Projektanti silnic volí ve stále větší míře tunely jako alternativu k povrchovému vedení i s ohledem na snížení některých dopadů na životní prostředí, například narušení vzhledu oblasti a výhledu v ní nebo šíření hluku. Jiné vlivy se ale u tunelů projevují ve stejné, nebo i vyšší míře. Navzdory všem ambicím koncepcí dopravy, usilujících o udržení nebo dokonce snížení provozu, se v následujících desetiletích očekává další nárůst intenzit; související otázky životního prostředí tedy bude nutné brát v úvahu.
Výbor pro tunely PIARC se do hloubky věnoval výzkumu fenoménu znečištění vzduchu se zřetelem na:
Pokud se týká znečištění ovzduší, volba systému větrání představuje základ návrhu míst a proudových výkonů ventilace; režim provozu a prahové hodnoty znečištění pro ovládání systému mohou být často efektivnějším způsobem, jak dosáhnout požadované úrovně koncentrace zplodin, než volba komplexnějších větracích systémů.
Silniční doprava a (z ní vyplývající) vozidlové emise představují značný problém pro životní prostředí, zejména ve stísněných prostorech, jako jsou tunely. Tyto emise jsou charakteristické přítomností různých škodlivin, které se zvlášť ve vyšších koncentracích mohou poškozovat okolí. Výbor pro tunely PIARC již tradičně posuzuje vozidly generované emise a kvalitu ovzduší v tunelech. Za tímto účelem se posuzují a přehodnocují běžné modelovací techniky, zavádí se odpovídající standardy kvality ovzduší a charakterizují se současné podmínky. Provádí se srovnávání měřených a modelovaných koncentrací škodlivin se standardy kvality. Na závěr se navrhují opatření pro zmírnění následků, která by zajistila řádnou správu kvality vzduchu v tunelech (oddíl Ventilace).
Teplota vzduchu uvnitř tunelu může být závažným problémem pro životního prostředí ve velmi dlouhých tunelech kvůli teplu emitovanému vozidly, v tropických zemích pak také kvůli již tak vysoké vně tunelu. V takových případech jsou někteří uživatelé tunelu, zejména motocyklisté řidiči přirozeně větraných vozidel, vystaveni příliš vysokým teplotám. Řešením bývá mechanická ventilace, případně rozstřikování vody, která absorbuje teplo odpařováním a ochlazuje vzduch uvnitř tunelu.
Emise v tunelech ovlivňují kvalitu vzduchu jen v relativně krátké vzdálenosti od míst, kde jsou imise vypouštěny do volného prostoru, nicméně přilehlá silniční síť ovlivňuje prostředí v širší oblasti. Proto by se důsledky tunelů na kvalitu vzduchu měly posuzovat v kontextu nadzemní silniční sítě, jejíž jsou de facto součástí (oddíl Vliv na kvalitu vzduchu).
Další důležité aspekty dopadů na životní prostředí se týkají hluku a vibrací. Znečištění hlukem často provází období výstavby včetně dopadů na okolí, pro tuto fázi je běžná zvýšená produkce hluku. Dále i vysoké intenzity dopravy během provozu tunely mohou generovat značné množství hluku, často nad povolené limity. Zvýšená hladina hluku je čím dál častější problém vysoce zatížených komunikací.
Strategie pro omezení hluku vycházejí z dlouhodobě zavedených standardních postupů při projektování a výstavbě. Poměrně podstatných pokroků bylo dosaženo při snižování produkce hluku: používají se hluk absorbující povrchy silnic, zvyšuje se efektivita odhlučňujících prvků a protihlukových stěn a využití kombinací těchto opatření a nasazení vylepšené stavební techniky může podstatně snížit produkci hluku a vibrací (oddíl Hluk a vibrace).
Ovlivnění vodního prostředí je dalším aspektem, který musí být prozkoumán pro celý životní cyklus infrastruktury, jako je tunel. Detailní analýza povrchového i podpovrchového vodního prostředí se musí provést před zahájením stavby a následně provádět i během ní. Měla by se volit trasa s nejmenším ovlivněním a vhodné konstrukční prvky, tak aby se minimalizovalo porušení a ovlivnění tokových poměrů a procesů. Význam tématu vysoušení prostředí v důsledku větších staveb stále roste. Šlo by provést několik studií, které by měly poskytnout lepší poznání toho, jak infrastrukturní prvky jako tunely ovlivňují vodní poměry ve svém okolí, a jak toto ovlivňování zmírňovat. Riziko a dopady znečištění vody v důsledku úniků stavebních materiálů při výstavbě lze minimalizovat použitím obalů a nádob, které takové úniky nedovolují (oddíl Vliv vody).
Finálním cílem projektantů a správců tunelů je dosažení udržitelného provozu tunelu, jak z hlediska funkčního, tak i s ohledem na životní prostředí, tak aby byla zajištěna přijatelná úroveň bezpečnosti a přitom se minimalizovaly nežádoucí dopady na životní prostředí. Zvažují a vyhodnocují se různé prvky, které by měly pomoci zlepšit provozní udržitelnost (oddíl Udržitelný provoz).
Tuto kapitolu sepsala Pracovní skupina 4 Výboru C4 (2008-2011), v níž:
V oboru silničních tunelů se koncentrace zplodin zpravidla sleduje na úrovni vozidlových emisí v tunelu. Škodlivé či lidi obtěžující mohou být ale také koncentrace zplodin mimo tunel. Takové koncentrace znečištění rychle klesají směrem od portálů a šachet, což závisí na řadě komplexních mechanismů jako rychlost a směr větru nebo topografie okolí. V souvislosti s tím roste význam kontroly znečištění v okolí portálů a šachet v případě nárůstu intenzit dopravy nebo jsou-li umístěny v městském prostředí.
Nad tunelem se očekává lepší kvalita ovzduší, než by byla nad odpovídající nadzemní komunikací v témže místě. Nicméně u portálů a šachet se znečištěný vzduch dostává vlivem pístového efektu dopravy a ventilace do okolí, ať už rovnoběžně s tunelem či kolmo na něj. V závislosti na okolních koncentracích znečištění tak blízko portálů a šachet může dojít k místnímu překročení předepsaných limitů znečištění. V takových případech je nutné provést odpovídající protiopatření, aby byla zlepšena kvalita ovzduší v okol tunelu. Opatření mohou zahrnovat stavební či strojní díla, plánování využití pozemků v oblasti apod. Většinou je možné snížit koncentrace znečištění provozními opatřeními, např. změnou režimu ventilace.
PIARC vydal Technickou zprávu 2008 R04 "Silniční tunely: Průvodce optimalizace dopadů na kvalitu", která se věnuje kvalitě ovzduší ve vztahu k tunelům a je návodem jak zvýšit kvalitu městského prostředí. Toho by se mělo dosáhnout úpravami vozidlových emisí a změnou jejich prostorového šíření v okolí tunelu. Tento průvodce se zabývá velkou řadou projektových i provozních možností jak dopad tunelu na okolní ovzduší omezovat: od volby optimální polohy tunelu, přes sklonové poměry, duhy ventilací, řízení vypouštění vzduchu, dopravní řízení, údržbu tunelu až po metody odstraňování zplodin (pokud jsou stále ještě přínosné).
Hluk je obecně považovaný za jednu z hlavních nepříjemností vnímanou lidmi, což se značně projevuje v městských oblastech. Měl by se proto zohlednit i při projektování tunelů, zejména u městských tunelů, kde je vysoká hustota výskytu osob, které jsou v okolí tunelových portálů a šachet vystaveny působení hluku.
Problematika hluku vytvářený dopravou se zdaleka netýká jen tunelů. Podzemní stavby se všeobecně považují za přínosné, pokud se týká akustického prostředí, ale v některých konfiguracích může dojít ke zvláštním komplikacím v blízkosti portálů. Ve většině rozvinutých zemí se provádí posouzení hluku u každé plánované stavby nové infrastruktury (včetně přestaveb většího rozsahu) a je pochopitelné, že se musí vzít v úvahu i existence tunelů.
Hlavním zdrojem hluku působícím na okolí je vlastní doprava. Část hluku způsobovaného vozidly jedoucími tunelem se odráží od stěn tunelu a dostává se až k portálu tunelu, které tak mění ve zdroj hluku pro okolí. V některých případech může hladina hluku u portálu překročit hladinu hluku, která by byla u nadzemní komunikace. Tento efekt se ale projeví opravdu jen v bezprostřední blízkosti portálu, se zvyšující se vzdáleností od portálu klesá hladina hluku velmi rychle, neboť hluk z portálu je rychle překryt hlukem vytvářeným vozidly na nezakrytých komunikacích
S tunelovou infrastrukturou souvisí i další zdroje hluku, jedním z hlavních je ventilační systém tunelu. U příčného větrání a podélného větrání s výstupními šachtami mohou větrací jednotky a proudění vzduchu průduchy vytvářet značný hluk, v některých případech musí být v provozu i v nočních hodinách, kdy standardy pro hlukové prostředí vyžadují sníženou úroveň hluku. Jedním z řešení může být snižovat rozsah provozu ventilačních systémů díky optimalizaci jejich funkce, ale tento přístup má své limity.
Nejúčinnějším přístupem je tyto záležitosti zohlednit už v průběhu projektování tunelu. Nejvyšší úroveň hluku je prostorově omezená, takže by se nasávací a výdechové šachty měly umisťovat co nejdále od okolní zástavby, což se ale může projevit na ceně výstavby a provozu. Rychlost proudění zvuku na vstupech a výstupech do okolí by se měla udržovat na nižších hodnotách za účelem snížení produkce hluku, což vyžaduje větší průřezy těchto otvorů. Navíc je často nutné použít tlumiče hluku, aby se omezilo množství hluku "unikajícího" z větráku do okolí.
U podélných větracích systém bývá vliv hluku obecně nižší, to je dáno jednak umisťováním náporových větráků dál od tunelových portálů v zájmu jejich účinnosti (jimi vytvářený hluk se mísí s hlukem z dopravy), jednak častým používáním tlumičů hluku u větráků, aby ani v tunelech úroveň hluku nepřekračovala přijatelnou mez. V některých citlivějších případech to ale nestačí a je zapotřebí zvolit určitá projektová či provozní opatření.
Vibrace generované dopravou jsou jen zřídkakdy větším problémem při provozu silničního tunelu (neboť vlaky generují mnohem více vibrací než silniční vozidla). Pokud už takový problém nastane, je jen velmi málo možných protiopatření, vyjma omezení přístupu pro zvlášť těžká vozidla. Dalším zdrojem vibrací jsou větráky, které by měly být dobře vyváženy, aby se předešlo nadměrným vibracím. Nicméně jejich vibrace jen málokdy ovlivňují okolí a jejich působení je převážně omezené na vlastní větrák, kde negativně ovlivňuje jeho životnost. Může jít ale i o bezpečnostní záležitost, neboť uvolněné součástky náporových větráků by v důsledku vibrací mohly odpadnout od stropu tunelu. Sledování vibrací je velmi důležité pro spolehlivost a bezpečnost náporového větrání.
Vibrace jsou problematické převážně během výstavby, zejména při ražbě s využitím výbušnin. Stavba tunelů je mimo rámec projektů výboru PIARC v oblasti provozu tunelů, konkrétnější doporučení lze najít v publikacích ITA.
Dopad silniční infrastruktury na kvalitu vody může být velmi značný jak během normálního provozu, (úniky uhlovodíkových látek, ojíždění pneumatik atd.), tak při mimořádných událostech (úniky velkého množství znečišťujících látek).
Existence tunelu toho na problému moc nemění. V tunelu i na normální silnici je třeba vodu čistit (odstranění nečistot, cezení) před tím, než může být vypuštěna do okolního prostředí. Při projektování vodních systém je nutné vzít v úvahu několik specifik tunelů. V první řadě se tunely musí pravidelně čistit, tunely s velkými dopravními proudy i jednou měsíčně. To vyžaduje značné množství vody, navíc obsahující čisticí prostředky. Tunely, v nichž je povolena jízda vozidel přepravujících nebezpečné náklady, musí být vybaveny zvláštními kanály pro omezení šíření hořlavých kapalin na vozovce. Dojde-li k jejich náhodnému úniku, může být rychlost proudu znečišťujících kapalin v kanálu vyšší, než bývá obvyklé na povrchových komunikacích, a vodní systém tunelu musí být schopen se vypořádat i s takovým proudem.
Období výstavby tunelu v citlivé oblasti může být z hlediska vodního prostředí velmi náročná, například stran zákalu ve vodě odtékající ze staveniště. To může vyžadovat různá protiopatřením, což v některých případech může výstavbu dost zkomplikovat a prodražit. Záležitosti výstavby tunelů a související problémy jsou mimo rámec zaměření PIARC. Pokud se čtenář o tuto problematiku zajímá, doporučujeme kontaktovat ITA pro více podrobností.
Obr. 5.3.1 : Vnikání vody do tunelu tvořeného segmenty
Dopad na vodní režim se musí prozkoumat pro celý životní cyklus infrastruktury, jakou jsou tunely.
Většina působení tunelu na vodní systém (a vody na tunel) probíhá během výstavby tunelu, ale některé vlivy trvají velmi dlouho a mohou komplikovat provoz a údržbu tunelu. Těmto procesům je nutné věnovat pozornost už během plánování a projektování tunelu, má-li se předejít nepříjemným a drahým pochybením. Detailní výzkum povrchových i podpovrchových vodních stavů by měl probíhat před začátkem, ale i v průběhu výstavby. Je záhodno volit co nejméně rušivé vedení tunelu (a stavební prvky), tak aby bylo minimalizováno narušení či změna hydrologických vzorců a procesů.
V zásadě se tunely mohou dělit na nepropustné (nedovolují žádný vstup vody, na hranici tunelu je plný vodní tlak) a na propustné či polopropustné (dílčí vstup vody do tunelového systém, na rozhraní tunelu a okolí se nevytváří plný vodní tlak). V praxi jsou tunely propustné během výstavby a polopropustné za provozu. Obrázek. 5.3.1 ukazuje vnikání vody do segmentově budovaného tunelu, který by měl být nepropustný.
Obr. 5.3.2 : Voda proudící propustnou bazaltovou vrstvou
VV nezděných tunelech (nebo v tunelech s propustným obložením) může hrát pronikání vody důležitou roli. Obrázek 5.3.2 ukazuje vodu proudící skrz propustnou bazaltovou vrstvu v Kanadě.
Vysychání podzemní vody související se stylem výstavby infrastruktury je čím dál důležitějším tématem. Tento efekt zpravidla během provozu tunelu nekončí, hladina podzemní vody oproti výchozímu stavu klesá, a to nevratně ovlivňuje místní zdroje vody.
Obr. 5.3.3 : Proudící sváděná voda, roztoky vápníku se sráží na betonovém ostění Obr. 5.3.4 : Obdobný jev na konstrukčním spoji
Voda vnikající do tunelu může rozpouštět hydroxid vápníku v betonovém ostění, čímž se stává zásaditější a vytváří pevné sraženiny v odtokových systémech. Tento efekt je častější ve starých tunelech se zastaralými odtokovými systémy. Obrázek 5.3.3 ukazuje tekoucí vodu v odtoku a sraženiny hydroxidu vápníku na betonovém ostění, obrázek 5.3.4 dokumentuje podobný jev na konstrukčním spoji
Současným trendem i na mezinárodní úrovni je vyzývat správce komunikací a silniční orgány k prosazování efektivního využití energií a k přijímání metod vedoucích k dlouhodobé udržitelnosti výstavby i provozu veřejných komunikací.
PIARC během své existence vydal řadu zpráv zaměřených na oblast efektivity provozu tunelů, snižování provozních nákladů a omezování dopadů na životní prostředí.
Téma "udržitelný provoz tunelů " jako celek bude hlavním tématem, kterému se PIARC chystá věnovat v následujícím období (2012-2015).