Technologické vybavenie dopravných stavieb – nevyhnutné požiadavky na osvetlenie cestných tunelov

Zámerom článku je zdôrazniť zásadné poznatky noriem a predpisov na osvetlenie tunelov dostupných v tunelových krajinách DACH (t. j. v SRN, Rakúsku a v Švajčiarsku) a odovzdať osobné poznatky a skúsenosti z oblasti prípravy projektov, realizácie a vystavenia protokolov merania osvetlenia počas kolaudácie tunelov.

Svetelným technikom, projektantom a prevádzkovateľom osvetľovacích zariadení cestných tunelov je určený softvér Relux Tunel, ktorý je súčasťou balíka programov Relux Desktop. Ide o unikátny softvér aplikovateľný na akýkoľvek tunel, ktorý sa počas 11 rokov vyskúšal na všetkých svetadieloch. Softvér, spracovaný v operačnom systéme Windows, je aj v slovenskej a českej verzii.

Firma Relux Informatik AG pripravila aj podrobnú užívateľskú príručku pre školenia v sídle firmy Münchenstein (Bazilej vo Švajčiarsku) alebo u užívateľov balíka programov Relux Desktop. Firma Relux Informatik AG kladie dôraz na praktické postupy a detailné vysvetlenie dôležitých princípov návrhu osvetľovacích zariadení tunelov, preto zaviedla sústavu certifikovaných a rekvalifikačných školení.

Za pokročilých užívateľov možno považovať tých, ktorí sledujú predmetné normy, príslušné technické predpisy a poznajú technologické vybavenie tunelov. Heslovitý opis parametrov obsiahnutých v tab. 1 predstavuje základné informácie na výpočet a meranie kvantitatívnych a kvalitatívnych vlastností osvetlenia projektovaných cestných tunelov, a to buď podľa platných noriem v krajinách DACH, alebo podľa národných požiadaviek – konkrétne na Slovensku podľa metodickej príručky MP Požiadavky na osvetlenie cestných tunelov realizovaných a prevádzkovaných v podmienkach Národnej diaľničnej spoločnosti, a. s. (NDS, a. s.), platnej od 1. 5. 2015 a spracovanej autorom tohto príspevku.

Tab. 1 Hlavné parametre pre návrh osvetlenia tunela a dohľad v etape realizovania stavby

Riadenie a regulácia osvetlenia

Osvetlenie medzného pásma sa musí navrhnúť tak, aby sa pri pohľade vodiča na stred vstupného portálu zachovala aj v prípade viac-menej nepriaznivých svetelných podmienok v bezprostrednej blízkosti tunela schopnosť zraku zreteľne rozlišovať detaily alebo objekty vo vnútri tunela.

Zhoršenie viditeľnosti prekážok za vstupným portálom nastane vtedy, ak sa na sietnici očí vodiča objaví pred vjazdom do tunelovej rúry vysoký ekvivalentný závojový jas, ktorý súvisí s nízkou polohou slnka nad obzorom pri jeho východe alebo západe (v prípade východno-západnej orientácie tunela) alebo s oblohovým svetlom bez príspevku priameho slnečného svetla, tiež s jasom povrchu vozovky v rozsahu brzdnej vzdialenosti, ako aj s vysokou odrazivosťou okolia (skaly, budovy, lúky a sneh) v hodnotiacom poli približovacieho pásma L20.

Preto je jas v medznom a prechodovom pásme nevyhnutné prispôsobiť vonkajším svetelným pomerom riadením a reguláciou svetelného toku jednotlivých svietidiel v tuneli. Samozrejme, že ak sa zníži ekvivalentný závojový jas, klesne aj jas približovacieho pásma L20, čo si však vyžaduje úpravu portálov a ich okolia.

Pri riadení osvetlenia sa mení svetelný tok všetkých inštalovaných svietidiel adaptačného osvetlenia v závislosti od denného osvetlenia s viacstupňovým alebo plynulým spôsobom, a to v rozsahu od 25 do 100 % bez ohľadu na fakt, či jas v prvej polovici medzného pásma dosahuje hodnotu, ktorá je priradená meranému jasu približovacieho pásma L20.

Pri riadení osvetlenia s viacstupňovým spôsobom sa osvetľovacie zariadenie prepne na nižší stupeň jasu vtedy, keď údaj vonkajšieho jasomeru klesne pod stanovenú deaktivačnú hodnotu. Z toho vyplýva, že čím menšie je rozmedzie jasov medzi spínacími stupňami, tým je osvetľovacie zariadenie energeticky účinnejšie.

Na rozdiel od riadenia osvetlenia pri regulácii osvetlenia je svetelný tok svietidiel nastavený tak, aby sa hodnoty jasu medzného pásma, resp. svetelného bazéna, ktoré závisia od jasu približovacieho pásma L20, skutočne dosiahli. Preto sa musí jas v prvej polovici medzného pásma, resp. v pásme svetelného bazéna nepretržite merať. Riadením a reguláciou svetelného toku svietidiel sa však nesmú narušiť kvalitatívne vlastnosti osvetlenia tunela, najmä požiadavky na rovnomernosť jasu povrchu vozovky a stien tunela.

Závislosť jasu v medznom pásme, resp. v pásme svetelného bazéna od vonkajších svetelných pomerov

Adaptačné osvetlenie sa zapína pri prekročení aktivačnej hodnoty jasu približovacieho pásma L20 a vypína pri jeho poklese pod stanovenú deaktivačnú hodnotu. Vonkajší jasomer, na základe ktorého sa stanovujú riadiace stupne adaptačného osvetlenia, resp. svetelného bazéna, treba umiestniť v navrhovanej brzdnej vzdialenosti od vstupného portálu.

Os merania treba zamerať na stred vozovky začiatku zastrešenej časti tunela. V praxi sa osvedčila montáž vonkajšieho jasomera vpravo na krajnici pozemnej komunikácie oddelenej od vozovky vodiacou čiarou. Aby sa predišlo ovplyvneniu merania prechádzajúcimi vozidlami, musí sa jasomer inštalovať vo výške 4,5 až 5 m nad vozovkou. Ak miestne podmienky neumožňujú umiestniť jasomer v navrhovanej brzdnej vzdialenosti od vstupného portálu, treba prijať adekvátne opatrenie na zabezpečenie zachovania meracieho poľa zodpovedajúceho rozsahu výhľadu prichádzajúceho vodiča.

Vzhľadom na malé dĺžky krátkych tunelov sa pripúšťa použitie jedného vonkajšieho jasomera pre oba dopravné smery, a to aj v prípade tunelov s obojsmernou premávkou. V takom prípade sa vonkajší jasomer umiestni na začiatok toho dopravného smeru, pri ktorom sa stanoví vyššia hodnota jasu približovacieho pásma L20.

Na reguláciu osvetlenia tunelov s adaptačným osvetlením, resp. so svetelným bazénom, treba použiť vnútorný korekčný jasomer, ktorý sa inštaluje pri dlhých a stredných tuneloch v prvej polovici medzného pásma vo vzdialenosti 20 až 30 m za vstupným portálom a v prípade krátkych tunelov 10 až 20 m pred začiatkom svetelného bazéna. Orientovaný je na stred pravého jazdného pruhu v smere jazdy. V prípade tunelov s obojsmernou premávkou sa používa jeden korekčný jasomer. Korekčné jasomery merajú priemerný jas v prvej polovici medzného pásma, resp. pásma svetelného bazéna. V praxi sa osvedčilo upevnenie korekčného jasomera vpravo, asi 4,5 m nad vozovkou, pri uhle jeho osi s vertikálnou rovinou asi 45°.

Vonkajšie a vnútorné korekčné jasomery je nevyhnutné kalibrovať na výšku očí prichádzajúceho vodiča 1,5 m nad vozovkou. Keďže jasomery sa štandardne umiestňujú vo výške 4,5 až 5,0 m nad vozovkou, musí sa na namerané hodnoty aplikovať korekčný činiteľ zistený pri kalibrácii. Ten sa požaduje verifikovať 1-krát ročne.

Jas vnútorného pásma a nadväzujúcej pozemnej komunikácie

Priemerný jas vnútorného pásma sa navrhuje v dvoch stupňoch – v dennom/nočnom režime s prihliadnutím na intenzitu a skladbu dopravného prúdu. Pri riadení osvetlenia vnútorného pásma sa ovládajú všetky svietidlá spoločne. Ak sa tunel nachádza na osvetlenej pozemnej komunikácii, musí osvetlenie vnútorného pásma v nočných hodinách zabezpečiť osvetlenie s jasom rovnakým alebo vyšším, ako je jas povrchu vozovky na nadväzujúcej pozemnej komunikácii.

Jas povrchu vozovky vnútorného pásma však nemá byť vyšší ako 3-násobok jasu povrchu vozovky na tejto komunikácii. Ak sa tunel nachádza na neosvetlenej pozemnej komunikácii, odporúča sa zabezpečiť jej nočné osvetlenie aspoň v úseku dĺžky 2-násobku brzdnej vzdialenosti pred a za tunelom.

Prevádzka a údržba

Jas približovacieho pásma sa mení v zhode so zmenou denného svetla počas dňa a roka. Úroveň jasu v prvej polovici medzného pásma, resp. svetelného bazéna, sa musí rovnať minimálne konštantnému percentuálnemu podielu jasu približovacieho pásma L20.

Konštrukcia monolitického ostenia tunela musí byť navrhnutá a zhotovená tak, aby mala počas stanovenej životnosti zodpovedajúcu odolnosť a trvanlivosť. Betónové ostenie (maximálna dĺžka blokov ostenia je 12,5 m, výnimkou je dĺžka blokov na hranici razenej a hĺbenej časti tunela, resp. pred a za núdzovými zálivmi) musí odolať pravidelnému čisteniu a hrubému zaobchádzaniu, aké sa dá očakávať pri strojovej údržbe tunela kefou a silným prúdom vody pri tlaku 6 bar.

Priemerný jas povrchu vozovky a spodnej časti stien tunela do výšky 2 m od núdzových chodníkov klesá po uvedení tunela do prevádzky z dôvodu poruchy spôsobenej starnutím svetelných zdrojov, degradácie svetelných zdrojov a svietidiel, starnutia svietidiel a znečistenia povrchov tunela. Preto je nevyhnutné plánovať časový rozvrh potrebný na vykonávanie údržby už pri projektovaní osvetľovacieho zariadenia tunela. Požaduje sa, aby výmena svetelných zdrojov a intervaly čistenia povrchov tunela boli súčasťou jednotlivých etáp projektovania tunela.

Udržiavací činiteľ, ktorý závisí predovšetkým od frekvencie vykonávania údržby, intenzity dopravy v tuneli a od podielu nákladnej dopravy, sa musí dohodnúť medzi projektantom a vlastníkom alebo prevádzkovateľom tunela už na úrovni technickej štúdie (TŠ). Tento činiteľ treba mať na pamäti pri plánovaní časového rozvrhu potrebného na vykonávanie údržby. Musia sa zohľadniť rôzne prevádzkové časy definovaných skupín svietidiel pri viacstupňovom riadení jednotlivých svietidiel.

Ak nebol dohodnutý udržiavací činiteľ, použije sa spravidla hodnota 0,67 (zastaraný činiteľ svetelných strát 1,50; ide o recipročnú hodnotu udržiavacieho činiteľa). V prípade tunelov s nadmernou nákladnou dopravou alebo tunelov, v ktorých možno očakávať nadmerné znečistenie svietidiel, sa použije nižšia hodnota (až do 0,50), alebo sa musí zabezpečiť častejšie čistenie tunela. V prípade tunelov s veľmi nízkou intenzitou dopravy sa aplikuje vyššia hodnota udržiavacieho činiteľa (až do 0,80), alebo sa predĺži interval čistenia tunela a údržby osvetľovacieho zariadenia.

Treba poznamenať, že norma DIN 67524-1 Beleuchtung von Straßentunneln und Unterführungen. Teil 1: Allgemeine Gütemerkmale und Richtwerte (DIN 67524-1 Osvetlenie cestných tunelov a podchodov. Časť 1: Všeobecné kvalitatívne charakteristiky a smerné hodnoty), ktorá platí od januára 2019, venuje závislosti priemerného činiteľa odrazu povrchov stien od frekvencie čistenia osobitnú pozornosť. Požaduje, aby priemerný jas povrchov stien nebol nižší ako 60 % z hodnoty priemerného jasu povrchu vozovky na príslušnom mieste. Preto je v dokumentácii na realizáciu stavby (DRS) nevyhnutné zohľadniť závislosť priemerného činiteľa odrazu povrchov stien od frekvencie čistenia podľa tab. 2.

Osobitná pozornosť sa musí venovať umiestneniu svietidiel, aby údržbové práce osvetľovacieho zariadenia neviedli k zbytočne veľkým časom uzávierky tunela.

Tab. 2 Závislosť priemerného činiteľa odrazu povrchov stien od frekvencie čistenia podľa DIN 67524-1

Meracia sieť

Na vyhodnotenie zhody medzi vypočítanými a nameranými hodnotami musí poloha bodov siete na povrchu vozovky a stien tunela, na ktorých sa vykonáva meranie, a poloha pozorovateľa zodpovedať podmienkam stanoveným pri výpočte osvetlenia. Softvér Relux Tunel nepožaduje pred výpočtom osvetlenia tunela výber meracej siete, pretože medzinárodne verifikovaná sieť sa automaticky zobrazí na obrazovke počas prvého výpočtu pre pásma s konštantnou úrovňou osvetlenia (v prvej polovici medzného pásma a vnútorného pásma) a v celej dĺžke druhej polovice medzného a prechodového pásma. Tri rozsahy meracej siete sa líšia polohou, dĺžkou a vzdialenosťou od pozorovateľa.

Druhá polovica medzného a prechodového pásma predstavuje časť tunela s rôznymi rozstupmi svietidiel. V tejto časti sa úroveň jasu od konca prvej polovice medzného pásma znižuje na úroveň jasu vnútorného pásma, preto zisťovanie priemerného jasu povrchu vozovky a stien, pozdĺžnej a celkovej rovnomernosti v rovnomerne rozložených bodoch relevantného priestoru nemá zmysel. V tomto prípade sa priebeh jasu v pozdĺžnom smere vyhodnocuje v priečnych rezoch, pričom vzdialenosť medzi rezmi je 6 m. Prvý priečny rad bodov leží v druhej polovici medzného pásma 6 m od konca prvej polovice medzného pásma a posledný priečny rad bodov je umiestnený na začiatku vnútorného pásma. Pritom platí princíp pohyblivého pozorovateľa, t. j. pozorovateľ sleduje každý bod na povrchu vozovky pod uhlom 1°. Pri výške oka pozorovateľa 1,5 m nad povrchom vozovky to znamená, že zo vzdialenosti asi 86 m.

V prípade pásma s konštantnou úrovňou osvetlenia (konkrétne v prvej polovici medzného a vnútorného pásma) platí princíp fixného pozorovateľa, t. j. pozorovateľ sa nachádza 60 m pred meracou sieťou relevantného priestoru. Pretože poloha a dĺžka meracej siete závisia od polohy svietidiel, definuje sa pri každej zmene polohy svietidiel pri nastavení položky Poloha a dĺžka x súradnice (v pozdĺžnom smere) upraviť aj nová poloha a dĺžka meracej siete.

Softvér Relux Tunel umožňuje vytvoriť aj vlastnú meraciu sieť. V praxi by to však viedlo k tomu, že bez validácie neštandardnej siete podľa STN EN ISO/IEC 17025: 2018 a hlavne bez  medzilaboratórneho porovnania s predvolenou meracou sieťou nemôže použitie zamýšľanej siete zodpovedať potrebám zákazníkov transeurópskej cestnej siete „TEM“. Okrem iného, aj softvér LMK LabSoft digitálnej kamery s vysokým rozlíšením série LMK firmy TechnoTeam Bildverarbeitung Ilmenau obsahuje doplnkový softvér Straßen und Tunnel (Cesty a tunely) s predvolenou meracou sieťou zhodnou s predvolenou sieťou softvéru Relux Tunel.

Na spresnenie postupu výpočtu osvetlenia sa má vo vstupnom poli Tunel, v zozname Aktualizácia zvoliť niektorá položka: Ručne, Vždy nové parametre a Poloha a dĺžka x  súradnice (v pozdĺžnom smere) upraviť. Položka Ručne naznačuje, že zvolené parametre zostanú fixné pri každom novom výpočte osvetlenia. Možnosť Vždy nové parametre značí, že všetky parametre sa prispôsobia pri každom novom výpočte osvetlenia novým požiadavkám (napr. dĺžka meracej siete a počet rovnomerne rozložených bodov relevantného priestoru sa môže zväčšiť v prípade, ak sa zväčší rozstup svietidiel). Položka Poloha a dĺžka x súradnice (v pozdĺžnom smere) upraviť znamená, že poloha a dĺžka meracej siete sa skorigujú, ale počet bodov siete sa nezmení.

Vo vstupnom poli Tunel v zozname Pozorovateľ možno zvoliť položky Ručne, Každý jazdný pruh a Iba pravý jazdný pruh. Voľba Ručne naznačuje, že pozorovateľ je voľne umiestnený. Možnosť Každý jazdný pruh znamená, že pozorovateľ je umiestnený v strede každého pruhu. Výber Iba pravý jazdný pruh vyjadruje, že pozorovateľ je umiestnený iba v strede pravého pruhu.

Vo vstupnom poli Tunel v zozname Pohyblivý pozorovateľ sú položky Áno a Nie. Voľba Áno znamená, že sa použije princíp pohyblivého pozorovateľa. Možnosť Nie vyjadruje, že platí princíp fixného pozorovateľa.

Meranie jasu a osvetlenosti povrchu vozovky a stien v tuneli

Po uvedení osvetľovacieho zariadenia do prevádzky je nevyhnutné vykonať meranie jasu a osvetlenosti na povrchu vozovky a stenách tunelovej rúry, aby sa preverili údaje obsiahnuté v projektovej dokumentácii.

Žiaľ, NDS, a. s., chýbajú údaje o odrazivosti suchého povrchu vozoviek v prevádzkovaných tuneloch a cestných komunikáciách pred vstupným a za výstupným portálom. Preto je hlavným zdrojom neistoty merania jasu na povrchu vozovky neoverený predpoklad predpísanej triedy odrazivosti normalizovaného klasifikačného systému R3 s priemerným súčiniteľom jasu q₀ = 0,08 cd/(m² . lx),  ktorý sa opakuje vo všetkých tendroch cestných komunikácií na Slovensku.

Na spracovanie r-tabuliek cestných komunikácií sa používajú laboratórne a mobilné reflektometre. V dostupnosti Slovenska môže vykonať meranie odrazivosti povrchu vozoviek na vzorkách špeciálne upravených s priemerom 150 mm pomocou goniofotometra laboratórium fakulty Verkehrswissenschaften „Fridrich List“ TU Drážďany (SRN) a meranie na pôvodnom mieste (in situ) pomocou reflektometra COLUROUTE (COefficient de LUminance des ROUTEs) ponúka skúšobňa Cerema (Francúzsko).

Treba si uvedomiť, že vozovka a steny tunelovej rúry nie sú pri úradnom overovaní východiskových podmienok ojazdené, preto sa musí meranie jasu a osvetlenosti na vozovke a na stenách tunelovej rúry zopakovať najskôr po jednom roku prevádzky. Dovtedy sa odporúča vykonať kontrolu osvetľovacieho zariadenia na základe merania osvetlenosti.

Preto formulár tlačových zostáv softvéru Relux Tunel umožňuje aj tlač vypočítaných hodnôt osvetlenosti na vozovke a na oboch stenách tunelovej rúry. Meranie sa musí uskutočniť osobitne pre pásma s konštantnou úrovňou osvetlenia (konkrétne v prvej polovici medzného pásma a vnútorného pásma), núdzový záliv, ako aj cestné komunikácie pred vstupným a za výstupným portálom. Meranie sa musí realizovať pri plnej prevádzke osvetľovacieho zariadenia.

Pred meraním svetelnotechnických vlastností osvetľovacieho zariadenia sa musí tunel vyčistiť, vozovka a steny tunelovej rúry musia byť suché, meranie sa požaduje vykonať po zotmení, aby sa predišlo rušeniu osvetlenia denným svetlom, a musí sa dodržať minimálna doba starnutia svetelných zdrojov. Pred začiatkom merania treba osvetľovacie zariadenie uviesť s predstihom do stavu 100% výkonu osvetlenia relevantného priestoru. Za stabilizovaný sa považuje svetelný tok vtedy, keď namerané hodnoty osvetlenia s odstupom niekoľkých minút 3-krát po sebe nevykazujú systematické zmeny.

Pred meraním sa musí kalibrovať alebo skontrolovať stav a funkcia meracích prístrojov, aby sa potvrdilo, že spĺňajú špecifikované požiadavky príslušných noriem a dokumentov. Kontroluje sa čistota všetkých dôležitých súčastí prístrojov a napätie ich napájacích zdrojov. Ak boli meracie prístroje pred meraním uložené v tme, vystavia sa ich snímače počas adaptačného intervalu osvetleniu, ktoré rádovo zodpovedá meranému osvetleniu. Za adaptačný interval sa považuje čas, po ktorom sa údaje prístroja vystaveného konštantnému osvetleniu nemenia.

Meracie prístroje sa musia pred meraním a počas neho chrániť pred škodlivými vplyvmi, ktoré môžu nepriaznivo ovplyvniť výsledky merania, najmä pred vibráciami, vyššími alebo nižšími teplotami, vlhkosťou a pred vyššími hodnotami osvetlenia, ako umožňuje najvyšší rozsah prístroja.

Na meranie jasu a osvetlenosti na povrchu vozovky a stenách tunelovej rúry sa používajú luxmetre s požadovanou fotometrickou hlavicou a jasomery, resp. digitálne kamery s vysokým rozlíšením série LMK. Všetky tradičné meracie prístroje triedy A musia spĺňať požiadavky zodpovedajúce norme DIN 5032-7 Lichtmessung – Teil 7: Klasseneinteilung von Beleuchtungsstärke- und Leuchtdichtemessgeräten (DIN 5032-7 Meranie svetla – Časť 7: Klasifikácia luxmetrov a jasomerov).

Prístroje musia obsluhovať kvalifikovaní pracovníci oboznámení s metódami a postupom merania a zodpovední za vyjadrenia a interpretácie obsiahnuté v protokole o skúške. Všetci pracovníci mobilného laboratória musia mať aktualizované návody na používanie a údržbu prístrojov vrátane príslušných príručiek dodaných výrobcami prístrojov. O každom prístroji na vykonávané merania sa musia viesť záznamy.

Sieť bodov merania na povrchu vozovky a stien je podľa aktuálnych noriem a predpisov na osvetlenie tunelov všetkých krajín Transeurópskej magistrály rovnaká. Na výpočet jasu v bode relevantného priestoru a osvetlenosti treba použiť tú istú polohu bodov siete.

Pri dvojpruhovom jednosmernom tuneli sa meranie na povrchu vozovky vykonáva v smere jazdy, pri dvojpruhovom obojsmernom tuneli sa meranie vykonáva z oboch smerov jazdy (v prípade umiestnenia svietidiel mimo stredu obojsmerného jazdného pásu). Jas na povrchu vozovky a horizontálne osvetlenie jazdného pruhu sa merajú v prvej polovici medzného pásma a vnútorného pásma v 3 bodoch v priečnom smere a v 7 bodoch v pozdĺžnom smere.

Dĺžka meracej siete musí byť najmenej 20 m. Pri druhej polovici medzného a prechodového pásma sa priebeh jasu v pozdĺžnom smere vyhodnocuje v priečnych rezoch, pričom vzdialenosť medzi rezmi je 6 m. Meranie jasu na povrchu stien v prvej polovici medzného pásma a vnútorného pásma sa musí vykonať v 4 bodoch meracej siete v smere jazdy medzi dvomi svietidlami. Ak je vzdialenosť medzi nimi menšia ako 12 m, postačujú 2 body siete. Výška bodov merania 0,2; 1,0 a 2,0 m sa vyhodnocuje od povrchu obrubníka.

Záver

Tieto poznatky rozšírené o informácie publikované na stránkach tohto odborného časopisu približne od roku 2013 môžu tvoriť koncept STN xxx Osvetlenie cestných tunelov.