Ejpovické tunely: historie projektové přípravy a současnost výstavby

• Foto

HISTORIE PROJEKTOVÉ PŘÍPRAVY EJPOVICKÝCH TUNELŮ (2002 – 2011), SOUVISLOSTI SE ŽELEZNIČNÍMI KORIDORY
Výstavba nových železničních tunelů byla v období od přelomu tisíciletí koncentrována do evropských tranzitních koridorů (TŽK), které se na území ČR ve směru západ-východ a sever-jih křižují. Rozhodujícím impulzem pro jejich výstavbu byly evropské dotace z Operačního programu Doprava, který je financován jak z Fondu soudržnosti (určen pro podporu chudších států EU (nikoliv regionů) a v programovacím období 2007 – 2013 pomáhá 12 novým členským státům střední Evropy a Středomoří a starším členským členům EU Řecku, Portugalsku a Španělsku.), tak z Evropského fondu pro regionální rozvoj (ERDF). Z pohledu objemu finančních prostředků představuje největší program z fondů EU spadající do cíle Konvergence. 5,76 mld. eur (přibližně 162,41 mld. Kč), představují více jak dvacetiprocentní podíl veškerých finančních prostředků určených z fondů EU pro Českou republiku navýšených o dalších 1,01 mld. eur (asi 26,8 mld. Kč) z českých veřejných zdrojů. Z OPD1 se dodnes podařilo spolufinancovat všechny tunely na 1. a 2. tranzitním koridoru z Olomouce do Ústí nad Orlicí (tunely – Hněvkovské, Krasíkovský, Malá Huba, Velká Huba, Třebovický a Janbluňkov v celkové délce 2,90 km), 4. koridoru z Benešova do Tábora (tunely Tomické, Olbramovický, Votický, Zahradnický a Sudoměřický v celkové délce 3,550 km, připravené jsou další dva projekty tunelů Mezno a Deboreč v délce 1,50 km).

Modernizace tratě v úseku Rokycany – Plzeň je po úseku mezi Prahou a Berounem nejdůležitější částí III. železničního tranzitního koridoru a splňuje podmínku výrazného zkrácení tratě mimo údolí Berounky, ve kterém je vedena stávající železniční trať. Dále umožní zvýšení traťové rychlosti do 200 km/h a výhledové napojení na vysokorychlostní železniční trať, s kterou se uvažuje od vjezdových portálů tunelu Homolka směrem na Ejpovice. Trasa železniční tratě je vedena mimo obytná sídla, nacházející se mezi Rokycany a Plzní. Příprava stavby, která je dlouhodobě umístěna do územních plánů VÚC Plzeňského kraje i jednotlivých obcí a byla prohlášena za stavbu veřejného zájmu, byla zahájena Územně technickou studií a v roce 2002 navrhla novostavbu dvou dvoukolejných tunelů, dl. 3 600 m, s cca 690 m hloubeným úsekem. Přípravná dokumentace pro územní řízení v r. 2006 navrhla dva dvoukolejné tunely Homolku dl. 2 400 m a Chlum dl. 1 300 m se zářezem, ve kterém byla umístěna železniční zastávka, každý z obou tunelů byl vybaven vlastní, paralelně vedenou únikovou štolou. Trasa tunelů byla vedena ve směru přibližně VJV – ZSZ a v západní části přecházela do mírného oblouku směrem k jihozápadu. Rozhodnutím Rady města Plzně o nutnosti výrazného omezení vlivu výstavby tunelů a také železniční dopravy na jeho okolí (především obytných zón v Újezdě), společně se zrušením železniční zastávky umístěné do zářezu mezi tunely v roce 2006, zásadně ovlivnilo koncepci vedení železniční tratě, především jeho podzemních objektů.

Projekt stavby a Zadávací Dokumentace pro soutěž (2012) rozhodly, že dvoukolejná železniční trať bude v podzemí vedena tak, že každá kolej bude vedena samostatně v jednokolejném tunelu, když portálové části budou realizovány ve společných stavebních jámách.

Stavební jáma, umístěna mezi tunely Homolka a Chlum, v depresi mezi oběma masivy měla mít pouze dočasný charakter a po dokončení výstavby ražených tunelů se měla zasypat. Následně se do tohoto prostoru umístil povrchový technologický objekt se šachtou s nástupními a záchrannými plochami pro jednotky Integrovaného záchranného systému a hasičského záchranného systému (zkráceně IZS a HZS ČR). Tunely budou propojeny soustavou osmi chodeb, sloužících především pro únik cestujících ze zasaženého tunelu do bezpečné zóny druhého tunelu a také pro umístění technologických objektů zabezpečujících železniční dopravu. Směrové vedení tunelů je Homolce na délku cca dvou třetin v přímé, další třetina délky pod Chlumem je v levém oblouku. Trasa severního tunelu je odsunuta severně tak, že maximální osová vzdálenost tunelů dosahuje 48,0 m. Výškové vedení trasy je v jednotném sklonu 8 ‰, trať klesá ve směru staničení, z Rokycan do Plzně. Nadmořská výška na vjezdu do tunelů je 380 m n. m., na západním 340 m n. m. Homolka se zvedá až na 417,0 m n. m., mezi masivy klesá terén až na 345 m n. m., protíná silnici z Újezdu do Bukovce a vrchol Chlumu stoupá až na 405,0 m n. m. Většina území je využívána zemědělskou výrobou, pouze v západním konci trasy je lesní porost. Navrhovanou trasu protínají celkem 3 silnice II. třídy, vedené výhradně z městské části Plzeň Újezd do oblastí severně a východně od plzeňské městské aglomerace. Přímo nad trasou tunelu Chlum se nachází jediný objekt, bývalá rozhledna na Chlumu, když horninové nadloží nad tunelem je cca 60 m, nedaleko poklesové kotliny se nachází hospodářské objekty zemědělských statků, za depresí mezi Homolkou a Chlumem přiléhá k trase tunelů souvislejší zástavba z přízemních garáží.

PRŮBĚH A PODMÍNKY SOUTĚŽE NA VÝSTAVBU
Zadavatel (SŽDC s. o.), zastoupený Stavební správou Plzeň (nyní SS Západ se sídlem v Praze) připravil Zadávací podmínky a umožnil stavebním firmám navrhnout variantní řešení ražby jednokolejných tunelů. Po vyhodnocení soutěže vybral zadavatel v roce 2012 jako nejvýhodnější variantu dvou jednokolejných tunelů, ražených pomocí plnoprofilového tunelovacího stroje (Herrenknecht AG) od sdružení firem Metrostav a. s. a Subterra a. s. Dalšími soutěžícími byly firmy Skanska a. s. a OHL ŽS a. s. Po vyhlášení výsledku soutěže nemohla SŽDC s. o. výstavbu tratě zadat k realizaci a zahájení stavby bylo několikrát odsouváno, protože ÚOHS několik měsíců řešil odvolání neúspěšných uchazečů proti výsledku soutěže a tyto časové prodlevy výrazně zkomplikovaly čerpání dotací z evropských fondů.

GEOLOGICKÉ POMĚRY V TRASE TUNELŮ
Podrobný geotechnický průzkum byl realizovaný v trase jižního tunelu a geofyzikální průzkum, který má větší plošný rozsah než bodové vrtné práce prokázal, že geologické struktury mají průběh zhruba jihovýchod – severozápad. Hlavní metodou podrobného geotechnického průzkumu byly vrtné práce. Z realizovaných 11 ks jádrových vrtů byly 2 vrty hydrogeologické, 1 vrt svislý inženýrsko‑geologický a 8 vrtů orientovaných – šikmých. V rámci hydrogeologického průzkumu byla vybudována síť hydrogeologických monitorovacích vrtů, která slouží ke sledování přirozené hladiny podzemní vody před výstavbou, v průběhu ražby a následně po ukončení stavby. Součástí hydrogeologických prací bylo též provedení čerpacích zkoušek pro stanovení velikosti přítoků v průběhu ražby a do stavebních jam.

Geologická stavba zájmového území je poměrně komplikovaná. K nejstarší jednotce zde patří horniny svrchního proterozoika zastoupené převážně tmavými břidlicemi a méně pak světlými prachovci. Směr vrstevnatosti je přibližně kolmý k ose projektovaného tunelu a sklon vrstevních ploch je 30 – 550 ° k západu. Rozpukání masivů klesá s hloubkou. Mladší jednotkou jsou paleozoické horniny stáří ordovik. Petrograficky je lze charakterizovat jako prachovité břidlice s extrémně velkou až velkou hustotou diskontinuit. Prachovité břidlice se vyskytují v první cca třetině ražby v masivu Homolka od vjezdového portálu. Sedimenty jsou prostoupeny vulkanity, které tvoří významnou terénní elevaci – kopec Chlum. Jedná se o jemnozrnné masivní horniny převážně zelenošedé barvy, spility. Pro obě proterozoické horniny jsou charakteristické pyritové impregnace. Při přechodu ražeb mezi masivy Homolky a Chlumu se ve výběžku terciérní pánve stáří neogén setká výstavba s neogénním souvrstvím, které je tvořeno písky a štěrky. V létě a na podzim se v depresi realizoval doplňující průzkum, který vyplynul z vrtů pro GTM – geotechnický monitoring lokality. Výstavba železniční tratě byla rozdělena na úseky, jejichž realizace pomocí NRTM by pravděpodobně probíhala najednou. Z velkých stavebních objektů vyčnívaly především ražené tunely s hloubenými stavebními jámami, když celková délka jednokolejných tunelů po dokončení výstavby bude 8 326 m.

REALIZAČNÍ DOKUMENTACE TUNELŮ RAŽENÝCH PLNOPROFILOVÝM TUNELOVACÍM STROJEM (2014)
Realizační dokumentace tunelů respektuje všechny rozhodující parametry železniční tratě a upravuje pouze tvar ostění tunelových trub, který je daný změnou technologie výstavby – z cyklického postupu NRTM v podkovovitém profilu na kruhový profil pro plnoprofilový, konvertibilní tunelovací stroj (konvertibilní proto, že stroj je navržen do měkčích břidlic a prachovců Homolky a také pro spility v masivu Chlum).

VZOROVÝ PŘÍČNÝ ŘEZ TUNELU
Světlý tunelový průřez jednokolejných tunelů je navržen ve shodě se Vzorovým listem – Světlý tunelový průřez jednokolejného tunelu s pevnou jízdní dráhou, převýšením 0 – 160 mm (-bez odsazení-) do rychlosti 160 km/h. Pro doložení požadovaných parametrů DVZ i pro rychlost 200 km/h bylo provedeno posouzení aerodynamického vlivu na cestující v uzavřeném dopravním vozidle při dosažení rychlosti 200 km/h.

NOSNÁ KONSTRUKCE TUNELOVÉHO OSTĚNÍ
Ostění kruhových, jednokolejných tunelů realizovaných pomocí plnoprofilových tunelovacích strojů respektuje všeobecné, normové požadavky na únosnost i použitelnost konstrukcí podzemních objektů. Byly provedeny statické výpočty navrženého ostění v rovinném (2D) i prostorovém (3D) modelu metodou lomové energie programem ATENA. Ostění bylo zatíženo horninovým tlakem, hydrostatickým tlakem, tlakem od mechanizace – při ražbě i při dopravě segmentů na čelbu, zatížením změnami teplot tak, jak to vyplývá z požadavků příslušných TKP. Navrhuje se uzavřený hydroizolační systém, když se předpokládá, že po čase se v podzemí obnoví stávající systém proudění vody v masívu.

Pro segmentové ostění je charakteristická velmi vysoká přesnost výroby prefabrikátů a systémové osazování těsnicích pásků přímo na vyrobené prefabrikáty. Geometrické odchylky jsou minimální, a proto těsnicí pásky vložené do obvodových drážek pak ve spárách ostění zatěsňují kvalitně podzemní dílo proti účinkům podzemní vody. Ostění podzemního díla se při uplatnění segmentových prvků skládá z jednotlivých prstenců kruhového tvaru. Segmentové ostění je z hlediska podélného uspořádání navrženo se zkosením, požadovaný výškový gradient a směrový oblouk je docílen vzájemným natáčením a posloupností instalace, když zkosena je vždy pouze jedna strana prstence. Vzhledem k tolerancím a nepřesnostem při ražení je průměr výrubu navýšen o 0,15 m a toto mezikruží je vyplněné injektážní směsí. Kruhové ostění je navrženo jako jednoplášťové s uzavřeným systémem izolace. Ostění tvoří prefabrikované železobetonové segmenty, s vnitřním průměrem 4,35 m, tloušťka segmentu je 0,40 m, šířka nosného prstence 2,0 m, beton ostění C45/55 XA2, XC2, XF2, XD1. Mimo prstenců v místě napojení spojovacích chodeb na tunel a obou připortálových úseků, budou segmenty vyztuženy rozptýlenou výztuží. Kontaktní plochy mezi přiléhajícími prstenci musí být schopny přenést tlakové (rovněž excentrické) zatížení od podélného posunu stroje, posouvající síly mezi prstenci vzniklé jejich rozdílnou deformací a síly vzniklé konzolovým účinkem při skládání. Vodonepropustnost segmentového ostění se dosahuje dvěma způsoby, segmenty samotnými, jejichž propustnost je omezena (velikost trhlin vzniklých napětím je rovněž omezena) a nepropustnou izolací uloženou mezi segmenty (pryžové těsnící pásky). Spoje v podélném a příčném směru jsou instalovány mezi segmenty z důvodů udržení přípustné tolerance při ukládání segmentů, udržení vodní izolace mezi segmenty ve stlačeném stavu a zajištění stability segmentů během usazování prstence. Spojovací systémy mají obecně dočasnou funkci, po dokončení všech injektáží, a pokud je tunelovací stroj vzdálen již cca 200 m, je možné je odebrat. Trvale však musí tyto systémy zůstat v okolí příčných propojek z důvodu, aby udržely izolaci stlačenou.

POSOUZENÍ PRO VÝBĚR TUNELOVACÍHO STROJE A JEHO ZÁKLADNÍ PARAMETRY
Na základě geotechnických vlastností horninového masivu vyplývajících z Podrobného IGHP byl dodavatelem tunelů – Metrostavem a. s. a výrobcem stroje Herrenknech AG. proveden návrh a posouzení tunelovacího stroje a vyhodnocení efektivnosti jeho nasazení. Základními parametry pro návrh a posouzení byly: pevnost v prostém tlaku, RMR, RQD a přítoky podzemních vod. Vzhledem k tomu, v České republice není žádná zavedená metodika pro výše uváděný výběr tunelovacích strojů, projektant společně se zhotovitelem použil nejpoužívanější, zahraniční metodiky normu SIA 198/1993 (i když tato je primárně určena do pro posouzení strojů do tvrdých hornin bez štítu) a DAUBT (Deutscher Ausschuss für unterirdisches Bauen). Nasazení tunelovacích strojů bylo z hlediska penetrace vhodné, když její předpokládaná hodnota dosahovala minimálně 3 až 4 mm na 1 otočení řezné hlavy a na základě vyhodnocení podkladů z IGHP se konstatovalo, že geologické prostředí v navrhované trase tunelů tomuto požadavku vyhovují.

Hlavní parametry tunelovacího stroje s označením S-799 jsou: délka 115 m, hmotnost 1 860 t, průměr řezné hlavy 9 840 mm, maximální rychlost 80 mm/min., kroutící moment 23,7 MNm, tlačná síla 64,7 MN, instalovaný výkon 6,2 MW. Pro postup jsou možné následující módy ražeb: do břidlic otevřený/open, přechodový/transition, uzavřený/closed – všechny EPB módy a hard rock mód do tvrdých spilitů.

REALIZACE A HLAVNÍ ZÁSADY POSTUPU VÝSTAVBY
K oficiálnímu zahájení stavby došlo 15. 11. 2013, kdy bylo investorem předáno staveniště. Po tomto slavnostním aktu se rozběhla předvýrobní a výrobní příprava na plné obrátky. Sdružení muselo zajistit přístupy na pozemky a při začátku zemních prací vyvstal asi největší problém výstavby, který spočíval v nastavení režimu stavebních prací a jejich synchronizaci se záchranným archeologickým výzkumem (ZAV), který byl v oblasti vjezdového zářezu, tj. od silnice Kyšice – Dýšina směrem k vjezdovému portálu tunelů dokončen až v srpnu 2014. Tyto přípravné práce se táhly téměř 10 měsíců a odsunuly reálný začátek výstavby. Zahájení ražeb tunelu se uskutečnilo 30. 1. 2015 osazením prvního prstence ve stavební jámě vjezdového portálu, přes víkend před tím zorganizovala SŽDC s. o. Den otevřených dveří, kdy staveniště navštívilo několik tisíc zájemců o stavbu tunelů plnoprofilovým tunelovacím strojem.

Postup výstavby ražených jednokolejných tunelů je nasměrován od vjezdového portálu, který vyhovuje především z hlediska volnější úpravy ploch a staveništních komunikací, kde je umístěno bunkoviště, míchací centrum, hala údržby, VN trafo s bunkovištěm a mezidepónií, částečnou nevýhodou tohoto směru je úpadní ražba.

V harmonogramu bylo uvažováno s průměrným postupem ražeb od 12 m/den v uzavřeném/closed módu po 18 m/den v hard rock módu. Nejúspěšnějším měsícem pro ražby byl červen 2015 s 524,01 m a na začátku ražeb v únoru se vyrazilo pouze 51,85 m. Za 9 měsíců se tak vyrazilo celkově 2 353 m s průměrným denním postupem 8,84 m. Na vjezdové straně bylo nejproblematičtějších prvních cca 250 m ražeb, kdy nestabilita horninového masivu s vysokými přítoky podzemních vod neumožňovaly dostatečnou výměnu řezných nástrojů a tím jejich předčasné opotřebení a výrazné zpomalení plánovaných postupů. Pro úpravu masivů byla využita chemická injektáž polyuretany a v místech deprese mezi Homolkou a Chlumem tzv. garáže, t.j. betonové podzemní stěny, pod ochranou kterých se dají dláta vyměnit bezpečně. V době přípravy článku v polovině listopadu 2015 se čelby blíží k nejkritičtějším místům výstavby tunelů.

Ejpovice Tunnels, The Design Preparation History and the Present Day Construction
At present, execution of the longest railway tunnel in the Czech Republic is taking place. The tunnel is located in the cadastral area of to the municipality of Kyšice between Ejpovice and Pilsen. The design preparation started in 2002 and at the end of 2015, about 60 % of the length of the southern tunnel could be dug.

Autoři

• Ing. Gramblička Michal
• Ing. Mára Jiří
• Ing. Velebil Jiří
• Ivor Štefan

Ejpovické tunely: historie projektové přípravy a současnost výstavby