy na vozovce, viz kapitola 7 "Dodržované výškové odstupy" zprávy 05.11.B and kapitola 7.8 "Výškové odstupy " zprávy 05.12.B.
Specifika projektování městských tunelů se posuzují samostatně, neboť jsou zpravidla vyhrazeny pro osobní auta a některé druhy lehkých nákladních aut (dodávek).
Kompletní studie byla provedena ve Francii a došla k následujícím bodům, které se vztahují k přítomnosti převážně osobních vozů; výsledky byly publikovány v článku "Snížení výšek geometrického návrhu městských tunelů " (Routes/Roads 288 - 1995):
Pro usnadnění a ujasnění komunikace je třeba definovat jisté minimální množství termínů, které se vztahují k vozovce a jejímu okolí. Pracovní skupina, která vytvořila Technickou zprávu 05.11.B se rozhodla používat následující terminologii:
Toto rozdělení je obhajitelné s ohledem na to, že na rozdíl od relativní shody ohledně rozměrů a užití vozovky, existují mezi jednotlivými státy výrazné rozdíly v rozměrech a využití okolí vozovky. Odstavný pruh je definován jako „oblast se zpevněným povrchem, kde se dají v případě potřeby odstavit vozidla."
Na pozemních komunikacích dálničního typu je na povrchu odstavný pruh většinou přítomný. Volné zpevněné plochy v tunelech jsou z ekonomických důvodů často omezeny. Toto omezení může znemožnit odstavení porouchaných vozidel na zpevněném povrchu přiléhajícím k jízdnímu pruhu tak, aby nedošlo k částečnému záboru i jízdního pruhu a tedy narušení dopravního proudu.
Geometrie okolí vozovky se v různých zemích liší, nelze tedy poskytnout nějaká obecná pravidla a údaje. V mnoha zemích je kvůli nákladům šířka zpevněného volného prostoru příliš malá na plnohodnotné odstavení vozidla. Proto se v určitých rozestupech budují nouzová stání. Nicméně podle norských a španělských zkušeností jen asi 40% nepojízdných vozidel k nim úspěšně dojede a využije je. To ukazuje na neschopnost jednotlivých stání plně nahradit odstavné pruhy: viz oddíly 8 až 10 kapitoly III "Poruchy" zprávy 05.04.B.
Volný zpevněný prostor by měl poskytnout možnost odstavení porouchaného vozidla mimo vozovku. Tudíž jeho šířka měřená od vnějšího okraje vodícího proužku by měla být minimálně šířka osobního automobilu (1,75 m) plus šířka 0,50 m, aby motoristé mohli z vozu vystoupit; celková šířka volného zpevněného pásu by tedy měla být 2,45 m.
Pokud by v odstavném pruhu měla být možnost odstavit mimo vozovku i těžká vozidla, je zapotřebí šířka (2,50 + 0,50 + 0,20 =) 3,20 m, jak je vysvětleno v kapitole 6 "Okolí vozovky " zprávy 05.11.B.
Obr. 6.6-1 : Typické uspořádání bezpečnostních zábran v okolí vozovky
V případě tunelu lze diskutovat, je-li odstup objektů dán vzdáleností mezi vnitřní hranou vodícího proužku a obrubníkem chodníku, hranou bezpečnostních zábran či svodidla nebo boční stěnou tunelu. Panuje obecná shoda na tom, že v případě chodníku na nízké úrovni je vhodnou mírou vzdálenost ke stěně tunelu. Při chybějícím chodníku se spíše zvažuje odstup od základny nebo horní hrany zábrany.
Zejména v tunelech oceňují řidiči určitý odstup od stěny (chodníku, svodidla nebo zábrany) kvůli malému pohybu úhlu viditelnosti, pokud je zaměřen na objekt. Zkušenosti ukazují, že pokud je odstup objektu v tunelu menší než na přilehlém úseku na povrchu, tíhnou řidiči k dodržování jistého odstupu od stěny tunelu: viz kapitola 6 "Okolí vozovky" zprávy 05.11.B.
Pokud se vozidlo překračující vodicí proužek nedá odklonit včas, je třeba minimalizovat důsledky jeho kolize se stěnou. Toho lze dosáhnout prostřednictvím bezpečnostních zábran nebo svodidel. Bezpečnostní zábrany zabírají méně místa než svodidla. Pokud vozidla narazí do zábrany pod malým úhlem, mohou být svedena zpět do dopravního proudu a je větší šance na odvrácení závažných nehod.V případě nárazu pod větším úhlem mohou být následky kolize vážnější. Svodidla jsou oproti zábranám méně účinná pro korekci směřování vozidel, ale v případě kolize pod větším úhlem způsobují menší poškození. Proto se zábrany preferují u tunelů s úzkým volným prostorem a svodidla v případech širokého zpevněného volného prostoru.
Protože svodidla vyžadují prostor pro ohyb, je nezbytná dodatečná šířka tunelu, což v mnoha případech není přijatelné z ekonomického hlediska. Bezpečnostní zábrany fungují lépe zejména v malých rychlostech, kromě toho jsou méně náročné na údržbu.
Ve většině tunelů se kromě základního příčného uspořádání souvisejícího s provozní funkcí staví i speciální prvky sloužící ke splnění zvláštních provozních a bezpečnostních potřeb tunelového prostředí.
Ve všech tunelech kromě těch nejkratších se budují únikové východy, které umožňují uživatelům tunelu opustit dopravní tubus tunelu pěšky a dostat se do bezpečí. Různým druhům pěších únikových východů se věnuje oddíl Bezpečnostní východy. K těmto východům patří příčné průchody a spojky jednotlivých tubusů, úkryty, kde mohou lidé vyčkat během krize, a bezpečnostní galerie (průchody), které vedou podél tubusů nebo pod nimi a ústí na povrch.
Oddíl Opatření pro vozidla se vztahuje k zařízením určeným pro vozidla. Zahrnuje nouzová stání, obratiště či spojky mezi tubusy určené pro vozidla. Využívají se v situacích, kdy je vozidlo nepojízdné, nebo umožní autům otočit se či přejet do sousedního tubusu. Toho mohou využít například vozidla údržby tunelu, záchranná vozidla manévrující při nehodě nebo při improvizovaném řízení provozu v tunelu v případě havárie.
Oddíl Zálivy se věnuje geometrickým požadavkům na úkryty, které musí být v pravidelných intervalech vybudovány podél zdí tunelu, aby posádce nepojízdného vozidla dovolily opustit vozovku a minimalizovat tak riziko sražení jedoucími vozidly.
Odvodnění je důležité pro tvorbu co nejmenších kaluží, které se mohou vytvářet v důsledku úniků z cisteren nebo běžného mytí zdí. V případě rozlití hořlavých tekutin ovlivňuje systém odvodnění zásadním způsobem rozsah případného požáru. Oddíl Odvodnění tunelu rozebírá různé typy odvodňovacích systémů v tunelech.
Oddíl Ostatní aspekty popisuje další zařízení, která se mohou stavět v tunelech či u jejich portálů.
Tuto kapitolu napsal Robin Hall (Spojené království).
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).
Ve všech tunelech kromě těch úplně nejkratších se budují únikové východy, které umožňují uživatelům tunelu opustit v případě nehody dopravní tubus tunelu pěšky a dostat se do bezpečí. V krátkých tunelech postačují jako nouzové východy portály tunelu. Nicméně ve většině tunelů je zapotřebí dalších únikových východů, aby se omezila délka cesty, kterou uživatelé tunelu musejí urazit po vozovce cestou do bezpečí.
Únikové východy mohou být různých typů, mimo jiné:
Obrázek 7.1-1 ukazuje typické schéma opouštění jednosměrného tunelu s podélným větráním.
Obr. 7.1-1 : Typické schéma opouštění jednosměrného tunelu s podélným větráním
Vhodné odstupy mezi nouzovými východy závisejí na:
Optimální vzdálenost mezi dvěma únikovými východy se zpravidla stanovuje mezi 100 a 500 metry.
Důležité jsou následující projekční principy:
Obr. 7.1-2 : Vzhled únikového východu (tunel pod Mont Blancem : Francie - Itálie)
Obrázek 7.1-2 ukazuje možný vzhled nouzového východu.
Další diskuze na téma nouzové východy lze najít v technické zprávě 1999 05.05.B "kontrola ohně a kouře v silničních tunelech" a ještě podrobněji v nedávno vydané technické zprávě 2007 05.16.B "Systémy a zařízení pro kontrolu ohně a kouře v silničních tunelech".
Převážná většina tunelů nemá odstavný pruh. To zvyšuje pravděpodobnost tvorby kolon - v závislosti na intenzitě dopravy může nepojízdné vozidlo nebo jiná událost přinutit řidiče zastavit. Podle některých statistik z Německa a Francie jsou tunely bez odstavného pruhu méně bezpečné než tunely s odstavnými pruhy (viz technická zpráva 2008R17: "lidský faktor bezpečnosti silničních tunelů s ohledem na uživatele").
Nouzová stání dovoluji vozidlům v tunelu zastavit, aniž by blokovala jízdní pás. To snižuje narušování dopravního proudu a tedy i riziko kolizí. Pro posádku je jednodušší a bezpečnější opustit vozidlo na nouzovém stání, například proto, aby přivolala pomoc nouzovým telefonem. Ochrana před dopravním proudem je důležitá zvlášť pro invalidní řidiče. Nouzová stání jsou také velmi důležitá pro údržbu tunelu, dovolují bezpečné stání servisních vozidel.
Vzdálenosti mezi stáními se liší tunel od tunelu. Podle některých národních doporučení je tato vzdálenost závislá na kategorii komunikace, která tunelem vede. Technická zpráva 1995 05.04.B "silniční bezpečnost v tunelech"T udává, že stupeň využití nouzových stání je všeobecně nízký. I v tunelech s nouzovými stáními je na nich odstaveno jen asi 20% porouchaných vozidel. Zpráva přináší i doporučení, jak tuto situaci zlepšit.
Obr. 7.2 : Příklad obratiště
V delších tunelech mohou být také zařízení pro otočení vozidel do protisměru nebo přejezd do vedlejšího tubusu. Toho mohou využít vozidla údržby tunelu, záchranná vozidla manévrující při nehodě nebo při řízení dopravy v případě nehody. V některých zemích se budují dokonce i obratiště. Zatímco osobní automobily a dodávky se mohou otočit i v oblasti nouzového stání, těžší nákladní vozidla a autobusy potřebují pro otočení do protisměru více místa. Rozměry obratišť jsou obvykle 4 x 17 metrů a více (viz technická zpráva 1999 05.05.B: "kontrola ohně a kouře v silničních tunelech" ). Pokud se budují, měla by vzdálenost mezi nimi být vždy asi 1 až 2 kilometry.
Většina tunelů má po celé své délce v pravidelných rozestupech nouzová stanoviště, zpravidla vybavená nouzový telefonem i přenosnými hasicími přístroji (a občas i hadicemi), které mohou uživatelé tunelu použít při poruše vozidla či nehodě.
Stavební řešení a umístění těchto stanovišť jsou velmi různorodé, od prostých skříněk připevněných na stěně tunelu přes výklenky až po skutečné místnosti, které mohou, ale nemusí být odděleny od dopravní části tunelu dveřmi. Úkryty dovolují posádkám nepojízdných vozidel vzdálit se z vozovky a tak minimalizovat hrozbu sražení jedoucími vozidly.
Pro předcházení pocitům klaustrofobie se doporučuje používat pro uzavřená stanoviště dveře se skleněnými průhledy splňující odpovídající předpisy. Dobrou alternativou je i nepřítomnost dveří a zajištění možnosti bezproblémové rozmluvy použitím technologií pro potlačení hluku.
The Technická zpráva 2008R17: "lidský faktor bezpečnosti silničních tunelů s ohledem na uživatele" se věnuje lidskému faktoru s ohledem na projektování takových zařízení, která musí být snadno rozpoznatelná a jasně označená.
Vybavení dostupné na nouzových stanovištích je probráno v kapitole Zařízení & systémy.
Obr. 7.4-1: Příklad čerpadel a jímky ve střední části tunelu
Silniční tunely bývají vybaveny odvodňovacím systémem, který by měl být schopen odvést povrchovou vodu z portálů, podzemní vodu prostupující ostěním, vodu použitou na mytí zdí tunelu, kapaliny uniklé z cisteren a vodu použitou pro hašení požáru.
V tunelech, ve kterých je povolen provoz vozidel přepravujících nebezpečný náklad, je nejdůležitější odvádění zápalných a toxických tekutin. Odvodnění má za účel minimalizovat velikost kaluží, které by jinak vznikaly při únicích kapalin z cisteren. V případě rozlití hořlavých tekutin ovlivňuje systém odvodnění zásadním způsobem rozsah případného požáru.
Odvodňovací systémy se obvykle skládají z odvodňovacích kanálků, kanálů, potrubí, čerpacích jímek, odlučovačů oleje a řídicího systému pro sběr, skladování, separaci a odstraňování výtoku, který by se jinak hromadil na vozovce. Některé organizace využívají v zájmu maximálního odtokového účinku kanalizační stoky. Čerpadla a jímky se většinou stavějí u portálů nebo v nejnižších bodech tunelu.
Vliv vody na stavbu a provoz tunelu je rozebrán v oddíle Vliv vody.
Uvnitř tunelu či u jeho portálů se mohou nacházet i další níže popsaná zařízení.
Obr. 7.5.1-1 : Příklad nouzového stanoviště
Nouzová nebo hasičská stanoviště obsahují požární hydranty, hadice (občas) a speciální vybavení pro hasiče. Nacházejí se v pravidelných intervalech podél tunelu.
Mohou se kombinovat s nouzovými úkryty obsahujícími nouzový telefon a přenosné hasicí přístroje, popsané v oddíle Zálivy
Obr. 7.5.2-1 : Příklad technické místnosti
V mnoha tunelech se elektrické stanice a mechanická, elektrická, komunikační a kontrolní zařízení soustřeďují do technických místností, které se nacházejí v tunelu.
Uspořádání a rozměry technických místností určují stejná pravidla, jaká platí pro technické místnosti v budovách. Musí být např. zajištěn dostatek místa pro otvírání dveří skříní a volný přístup ke kontrolnímu panelu. Důležitý je i dostatečný prostor pro kabelová vedení i poloměry jejich zahnutí, což může být s ohledem na prostorová omezení při ražení tunelu požadavek náročnější než v případě nadzemních budov.
Nelze opomenout ani bezpečný přístup do technických místností. Údržbu těchto prostor je v některých případech možné provádět jen během uzavírky tunelu za účelem ražebních prací. V některých tunelech se stavějí poblíž technických místností zálivy na silnici, na nichž mohou vozidla údržby zastavit i bez nutnosti uzavření tunelu.
Mezi výjezdovým a vjezdovým portálem sousedících jednosměrných tubusů může docházet k recirkulaci vzduchu v závislosti na místních geometrických poměrech a směru větru. Stejný problém se vyskytuje i u výjezdového portálu a šachet pro nasávání čerstvého vzduchu u polopříčných větracích systémů.
V krátkých tunelech s dostatečným samovolným větráním nemusí tento jev působit komplikace, ale v delších tunelech by se měl zmíněný efekt omezovat. Podle aktuální situace je vhodné dělící stěnu prodloužit tak, aby dosahovala asi 20 až 40 metrů za portál. Další podrobnosti lze najít v oddílu IV.2.3 "Recirkulace" zprávy 1995 05.02.B "Emise, prostředí a větrání v silničních tunelech."
Pokud jsou tunely delší než jen několik set metrů, vyžadují specifické vybavení pro zvýšení bezpečnosti uživatelů jak v normálním provozu, tak v případě nehod.
V tunelech lze instalovat široké spektrum zařízení, která snižují pravděpodobnost nehod a omezují jejich případné následky, ale také mohou poskytovat odpovídající míru komfortu pro uživatele. Kapitola 7 zprávy 05.06.B "Snižování provozních nákladů silničních tunelů" se věnuje vybavení silničních tunelů a kapitola 3 zprávy 2008R15 "Městské silniční tunely" poskytuje detailní informace o návrhu a modernizaci takových zařízení.
Provoz zařízení instalovaných v tunelech vyžaduje dodávky značného množství elektřiny. Systémy napájení elektrickou energií (oddíl Napájecí soustava) musejí dodávat dostatek energie v běžných i krizových situacích. To znamená, že systém musí fungovat i v případě výpadků dodávek energie tak, aby byl zajištěn alespoň provoz zařízení zcela nepostradatelných. Stav těchto zařízen je také zapotřebí průběžně sledovat, za tímto účelem může být zaveden systém SCADA (oddíl SCADA).
První skupinou těchto zařízení jsou komunikační a poplašné systémy (oddíl Komunikační zařízení). Patří sem i systémy pro pravidelné kontroly situace v tunelu a pro informování operátora o možných nebezpečích či nehodách. Společně se systémy pro sledování a řízení dopravy (oddíl Dopravní systém) lze instalovat také detekční systémy. Ty zahrnují systémy automatické detekce nehod a systémy pro detekci kouře a/nebo ohně. Takové informace lze přijímat i od přímých účastníků provozu, kteří o nich informují pomocí poplašných tlačítek a nouzových telefonů. Posledně zmiňovaná zařízení dovolují i komunikaci mezi uživateli tunelu a řídícím personálem. Pro operátory je přínosné mít nejen dostatečné informace např. o místech výskytu a stavu osob v tunelu, ale také možnost předávat jim potřebné informace a instrukce. Tato skupina zařízení dále obsahuje výstražné systémy uvnitř tunelu a zařízení pro koordinaci zásahů. K tomu lze využít ampliony a vysílače na frekvencích FM rádií, používaných operátory a záchrannými složkami.
Aby bylo možno zaručit pohodlí uživatelů a snížit nebezpečí nehod, je důležité zajistit odpovídající viditelnost a snížit koncentraci zamoření. K tomu je nezbytný odpovídající systém osvětlení (oddíl Osvětlení) a větrání (oddíl Ventilace). Větrání je zásadní i pro případy nouzových podmínek, kdy ovlivňuje jak postup požáru, tak šíření kouře. V závislosti na dopravní situaci a délce tunelu může být větrání jen přirozené, čistě strojové, nebo kombinace přirozeného a strojového (t.j. přirozené v běžném provozu a strojové v nouzových podmínkách). Dalším prostředkem pro zvládání rizika je signalizace (oddíl Dopravní značení). Ta je důležitá nejen pro vyznačení možných překážek provozu či nebezpečí, ale i pro snazší nalezení nouzových východů, krizových tlačítek, požárních přístrojů apod.
Pro případ nehod jsou nezbytná zařízení pro likvidaci požárů. Patří k nim protipožární vybavení, které je v tunelu dostupné uživatelům a záchranným jednotkám (oddíl Požární zabezpečení), a fixní protipožární systémy (oddíl Pevná hasící azřízení), které se spouštějí samočinně. V takových situacích jsou důležité zábrany (oddíl Zábrany), které v době požáru zastaví vozidla přijíždějící ke vjezdům do tunelu.
Tuto kapitolu napsaly pracovní skupiny 1 a 4 Výboru C4 (2008-20110, v nichž:
Většina systémů a zařízení v tunelech vyžaduje napájení elektrickou energií. Proto je nutné instalovat v tunelech i napájecí systémy. Na ty jsou kladeny dva základní požadavky:
Energie, kterou je třeba do tunelu dodávat, vychází přímo z charakteru a množství v něm instalovaných zařízení. V závislosti na potřebném výkonu (kWh) může být elektrická energie dodávána ve formě nízkého nebo vysokého napětí.
Každá země má pro provoz tunelů a jejich specifických konstrukcí své vlastní normalizované požadavky na distribuční sítě, architektura sítí se tak může výrazně lišit mezi jednotlivými státy i v jinak podobných tunelech. Některé principy jsou však společné a stojí za zmínku, např.:
V silničních tunelech má životně důležitý význam vybavení pro bezpečnost uživatelů. Operátor tedy musí tato zařízení stále sledovat, aby vyhodnotil jejich stav (funkční, mimo provoz) a provozní mód (automatický, manuální, nebo vypnutý).
Mnohá zařízení mají samostatné řízení s využitím senzorů (osvětlení, větrání) podle stanovených prahových hodnot na vstupech. Jiná jsou zapínána a vypínána podle provozních podmínek. Je tedy vhodné, aby je operátor mohl ovládat dálkově (signalizace, proměnné dopravní značení, zábrany, větrání, osvětlení, čerpadla…).
Dále musí mít operátor u každého zařízení informace o délce provozního nasazení (počet hodin v provozu), neboť tato zařízení mohou mít velmi odlišný rozsah používání (stále, občas, nebo velmi zřídka).
Funkce sledování, samostatného řízení a archivace dat velmi často zajišťuje jediný systém - systém dispečerského řízení a získávání dat (SCADA).
Ve světě je používáno několik druhů systému SCADA a jejich výkonnost se neustále zlepšuje. Tyto systémy jsou v různých tunelech málokdy zcela identické, a to i v tunelech obdobných vlastností nebo dokonce provozovaných stejným správcem. Nicméně jejich architektura vychází z určitých pravidel, která jsou poměrně rozšířená:
Komunikace personálu provozovatele s uživateli je velmi důležitá. Je žádoucí, aby tato komunikace mohla probíhat oběma směry - od operátora k uživateli i od uživatele k operátorovi. Tato výměna informací by měla být uskutečnitelná ve všech provozních situacích: běžných, zhoršených i kritických.
Komunikační funkci (poplach je považován za zvláštní formu komunikace) může zajišťovat několik typů zařízení, jejichž funkčnost se liší: některá umožňují přenos informací od uživatelů k operátorovi (poplašná tlačítka, automatické alarmy v určitých evakuačních systémech...), jiná přenos od operátora k uživatelům (zprávy vysílané na rádiových frekvencích, amplióny). Pouze jeden typ dovoluje obousměrnou komunikaci (nouzové telefony).
Nouzové telefony dovolují uživateli - oběti nehody v tunelu - kontaktovat řídicí ústřednu, která tunel dozoruje. Kromě zprostředkování hlasového spojení tak použití nouzového telefonu zároveň udává i přesnou polohu uživatele.
Tyto nouzové telefony se stavějí v pravidelných intervalech ve skříních nebo v různých typech nouzových stanovišť. Vzdálenost mezi dvěma nouzovými telefony je zpravidla stanovena v místních předpisech, a proto se v jednotlivých zemích liší.
Struktura tohoto zařízení je poměrně jednoduchá. Nouzové telefony jsou napojeny na ústředny, které hovor přijmou. Tato ústředna je obvykle v řídicí ústředně tunelu, někdy v prostorách policejní stanice, v jejíž působnosti se tunel nachází.
Poplašná tlačítka dovolují uživateli vyslat poplašný signál do řídicí ústředny. Jde o poměrně levné zařízení, a tak ho lze instalovat v menších rozestupech.
Zařízení není používané příliš často - do určité míry sice nahrazuje nouzový telefon, ale na rozdíl od něj nedovoluje obousměrnou komunikaci s řídicí ústřednou.
Jak bylo řečeno výše, uživatel má přímo v tunelu k dispozici několik zařízení pro případ nouze: nouzové telefony, občas poplašná tlačítka, může také použít hasicí přístroje a ve většině tunelů i únikové východy.
Aby mohl operátor vhodně zareagovat, je nutné ho o použití některého z těchto zařízení uživatelem informovat s co nejmenším zpožděním. Nebývá to těžké v případě nouzového telefonu a tlačítek, neboť tato zařízení jsou většinou napojena přímo na ústřednu. Pokud nouzové telefony vedou jinam než řídicí ústřednu, je třeba stanovit postupy u adresáta hovoru, který musí bezodkladně informovat ústřednu.
Hasicí přístroje a únikové východy bývají zpravidla vybaveny senzory, které zaznamenají změnu stavu a informují řídicí ústřednu prostřednictvím SCADA systému. Operátor je tak informován o tom, že uživatel v tunelu žádá o pomoc.
U hasicích přístrojů je zaznamenanou změnou zpravidla sejmutí přístroje z jeho držáku nebo otevření dveří nouzového stanoviště. U nouzových východů se zaznamená otevření jejich dveří, přítomnost osoby ve východu, nebo obojí.
Je-li tunel vybaven systémem videosledování (viz oddíl Dopravní systém), zobrazují se záběry z tunelu a jeho okolí na monitorech v řídicí ústředně. Je obtížné sledovat současně větší počet obrazovek, má-li operátor věnovat všem obrazovkám dostatečnou pozornost po celou několikahodinovou službu.
Pro snížení této náročnosti se zavádějí systémy automatické detekce nehod. V některých zemích jsou pro určité tunely taková zařízení dokonce povinná.
Automatická detekce nehod (AID) běžně vychází z počítačové analýzy záběrů z videokamer sledujících tunel. K dispozici je řada algoritmů, které jsou schopny rozeznat průvodní signály nehod:
Závažnější požáry vozidel zpravidla následují až po zastavení dopravy (tj. po nehodě), lze tedy očekávat, že poplach typu "zastavené vozidlo" z AID systému bude předcházet poplachům spuštěným jinými systémy, jako jsou detektory teploty a kouře. Včasné varování z AID dovoluje operátorovi ověřit místo a charakter situace a zvolit účinný další postup. Ten může zahrnovat vhodnou volbu režimu větrání, prevenci dalších nehod pomocí provozních opatření, rychlé informování motoristů blížících se k místu nehody... Také umožňuje zavolat záchranné složky, uzavřít další přístupy k místu nehody, informovat pomocí proměnných dopravních tabulí či rádia, zavolat odtahovou službu, vyzvat k opuštění tunelu atd.
Systémy detekce kouře videem jsou popsány v oddílu 6.3.3 "V současnosti používané metody" zprávy 05.16.B 2006.
Systémy AID na bázi videa poskytují v reálném čase dopravní informace o intenzitě či rychlosti provozu. Mohou ukládat záznam z místa vzniku nehody a spolupracovat s dalšími systémy, např. SCADA. Videosystémy AID běžně zahrnují kamery, systém pro zpracování záběrů, který analyzuje data z jedné nebo více kamer, a kódovače a dekódovače IP videa pro přenos obrazu na monitor. Dále obsahují systém správy videa, který se skládá z jednoho či dvou redundantních serverů pro video, a další služby (nahrávání videa a AID incidentů, sběr a průběžné ukládání dopravních dat a situací, komunikace se systémem SCADA), síťové vybavení a komunikační linky (optické kabely, koaxiální a nestíněné kroucené dvojlinky).
Návrh systému AID v tunelech by měl brát v potaz následující skutečnosti:
Článek "Systémy zjišťování požáru v silničních tunelech - ponaučení z mezinárodního výzkumného projektu" v časopise Routes/Roads (2009) došel k závěru, že "pro předcházení překážkám v záznamu doporučuje většina výrobců detektorů s polem viditelnosti, aby byly oblasti snímány dvěma detektory z různých úhlů, například v obou směrech v tunelech." Větší počet kamer může být vyžadován i kvůli redundanci, kdyby některá přestala fungovat. Zpravidla se oblasti záběru kamer záměrně překrývají, takže výpadek jedné kamery může být nahrazen záběry ze sousedních kamer.
Sekce IV.2.1. "Zařízení pro detekci dopravních nehod" zprávy 05.15.B 2004 navrhuje rozestupy mezi kamerami v rozsahu 30 až 150 metrů, mají-li být využitelné pro automatickou detekci nehod.
Výkonnost systému AID závisí do značné míry na správném zadání a kalibraci před nasazením do provozu. Podle získaných zkušeností mohou pečlivá příprava a kalibrace trvat i několik měsíců.
Detektory ohně a kouře jsou jednou ze základních částí kontrolního okruhu tvořeného senzory, zařízeními spouštějícími poplach, přenosovými kabely, evakuačními prvky atd. Tento okruh se často souhrnně označuje jako požární poplašný systém.
Požární a kouřové poplašné systémy v silničních tunelech mají za úkol co nejdříve zaregistrovat oheň a přítomnost kouře, aby se mohly neprodleně aktivovat bezpečnostní vybavení a postupy. Jejich hlavním účelem by mělo být:
Běžně vychází principy detekce ohně ze sledování parametrů s ohněm souvisejících, tedy teploty, kouře, záření a tvorby typických chemických sloučenin. Senzory pro detekci ohně tudíž lze klasifikovat jako:
Každý z těchto detektorů má svou oblast použití určenou reakční dobou, robustností, spolehlivostí atd.
V poslední době se videosystémy AID osvědčily jako velmi efektivní a rychlé detektory požáru. Ve skutečnosti zaznamenávají každý předmět či vozidlo, které se nechová tak, jak se v normální dopravní situaci očekává. Kamery se mohou automaticky natočit tak, aby co nejlépe zabíraly problémové místo, a tak operátorovi umožňují zachytit už samotný počátek požáru.
Systémy detekce ohně a kouře jsou popsány v oddílu 6.3 "Detekce ohně" zprávy 2006 05.16.
Obecně lze od požárních detektorů v silničních tunelech požadovat, aby odolávaly následujícím podmínkám: rychlosti proudění vzduchu až 10 m/s, snížené viditelnosti v důsledku výskytu výfukových plynů z naftových motorů, od ojetých pneumatik a povrchu vozovky, zvýšené a krátkodobě kolísající koncentraci zplodin (oxid uhelnatý (CO), oxid uhličitý (CO2), oxidy dusíku a uhlovodíky), proměnlivé intenzitě osvětlení reflektory vozidel, teplu z motorů a horkých výfukových plynů, elektromagnetické interferenci a smíšenému dopravnímu proudu (osobní auta, dodávky, nákladní vozidla, autobusy, cisterny...), který vede k různému stupni zakrytí detektorů v profilu tunelu.
Je třeba co nejnaléhavěji zdůraznit důležitost vysoce bezporuchového provozu a schopnosti co nejpřesnější lokalizace požáru. Doporučuje se, aby systémy detekce ohně měly určitou úroveň inteligence pro předcházení falešným poplachům, které jednak vyžadují nákladnou nápravu, ale zejména mohou tlumit pozornost, kterou operátoři ústředny poplachům věnují.
Dále je velmi důležité, aby měla instalace požární detekce/ výstrahy rozumnou cenu, nízké provozní náklady a jednoduchou údržbu - viz oddíl 6.3 "Detekce ohně" zprávy 2006 05.16.B.
V národních a mezinárodních předpisech a normách jsou stanoveny následující parametry automatických detektorů ohně: maximální doba pro detekci ohně, přesnost určení místa požáru, minimální detekovatelný rozsah ohně, schválený způsob detekce, místa pro shromažďování osob při požárním poplachu, podrobnosti o tom, jaké tunely musejí být automatickými detektory vybaveny (např. délka tunelu, přítomnost strojového větrání, tunely bez permanentního dohledu z řídicího centra, krátké tunely s obzvlášť vysokými dopravními proudy).
Podrobný seznam referenčních dokumentů je součástí kódů a lze ho najít i v Sekci 10 "Zdroje a odkazy" zprávy 2006 05.16.B.
Účinnost detekce požáru závisí nejen na typu zařízení (teplota, pohlcování světelných paprsků, ionizace atd.), ale i na použité detekční strategii, která zahrnuje například množství senzorů a míru jejich sledování v tunelu.
Automatická detekce nehod, analýza videí s využitím AID systémů, sledování průmyslovou televizí (CCTV), vybavení hasicími přístroji, jejichž sejmutím se aktivuje požární poplach, ale i nouzové telefony - to všechno jsou účinné způsoby vyvolání poplachu.
Mnoho používaných detektorů funguje na základě detekce tepla a rychlosti nárůstu teploty. Pokud jsou dobře kalibrovány, vykazují tyto systémy nízkou míru falešných poplachů, ale mají poměrně dlouhou reakční dobu. Detektory aktivované výskytem kouře mají rychlejší spuštění poplachu, ale vykazují i více falešných poplachů, neboť jsou ovlivněny výfukovými plyny z naftových vozidel: viz Sekce VI.3.1 "Detekce ohně" zprávy 05.05.B 1999.
Článek "Systémy zjišťování požáru v silničních tunelech - ponaučení z mezinárodního výzkumného projektu" v časopise Routes/Roads (2009) je věnován metodám detekce ohně a kouře v silničních tunelech, jako jsou lineární detekce tepla, optická detekce plamenů, videodetekce, bodová detekce tepla a detekce kouře systémem vzorkování vzduchu. Dochází k závěru, že systém vzorkování vzduchu má celkově vzato dobrou účinnost díky příznivým hodnotám reakčního času a schopnosti přesně lokalizovat a sledovat požár a jeho dopady na silniční prostředí. Informace z této práce lze použít pro určení nejvhodnější technologie detekce požáru v tunelu.
Tunely jsou stísněné a uzavřené prostory, které často znemožňují šíření radiových vln přicházejících z vysílačů vně tunelu. Pro opětovné nastartování takového šíření těchto vln je nutné instalovat zařízení, které dovoluje opakovat vysílání na potřebných frekvencích. Takto lze převysílat několik typů služeb:
Bylo by možné vysílat frekvence obrovské řady služeb, brání tomu ale vysoké náklady a obtížná realizace. Zpravidla se lze v tunelu naladit na frekvence používané záchrannými složkami, frekvence provozovatele tunelu, několik rozhlasových frekvencí FM i DAB a frekvence mobilních operátorů.
Pokud dochází k opakovanému vysílaní jedné či více radiových frekvencí, instaluje se zařízení, které umožňuje vkládání předem nahraných zpráv. V případě potřeby se přeruší rozhlasové vysílání a uživatelům se přehrají zprávy týkající se provozu v tunelu, zpravidla pokyny od správce tunelu.
Opakovače hlášení instalované v tunelech se skládají z:
Není mnoho zařízení, která dovolují přímo oslovit uživatel kvůli poskytování informací nebo ho vyzvat k nějakému konkrétnímu způsobu chování. Za tímto účelem jsou některé tunely vybaveny ampliony (hlásiči). V praxi mohou mít ampliony podle způsobu použití několik různých funkcí, zmínku si zaslouží zejména tyto:
Tento typ zařízení se však v současnosti příliš nepoužívá. Jeho využití se zvažuje v jednotlivých případech, často se hodí jen pro specifické podmínky (tunely s velmi vysokou hustotou dopravy nebo délkou apod.).
Ve většině tunelů nestačí pronikající přirozené denní světlo zajistit uživateli dostatečnou viditelnost. Je tedy nutné instalovat umělé osvětlení, které uživatelům poskytne dostatečnou viditelnost a pohodlí.
Stran funkčnosti musí instalované osvětlení zajistit:
Osvětlení by mělo být projektováno s ohledem na řadu kritérií, zejména těch, která souvisejí
Jsou možné různé typy instalací; nejčastější jsou symetrické osvětlení a osvětlení proti proudu. V závislosti na vlastnostech tunelu a stanovených cílech se osvětlení může budovat v jedné nebo více liniích, nad vozovkou, na horním okraji zdí tunelu...
Větrání má v tunelu dvě funkce:
Původně bylo prvotním cílem instalace větrání do tunelů snížení koncentrace zplodin. I když jednotková produkce emisí vozidly v posledních desetiletích výrazně poklesla, tato funkce je stále důležitá a musí se zohlednit při projektování tunelu.V některých případech může být přirozené větrání vyvolané pístovým efektem jedoucích vozidel dostačující pro zajištění požadovaných standardů kvality ovzduší. Potřeba strojového větrání se posuzuje s ohledem na délku tunelu a typ dopravního využití (jednosměrný, obousměrný): viz Technická zpráva 2004 05.14.B : Silniční tunely: Emise vozidel a potřeba vzduchu pro větrání. Tato zpráva bude v blízké budoucnosti nahrazena novou zprávou.
Tytéž faktory ovlivňují potřebu větrání v nouzových situacích, zejména při požáru. V úvahu by se měla vzít i přítomnost dalších vybavení a zařízení, jako jsou například únikové východy. V některých případech může dostačovat přirozené větrání, ale strojové větrání se často vyžaduje pro tunely delší než několik set metrů.
V tunelu se mohou uplatnit různé strategie větrání. Volba té nejvhodnější zpravidla vychází hlavně z požadavků protipožární bezpečnosti, použití systému v běžném provozu se tomu přizpůsobí: viz Kapitola V "Větrání pro řízení ohně a kouře" zprávy 05.05.B 1999.
Podélná strategie spočívá ve vyvolání podélného proudění vzduchu v tunelu, snahou je tlačit kouř z hořících vozidel na jednu stranu požáru. Nacházejí-li se na této straně uživatelé, mohou být vystaveni toxickým plynům a snížení viditelnosti, takže v tunelech s obousměrným provozem nebo kongescemi vyžaduje tato strategie velkou opatrnost. Minimální rychlost proudění potřebná pro úspěšné usměrnění kouře závisí na rozsahu návrhového požáru a geometrii tunelu (sklon, průřez).
Příčná strategie využívá toho, že má kouř sklon hromadit se v horní části prostor tunelu, odkud může být mechanicky odváděn. Systém je navržen tak, aby zachovával vrstvu čerstvého vzduchu (s dobrou viditelností a nízkou toxicitou) ve spodní části průřezu, což umožňuje neasistované opuštění tunelu. Je tedy důležité zachovávat podélné proudění v oblasti požáru co nejníže, aby se předešlo rozptylování vrstev vzduchu a nadměrnému podélnému šíření kouře. Tato strategie se dá využít v každém tunelu, ale projekt, výstavba i provoz jsou náročnější a dražší.
Proces projektování větrání zahrnuje výpočet minimální přijatelné kapacity systému s ohledem na tah a rychlost proudění, návrh větrací sítě a výběr odpovídajících větracích zařízení Kapitola 4 zprávy 2006 05.16.B : "Větrání" a jeho přílohy 12.3 "Postup výpočtů náporových větráků", 12.4. "Zvlhčovače dýmu" and 12.6. "Zvukový dopad náporového větrání". Větrací zařízení by mělo splňovat řadu nařízení, včetně odolnosti proti ohni a zvukové parametry.
Návrh odpovídajících scénářů regulace větrání pro každou možnou situaci při požáru je velmi důležitou částí procesu: viz Technická zpráva 2011 R02 : Silniční tunely: Provozní strategie větrání. Tyto scénáře mohou být jednoduché, zejména v případě podélné strategie, nebo zahrnovat velké množství měřících a větracích prvků v komplexních tunelech s příčným větráním. Optimalizace řízení větrání v zájmu kvality vzduchu během normálního provozu může výrazně snížit spotřebu energie; to je důležité, neboť spotřeba energie představuje značnou část provozních nákladů tunelu
Interakce navrhovaného větracího systému a ostatních složek tunelu probíhá na mnoha místech a mnoha způsoby. Například u příčného větrání může požadovaná rychlost proudění vzduchu ovlivnit rozsah výkopů, což se může výrazně projevit na stavebních nákladech. Větrání se také významně podílí na energetických nárocích tunelu. Je také úzce provázané s jinými bezpečnostními prvky, například s detekcí ohně a s hasicími systémy: viz Kapitola 5 "Pevné hasicí systémy v kontextu bezpečnosti silničních tunelů" zprávy 2008 R07.
S větráním souvisejí i dopady na životní prostředí. Kromě spotřeby energie a uhlíkové stopy jde například o lokální vypouštění vzduchu s vysokou koncentrací zplodin v okolí portálů tunelu a větracích šachet. Omezování jejich dopadu na okolí tunelu tvoří velkou část projektu zaměřenou na životní prostředí: viz oddíl 4.3. "Techniky rozptylu vzduchu v tunelech, oddíl 4.6. "Provozní aspekty" a Dodatek D. "Přehled modelování rozptylu při návrhu větracích systému" zprávy 2008 R04.
Závěrem stojí za zmínku, že větrání vyžadují i jiné části tunelu než jen hlavní dopravní prostor - zejména se to týká únikových východů: viz oddíl 5.3. "Projektování únikových cest" zprávy 05.16.B 2006.
Hlavním účelem hasicích zařízení v tunelu je poskytnout uživatelům k hašení požárů v tunelech prostředky s minimálními dopady na uživatele, zasahující záchranáře a konstrukci tunelu.
Silniční světová asociace (PIARC) se systémům pro hašení požárů v silničních tunelech věnovala v nesčetných publikacích. Hlavní publikace jsou dvě: Technická zpráva 05.05.B 1999 "Regulace ohně a kouře v silničních tunelech a Technická zpráva 05.16.B 2007 "Systémy a zařízení pro regulaci ohně a kouře v silničních tunelech." Navíc byla tato problematika řešena v řadě Zpráv výboru na Světových silničních kongresech, jmenovitě těch pořádaných ve Vídni (1979), Sydney (1983), Bruselu (1987), a v Marrakeshi (2001).
Systémy zásadního významu umožňující boj s požárem v tunelu zahrnují: detekci, poplach, radiové komunikace, nouzové telefony, průmyslovou televizi, ampliony, zásobování vodou a její rozvod, pevné hasicí systémy, přenosné hasicí přístroje a nouzové větrání. Tyto systémy se musejí plánovat, vyhodnocovat, projektovat a instalovat pečlivým, integrovaným způsobem, aby se zajistila jejich plná kompatibilita a aby protipožární bezpečnost nebyla kompromisem nebo nekoncepčně přemrštěnou investicí.
Mnohé z prvků hasicích systémů byly rozebrány v jiných kapitolách manuálu. Systémy popsané v jiných částech zahrnují detekci (Detekce ohně a kouře: účel detekce ohně a kouře oddíl Komunikační zařízení), pevné hasicí systémy (oddíl Pevná hasící azřízení), požární poplach (oddíl Komunikační zařízení), nouzové telefony (oddíl Komunikační zařízení), průmyslovou televizi (oddíl SCADA), ampliony (oddíl Komunikační zařízení), radiové komunikace (oddíl Komunikační zařízení), nouzové větrání (oddíl Ventilace).
Systémy popisované v této části se vztahují k zařízením poskytovaným uživatelům, provoznímu personálu tunelu a záchranářům pro hašení v silničních tunelech. Zahrnují systémy určené k dodávkám vody prostřednictvím požárních vodovodů (stoupací potrubí) a hydrantů (hadicové přípojky) a dále instalaci přenosných hasicích přístrojů v tunelu.
Systém zásobování vodou, včetně hlavního vodovodního řadu, požárních vodovodů nebo stoupacích potrubí, je nezbytný pro dodávky vody pro protipožární systém tunelu (prostřednictvím hydrantů či přípojek pro hadice) a případně pro dodávky vody pro pevný hasicí systém (oddíl Pevná hasící azřízení) je-li tento v tunelu instalován (viz oddíl VI.3.3 "Zdroje vody" zprávy 05.05.B 1999).Zdrojem vody může být vodovodní řad nebo nádrž. Požadovaný tlak v systému musí souhlasit s požadavky zasahujících hasičských jednotek.
Požární hydranty (přípojky hadic) jsou v tunelu nezbytně nutné, aby hasičským jednotkám poskytly možnost připojení hadic a tedy přístup ke zdroji vody. Hydranty by měly být v tunelu instalovány v pravidelných vzdálenostech (viz oddíl VI.3.3 "Zdroje vody" zprávy 05.05.B 1999). Přípojky hydrantů musí být kompatibilní s vybavením místních hasičských jednotek.
Přenosné hasicí přístroje se v silničních tunelech rozmisťují v pravidelných intervalech, aby dovolily řidičům a provoznímu personálu bojovat s požáry menšího rozsahu před příjezdem hasičů ( viz oddíl VI.3.2 "Hasicí přístroje" zprávy 05.05.B 1999).
V některých státech se v tunelech instalují i kotouče s hasicími hadicemi - nejde ale o světový trend, jelikož v jiných státech si hasičské jednotky vozí při každém zásahu své vlastní hadice (viz oddíl VI.3.3 "Zdroje vody" zprávy 05.05.B 1999 ).
Technická zpráva 2008 R07 "Silniční tunely: Posouzení pevných hasicích systémů" shrnuje názory Světové silniční asociace na pevné hasicí systémy (PHS / FFFS), její doporučení ohledně využitelnosti, výběru a provozu takových systémů.
U rychle se šířících požárů může kouř omezovat schopnost uživatelů opustit tunel bez pomoci, rychle stoupající teploty mohou zcela vyloučit pobyt osob v tunelu a zničit bezpečnostní systémy. PHS má potenciál omezit rychlost šíření a růstu intenzity ohně, čímž zvyšuje bezpečnost motoristů a záchranářů během neasistované i asistované fáze záchrany před ohněm. Dalšími možnými výhodami PHS je ochrana zařízení tunelu před zničením požárem a omezení důsledků přerušeného provozu tunelu pro dopravní síť, ke kterému může dojít během oprav škod způsobených požárem.
Pokud není instalace PHS vyžadována místními předpisy pro projektování tunelů, doporučuje se pro posouzení, zda by se měl takový systém instalovat, provést následující kroky:
PHS musí být zvážena v kontextu jiných kritických bezpečnostních systémů, jako jsou například větrání. Rychlá a přesná detekce událostí a reakce PHS jsou zásadními prvky, které mohou zajistit nejvyšší možnou účinnost PHS. Provozní účinnost PHS se posuzuje metodami systémového inženýrství, a to včetně odpovídajících režimů pro údržbu, testování a výcvik. Je nutné pečlivě zvážit také dopady takovéhoto systému na provozní postupy a rozpočet údržby.
Systémy kropení vodou jsou zdaleka nejrozšířenějším typem PHS používaným v současnosti v tunelech. K dispozici jsou nízkotlaké i vysokotlaké systémy, vysokotlaké vytvářejí kapky menší velikosti. V tunelech lze použít i další systémy využívající vodu, včetně pěnových systémů. Výběr odpovídajícího PHS by měl vycházet z analýzy nákladů a přínosů.
Ačkoliv jsou v některých zemích PHS používány běžně, v celosvětovém měřítku jsou v silničních tunelech spíš výjimkou než pravidlem. Tyto systémy sice mohou snížit rychlost šíření a růstu intenzity požáru, ale také vyžadují, má-li být zajištěno jejich optimální fungování, vyšší stupeň údržby a provozního dohledu.
V tunelech s vysokými intenzitami dopravy jsou často instalovány systémy sledování dopravy. Zpravidla se používá videosledování, občas doplněné o čítače dopravy. Videosledování dovoluje operátorovi sledovat v ústředně situaci v tunelu v reálném čase. V případě zhoršených dopravních podmínek je možné sledovat oblast incidentu a rychle posoudit potřebná opatření.
Videosledování je tak pro operátora velmi cenným nástrojem, neboť mu dovoluje nejen průběžně sledovat mimořádné události v tunelu, ale také v případě potřeby rychle reagovat. Má-li však být videosledování využito naplno, je nutná pokud možno neustálá přítomnost operátora - člověka - v ústředně.
Vlastní koncepce videosledování je poměrně prostá. Kamery jsou v tunelu rozmístěny v pravidelných intervalech, aby bylo zajištěno pokrytí celého tunelu a okolí. Obrazový materiál se sdružuje do skupin a odešle se do řídicí ústředny tunelu přes síť, která může, ale nemusí, být vyhrazená. Tam se obrázky přijmou a zobrazí na monitorech.
Svislé dopravní značení je jedním z prostředků komunikace provozovatele tunelu s uživateli.
V tunelu se používá stejný typ dopravního značení jako u komunikace dané třídy na povrchu:
Různé bezpečnostní prvky dostupné v tunelu uživatelům (nouzové telefony, hasicí přístroje, únikové východy…) vyžadují také odpovídající dopravní značení.
Základním problémem dopravních značek v tunelu je jejich umístění. Při projektování se geometrie průřezu podzemního tunelu optimalizuje a případné rozšíření průřezu doprovází značné navýšení nákladů. V praxi se tak musejí hledat kompromisy mezi dobrou viditelností značek (tj. dostatečně velkými panely) a prostorem, který je k dispozici.
Pokud v tunelu dojde k závažné události (nehoda, požár, atd.), musí být možné co nejdříve bránit dalším uživatelům ve vjezdu do tunelu. Zařízení pro efektivní a rychlé zabránění vjezdu do tunelu chrání uživatele, kteří jsou zatím vně tunelu, před tím, aby se dostali do potenciálně nebezpečné situace, a také pomáhá předcházet dalším nehodám v podzemí.
Zkušenosti z mnoha zemí ukazují, že uzavření tunelu jen prostřednictvím červeného světla před tunelem, není příliš účinné. Signál vyzývající k zastavení se tedy často kombinuje se zábranami a proměnnými informačními tabulemi, které uživatele informují o příčině uzavření.
Zařízení pro uzavření tunelu lze aktivovat buď z řídicí ústředny, nebo automaticky v tunelech, které nejsou nepřetržitě sledovány.
Zařízení k uzavření tunelu není určeno pro použití jen v krizových situacích, ale lze ho využít i jindy, zejména při plánovaných uzávěrech kvůli údržbářským zásahům.
Materiály používané v konstrukci i vybavení tunelu by neměly být hořlavé, ani by neměly v případě požáru v tunelu uvolňovat větší množství toxického kouře. Navíc je v takovém případě nutné, aby se struktura nezhroutila, zatímco jsou uživatelé nebo členové záchranářských týmů ještě v tunelu, a hlavní bezpečnostní prvky musejí fungovat alespoň do doby dokončení evakuace či hasičského zásahu.
Tyto základní požadavky závisejí na reakci použitých materiálů na oheň a na protipožární odolnosti konstrukce a vybavení:
Tuto kapitolu sepsal Robin Hall a Pracovní skupina 4 výboru C4 (2008-2011), kde:
Materiály použité na stavbu tunelů musejí vykazovat odpovídající odolnost vůči ohni, aby byla zajištěna jejich soudržnost během evakuace a hašení požáru.
Oddíl VII.3 "Reakce materiálů na oheň" technické zprávy 05.05.B "Kontrola ohně a kouře v tunelech" rozebírá vlastnosti materiálů ve vztahu k ohni s doporučením, aby požadované specifikace materiálů obsahovaly i požadavky na jejich chování v případě ohně. Žádoucími vlastnostmi jsou:
Při požáru nelze zcela předejít tvorbě plynů, ale rizika lze snižovat vhodnou volbou materiálů a návrhem bezpečnostních opatření, jako jsou např. únikové cesty. Cílem těchto opatření je omezit rozsah požáru. Pozornost by měla být také věnována vlastnostem povrchů stěn, včetně dlaždic a nátěrů, odvodnění či osvětlovacích prvků. Nároky na ně kladené by měly zahrnovat i požadavky na jejich chování v ohni.
Měla by být zvážena i možnost, že materiály mohou při vznícení uvolňovat i sloučeniny působící korozi nebo toxické látky, které mohou narušit betonové povrchy. To se vztahuje i na všechny případné nátěry. V případě polypropylenových vláken použitých za účelem snížení rizika drolení je třeba posoudit výdrž betonu po každém větším vystavení ohni. V místech roztavení vláken dochází ke zvýšení porozity, což snižuje odolnost proti karbonizaci a působení sloučenin chlóru.
Povrch vozovky může být tvořen cementovým betonem nebo asfaltem. Článek "Vliv vozovky na požáry v silničních tunelech" v časopise Routes/Roads rozebírá vlastnosti těchto materiálů z hlediska požární bezpečnosti. Jediný beton, který není vznětlivý a nepředstavuje tedy riziko při požárech v tunelech, je beton cementový. Studie a zkušenost ze skutečných požárů nicméně ukazují, že ve chvílích, kdy je ohrožena bezpečnost uživatelů, asfalt nijak zásadně nepřispívá ke zvýšení rozsahu požáru (tj. rychlosti produkce tepla ani celkového rozsahu hořící oblasti). Použití nekrytého asfaltu v tunelech se nedoporučuje, neboť by se rozlité palivo mohlo dostat pod povrch
Protipožární odolnost konstrukce lze charakterizovat jako čas mezi počátkem požáru a okamžikem, kdy už konstrukce dále nemůže plnit svou původní funkci, ať už pro zhroucení nebo deformaci nad únosnou míru.
Kapitola 7 "Návrhová kriteria protipožární odolnosti konstrukce" technické zprávy 2007 05.16.B
"Systémy a vybavení pro kontrolu ohně a kouře v silničních tunelech" shrnuje účely protipožární odolnosti následovně:
Dodatečným účelem může být omezení doby, po kterou je narušena doprava během oprav tunelu po požáru.
Přehled k tématu je k dispozici v kapitole VII.4 "Protipožární odolnost konstrukce" technické zprávy 1999 05.05.B "Kontrola ohně a kouře v tunelech ".
Protipožární odolnost konstrukce je znázorněna jako křivky vztahu čas-teplo. Obrázek 9.2-1 ukazuje křivku ISO 834, nizozemskou RWS křivku, německou ZTV křivku a francouzskou "navýšenou" uhlovodíkovou křivku HCinc, v níž jsou teploty navýšeny koeficientem 1300/1100 ze základní uhlovodíkové křivky podle Eurokódu 1, část 2-2.
Obr. 9.2-1: Křivky vztahu teplota ku času pro standardy ISO, HCinc, ZTV a RWS (zdroj: Routes/Roads číslo 324)
Návrhová kritéria pro protipožární odolnost v tunelech byla společně schválena Světovou silniční asociací (World Road Association, PIARC) a Mezinárodní asociací pro tunely (International Tunnelling Association), byla prezentována v článku "PIARC Návrhová kriteria protipožární odolnosti konstrukce silničních tunelů" (2004),časopisu Routes/Roads, a dále publikována jako doporučení PIARC v Kapitole 7 "Návrhová kriteria protipožární odolnosti konstrukce" technické zprávy 2007 05.16.B. Shrnutí těchto návrhů je uvedeno v tabulce 9.2-2.
| Traffic Type | Main Structure | Secondary Structures (4) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Immersed or Under/Inside Superstructure |
Tunnel in Unstable Ground | Tunnel in Stable Ground | Cut & Cover | Air Ducts (5) | Emergency Exits to Open Air |
Emergency Exits to Other Tube |
Shelters (6) | |
| Cars Vans |
ISO 60 min |
ISO 60 min |
See note (2) | See note (2) | ISO 60 min |
ISO 30 min |
ISO 60 min |
ISO 60 min |
| Lorries Tankers |
RWS/HCinc 120 min (1) |
RWS/HCinc 120 min (1) |
See note (3) | See note (3) | ISO 120 min |
ISO 30 min |
RWS/HCinc 120 min |
RWS/HCinc 120 min (7) |
Poznámky
(1) 180 minut může být vyžadováno pro velmi vysoké intenzity nákladních vozidel přepravujících hořlavé náklady.
(2) Bezpečnost není kritériem a nevyžaduje protipožární odolnost (jinou než jako prevenci progresivního zhroucení). Zohlednění dalších cílů může vést k následujícím závěrům:
(3) Bezpečnost není kritériem a nevyžaduje protipožární odolnost (jinou než jako prevenci progresivního zhroucení). Zohlednění dalších cílů může vést k následujícím závěrům:
(4) Další pomocné konstrukce: stanovují se s ohledem na konkrétní projekt.
(5)V případě příčného větrání.
(6) Kryty by měly být spojeny s venkovním ovzduším.
(7) Delší doba by se měla uvažovat v případě silných intenzit provozu nákladních vozidel s hořlavým nákladem a pokud není možná evakuace z krytů do 120 minut.
Následky potenciálního selhání ovlivní požadavky na protipožární odolnost - zde záleží na typu tunelu. V zanořeném tunelu může vést zhroucení části tunelu k zaplavení celého tunelu, naopak i u hloubeného tunelu bude mít místní zhroucení jen velmi omezené dopady. Základním požadavkem je prevence postupného progresivního zhroucení tunelu a zajištěné zachování zásadních podélných systémů (elektrické vedení či komunikační kabely).
Různá opatření protipožární ochrany se týkají materiálů používaných na konstrukci tunelů .Kapitola VII.3 "reakce materiálů na oheň" zprávy 1999 05.05.B "Kontrola ohně a kouře v tunelech " rozebírá vlastnosti kameninových obložení tunelu oproti zpevněnému betonu. Intenzívní teplo může při větších požárech vést u zpevněného betonu ke ztrátě nosné funkce. Izolační vrstva odolná vůči požárům může být nanesena v zájmu prevence rychlého poškození konstrukce. Je nutné hodnotit protipožární odolnost celé konstrukce (typ a hloubka zpevnění/předpětí, dodatečné ochrany atd.).
Štěpení betonu je způsobeno rozdíly v teplotě a rozpínání. Znamená tak nebezpečí pro zpevnění, které je spíše vystaveno vysokým teplotám. To zpravidla nepředstavuje hrozbu při evakuaci osob, ale pro hasiče už může představovat reálné nebezpečí. Štěpení betonu a související rizika lze různými způsoby protipožární ochrany snižovat, ale zcela eliminovat je nelze nikdy kvůli možnosti velmi vysokých teplot.
Je nutné dbát na protipožární odolnost ventilačního systému, aby jeho návrhový výkon nebyl ohrožen selháním. Proto je nutné vyhodnotit dopady místního zhroucení potrubí při požáru.
Únikové cesty se používají jen během první fáze požáru, kdy slouží k úniku osob uvězněných v tunelu. Je nutné, aby tyto cesty byly použitelné alespoň po dobu 30 minut. V případech, kdy jsou tyto cesty také určeny k zásahu záchranných složek, musí být tato doba pochopitelně delší.
Aby se předešlo šíření požáru do druhého tubusu nebo do únikových cest, musí bezpečnostní dveře, výklenky a další vybavení mezi tubusy vydržet po určitou dobu funkční. Únikové dveře jako celek včetně okolní konstrukce musí ohni odolávat alespoň 30 minut. Na dveře mezi dopravními tubusy jsou kladeny podstatně větší požadavky na odolnost, například na 1 či 2 hodiny.
S ohledem na odolnost vůči vysokým teplotám lze vybavení tunelu a kabely hodnotit rámcově jako odolné proti ohni, nebo jako nechráněné.
Chráněné prvky vybavení a kabely mohou mít různé stupně protipožární odolnosti, například:
Nechráněné prvky vybavení, jako jsou dopravní značení, kamery či hlásiče, mají běžně provozní teplotu do 50°C, a lze tedy očekávat jejich selhání už při poměrně nízkých teplotách. Materiály zahrnují:
Kritické teploty pro materiály používané v nechráněných prvcích zahrnují mimo jiné:
Všechny prostředky užívané pro upevnění vybavení ke konstrukci by se měly vybírat i s ohledem na jejich chování v ohni.