Stanovení rizikových oblastí tunelového projektu na základě expertního posouzení Martin Srb 3G Consulting Engineers s.r.o., Prague, Czech Republic
ABSTRAKT: Na základě vyhodnocení havárií při ražbách tunelů v České republice a v Rakousku bylo zjištěno, že v České republice došlo v letech 1990 – 2010 k podobnému počtu havárií při ražbě dopravních tunelů jako v Rakousku. Množství tunelů realizovaných v tomto období je přibližně 1:10, t.j. v Rakousku 315 km a v České republice 35 km. Pravděpodobnost havárie při ražbě tunelu byla tedy v ČR přibližně desetinásobná, t.j. řádově větší. Detailní a komplexní analýza důvodů tohoto stavu neexistuje a provedený dotazníkový průzkum mezi domácími a zahraničními experty měl přispět k lepšímu pochopení rizikových oblastí a jejich podílu na haváriích při ražbě. Součástí vyhodnocených výsledků průzkumu je i jeho interpretace a srovnání odpovědí domácích a zahraničních expertů.
Tab. 1 Dopravní tunely v ČR - celkem 1990 – 2010 Délka (m) Celkem silniční 25 885 Celkem železniční 8 855 Celkem 34 740
1 PŘEHLED REALIZOVANÝCH TUNELŮ A HAVÁRIÍ PŘI RAŽBĚ V ČESKÉ REPUBLICE A V RAKOUSKU V LETECH 1990 -2010 Pro srovnání četnosti havárií bylo vybráno Rakousko, které je vhodné z následujících důvodů: • NRTM (nejčastěji používaná konvenční tunelovací metoda) byla vyvinuta v Rakousku a je tam dále rozvíjena • jedná se o tunelářsky vyspělou zemi s velkým množstvím tunelů a vysokou produktivitou a efektivitou jejich realizace • geograficky, historicky i ekonomicky podobné prostředí jako v ČR, jedná se o členskou zemi EU
Silniční a železniční tunely v ČR 1990 - 2011
35 000
34 740
30 000
Silniční tunely
25 885
25 000
Železniční tunely
20 000 15 000 8 855
10 000 5 000
275
Celkem silniční a železniční tunely
20 10
20 04
20 00
20 02
19 98
19 96
19 94
19 92
19 90
20 08
1 395
0
20 06
Celková délka tunelů v m
40 000
Rok dokončení stavby
Přiložené tabulky a grafy realizací dopravních tunelů na silniční a železniční síti ukazují výrazný, přibližně řádový, relativní rozdíl v počtu havárií při realizaci tunelů mezi Českou republikou a Rakouskem. Jednotlivé havárie na rakouských tunelech měly celkově podstatně menší dopad na realizované projekty, než havárie na českých tunelech a zároveň se v Rakousku neopakují havárie na jednom projektu.
Obr.1 Dopravní tunely v ČR Tab. 2 Havárie během výstavby dopravních tunelů v ČR 1990-2010 Havárie Rok havárie Délka tunelu (m) (počet) Hřebeč 1 1995 275 Blanka Špelc 2 2008 4 400 Blanka Mypra 1 2010 1 100 2003, 2005, 1 500 Březno 3 2006 Jablůnkov 3 2008, 2009 500 celkem 10
1
havárie. Jednotlivé odpovědi jsou statisticky vyhodnoceny a interpretovány.
Tab. 3 Dopravní tunely v Rakousku - celkem 1990 - 2010 Délka (m) 188 584 126 257 314 841
Celkem silniční Celkem železniční Celkem
Použité definice: -
Havárie při ražbě (zával, kolaps) je v dotazníku definována jako neočekávaná a nechtěná událost při ražbě (před dokončením definitivního ostění), která způsobí přerušení ražby na více než jeden měsíc.
-
Domácí odborník/respondent je český nebo slovenský odborník
Silniční a železniční tunely - Rakousko 1990 - 2010 350 000 Celková délka tunelů v m
308 374
300 000 Silniční tunely
250 000 184 577
200 000 150 000
Železniční tunely
123 797
Domácí respondenti: 13 odpovědí z 20 oslovených, t.j. 65% Zahraniční respondenti: 15 odpovědí z 21 oslovených, t.j. 71%
123 797
100 000 50 000
1 410
19 90 19 91 19 92 19 93 19 94 19 95 19 96 19 97 19 98 19 99 20 00 20 01 20 02 20 03 20 04 20 05 20 06 20 07 20 08 20 09 20 10
0
Celkem silniční a železniční tunely
17 705
Rok realizace stavby
Tab. 5 Identifikace respondentů průzkumu Domácí respondenti
Obr.2 Dopravní tunely v Rakousku Tab. 4 Havárie během výstavby dopravních tunelů v Rakousku 1990-2010
Profesní zkušenost respondentů (délka) - domácí - zahraniční
Název tunelu
Účel
Rok havárie
Lambach Tunnel Galgenbergtunnel Tunnel Radfeld-Brixlegg Wienerwaldtunnel
železniční železniční železniční železniční
1992 1994 2001 2005
Profesní zkušenost respondentů (oblast) -domácí
Reiserberg (Perschlingkette)
železniční
2007
-zahraniční
železniční železniční
2005 2008
železniční
2008-2009
Tunnel Vomp Lainzer Tunnel Tunnel Raingruben (Perschlingkette) Celkem
Národnost zahraničních respondentů
8
Vzhledem k jedinečnosti každého tunelového projektu je obtížné je srovnávat a statisticky vyhodnocovat. Přesto má provedený přehled vysokou vypovídající hodnotu a je zjevné, že četnost havárií je v České republice výrazně vyšší. Velká část rakouských tunelů je prováděna ve skalním prostředí s vysokým nadložím, a proto by při srovnání tunelů s nízkým nadložím, na kterých dochází k většině havárií, nebyl rozdíl v relativní četnosti havárií tak velký.
Mezinárodní nost respondentů - domácí - zahraniční Geografická nost respondentů - domácí - zahraniční
zkuše-
zkuše-
2 PRŮZKUM MEZI ODBORNÍKY Zkušenost respondentů s haváriemi při ražbě - domácí - zahraniční
2.1 Dotazníková anketa Pomocí dotazníkové ankety provedené mezi omezeným počtem vybraných domácích a zahraničních odborníků byla určeny důležitost/váha základních rizikových faktorů pro možný vznik
2
10-20 let ≥ 20 let
86 % 14 %
10-20 let ≥ 20 let projekční/konzultační výzkum/vzdělávání zhotovitel investor samostatný expert projekční/konzultační výzkum/vzdělávání zhotovitel investor samostatný expert Rakousko 9 Švýcarsko 1 Dánsko 1 Velká Británie 1 Brazílie 2 Kanada 1 79%
87 % 13 % 48 % 14 % 30 % 6% 2% 47 % 24 % 6% 11 % 12 % 60 % 7% 7% 7% 13% 7%
100% ≥ 75% CZ ≥ 6% A, D, SK, UK
≥ 9% A ≥ 6% D ≥ 3% UK, US, I, TR, BR, IR 86% ano 14% ne
100% ano
Komentář k respondentům: V profilech domácích a zahraničních respondentů nejsou podstatné rozdíly v profesní zkušenosti, její délce a struktuře. Převažují odborníci z projekčního a konzultačního prostředí („consultants“), u zahraničních odborníků je poněkud vyšší zastoupení výzkumné a vzdělávací a investorské sféry a samostatných expertů, u domácích odborníků je vyšší zastoupení zhotovitelů (pracovníků stavebních firem). U domácích odborníků (Češi a Slováci) je převažující zemí působení Česko a dále v podstatně menší míře sousedící země (Slovensko, Rakousko, Německo) a Velká Británie. Zahraniční odborníci jsou převážně Rakušané, země jejich převažujícího působení jsou ovšem kromě Rakouska a Německa rovnoměrně rozmístěny po celém (tunelářském) světě. Vzhledem k problematice havárií tunelů realizovaných konvenčními metodami, především NRTM (Nová rakouská tunelovací metoda) a kompetenci i referencím rakouských odborníků, je převaha rakouských odborníků mezi respondenty přijatelná, i z toho důvodu, že jejich působení je celosvětové.
Zahraniční odborníci považují pravděpodobnost havárie v zemích jejich působení za nižší nebo stejnou, oboje téměř polovina. Velká část domácích odborníků si ne zcela uvědomuje skutečnost dokladovanou v kapitole 1, že poměrný počet havárií (vzhledem k počtu a délce tunelů) v České republice je podstatně (řádově) větší, než například v Rakousku (viz kapitola 1).
Hlavním důvodem havárie při ražbě je: 40 35 30 25 20 15 10 5 0
19,64 12,50
Procenta
0,00 projekt
výstavba
systém přípravy a real izace projektu, jeho organizace, řízení a kontrola
jiné
Main reason of the collapse during excavation is 35 30 25 20 15 10 5 0
Je pravděpodobnost vzniku havárie tunelu při ražbě v zemi Vaší převažující profesní aktivity větší než ve většině jiných zemí? 40
31,43
geologie
2.2 Srovnání odpovědí zahraničních (anglicky) a domácích(česky) odborníků a jejich interpretace
50
36,43
33,33 27,08
25,00
14,58
0,00 geology
design
construction
43,75 37,5
system of other (specify) project preparation, organization and realization
Percentage
30 20
Procenta
12,5
Existuje poměrně velká shoda mezi domácími a zahraničními odborníky na příčinách havárií při ražbě. Domácí odborníci považují kromě geologie za hlavní příčinu systém přípravy a realizace, zahraniční kromě geologie také vlastní provádění ražeb.
6,25
10 0 ANO, vyšší
NE, nižší
stejná
jiné (uveďte)
Is probability of tunnel collapse in country of your prevailing activity higher than in most of other countries? 50,00 45,00 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00
46,67
46,67
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
Percentage 6,67 0,00 YES, Higher
NO, Lower
SAME
Other (specify)
Hlavní rozhodovací kompetence během ražby by měl mít:
42,52
34,53
10,72
11,15
Procenta 1,08
zhotovitel projektant investor,geotechnickýnezávislý zástupce monitoring expert investora (např. technický dozor)
U domácích odborníků se více než třetina domnívá že je pravděpodobnost vzniku havárie při ražbě vyšší v České republice než v jiných zemích, skoro polovina se domnívá že je pravděpodobnost stejná a osmina se domnívá, že je pravděpodobnost nižší. 3
0,00 jiné
13,31 6,12 0,00 Percentage
Percentage
3,13
PP
ig n &b
P/ B
d)
OT
B
he
DB
(d
ot
es
designer client, client’s geotechnical independentother (specify) representative monitoring expert (e.g. representatives construction supervision)
18,75
DB
contractor
31,25
)
21,58
u il
19,06
ify
39,93
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
On what type of tunnel project is risk of collapse highest? 46,88
sp ec
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
r(
Main decision competences during excavation should have
Existuje shoda na tom, že hlavní rozhodovací kompetence při ražbě by měl mít zhotovitel a dále investor a jeho zástupci, zahraniční odborníci kromě toho dávají větší význam dalším účastníkům výstavby, t.j. projektantovi, geotechnickému monitoringu a individuálním expertům.
U domácích odborníků je riziko havárie uvažováno s přibližně stejnou pravděpodobností u všech třech typů organizace projektu. Tento názor může vycházet i z poměrně malé zkušenosti domácích odborníků s jinými druhy typů zadání projektů.
Je technická kompetence investora důležitá a může omezit riziko havárie? 85,71
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Zahraniční odborníci vidí výrazně vyšší riziko u typu projektu typu DB (design-build, vyprojektuj a postav), průměrné u typu BOT (build-opratetransfer, postav-provozuj-předej) a nejmenší u standardního způsobu zadáni a realizace DBB (design-bid-build, vyprojektuj-soutěž-postav). Tyto závěry vycházejí pravděpodobně z dobré zkušenosti s projekty připravovanými a řízenými kvalifikovanými investory v okolních zemích (Rakousko, Německo), kde je investor i zadavatelem realizační dokumentace.
Procenta 14,29
je velmi důležitá
je důležitá
0,00
0,00
je méně důležitá
jiné (uveďte)
Is technical competence of the Client important and may reduce risk of collapse?
Zvýší havárie tunelu celkovou dobu realizace tunelového projektu?
53,33
60 50 40 30 20 10 0
40,00 Percentage 6,67
is very important
is important
is less important
13 7
0,00
ANO NE
other (specify)
jiné (uveďte)
80
Existuje shoda na tom, že technická kompetence investora je důležitým, nebo velmi důležitým faktorem ovlivňujícím riziko havárie. Vyšší důraz na tuto kompetenci u domácích odborníků je dán pravděpodobně skutečností, že technická kompetence a kapacita investorů na českých tunelových projektech není často dostatečná.
Does a tunnel collapse increase total tunnel project construction time? 0 6
YES NO other (specify)
Na jakém typu (organizace, řízení, financování) tunelového projektu je riziko havárie největší? 37,93
40 35
31,03
31,03
94
30 25 20 15 10 5 0
Procenta
Tato zdánlivě jasná otázka a téměř jednoznačné odpovědi dokládají všeobecné přesvědčení o negativním vlivu havárie na projekt. Konkrétní způsob zadání realizace může tyto negativní vlivy na veřejnou sféru omezit, případně omezit přenese-
DB B
(d
es ig
n,
bi d,
bu ild )
-t
j.
sta
nd
ar dn
. ..
0,00
4
ní důsledků na veřejného zadavatele a umožnit řešení důsledků u soukromého smluvního partnera (zhotovitele, koncesionáře v případě BOT projektů). Jako příklad může sloužit BOT koncesní projekt dálnice M6 v Maďarsku, který byl uveden do provozu v předpokládaném termínu, přestože došlo k závažné havárii a zavalení tunelu.
90
3 PROBLEMATIKA A OMEZENÍ PROVÁDĚNÉHO PRŮZKUMU, SHRNUTÍ A INTERPRETACE ODPOVĚDÍ V případě posuzování problematiky havárií při ražbě tunelů je metoda kvalitativního dotazníkového průzkumu u omezeného počtu vybraných odborníků považována za přínosnou. Vzhledem ke komplexnosti příčin každé jednotlivé havárie je shrnutí příčin a jejich závažností a vlivů jiným způsobem velmi obtížné. Provedený průzkum je ovlivněn vzorkem respondentů, jejich profesní zkušeností, kvalifikací a také současným funkčním a pracovním zařazením v tunelářském oboru. Vzhledem k předem deklarovanému nekomerčnímu využití průzkumu se dá předpokládat, že odpovědi respondentů jsou jen v malé míře ovlivněny zájmy jejich současného profesního uplatnění v rámci oboru a jejich současných zaměstnavatelů. Vypovídající hodnota je tedy považována za vysokou.
Jaké by mělo být optimální rozdělení nákladů na celý proces přípravy realizace tunelového projektu? 78,98
80 70 60 50 40 30 20 4,76
10
6,57
4,27
2,63
2,79
0,00
Procenta
ích ) fá z ec h vš pr oj ek to vá ní (v e
vla
vý st av stn ba ín tu ák ne la lu dy (n in ák ve lad sto yz ra ho (v to še vit ch ny ele ad ) m in ist ra tiv ní .. .
0
3.1 Závěry/shrnutí
What should be optimum distribution of total tunnel project costs
70
- jako hlavní příčiny haváriíí při ražbě byly určeny: geologie+výstavba 60% (35% + 25%) projekt+systém organizace a řízení 40% (13% + 27%)
63,85
60 50 40 30 20 10
7,25
6,92
9,23 3,41
6,04
3,30 Percentage
ot he r( sp ec ify )
- hlavní rozhodovací kompetence během ražby by měl mít: zhotovitel 41% investor 28% projektant 15% GTM 12% Expert 4%
Cl ie nt ’s
ow n
co st s
(a ll
tu nn el ad co m ns in tr ist uc ra tio tiv n e, te ch ni ge ca ot la ec .. hn ic a l in ge v es ot t ig ec hn at io ica CS n de lm V (c s o ig on ni n t st (a or ru l i l n st ct g ag io du n es rin su ) gc pe rv on isi s tr on u )i ct fn io n ot do ne by th ...
0
Vyhodnocení je ovlivněno malým počtem konkrétních odpovědí respondentů, především domácích. Zahraniční odborníci dávají výšší důležitost (poměr nákladů) v podstatě všem nestavebním činnostem (gelogický průzkum, projektování, investorské práce, kontrola. Pravděpodobně výstižnějším vyjádřením názoru na tuto problematiku by bylo předložení skutečného rozdělení nákladů několika konkrétních projektů a vyjádření odborníků k jejich adekvátnosti/přiměřenosti. Tato data je ovšem velmi obtížné získat či stanovit a to především u vlastních nákladů investora (státní organizace), který se přípravou projektu může zabývat velmi dlouhou dobu, u „mega“ projektů i několik desetiletí.
- technická kompetence investora je důležitá a může omezit riziko havárie: Ano 95% - na jakém typu (organizace, řízení, financování) tunelového projektu je riziko havárie největší: DB 45% (DB - design-build, vyprojektuj a postav, prováděcí projekt a technická řešení splňující funkční požadavky zadavatele jsou v kompetenci zhotovitele – stavební firmy. Tento typ zadání vede k úsporným řešením, u ražby tunelů často na hranici rizika a dále k „levným“ řešením, která nemusí být dlouhodobě výhodná . Smluvní podmínky mohou být definovány např. tzv. „žlutým“ Fidicem a je použit t.č. např. na projektu tunelu Višňové 5
na Slovensku, nebo na projektu tunelu Patnitop v Indii.
4 ZÁVĚR
BOT 35% (BOT (build-oprate-transfer, postavprovozuj-předej). Obdobně jako u typu DB je detailní technické řešení v kompetenci zhotovitele a jeho projektanta. Tím, že je koncesionář také zodpovědný za provoz po relativně dlouhou dobu (několik desetiletí), měl by hledat stavební řešení, která jsou výhodná dlouhodobě z hledisek funkčních a provozních.)
Skutečnost, že relativní četnost havárií tunelů v České republice je výrazně vyšší než v sousedním Rakousku představuje výzvu pro celé české tunelářství a jeho jednotlivé subjekty. Provedený průzkum mezi domácími a zahraničními odborníky ukazuje vysokou míru shody na problematice havárií tunelů. Vyšší podíl nákladů na všechny doprovodné inženýrské činnosti (průzkum, projektování, investorská příprava, kontrola) by s velkou pravděpodobností nejen snížil četnost havárií, ale zároveň přispěl k realizaci projektů v předpokládaných termínech a nákladech.
DBB 20% (DBB (design-bid-build, vyprojektuj-soutěžpostav). Neumožňuje zásadní optimalizaci technických řešení, zadavatel je zodpovědný i za realizační (detailní) projekt a geotechnické podmínky. Při kvalitní přípravě projektu je v okolních zemích (Rakousko, Německo) považován pro tunelové stavby za optimální. V ČR je realizační projekt v kompetenci zhotovitele (schvalován zadavatelem) a častém případě stejného projektanta zadávací i realizační dokumentace se projektant dostává do střetu zájmů (zastupuje zadavatele i zhotovitele).
Tento příspěvek byl zpracován s podporou grantů GAČR P105/12/1705, TAČR TA01011816 a TA01031840.
- jaké by mělo být optimální rozdělení nákladů na celý proces přípravy realizace tunelového projektu: zhotovitel/stavba 65% investorské náklady 7% (+6%) (+ stavební dozor) geologický průzkum 7% projekt 9% GTM 3% jiné (experti, posudky,...) 3% Poznámka: Shrnuté výsledky jsou založeny na provedeném průzkumu a nemusí výjadřovat názory autora příspěvku. Skutečnost, že relativní četnost havárií tunelů v České republice je výrazně vyšší než v sousedním Rakousku představuje výzvu pro celé české tunelářství a jeho jednotlivé subjekty. Provedený průzkum mezi domácími a zahraničními odborníky ukazuje vysokou míru shody na problematice havárií tunelů. Vyšší podíl nákladů na všechny doprovodné inženýrské činnosti (průzkum, projektování, investorská příprava, kontrola) by s velkou pravděpodobností nejen snížil četnost havárií, ale zároveň přispěl k realizaci projektů v předpokládaných termínech a nákladech.
6
