Slovenské tunely sú v niektorých ukazovateľoch nad európskym štandardom

S výstavbou cestných tunelov sa na európskom kontinente začalo po skončení 2. svetovej vojny, pričom tento proces nabral na intenzite v 50. – 60. rokoch minulého storočia. Slovensko do rozbehnutého vlaku naskočilo o dobrých tridsaťpäť rokov neskôr, keď sa spolu so začiatkom výstavby diaľnic v roku 1996 začalo aj s výstavbou cestných tunelov. V súčasnosti je v prevádzke päť diaľničných tunelov s výhľadom dobudovania ďalších do roku 2020. Celková dĺžka diaľnic, rýchlostných ciest a ciest 1. triedy v správe Národnej diaľničnej spoločnosti, a. s. (NDS, a. s.) bola ku koncu roku 2015 758,22 km, pričom sa na nich nachádza aj päť tunelov stredného a vyššieho európskeho štandardu: D1 – tunel Branisko, ktorý bol prvým cestným tunelom na Slovensku, D3 – tunel Horelica, D2 – tunel Sitina, D1 – tunel Bôrik, D1 – tunel Šibenik.
Slovenské tunely sú v niektorých ukazovateľoch nad európskym štandardom

Technologické vybavenie tunelov definuje legislatíva

V začiatkoch výstavby sa cestné tunely v medzinárodnom meradle realizovali bez nejakého zásadnejšieho technického vybavenia a riadenia. „Aj preto pri vzniku nehôd vnútri tunela nebolo nič výnimočné, ak mali pre účastníkov fatálne následky. Pre predstavu možno uviesť, že pri havárii a požiari v cestnom tuneli sa tunel začne správať ako vysoká pec a teplota sa šplhá až na úroveň 1 200 °C. Z tohto pohľadu sú nehody na otvorených komunikáciách a v tuneloch diametrálne odlišné udalosti,“ vysvetľuje na úvod nášho stretnutia Ing. Peter Schmidt, bezpečnostný technik pre tunely NDS, a. s. Preto v roku 2004 vydal Európsky parlament a Rada Európy smernicu č. 2004/54/ES o minimálnych bezpečnostných požiadavkách na tunely v transeurópskej cestnej sieti, ktorej cieľom bolo vytvorenie jednotnej, stálej a vysokej úrovne ochrany všetkých európskych občanov v cestných tuneloch. Smernica presne definovala požiadavky na technologickú a bezpečnostnú infraštruktúru tunela, a to v závislosti od jeho dĺžky, intenzity dopravy, od toho, či ide o jedno-, dvoj- alebo viacrúrový tunel a pod. Transpozíciu smernice do legislatívy SR zabezpečila vláda v roku 2006 prijatím nariadenia vlády č. 344/2006 Z. z. o minimálnych bezpečnostných požiadavkách na tunely v cestnej sieti, ktoré sú súčasťou transeurópskej cestnej siete. „NDS, a. s., ako investor a prevádzkovateľ cestných tunelov na území Slovenska poňala túto problematiku veľmi zodpovedne a požiadavky uvedené v predmetnej smernici boli a budú aplikované na všetky tunely a nie len tie, ktoré ležia v transeurópskej cestnej sieti,“ konštatuje P. Schmidt.

Systémy automatizácie a riadenia

Zložitosť a rozsah technologických celkov, ktoré sú súčasťou každého cestného tunela s dĺžkou nad 500 m, vyžadujú moderné riešenia aj z hľadiska automatizačných, riadiacich, meracích a bezpečnostných systémov. Na porovnanie ide o podobný rozsah týchto systémov a počtu spracúvaných signálov ako v prípade stredne veľkej výrobnej fabriky. „Samotné systémy inštalované v tuneli síce nepomáhajú zabraňovať vzniku neštandardných stavov, ale pomáhajú okamžite reagovať a eliminovať ďalšie možné škody, dynamicky riadiť dopravu a meniť dopravno-prevádzkové stavy v tuneli a na súvisiacich cestných komunikáciách na základe vzniknutých situácií. Preto iné riešenie ako vylúčenie ľudského faktora zo sledovania a veľkej časti rozhodovania a nasadenie priemyselného riadiaceho systému neprichádza do úvahy,“ hovorí P. Schmidt. Do riadiacich systémov, ktoré v jednotlivých tuneloch bývajú realizované redundantne, musia byť stiahnuté také prevádzkovo-technické informácie, aby dokázali pod dohľadom človeka vzniknuté situácie riešiť automaticky.

V rámci tunelov európskeho štandardu možno identifikovať niekoľko na seba nadväzujúcich systémov:

  • osvetlenie tunela,
  • vetranie tunela,
  • riadenie technológie tunela,
  • riadenie dopravy tunela,
  • videodohľad,
  • systém núdzového volania (systém SOS),
  • elektrická požiarna signalizácia (EPS),
  • systém šírenia rádiového signálu v tuneli (rozhlasové vysielanie + vysielačky záchranného systému a údržby tunela),
  • systém vetrania únikových ciest (jednorúrový tunel) alebo prepojok (viacrúrový tunel),
  • dymové hlásiče,
  • merače opacity, prúdenia vzduchu, COx a NOx,
  • premenné dopravné značenie,
  • systém napájania (VN, NN, zálohové systémy UPS, dieselagregát)
  • tunelový rozhlas.

V rámci všetkých uvedených systémov sa využíva niekoľko rôznych typov snímačov, z ktorých sa údaje posielajú do nadradeného riadiaceho systému. Ten na základe naprogramovaných algoritmov posiela riadiace signály na rôzne typy akčných členov.

Osvetlenie

Prvoradou úlohou systému osvetlenia je zabezpečiť ochranu zraku vodičov. Osvetlenie vjazdových úsekov tunela, tzv. akomodačné pásmo, je riešené reguláciou vo viacerých stupňoch, podľa intenzity slnečného jasu v okolí tunelových portálov. Intenzita osvetlenia je regulovaná automaticky pomocou dvoch nezávislých jasomerov – jeden je umiestnený vo vonkajšom prostredí, druhý vnútri tunela. Reguláciou je zabezpečená zraková pohoda vodičov, ktorí vchádzajú z vonkajšieho prostredia do tmavšieho priestoru tunela tak, aby sa oči plynulo prispôsobili zmeneným svetelným podmienkam. Napríklad pri východe alebo západe slnka v jarnom období treba nastaviť osvetlenie vjazdových úsekov na maximum, pričom v ďalších úsekoch intenzita svietenia postupne klesá. Algoritmus riadenia osvetlenia je preto jedna z najväčších výziev pre realizátora dodávky technológie a riadenia. „Na druhej strane správne navrhnutý systém osvetlenia a jeho riadenie prispieva aj k významným úsporám elektrickej energie. Aktuálne NDS, a. s., nasadzuje aj špeciálne systémy merania, ktoré sledujú počet prevádzkových hodín jednotlivých svietidiel.

Na základe týchto údajov možno následne stanoviť vhodný termín preventívnej výmeny svietidla tak, aby nedošlo k jeho zničeniu v dôsledku konca životnosti,“ dodáva P. Schmidt. Aj tieto údaje sa posielajú do nadradeného riadiaceho systému, ktorý ich monitoruje a vyhodnocuje. Súčasťou osvetľovacieho systému tunela je aj osvetlenie únikových chodieb, LED značenie únikových východov, označenie okrajov vozovky a vonkajšie osvetlenie predportálových úsekov.

V prípade výnimočnej udalosti, ako je napr. havária alebo odstavenie auta v odstavnom zálive či vstup človeka do kabíny SOS, sa osvetlenie tunela automaticky rozsvieti na plnú intenzitu v celej jeho dĺžke, čo je tiež vizuálne znamenie pre ostatných vodičov v tuneli aj pred vstupom doňho, že sa deje niečo výnimočné. Maximálne osvetlenie je dôležité aj pre operátorov, aby pomocou kamerového systému vedeli správne identifikovať príčinu maximálnej intenzity osvetlenia, ako aj pre zasahujúce záchranné zložky v prípade havárie alebo požiaru, čo podporuje aj požiarne osvetlenie.

Elektrická požiarna signalizácia

Každý tunel musí byť vybavený systémom detekcie priehľadnosti prostredia (opacity). Ak tento systém deteguje zníženú priehľadnosť prostredia, príp. zvýšené hodnoty COx alebo NOx, treba kvôli udržaniu správnej kvality ovzdušia začať s vetraním tunela. Avšak zvýšené hodnoty uvedených plynov môžu byť už aj predzvesťou požiaru. Systém elektrickej požiarnej signalizácie využíva lineárnu teplotnú detekciu optickým káblom, ktorá pracuje na princípe zmeny vlastností šírenia svetla v optickom vlákne. S prepojením na centrálny riadiaci systém má operátor okamžite k dispozícii vo vizualizácii informáciu o úseku, v ktorom došlo k požiaru, a centrálny riadiaci systém autonómne zabezpečí potrebnú organizáciu dopravy v tuneli, ako aj na diaľnici okolo tunela, kde sa vozidlá smerujúce k tunelu odkláňajú prostredníctvom premenného dopravného značenia a uvedenia obchádzkovej trasy. V požiarnom režime sa okamžite spúšťa vetranie tunela a prevetrávanie prepojovacích chodieb, pričom v prípade dvojrúrového tunela slúži druhá rúra ako chránená úniková cesta a zároveň aj ako záchranná cesta pre hasičov, kde tiež dochádza k prevetrávaniu.

Aktivuje sa požiarne osvetlenie, ktoré upozorňuje vodičov vnútri tunela, aby opustili vozidlá, zvyšuje sa intenzita svietenia piktogramov, ktoré smerujú vodičov k únikovému východu. Rozbliká sa vodiace osvetlenie na obrubníkoch, všetky značky v smere k požiaru sa zmenia na zákazové, súčasne sa objaví červený trojuholník s výkričníkom s nápisom Požiar a semafory sa prepnú na červenú. Automaticky sa spúšťajú prednastavené hlásania aj v tunelovom rozhlase a do autorádií, prípadne hlásenia môžu byť aj priamo od operátora. Bez vysoko spoľahlivého automatického riadenia nie je možné v krátkom časovom úseku a bez chyby vykonať tento rad nadväzujúcich akcií. Všetky technologické celky, ktoré sa majú v prípade požiaru využiť, musia byť v danej chvíli v režime pripravený alebo už spustené. Riadiaci systém musí už pri predalarmových situáciách zdiagnostikovať a uviesť do stavu pohotovosti všetky tieto súvisiace technológie a v prípade potvrdenia a aktivácie požiarneho alarmu operátorom začne ich spúšťanie.

„Veľmi špecifickou a ťažko riešiteľnou situáciou je samovznietenie nákladu vnútri tunela. Dymové hlásiče registrujú nejaký problém, ale teplotné líniové snímače nie sú schopné pri prejazde vozidla s horiacim nákladom tak rýchlo detegovať zvýšenie teploty,“ vysvetľuje P. Schmidt. Alarmy prichádzajú z opacimetrov, dymových a COx či NOx hlásičov, pričom neštandardná situácia je detegovaná aj videodohľadom. Vodiči kamiónov sú na tieto situácie školení a snažia sa z tunela čo najskôr vyjsť, aby v prípade narastania požiaru nákladu nezastavili s vozidlom v tuneli. Operátor v prípade, že je dymu už veľa, nevidí ani prostredníctvom videodohľadu celkom presne príčinu zadymenia, preto preventívne potvrdzuje spúšťanie prevetrávania a ďalšie potrebné akcie. Ak vodič vozidla s horiacim nákladom odstaví vozidlo vnútri tunela, môže operátor na základe priebežného sledovania tejto situácie sám vyhlásiť stav požiaru v danej zóne tunela a ďalšie kroky preberá riadiaci systém podľa naprogramovaného scenára.

V súčasnosti sa z hľadiska hasenia požiaru v tuneli využívajú na Slovensku len hasičské záchranné zbory. „V rámci Európy sa už však živo diskutuje o možnostiach využívania tlakového rozvodu vody pozdĺž celého tunela, z ktorých sa ako najlepšia cesta z môjho pohľadu javí hasenie strednotlakovou vodou. Menej výhodné sú sprinklery a vysokotlakové rozvody, z ktorých každý má svoje nevýhody,“ konštatuje P. Schmidt. Certifikované stabilné hasiace zariadenia na báze plynu alebo rozptylového aerosólu sa v slovenských tuneloch nachádzajú len v elektrických rozvodniach.

Systém videodohľadu

Cestný tunel je v závislosti od svojej dĺžky vybavený niekoľkými kusmi až po desiatky kusov priemyselných kamier, aby po celej dĺžke tunela nevznikol tzv. slepý priestor. Nachádzajú sa na vjazdoch do tunela, vnútri tunela aj v únikových či prepojovacích cestách. Videodohľad predstavuje veľmi dôležitý systém, z ktorého operátori získavajú okamžité informácie o dianí v tuneli a jeho okolí. Je doplnený systémom videodetekcie, ktorý využíva na softvérovej úrovni pokročilé systémy spracovania obrazu (Automation Incident Detection System) a umožňuje detekciu rôznych neštandardných situácií, napr. zastavenie vozidla v tuneli, kolónu, výskyt chodca či zvieraťa, vozidla v protismere, spadnutého nákladu, zníženú viditeľnosť, vozidlo s nebezpečným nákladom a meranie úsekovej rýchlosti. Na základe identifikovanej udalosti môže riadiaci systém (buď s potvrdením od operátora, alebo v prípade požiaru aj bez neho) aktivovať príslušné akcie – odstavenie príslušného pruhu, zníženie rýchlosti, rozsvieti svetlá a pod.

Virtuálny tunel

Veľkou pomocou pri komplexnom riešení bezpečnosti dopravy v cestných tuneloch a priľahlých komunikáciách je aj využívanie tzv. virtuálneho tunela. Týmto pojmom sa označuje úsek diaľnice medzi dvoma križovatkami, na ktorom sa nachádza tunel. Na uvedených križovatkách možno realizovať odklon dopravy v prípade mimoriadnej situácie v tuneli. Na operátorskom pracovisku sa nachádza veľkoplošná zobrazovacia videostena s vyobrazením vizualizácie tunelovej technológie a časti diaľnice okolo tunela. Na videostene sa zobrazuje okrem vizualizácie tiež obraz z niekoľkých kamier. Operátor má k dispozícii okrem videosteny aj monitory na vizualizáciu priamo na operátorskom stole a ovládacie panely pre systém tunelového rozhlasu, rádia, systém núdzových telefónov SOS a systém elektropožiarnej signalizácie. V prípade vzniku mimoriadnej udalosti sa automaticky prepína obraz z kamier na mieste udalosti na alarmové monitory alebo na tzv. alarmovú časť videosteny Uvedená technológia umožňuje riadiť dopravu pred poslednými diaľničnými križovatkami vedúcimi k tunelu – príjazdmi alebo výjazdmi. Doprava je na týchto úsekoch sledovaná kamerovým systémom a premávka je riadená premenným dopravným značením a vodiči sú o udalosti v tuneli informovaní už na otvorenom úseku diaľnice prichádzajúcej k tunelu.

Riadiace systémy v tuneli Bôrik

Tunel Bôrik patrí svojou technologickou výbavou a zabezpečením medzi vyšší európsky štandard. Návrh a realizáciu časti automatizácie, elektroinštalácií, riadenia a merania zabezpečovala na základe výsledku verejnej obchodnej súťaže spoločnosť PPA Controll, a. s. Vďaka dobrej spolupráci zhotoviteľ akceptoval všetky, aj v priebehu návrhu riešenia vznesené požiadavky investora – NDS, a. s., čo umožnilo dosiahnuť spomínaný vyšší európsky štandard. Na najvyššej úrovni riadenia je použitý riadiaci systém Modicon Quantum od spoločnosti Schneider Electric, a to v redundantnom usporiadaní. Na privádzačoch k tunelu (ktoré sú súčasťou už spomínaného virtuálneho tunela) sú použité riadiace systémy TSX Premium tiež od spoločnosti Schneider Electric. Prehľad o všetkých technológiách a dianí v rámci virtuálneho tunela je spracovaný v systéme SCADA VijeoCitect v konfigurácii dva redundantné servery plus operátorské stanice. Komunikáciu medzi premennými dopravnými značeniami a inými perifériami a riadiacimi systémami zabezpečujú priemyselné komunikačné zbernice – RS-485 a komunikačný protokol MODBUS RTU, a to hlavne pre svoju odolnosť a spoľahlivosť, ktoré si takýto typ aplikácie a rozsah technológií vyžadujú. „Z tohto dôvodu a z dôvodu obrovského množstva údajov generovaných napr. systémom videodohľadu nemožno využívať žiadny spôsob bezdrôtovej komunikácie prenosu technologických údajov,“ dopĺňa Ing. Igor Jamnický, riaditeľ úseku dopravných technológií PPA Inžiniering, s. r. o.

Operátorské pracoviská

V súčasnosti má každý cestný tunel, ktorý je v prevádzke, svoje vlastné operátorské pracovisko s výnimkou tunelov Branisko a Šibenik, ktoré majú spoločné operátorské pracovisko v SSÚD Beharovce. Dôvodom bola relatívne pomalá a postupná výstavba tunelov, keď nebolo možné tunel spustiť do prevádzky bez operátorského pracoviska, čo viedlo k relatívnemu „luxusu“ z hľadiska počtu operátorských pracovísk. Pre tunel Bôrik, ktorý je najvyššie položeným tunelom, to však vzhľadom na poveternostné, klimatické a geografické podmienky bola nevyhnutnosť z hľadiska udržania plynulosti dopravy aj v zimných mesiacoch, keď treba mať blízko tunela dostupnú techniku zabezpečujúcu údržbu. Bratislava tiež svojou špecifickosťou z hľadiska intenzity dopravy zostane pokrytá samostatným operátorským pracoviskom, ktoré nemá na starosti len dohľad nad tunelom Sitina, ale nad celým bratislavským obchvatom. Pri návrhu obchvatu sa v minulosti neriešilo presmerovanie dopravy cez centrum mesta, t. j. inteligentné riadenie dopravy v rámci mesta ako celok, čo by niektoré dopravné situácie mohlo zjednodušiť a zefektívniť tok dopravy. Stredisko nachádzajúce sa v Čadci dočasne slúži len pre jednorúrový tunel Horelica, časom však budú do tohto strediska pripojené aj ďalšie dva tunely, a to Svrčinovec a Poľana (koncom mája 2017), ktoré sú momentálne vo finále výstavby. Najmodernejší tunel Šibenik s dĺžkou 600 m bol z hľadiska svojho riadenia pripojený do strediska, ktoré dohliada aj na tunel Branisko.

Vízia zriaďovania ďalších operátorských pracovísk nadväzuje na výstavbu nových tunelov. Napríklad v Žilinskom samosprávnom kraji (ŽSK) prebieha aktuálne výstavba štyroch nových tunelov. Z hľadiska zabezpečenia efektívnosti dopravy a možnosti pružnejšieho reagovania na vzniknuté dopravné situácie je ekonomicky aj technologicky výhodnejšie spojiť riadenie týchto tunelov do jedného operátorského strediska a pod jeden centrálny riadiaci systém. „Udalosť a akcia v jednom tuneli budú totiž vyžadovať reakcie a koordináciu aktivít aj v ostatných tuneloch. To vyžaduje vybudovať sofistikovanejšie riadenie, ktoré je však v konečnom dôsledku zárukou vyššej bezpečnosti a komfortu pre účastníkov cestnej dopravy,“ zdôrazňuje P. Schmidt. Po dobudovaní spomínaných tunelov vybuduje NDS, a. s., tzv. regionálne operátorské pracovisko v rámci ŽSK, kde by boli pripojené tie, ktoré sa aktuálne stavajú s výhľadom pripojenia tých, ktoré sú už v prevádzke (tunel Horelica) ako aj tých, ktoré sa plánujú dostavať.

Podobné plány má NDS, a. s., aj v regióne Prešovského samosprávneho kraja. Technológia operátorského pracoviska bude navrhnutá stavebnicovým systémom, t. j. bude možné pridávať systémy, technológie a ich pripojenie tak, ako budú postupne dobudovávané. Tomu bude prispôsobený aj výber automatizačných a riadiacich technológií, ktoré musia byť vybavené otvorenými komunikačnými štandardmi. Cieľom NDS, a. s., je zabezpečiť unifikáciu a kompatibilitu technologických a riadiacich systémov. „Uvedené predstavy kladú aj na realizátora časti automatizácie a riadenia nové požiadavky. Treba koordinovať viac dodávateľov a opäť tu ide o analógiu z priemyselnej výrobnej prevádzky, kde treba centrálne riadiť niekoľko samostatných technologických celkov,“ dopĺňa I. Jamnický.

Využitie moderných systémov na otvorených úsekoch diaľnic

Na otvorených úsekoch diaľnic sa v súčasnosti využívajú najmä kamerové dohľadové systémy. Ich počet sa neustále rozširuje, či už s výstavbou nových úsekov diaľnic a rýchlostných ciest, alebo pri modernizácii a rekonštrukcii tých existujúcich. Ďalším systémom využívaným na otvorených úsekoch sú tzv. hlásky SOS zabezpečujúce spojenie na centrálne operátorské pracovisko NDS, a. s., v prípade núdze. Meteohlásky sú inštalované pri všetkých dôležitých mostných objektoch alebo cestných telesách, ktoré sa nachádzajú v blízkosti nejakého vodného zdroja, príp. otvorených úsekov, kde je vysoká pravdepodobnosť vzniku námrazy aj pri teplote tesne nad 0 °C. Týmto spôsob sa sníma teplota vo vozovke, teplota okolia aj sila vetra. Informácie z meteohlások sa posielajú aj Slovenskému hydrometeorologickému ústavu a naopak z miest, kde má svoje meracie stanice inštalované SHMÚ, posielajú sa informácie aj do centrály NDS, čím údržba získava globálny prehľad o poveternostných a teplotných podmienkach na jednotlivých úsekoch a môže operatívne riadiť a plánovať potrebnú údržbu najmä v zimných mesiacoch. Na niektorých úsekoch diaľnic a rýchlostných ciest sa pomocou snímačov inštalovaných vnútri vozovky sleduje intenzita dopravy, t. j. koľko daným úsekom prešlo osobných a nákladných vozidiel. Z hľadiska káblových pripojení jednotlivých systémov sa preferujú optické spojenia, nakoľko metalické sú podstatne menej odolné proti elektromagnetickému rušeniu, majú vyššiu náchylnosť viesť vznikajúce prepätia a pod.

Spolupráca NDS, a. s., s akademickou a výskumnou obcou

Po postupnom dobudovaní tunelov a ich spustení do prevádzky sa o tieto dopravné uzly a použité technológie zvýšil záujem aj zo strany viacerých akademických a výskumných pracovísk – STU Bratislava, Žilinská univerzita v Žiline či TU Košice. NDS, a. s., umožňuje študentom a pedagogickým pracovníkom nielen navštíviť tunely formou odbornej exkurzie, ale vypisuje aj témy bakalárskych a diplomových prác, v rámci ktorých študenti navrhujú riešenia špecifických zadaní. „Na základe dobrej spolupráce následne vznikol na pôde Žilinskej univerzity a s podporou spoločností NDS, a. s., a PPA Controll, a. s., projekt Tunelový trenažér. Ide o sofistikovaný model slúžiaci na výskum, vývoj a zvyšovanie kvalifikácie pracovníkov operátorských pracovísk, ktorí tak majú možnosť formou veľmi presných simulácií vopred si odskúšať rôzne dopravné situácie a stavy, ktoré môžu vzniknúť pri prevádzke reálneho tunela,“ dodáva P. Schmidt.
Simuláciou šírenia požiaru v tuneli sa bude v spolupráci s NDS, a. s., Žilinskou univerzitou v Žiline a spoločnosťou PPA Controll, a. s., vo svojej vedecko-výskumnej činnosti zaoberať už aj Slovenská akadémia vied. Predmetom bude získať 3D modely a simulácie šírenia tepla, dymu a požiaru, možnosť prenosu požiaru z horiaceho objektu na okolie a pod.

Ďakujeme Národnej diaľničnej spoločnosti, a. s., za možnosť realizácie reportáže a Ing. Petrovi Schmidtovi a Ing. Igorovi Jamnickému za poskytnuté technické informácie.