Geomonitoring při výstavbě vítkovských tunelů

• Foto

Všechna provedená měření byla ukládána a prezentována na internetovém portále Barab, na který měli přístup všichni zúčastnění, tj. investor, stavitelé, projektant, zpracovatel geotechnického monitoringu, přizvaní experti a další účastníci. Na základě souboru výsledků měření a pozorování byla přijímána taková opatření, aby deformační chování bylo udrženo v projektem předpokládaných mezích a aby byla zajištěna bezpečnost i ekonomičnost stavebního díla.

ZASTIŽENÉ INŽENÝRSKO-GEOLOGICKÉ POMĚRY

V předmětném území byly stavebními aktivitami zastiženy horniny šáreckého a zejména dobrotivského souvrství, které jsou středněordovického stáří – reprezentují stupně llarvin a dobrotiv.

Šárecké souvrství bylo zastiženo při hloubení obou portálů a také při ražbě obou příportálových úseků. Tento typ hornin je v oblasti vyvinut monotónně ve facii černošedých jílovitých až písčitých, bituminózních břidlic až prachovců. Plochy diskontinuit jsou rovinné, sevřené a drsné. Horniny jsou poměrně pevné a kompaktní, s deskovitou až lavicovitou odlučností a vyžadují trhavinové rozpojování či rozpojování těžkou technikou.

Dále od portálů byly šárecké vrstvy vystřídány dobrotivským souvrstvím, které je charakteristické střídáním dvou litofacií – facií skaleckých křemenců a facií dobrotivských břidlic. Fotografi e charakteristické čelby jsou na obr. 1.

Skalecké křemence jsou v masivu Žižkova charakterizovány střídáním desek až lavic bělavých, okrově či červenavě zbarvených křemitých pískovců (nesprávně, ale tradičně označovaných jako křemence). Křemence jsou středně rozpukané, místy tektonicky porušené. Plochy diskontinuit jsou sevřené, drsné, převážně limonitizované a hematitizované. Břidlice jsou převážně prokřemenělé, šedé až černošedé, místy zbarvené limonitem a hematitem. Břidlice mají převážně deskovitou odlučnost. Plochy diskontinuit jsou zvlněné, sevřené a drsné.

Trasa tunelů je situována paralelně s Pražským zlomem, což s sebou přináší občasné tektonické poruchy. V oblasti východního portálu došlo ke křížení Pražského zlomu (směr VSV–ZJZ, sklon cca 50–60 °k JZ) a výrazné tektonické poruchy (směr SZ–JV, sklon cca 50 ° k JZ – viz obr. 2). Tato porucha je patrná i z geologické mapy 1:25.000 (Straka et al., 1985).

Ražby probíhaly v relativně suchém prostředí. Byly zastiženy pouze lokální slabé přítoky v řádech do 0,01 l/s.

MONITORING A SLEDOVÁNÍ RAŽBY V PODZEMÍ

Základním typem měření v podzemí byly konvergence. V tunelech Nového spojení byla základní vzdálenost mezi jednotlivými konvergenčními profily 30 m. Společně s tímto měřením se provádělo podrobné geotechnické hodnocení každého záběru a zaměření tvaru výrubu profilometrem.

Sledování kvality horninového masivu a jeho vlastností na čelbě je součástí technologie NRTM. Kvalita horniny zjištěná geotechnickým hodnocením čeleb v závislosti na velikosti výrubu je přímým podkladem pro zatřídění do třídy NRTM a tím i pro stanovení technologie ražby a způsobu vystrojení. Dalším přímým vstupem pro rozhodování o zatřídění je velikost deformací zjištěná na konvergenčních profilech.

Na tunelech Nového spojení byly projektantem určeny 4 základní technologické třídy (třídy III, IVa, IVb a Va). Třída III se týkala nejpříznivějších geologických poměrů, a byla tudíž nejsubtilněji vystrojena, a naopak třída Va hodnotila nejnepříznivější geologické poměry, a měla tedy nejmasivnější vystrojení včetně protiklenby. V průběhu razicích prací se ukázalo, že zastižené IG poměry jsou příznivé (příznivý vývoj konvergencí, stabilní čelba, optimistické poklesy terénu aj.). Generálně se maximální radiální deformace výrubu (mimo příportálové úseky) pohybovaly do 15 mm. Naším cílem bylo tudíž zatřiďovat ražbu do ekonomičtějších tříd III a IVa (méně betonu a železa s delším záběrem) samozřejmě tak, aby byla zajištěna bezpečnost a aby byly deformace udrženy v rozumných (limitních) mezích. V třídách Va a IVb (uzavřená protiklenba) se razily pouze příportálové úseky, úseky trakčních výklenků a úseky v místě křížení s žižkovským tunelem pro pěší. Zbytek trasy byl vyražen v ekonomičtějších třídách III a IVa (bez protiklenby). Oproti původním předpokladům se tak podařilo ušetřit nemalé fi nanční prostředky.

MONITORING POVRCHOVÝCH A PODPOVRCHOVÝCH OBJEKTŮ V ZÓNĚ VLIVU TUNELŮ

Jedním z dalších předmětů naší činnosti byl monitoring budovy Národního památníku na vrchu Vítkově. Národní památník je velmi rozlehlá atypická konstrukce (obr. 3) a sanace potenciálních škod způsobených tunelováním by mohla být velmi nákladná a technicky náročná. Proto se na tuto konstrukci zaměřila naše pozornost. Tunely podcházely předmětnou budovu po její délce od východu k západu. Činnosti monitoringu se dají shrnout do těchto bodů:

Před započetím stavebních prací byla na budově Národního památníku na Vítkově provedena podrobná pasportizace, jejíž výsledky nebyly uspokojivé. Bylo zjištěno velké množství stavebně-technických poruch. Největší starosti nám dělaly defekty na mramorových obkladech – chybějící či zkorodované fixační kotvičky + četné trhliny v samotných obkladových deskách. Také přilehlá jezdecká bronzová socha Jana Žižky byla ve špatném technickém stavu – byla protkána sítí trhlin.

Před podchodem tunelů pod budovou památníku jsme na několika geodetických profilech ověřili sedání terénu, které signalizovalo bezpečný stav – maximální příčný sklon poklesové kotliny byl 1:5.000. Zaměřili jsme se tedy na sledování seismických účinků, které představovaly reálnou hrozbu především pro zmiňované obklady, ale i pro jezdeckou sochu koně.

Před průchodem tunelů jsme stanovili bezpečné seismické limity pro citlivé obklady z mramoru (max. rychlost kmitání 10 mm/s při frekvenci do 50 Hz) a po celé budově byly instalovány seismografy s automatickým odečítáním naměřených údajů a rozesíláním účastníkům výstavby na mobilní telefony. Jezdecká socha byla podepřena lešením, které zajišťovalo podporu jejím citlivým částem – ohonu a ruky s palcátem.

V době výstavby tunelu pod památníkem a sochou jsme pečlivě monitorovali účinky trhacích prací a na základě výsledků jsme stanovovali maximální množství trhaviny tak, aby nebyly překročeny stanovené limity. Souběžně byly měřeny účinky větru. Při rychlostech větru nad 80 km/h bylo nařízeno zastavit trhací práce, aby nedocházelo k negativním souběžným účinkům větru a seismického zatížení. V neposlední řadě bylo na budově sledováno sedání metodou přesné nivelace, sledování vývoje trhlin mechanickými i automatickými deformetry s automatickým přenosem dat a byly také prováděny pravidelné vizuální kontroly objektu.

K úplnému odeznění deformací došlo až několik týdnů po projití druhé (severní) tunelové trouby (obr. 4). Z obrázku je patrné, že jižní strana poklesla o cca 14 mm, zatímco strana severní o cca 26 mm – tedy dvojnásobně více s příčným sklonem cca 1:2.300. Tento efekt si lze částečně vysvětlit o poznání horší geologií v severní tunelové troubě, která byla blíže k severnímu úbočí svahu Vítkova, a tudíž zde byla menší vzdálenost k povrchu.

Po průchodu obou tunelových trub a odeznění deformací byla provedena repasportizace budovy památníku a jezdecké sochy. Výsledky byly pro nás uspokojivé – bylo zjištěno jen malé množství nových poruch a šlo pouze o nezávažné poruchy estetického charakteru.

V útrobách vrchu Vítkov se mimo nově zbudovaný tunel nachází také řada starších podzemních objektů, na něž se rovněž zaměřila naše pozornost. Ze směru od východu k západu jsme tunelováním procházeli okolo těchto podzemních děl:

• kabelový tunel Pražačka,
• kanalizační sběrač,
• tunel pro pěší (Karlín – Žižkov),
• kryty CO – dnes sklad Akademie věd, Ústav jaderné fyziky,
• kryty CO – dnes laboratoř Akademie věd, Ústav jaderné fyziky,
• kryty CO ve správě Magistrátu hl. města Prahy.

V průběhu tunelování jsme u těchto objektů prováděli seismická měření, deformetrická měření, vizuální kontrolu stavu konstrukcí a pasportizační práce. Obzvláště citlivé a zajímavé bylo sledování tunelu pro pěší a také laboratoře Akademie věd.

Nejbližší vzdálenost mezi novým tunelem a tunelem pro pěší činila cca 6,0 m – v tomto případě jsme novým tunelem nadcházeli stávající tunel pro pěší. Tunel pro pěší totiž vykazoval velké množství poruch (výsledky pasportizace z prosince 2005) a panovaly obavy, aby náhodně uvolněné kachlíkové obložení nezpůsobilo újmu případným chodcům. Pro jejich bezpečnost se tunel pro pěší vystrojil provizorním ochranným pláštěm (výdřeva uložená do důlních ocelových rámů – viz obr. 5), který zabraňoval opadávání stávajícího kachlíkového obložení. Když byly stavební práce v bezprostřední blízkosti podchodu pro pěší (50 m před ním a 50 m za ním), byla u obou jeho portálů postavena bezpečnostní služba, která v době odstřelu nepouštěla osoby dovnitř. Tímto opatřením se předcházelo případnému vystrašení chodců a možným následným problémům a stížnostem. V podchodu byly také samozřejmě kontrolovány seismické limity konstrukce a na základě výsledků byly stanovovány délky stavebních postupů. Souběžně se seismickými vlivy byl také monitorován vývoj šířky trhlin na stávajících poruchách. Trhliny reagovaly pouze na teplotní změny, kdy v zimním období docházelo k jejich rozevírání až o 1 mm. Vliv výstavby nových tunelů nebyl na konstrukci tunelu pro pěší nijak prokázán – nebyly zaznamenány nové poruchy ani rozvoj starých.

Citlivou záležitostí byla i přítomnost podzemní laboratoře Akademie věd, Ústavu jaderné fyziky. Zaměstnanci tohoto institutu nám sdělili, že zde mají drahé, světově jedinečné zařízení (jaderný urychlovač – viz obr. 6) a jeho případné poškození seismickými či jinými efekty od tunelování by způsobilo škodu v hodnotě desítek milionů korun. Vzdálenost mezi prostory laboratoře a severním tunelem byla pouze cca 70 m. Oproti běžným konstrukcím pro uvedené zařízení neexistují normové či jiné obecně platné seismické limity. V tomto případě jsme postupovali tak, že bylo nejprve provedeno nulové měření, při kterém se zjistil tzv. klidový stav, při němž byly zaznamenány otřesy od běžného provozu (pohyb osob a mechanizace). Zaznamenali jsme ale i účinky od projíždějících vlaků z Masarykova nádraží do Libně. Při průchodu tunelů v blízkosti této laboratoře byly pracovní postupy zkráceny, aby se seismické limity udržely pod hodnotou nulového měření. Účastníci projektu „Nové spojení“ tak nemohli být nařčeni z poškození stroje. Pečlivě byl také sledován stavebně-technický stav konstrukce laboratoře systémem deformetrických měření a pravidelnými vizuálními prohlídkami.

ZÁVĚR

V současné době jsou již tunely Nového spojení v provozu. Od 1. září tohoto roku jimi již projíždějí vlaky a věříme, že se stavebnímu týmu od investora až po zhotovitele podařilo vytvořit dílo, které bude sloužit několika dalším generacím.

Zásluhu na úspěšném dokončení stavby nese mimo jiné i dobře fungující systém geomonitoringu, který se v posledních letech stává významnou a nedílnou součástí podzemních staveb.

Autor

• Ing. Kössler Milan