Manažment rizík v podzemných stavbách

Nebezpečenstvo je definované ako udalosť, ktorá vplýva na projekt a môže viesť k následkom v oblastiach bezpečnosti a ochrany zdravia ľudí, životného prostredia, návrhu stavby, nákladov na návrh projektu, výstavby, nákladov spojených s výstavbou, tretích strán a existujúcich zariadení vrátane povrchových a podpovrchových stavieb a ostatných štruktúr a infraštruktúr, ktoré sú ovplyvnené realizáciou stavebných prác.

Pri každej stavbe sa musia zhodnotiť rizikové faktory, ktoré vplývajú na stavebné náklady v súčinnosti s časom výstavby a vplyvom na sociálnu sféru. Z toho vyplýva vhodný návrh konštrukcie a v etape výstavby minimalizácia rizík. Úlohou risk manažmentu je tieto riziká pomenovať, úplne eliminovať alebo obmedziť a rozdeliť ich medzi jednotlivých účastníkov stavby.

Riadenie rizík
Každé realizované podzemné dielo je jedinečné, a preto aj rozsah riadenia rizík je rôzny. Do rozsahu risk manažmentu zahŕňame riziká zamerané na:

• zdravie a bezpečnosť pracovníkov, ako aj ich zranenia a straty na životoch,
• bezpečnosť a ochranu zdravia tretích osôb,
• majetok tretích osôb, existujúcich budov a stavieb, budovy patriace do kultúrneho dedičstva nachádzajúce sa nad a pod infraštruktúrou,
• životné prostredie,
• straty spojené s omeškaním dokončenia,
• finančné straty a ďalšie neplánované náklady,
• iné.

Ekonomická realizovateľnosť môže byť definovaná pomocou princípu ALARP (as low as reasonable practicable), t. j. znížením všetkých rizík na prijateľnú úroveň (obr. 1).

Kritériá posudzovania rizík
Základné smerovanie riadenia rizík sa pretransformuje do kritérií prijateľnosti. Kritériá na posudzovanie rizík sa určujú na základe skúseností a pravidiel všeobecne prijateľných pre spoločnosť. Rozdeľujeme ich na kvalitatívne (klasifikácia rizík) a kvantitatívne (ALARP).

Kvalitatívne posúdenie rizík zahŕňa identifikáciu nebezpečenstva, klasifikáciu zistených rizík, stanovenie opatrení na ich zmiernenie a analýzu rizík – zaradenie do rizikových tried.

V procese zisťovania a klasifikácie sa venuje pozornosť zložitosti a vhodnosti po­užitej technológie, neočakávaným zmenám v geologických a hydrogeologických pomeroch, technickej a/alebo riadiacej kompetencii, ľudskému faktoru a/alebo ich chybám, komunikácii a spolupráci – koordinácii jednotlivých účastníkov projektu a kombináciám viacerých udalostí, ktoré nie sú samostatne kritické.

Nebezpečenstvá sa identifikujú na základe skúseností z podobných projektov opísaných v literatúre, štúdiou všeobecných pokynov týkajúcich sa nebezpečenstva pri vykonávaných prác, diskusiou odborníkov z projekčnej skupiny a ďalších ľudí spolupracujúcich na projekte.

Obr. 2 Vyhodnotenie súčiniteľov bezpečnosti [5]

Analýza rizík pri podzemných stavbách
Výber rizikových faktorov
Faktory hodnotenia rizík sa rozdeľujú do dvoch skupín – stabilitné a faktory životného prostredia (ekologické). V tab. 1 sú uvedené niektoré z nich.

Analýza faktorov stability
Geotechnické pomery
Zistiť geologické pomery líniových stavieb, akých je väčšina podzemných stavieb, je veľmi ťažké aj napriek dostatočnému prieskumu. V tab. 2 sú uvedené rozdiely v predpoklade a v skutočných geologických pomeroch v diaľničnom tuneli Sitina v Bratislave [2].

Súčinitele bezpečnosti pevnostných parametrov eliminujú riziká spojené s geotechnickými pomermi a možnosti vzniku porúch (obr. 2).

Deformácie nadložia
Otvorením výrubu [1] pri razení sa začne meniť stav napätosti. Deformácie súvisiace s tou­to zmenou sa vnútri diela prejavujú radiálnymi deformáciami (konvergenciami) po obvode výrubu a pozdĺžnymi deformáciami čela (extrúzie). Vyplývajú z objemu zeminy, ktorý prenikne do teoretického profilu a zmenšuje tak jeho veľkosť. Vyťaženie tohto objemu zeminy sa pri nízkom nadloží prejaví vznikom deformačnej zóny nad podzemným dielom a poklesovej kotliny (obr. 3) na povrchu územia. Na zástavbe nachádzajúcej sa v blízkosti, respektíve nad razením tunela (teda v poklesovej kotline) môžu vzniknúť poruchy (tab. 3).

Obr. 3 Priebeh deformácií počas razenia [1]
a) deformačné krivky; 1– deformačná zóna, 2 – priečna poklesová kotlina, 3 – pozdĺžna poklesová kotlina, 4 – rovina čela
b) tvar deformačnej kotliny


Tab. 3 Kritériá hodnotenia deformácií a pomerných deformácií

Podzemná voda
Otvorením výrubu [1] sa vytvoria podmienky na prítok podzemnej vody do tunela, čo má vplyv nielen na jeho stabilitu. Vzniká drenážny efekt, ktorý vyvolá zníženie hladiny podzemnej vody. Zníži sa vztlak na zemné častice, a tým sa zväčší efektívne napätie v zemine. V dôsledku tohto priťaženia dochádza k deformáciám horninového masívu zasahujúcim širšiu oblasť (nielen oblasť nad podzemným dielom). Toto sadnutie je nerovnomerné, vyplýva zo všeobecného charakteru depresnej krivky hladiny podzemnej vody. Pri súdržných zeminách treba brať do úvahy objemové zmeny spôsobené konsolidáciou. Hydrogeologický prieskum je zameraný na kolísanie hladiny podzemnej vody, prúdenie a zhodnotenie prítokov podzemnej vody do tunela. Na obr. 4 sú uvedené hodnoty parametra, ktorý do klasifikácie RMR [5] zahŕňa vplyv podzemnej vody.

Obr. 4 Graf parametra vplyvu podzemnej vodu klasifikácie RMR [5]

Seizmické účinky
Ďalším faktorom, ktorý má vplyv na výstavbu tunelov, sú seizmické účinky. Stabilita tunela sa pri pôsobení zemetrasenia hodnotí dynamickou analýzou pomocou amplitúdy jeho vibrácií. Seizmické zaťaženie (pohyb podložia) zapríčiňuje vynútené kmitanie (seizmickú odozvu) stavebných konštrukcií. Účinky zemetrasenia vstupujú do výpočtov pomocou seizmického zrýchlenia. Územia (obr. 5), na ktorých sa počítajú účinky zemetrasenia, nesmú presiahnuť kritériá dané koeficientmi zrýchlenia danej oblasti.

Obr. 5 Zdrojové oblasti seizmického rizika na území Slovenska a v jeho okolí [6]

Analýza ekologických faktorov
Vibrácie vplyvom trhacích prác
Pri razení podzemných diel technológiou NRTM (Nová rakúska tunelovacia metóda) sa horniny rozpojujú pomocou trhaviny. Ich účinky sa prejavujú v širokom okolí diela, kde vzniká zóna porušenia. Jej rozsah závisí od horninového masívu, charakteru diskontinuít, HPV a podobne. Príslušné právne predpisy a vyhlášky určujú kritériá na posúdenie duševného zdravia a majetku. Výška náhrady [5] za duševné zdravie sa stanovuje podľa vzorca

Uplatnením trhacích prác pri výstavbe tunelov vzniká dynamické zaťaženie na jestvujúce stavebné objekty. Cieľom seizmického monitoringu je určiť toto zaťaženie a spresniť postup trhacích prác so zámerom predísť prípadným škodám na týchto objektoch.

Meranie konvergencií slúži na posúdenie účinkov mechanického kmitania pôsobením rôznych zdrojov (trhacie práce, doprava, stavebné mechanizmy, strojové zariadenia a pod.) na okolité objekty.

Hluk spôsobený trhacími prácami
Riziko psychického poškodenia spôsobeného hlukom z trhacích prác sa hodnotí deduktívne pomocou rovnice regresnej analýzy založenej na prípade skutočnej náhrady škody.

Pri razení tunela Sitina sa dôsledne pripravil monitoring zložiek životného prostredia a seizmický monitoring. Prispel k návrhom opatrení, ktoré sa realizovali počas výstavby – úprava pracovného času a harmonogramu prác tak, aby sa dosah prác (najmä raziacich prác na výstavbe tunela) na okolie minimalizoval.

Analýza čerpania podzemnej vody
Na podzemnú vodu a jej prúdenie má vplyv razenie podzemných stavieb a ich závislosť od vzájomnej polohy hladiny podzemnej vody (HPV) a podzemného diela. Pri razení tunela nad úrovňou hladiny podzemnej vody sa môžu vplyvom výstavby narušiť priesakové cesty podzemnej vody. Keď sa podzemné dielo razí pod úrovňou hladiny podzemnej vody, môže do už vyrazeného diela vnikať voda, ktorá sa musí čerpať počas celej výstavby. V zasiahnutej oblasti sa vytvára depresný kužeľ, ktorého veľkosť závisí od miestnych hydrogeologických podmienok. Návrat HPV do pôvodného stavu závisí od použitého systému izolácie tunela. Pokles hladiny podzemnej vody môže ovplyvniť prísun vody do studní a pre vegetáciu.

Podľa spôsobu zaistenia podzemného diela a v závislosti od agresivity podzemnej vody môže dochádzať k vylúhovaniu látok do podzemnej vody, a tým k zmene chemizmu vody. Kontrola a úprava kvality vody z drenážneho systému tunela prebieha aj počas prevádzky tunela.

Záver
Analýza rizík je systematická veda, ktorá sa skladá z troch hlavných častí: identifikácia rizík a opatrení, hodnotenie rizík a rozhodnutie – proces riadenia rizík a kontrola. Jadro rizík v troch predmetoch je riziko prijatia. Analýza rizík zahŕňa pracovníkov, prírodné zdroje alebo hospodárstvo, preto by sa mali posudzovať na základe viacerých hľadísk, ako sú zostatok nákladov, prínosy, riziká strát a obavy verejnosti.

„Nie je stavebný projekt bez rizika. Riziko môže byť riadené, minimalizované, spoločné, zmenené alebo akceptované. No nemôže byť ignorované.“ (Sir Michael Latham, 1994).

Literatúra
1.    Barták, J.: Redukce deformací nadloží a ochrana povrchové zástavby při ražbě tunelů. In: Stavebnictví, 2007, č. 5.
2.    Hnilička, M.: Vliv výstavby tunelových staveb na vegetaci. In: Tunel, roč. 19, 2010, č. 1.
3.    Kotrík, V. – Snopko, J. – Svoboda, B.: Skúsenosti z razenia tunela Sitina v intraviláne hlavného mesta SR. In: Tunel, roč. 15, 2006, č. 3.
4.    Paučová, Z.: Seizmický monitoring tunela Sitina.
In: Tunel, roč. 13, 2004, č. 4.
5.    Young-Geun KIM: Application of risk analysis ­assessment in tunnel design. In: International Journal of the JCRM, volume 5, 2009, number 1, pp. 11 – 18.
6.    STN 73 0036: 1997 Seizmické zaťaženia stavebných konštrukcií.

Príspevok je jedným z výstupov grantovej úlohy VEGA č. 1/0619/09 Zohľadnenie rizík pri navrhovaní geotechnických konštrukcií.

TEXT: Ing. Jana Chabroňová, PhD.
FOTO: archív autorky, Terraprojekt

Jana Chabroňová pracuje na Katedre geotechniky Stavebnej fakulty STU v Bratislave.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.