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.