Ejpovické tunely – průběh výstavby

• Foto

CHARAKTERISTIKA PROJEKTU

Ejpovické tunely jsou dvojící paralelně vedených jednokolejných tunelových trub podcházejících dvojici vrcholů – Homolku a Chlum. Jejich délka je 4 150 m (jižní tunel – Ejpovický I.) resp. 4 174,4 m (severní tunel – Ejpovický II.), přičemž jsou vzájemně propojeny osmi spojovacími chodbami – propojkami. Jsou navrženy pro konstrukční rychlost 160 km/h (výhledově až 200 km/hod.), z tohoto požadavku vyplývá i jejich příčný profil, jehož světlý průměr je 8 700 mm. Ostění tunelových trub je tvořeno prefabrikovanými segmenty z betonu s rozptýlenou výztuží. Vnější profil prstenců je 9 500 mm. Tunely jsou téměř v celé své délce ražené pomocí technologie TBM, jen v portálových částech jsou hloubené. Propojky byly raženy dle zásad Nové rakouské tunelovací metody. Mají charakter spojovacích chodeb s vnitřními technologickými místnostmi. Propojky č. 1, 4 a 7 jsou navíc doplněny technologickými chodbami, které jsou situovány kolmo na hlavní trasu propojky. Ostění propojek je dvouplášťové; primární ostění je tvořeno horninovými svorníky, ocelovými příhradovými rámy, stříkaným betonem a výztužnými sítěmi, definitivní ostění je z monolitického železobetonu. Mezilehlá izolace je fóliová. Výjimku v tomto návrhu tvoří propojka č. 8, jejíž definitivní ostění vrchní klenby je ze stříkaného drátkobetonu a mezilehlá izolace je stříkaná. Geologický profil tvořily pod vrchem Homolka především břidlice různého stupně zvětrání, naopak dominující horninovým typem pod vrchem Chlum byly pevné skalní horniny – spility.

PŘÍPRAVA REALIZACE PROJEKTU

Základy k úspěšnému zvládnutí celého projektu byly položeny v projekčních kancelářích přípravářů a na jednáních v zasedacích místnostech zhotovitele a výrobce stroje. Právě zde se rodila konečná podoba tunelovacího stroje. Ten je klíčovým prvkem celé metody a musí co nejlépe pasovat do geologických podmínek raženého díla. Jakákoli chyba v návrhu a konstrukci stroje se posléze promítá do celého průběhu ražeb, neboť přestavba či výměna tunelovacího stroje v podzemí je velmi komplikovaná a finančně i časově náročná.

V rámci předvýrobní přípravy celého projektu byla také navržena logistika dopravy segmentů tunelového ostění, těžby rubaniny a dopravy záměsí výplňové injektáže. Veškeré technologie musí být na jedné straně dostatečně kapacitní tak, aby neomezovaly tunelovací stroj při jeho maximálních výkonech, na straně druhé musí být finančně únosné v rámci ekonomiky celého projektu.

Dalším výrazným počinem předvýrobní přípravy bylo projekční řešení zajištění tunelu v místě budoucích propojek. Toto technické řešení, které si firma Metrostav a. s. nechala patentovat, spočívalo v osazení injektážních kanálků do vytipovaných segmentů již při jejich betonáži. Při stavbě „propojkových“ segmentů se do kanálků vkládaly tahové a smykové výztužné trny, které byly následně zainjektovány. Díky tomu vznikly v segmentech ztracené trámy.

Předvýrobní příprava sehrála svou důležitou úlohu na projektu také při plánování ražeb severní tunelové trouby. Pro ní se vycházelo ze zkušeností a ze skutečně zastižených geologických podmínek na troubě jižní. Ty se v poměrně velké míře lišily oproti předpokladům zadávací dokumentace a na tyto odlišnosti bylo nutné reagovat. Pokud to bylo možné, byla vybraná technická řešení použita již na jižním tunelu, ostatní byla realizována při ražbě tunelu severního.

VÝROBA A MONTÁŽ TUNELOVACÍHO STROJE

Tunelovací stroj pro ražbu ejpovických tunelů vyrobila specializovaná německá firma Herrenknecht pod sériovým označením S-799. V prostorách její továrny ve městě Schwanau byl stroj kompletně sestaven. Za účasti zástupců zhotovitele byly provedeny provozní zkoušky a po jejich odsouhlasení byl stroj demontován na transportovatelné díly tak, aby byl připraven k převozu do místa vjezdových portálů obou tunelů situovaného nedaleko od obce Kyšice.

Proteklo však ještě mnoho vody koryty řek Úhlavy, Úslavy, Radbuzy a Mže, než mohl být stroj převezen. V zářezu v předportálí obou tunelů totiž probíhal rozsáhlý záchranný archeologický průzkum. Významné nálezy z období mladší doby bronzové zpožďovaly následné stavební práce. Teprve na podzim roku 2014 byl zahájen převoz tunelovacího stroje. Rozměrné a hmotné díly byly převezeny dopravou lodní (např. řezná hlava a hlavní pohon), ostatní díly byly převáženy dopravou kamionovou. Spolu s dopravováním dílů probíhala i montáž stroje. Po jejím dokončení bylo nutné tunelovací stroj opětovně podrobit provozním zkouškám, kterými se prokázala jeho připravenost pro zahájení ražeb.

PRŮBĚH RAŽEB JIŽNÍ TUNELOVÉ TROUBY

Ražby jižní tunelové trouby byly zahájeny na přelomu ledna a února 2015 z vjezdového portálu u obce Kyšice. V prostředí břidlic tj. pod vrchem Homolka a částečně vrchem Chlum razil tunelovací stroj v tzv. zeminovém režimu a v prostředí tvrdých spilitů Chlumu v tzv. skalním režimu. Již od počátku ražeb narazili raziči na geologické podmínky, které byly komplikovanější, než jaké předpokládala zadávací dokumentace. Horninové prostředí mělo mnohem vyšší stupeň abrazivity, vyznačovalo se vysokými přítoky podzemní vody (v maximech až 28 l/s) a jako celek bylo málo stabilní s vysokou propustností. Všechny tyto skutečnosti způsobovaly zpomalení ražeb oproti předpokladům.

Takové podmínky výrazně komplikují ražby a nutí zhotovitele postupovat s vysokou opatrností, která ve výsledku znamená časová zdržení, oproti původně plánovaným postupům. I přesto, že se podařilo dosáhnout úctyhodných denních (32 m) i měsíčních (526 m) maxim, trvala ražba jižní tunelové trouby celkem 16 měsíců. Je však třeba zmínit, že navzdory časovému zdržení se metoda mechanizovaného tunelování ukázala jako vhodné řešení, neboť v komplikované geologii obstála. Zvláště z pohledu minimalizace sedání povrchu a dalších možných negativních vlivů ražby na okolí.

Ražba jižní ejpovické tunelové trouby ukázala zhotoviteli mnohá úskalí, které v sobě horninové prostředí skýtalo. Zhotovitel na ně reagoval již v průběhu ražeb, ovšem v případě technologie mechanizovaného tunelování měl v tomto ohledu možnosti omezené. Není možné provádět příliš změn na již nasazeném tunelovacím stroji, a pokud, tak se nejedná o změny zásadní. Proto napjal své úsilí k přípravě opatření, která mohl realizovat v období mezi dokončováním ražby prvního a zahájením ražby druhého tunelu. V tomto období byl stroj demontován, po částech převážen a následně opět montován pro ražbu severní tunelové trouby.

RAŽBA SEVERNÍ TUNELOVÉ TROUBY

V září roku 2016 se razící štít Viktorie vydala zdolávat první metry severní tunelové trouby. Na plné obrátky se v souběhu rozjely i další práce. V jižní tunelové troubě se betonáři starali o pokládku invertu (dna tunelu) včetně v něm umístěných trubních vedení. Na invert se dále betonovala 40 cm silná deska. Po jejím zhotovení bylo přistoupeno k ražbě propojek. Způsob jejich výstavby v nejvyšší možné míře využíval pracovních souběhů. Začalo se od propojky č. 1, jež se vyrazila, provedla se izolace, armování a betonáž definitivního ostění dna. Tentýž postup následoval i na klenbě propojky. V závěrečné fázi byly takto provedeny i tzv. krčky, tedy přechody konstrukcí propojek na segmentové ostění obou traťových tunelů.

Na ražbě severního tunelu se mezitím zhodnocovala technická řešení a opatření, které zhotovitel navrhl a zrealizoval na základě zkušeností z ražeb jižního tunelu. První skupinou opatření, která zhotovitel provedl pro ražbu severního tunelu, byla ta, jimiž upravoval samotné horninové prostředí. Jelikož první úsek cca 250 m ražeb probíhal v částečně nízkém nadloží s vydatnými přítoky podzemní vody, navíc v prostředí s krátkodobou stabilitou, bylo ve spolupráci s Radou monitoringu rozhodnuto o odvodnění této části horninového prostředí skrz již vyraženou jižní tunelovou troubou a čerpáním vody skrz vrty z doprůzkumu na povrchu. Skrze její segmentové ostění byly v pravidelných krocích udělány průvrty délky, jejichž prostřednictvím byla výrazně snížena hladina podzemní vody. Velké komplikace ražeb způsobovala vysoká abrazivita prostředí. V jejím důsledku se mnohem rychleji, než se předpokládalo, opotřebovávaly řezné nástroje. Tento fakt nejen, že ve svém důsledku způsobuje zpomalení ražeb, ale vyžaduje také mnohem častější zastávky z důvodu nutnosti výměn řezných nástrojů. V prostředí s omezenou stabilitou výrubu je však velmi obtížné nalézt vhodné místo, kde by bylo možné zastavit, vyprázdnit odtěžovací komoru a vstoupit do tohoto prostoru za účelem výměny řezných nástrojů.

Z tohoto důvodu bylo přistoupeno k opatření v podobě zlepšení horninového prostředí v předem naplánovaných místech zastávek pro kontrolu a výměnu řezných nástrojů. Zlepšení se provádělo pomocí monolitických podzemních stěn. Ty měly délku 15 m, šířku lamely 1,2 m a vždy se prováděly 3 v těsné blízkosti za sebou do hloubky poloviny profilu řezné hlavy. Díky podzemním stěnám bylo možno v předem připravených místech zastavit ražbu a provést práce na řezné hlavě bez nutnosti jejich provádění v přetlaku vzduchu, které by díky vysoké propustnosti prostředí byly velice rizikové s ohledem na bezpečnost práce důsledkem náhlého úniku vzduchu.

Technická vylepšení byla realizována i na samotném tunelovacím stroji. Nejvíce viditelná byla dvojice zařízení, která pomáhala řešit obtížný problém s úpravou břidlicových hornin do požadované konzistence. Prvním zařízením byl firmou Metrostav a.s. vyvinutý automatický systém na přípravu a čerpání homogenního roztoku vody a polymeru. Polymer je látka, která se používá pro vázání vody a používá se především při jejích vysokých přítocích. Výsledek byl viditelný téměř okamžitě. Projevil se snížením tlaku na výstupu ze šnekového dopravníku a především mnohem lepší těžitelností rubaniny.

Druhým instalovaným zařízením byly vysokotlaké vodní trysky osazené na řeznou hlavu a do odtěžovací komory. Skrze trysky bylo možné do míst náchylných k zalepování se aplikovat vodu nejen pod vysokým tlakem, ale i ve velkém množství.

Veškerá opatření v konečném důsledku přispěla k mnohem hladšímu průběhu ražeb druhého tunelu oproti tunelu prvnímu. To se projevilo především na čase, neboť zhotoviteli se podařilo vyrazit severní tunelovou troubu o více než čtyři měsíce dříve než troubu jižní. Zároveň s tím bylo dosaženo rekordního denního výkonu o hodnotě 38 m a měsíčního výkonu 702 m.

Po prorážce severní tunelové trouby bylo třeba tunelovací stroj v co nejkratším možném čase demontovat a odvést. Metrostav a.s. proto provedl odpojení štítové části a její přesun cca 100 m vpřed z prostředí portálové části tunelu. Přesun probíhal tak, že celá 800 tun vážící štítová část byla vyzvednuta na stojkách Pižmo a posazena na předem připravené betonové pásy. Po nich se posouvala po teflonových deskách, které snižovaly třecí sílu, pomocí hydraulických táhel. Po přesunu štítové části se v prostoru portálu postupně rozebíraly jednotlivé vozíky závěsu stroje.

STAVEBNÍ PRÁCE V OBOU TUNELECH PO DOKONČENÍ RAŽEB

Období od doražení severního tunelu po zahájení provozu v obou tunelech trvalo zhruba 1 rok. Za tu dobu bylo nutné dokončit invert a betonovou desku také v severním tunelu. V obou ještě boční chodníky a v nich umístěné kabelovody. Stavebně dokončit bylo třeba také propojky, ve kterých se musely vystavět technologické místnosti, namontovat vzduchotechnika, osvětlení, montáž technologie. Jednotlivé celky se postupně dokončovaly pro zahájení realizace technologických částí. Spolu s nimi probíhala také pokládka panelů pevné jízdní dráhy.

ZÁVĚR

Realizací a zprovozněním Ejpovických tunelů všichni účastníci výstavby projektu ukázali, že i v českém prostředí jsme schopni realizovat díla, která si v ničem nezadají se srovnatelnými stavbami v zahraničí. Je proto smutnou skutečností, že tunelové stavby z českého prostředí téměř zcela vymizely a že přední čeští experti tohoto oboru musí své služby prokazovat v zahraničí. Ražby pomocí technologie TBM potvrdily, že jejich použití při Ejpovických tunelech bylo správním rozhodnutím a je nutné s touto technologii počítat i pro další dlouhé tunely, které, doufejme, u nás jednou vzniknou.

POUŽITÁ LITERATURA:
[1] HYBSKÝ Petr, IVOR Štefan – Výstavba dvojice Ejpovických tunelů, Časopis stavebnictví 7/2018

Ejpovice Tunnels – Course of the Construction
Both Ejpovice Tunnels were put into operation at the end of last year. The southern tunnel was put into operation first, on 15 November 2018, and the first freight train ever crossed it at 4:20 p.m. The northern tunnel was finally put into operation less than one month later – on 7 December 2018. SŽDC railway network was thus extended by two tunnel tubes of joint length over 8,000 m; the longest railway tunnels in the territory of the Czech Republic. However, we will go back in time in the following article – into the period when the railway in the section between Rokycany and Plzeň led in a detour through Chrást and both Ejpovice Tunnels only existed in projects. We will take a closer look on the way both tunnels were constructed.

Autoři

• Ing. Hybský Petr
• Ivor Štefan