Pokusná kompenzační injektáž na VMO Dobrovského v Brně

• Foto

Součástí velkého městského okruhu budovaného v rámci řešení dopravní infrastruktury města Brna je i stavba dvou silničních tunelů spojujících městské části Žabovřesky a Královo Pole. Ražba těchto tunelů bude probíhat ve složitých geotechnických podmínkách. Kromě složitého geologického prostředí je trasa tunelů vedena pod hustou zástavbou na povrchu. Projekt stavby řeší zabezpečení této zástavby z povrchu sadou různých opatření, např. clonami z prvků prováděných metodou tryskové injektáže a mikropilot nebo posílením konstrukcí objektů v zájmovém území.
V rámci přípravy dokumentace pro realizaci stavby je k uvedeným pasivním opatřením zvažováno nasazení aktivního opatření, které by bylo schopno minimalizovat případné deformace vzniklé vlastní ražbou v nadloží tunelu řízeně v závislosti na vývoji skutečných deformací, průběžně sledovaných v rámci monitoringu stavby.
Takovým opatřením může být technologie kompenzační injektáže, prováděná v geologických vrstvách nad tunelem a pod základy chráněných objektů. Aby bylo možno technologii kompenzační injektáže zařadit do projektu, bylo nutno ověřit její účinnost v daných geologických podmínkách. O průběhu a výsledcích pokusné kompenzační injektáže, pojednávají následující kapitoly tohoto příspěvku.

MÍSTNÍ A GEOTECHNICKÉ PODMÍNKY
Pro pokusnou kompenzační injektáž byl vytipován rohový dvoupodlažní objekt na křižovatce ulic Veleslavínova a Poděbradova. Zvolená budova Veleslavínova 1 je obytný dům o zastavěné ploše cca 180 m2, o dvou nadzemních podlažích, částečně podsklepený, a bylo možno jej tedy považovat za reprezentativní vzorek k objektům, které by měly být kompenzační injektáží sanovány v průběhu ražby. Rovněž geologická skladba podloží a způsob založení objektu přibližně odpovídá potřebné charakteristice. Budova, situovaná v blízkosti záboru staveniště královopolské portálu, byla předána zhotoviteli stavby do užívání. Na tomto portále se nalézaly vstupy do tří předstihových průzkumných štol.
Pro potřebu kompenzační injektáže byla zajímavá zejména štola IB, ze které bylo možno nejlépe zřídit injekční pole pod předmětný objekt, a tak nebylo nutno zřizovat žádnou další účelovou konstrukci (šachtu pro navrtání vrtů injekčního pole) ani zvažovat méně efektivní variantu úpadních vrtů injekčního pole zřizovaných z povrchu. Z geologického hlediska se v podloží domu Veleslavínova 1 vyskytují vrstvy navážek (0,0–1,60 m), sprašových hlín (1,60–2,70 m), zahliněného písčitého štěrku (2,70–4,50 m) a dále neogenního jílu. Horizont hladiny podzemní vody je ve vrstvě zahliněného písčitého štěrku, který nasedá na vrstvu vodonepropustných neogenních jílů.

CÍLE POKUSNÉ KOMPENZAČNÍ INJEKTÁŽE
Zadáním pro pokusnou kompenzační injektáž byla částečná kompenzace deformací na objektu Veleslavínova 1, které byly naměřeny po průchodu ražby zmíněných předstihových štol. Vrty injekčního pole byly navrženy z průzkumné štoly IB dovrchně tak, aby půdorysně systematicky pokryly plochu pod objektem. Z hlediska jejich vertikálního uspořádání pak byla snaha o maximální využití jednotlivých vrtů ve vrstvě zahliněného písčitého štěrku. Tato vrstva byla v návrhu zvolena za tu, v níž bude vlastní injektáž realizována. Cílová kritéria pokusné kompenzační injektáže pak byla po dohodě se všemi účastníky výstavby stanovena takto:

a) rychlost 3–4 mm za den (očekávaná rychlost poklesů během ražby tunelů),
b) max. zdvih 30–40 mm (přijatelná hodnota vzhledem ke stavebnímu stavu pokusného objektu),
c) minimalizace poškození sousedních objektů v řadové zástavbě.

PROJEKČNÍ A TECHNOLOGICKÉ ŘEŠENÍ
Principem pokusné kompenzační injektáže bylo zřízení injekčního pole pod objektem Veleslavínova 1 s následnou opakovanou injektáží
vyvozující cílené svislé posuny sledovaných měřicích bodů objektu. Projektová dokumentace předpokládala postup prací v několika krocích:

• provedení dovrchních vrtů z průzkumné štoly IB v prvním pořadí o vzájemné rozteči 2 m;
• provedení zálivek vrtů a upínací injektáže;
• provedení kompenzační injektáže ve fázích;
• v případě potřeby zahuštění dovrchních vrtů ve druhém pořadí na rozteč 1 m;
• pokračování kompenzační injektáže ve fázích;
• v případě potřeby vytvoření „roznášecí“ betonové desky ze sloupů tryskové injektáže v podloží objektu;
• pokračování kompenzační injektáže ve fázích.

DOPROVODNÁ MĚŘENÍ
Pro měření svislého posunu objektu Veleslavínova 1 a posunu kontrolních bodů na sousedních objektech byly použity dva na sobě nezávislé měřicí systémy – hydrostatické a optické měření. Měření probíhalo vždy automaticky po 1 hodině, kdy po měření byla data poslána (kabelovým propojením) do centrálního počítače k vyhodnocení. Ke zpracování dat z měření byl použit program MTT.bat.

Hydrostatické měření
V objektu č. p. 1 Veleslavínova bylo na obvodové a nosné zdi zavěšeno 21 měřicích hydrostatických válců a expanzní nádoba hydrostatické nivelace, které byly vzájemně propojené (uzavřený systém). Elektronické snímání hladiny bylo zajištěno centrální měřicí stanicí Hottinger, umístěnou v objektu.

Optické měření
 Na fasádách objektu č. p. 1 směrem do ulice Veleslavínova a Poděbradova bylo osazeno 9 měřicích bodů. Na sousedních objektech bylo pro kontrolu zdvihu osazeno 5 měřicích bodů optické nivelace. Pro kontrolu optického měření byly v prostoru staveniště umístěny ještě 4 referenční body. Totální měřicí stanice (Leica) byla umístěna nad portál tunelu.

PROVÁDĚNÍ PRACÍ
Vrtání
Pro pokusnou kompenzační injektáž byl navržen systém vějířových vrtů, přičemž jeden vějíř byl tvořen dvěma vrty. Základní rozteč jednotlivých vějířů byla dva metry. Vějíře vůči ose tunelu svíraly úhel 60 °. Značení vrtů bylo střídavě alfanumerické. Delší vrt ve vějíři byl značen číslem nebo písmenem (1, 2, 4 – A, B, C). Kratší vrty s větším úhlem měly k základnímu značení příponu (2’, 3’ – B’, C’).
V prvním pořadí vrtání byly provedeny vrty numerické s příponou a následně numerické bez přípony. Vrt byl hlouben rotačním plnočelbovým způsobem.
V jílu se vrtalo s použitím vzduchového výplachu a ve štěrcích byl použit jílocementový ztrátový výplach (vháněný výplach > vystupující výplach).

Osazení manžetových trubek
Po vyhloubení vrtů na projektem požadovanou délku a jejich pročištění byly do vrtů bez technologické prodlevy osazeny jednotlivé injekční trubky profilu 35,5 mm s manžetami po 0,5 m tak, aby přečnívaly minimálně 0,2 m přes ústí vrtu. Injekční trubky byly následně utěsněny u ústí vrtu montážní pěnou. Tato ucpávka byla opatřena PE odvzdušňovací trubičkou. Následně byl do injekční trubky osazen dvojitý necirkulační obturátor tak, aby vymezil poslední etáž injekční trubky.
Každý vrt byl touto cestou zaplněn cementovou zálivkou. Kritériem pro ukončení čerpání zálivky do vrtu bylo vytékání čisté cementové směsi z odvzdušňovací trubičky u ústí vrtu. Maximální plnicí tlak byl určen v TP, a to hodnotou 0,4 MPa. V případě, že zálivková směs nevytékala z odvzdušňovací trubičky po čerpání takového množství zálivkové směsi, které odpovídalo cca objemu vyplňovaného mezikruží, nebo bylo při plnění dosaženo maximálního plnicího tlaku, byl obturátor povytažen o 1,0 m směrem k ústí vrtu a v zálivce bylo pokračováno.

Upínací injektáž
Po provedení zálivek osazených vrtů byla zahájena upínací injektáž. Jak již z názvu plyne, tento stupeň injektáže měl za cíl průkazným způsobem upnout injekční trubky do zeminy, ale také blíže plošně vymezit vlastní injekční pole. Základními parametry v tomto kroku injektáže byl koncový injekční tlak max. 2 MPa a spotřeba do 20 l na etáž. Kompenzační injektáž Pokusná kompenzační injektáž následovala postupně až v 11 fázích po dokončení upínací injektáže. V každé fázi bylo dosaženo svislých posunů řádově v jednotkách – od 1 do 5 mm. Pracovní příkazy pro injektáž jednotlivých etáží injekčních trubek byly průběžně sestavovány na základě průběžných výsledků doprovodného měření, které byly pravidelně vyhodnocovány techniky stavby na pracovišti s centrálním počítačem. Nasazená injekční stanice byla vybavena dvěma injekčními čerpadly Obermann DP-36-2-G a dvěma injekčními čerpadly Obermann 134/1063, řízenými procesorem s instalovaným softwarem Monitoring MB.
Tento program je schopen na základě předepsaných operačních parametrů řídit a zaznamenávat vývoj injekčního tlaku a spotřeby injekční směsi.
Ve sledovaném bodě optického měření (OM-21) na rohu Poděbradovy a Veleslavínovy ulice (volný roh v největší vzdálenosti od sousedních domů řadové zástavby v obou ulicích) bylo dosaženo cílové hodnoty svislého posunu vzhůru o 31 mm až v 11. fázi pokusné kompenzační injektáže. V bodech přilehlých k těmto sousedním objektům na Poděbradově a Veleslavínově ulici bylo plánovaně dosaženo řádově menších hodnot svislých posunů vzhůru – do 5 mm. Rychlost svislého posunu se v jednotlivých fázích kompenzační injektáže lišila, ale již od 3. fáze překonávala cílovou hodnotu 3 mm/24 h.
V průběhu pokusné kompenzační injektáže oscilovala kumulativní rychlost zvedání v rozmezí 1,5 až 5,4 mm za den. Požadované rychlosti 3 mm za den nebylo dosaženo v prvních dvou fázích, a naopak bylo dosaženo kumulativní rychlosti 4,7 mm/den ve čtvrté fázi a 5,4 mm/den v šesté fázi. Relativně velmi dobře byla regulována rychlost v závěrečných fázích č. 7 a 8, kdy bylo injektované podloží téměř 100% saturováno injekční směsí a objekt reagoval prakticky okamžitě i na velmi malé „dávky“ injekční směsi při kumulativní rychlosti kolem 3,1 mm/den. V závěrečné fázi č. 9 bylo provedeno již poměrně malé přizvednutí s kumulativní rychlostí do 2,0 mm. Od 4. fáze kompenzační injektáže docházelo mezi jednotlivými fázemi injektáže ke zpětnému poklesu měřených bodů o 1,5 až 3 mm. Vzhledem k dosaženým výsledkům, které naplnily cílové hodnoty zadání pokusné kompenzační injektáže již při injektáži vrtů prvního pořadí, nebylo nutno hloubit vrty pro osazení injekčních trubek ve druhém pořadí na rozteč 1 m a realizovat jejich následnou injektáž. Nebylo tedy nutno provést ani „roznášecí“ betonovou desku ze sloupů tryskové injektáže v podloží objektu.

ZÁVĚR
Z výsledků je zřejmé, že zvolená technologie kompenzační injektáže je v daných geotechnických podmínkách funkční. Zvolený postup zajistil možnost cíleného vyvolávání svislých posunů objektu. Zdvihaný objekt reagoval v průběhu kompenzační injektáže citlivě a s minimálním časovým odstupem. Přes dosažené výsledky je však nutno mít stále na zřeteli, že geotechnické podmínky v místě objektů vybraných pro kompenzaci případných deformací vyvolaných ražbou budou jiné než v místě prezentovaného pokusu.

ZDROJE INFORMACÍ

• Verfel, J.: Injektování hornin a výstavba podzemních stěn, Bradlo 1992
• Maybaum, G. – Patzelt, K. – Boeck, T.: 4.Röhre des Elbtunnels in Hamburg Sicherung der Bebauung am Nordhang der Elbe durch Injektionen vor und Während der Tunnelunterquerung, 17. Christian Veder Kolloquium, Gratz, 04/2002
• Nosek, P. – Mráz, J.: Doprovodné měření injektážního pokusu Veleslavínova 1 – Technická zpráva, Praha, FG Consult 05/2007
• Čejka, M.: Kompenzační injektáž – ulice Veleslavínova – technologický předpis, Praha, 04/2007
• Horák, V.: Vyjádření k výsledkům pokusné kompenzační injektáže, Brno, Amberg Engineering Brno, a. s., 08/2007

The Big City Bypass is considered as one of the keystones of a new traffic system in Brno. As a part of this are built two new tunnel lines below the Dobrovského street. There are planed lots of safety installations against settlement of buildings on the surface during drifting the tunnel tubes. One of the active tools that can minimize the settlement should be compensations grouting technology. A test of efficiency of this technology in the site’s geological conditions was done in the summer 2007. The procedure and results of the test are presented in the text below.

Autoři

• Ing. Čejka Martin
• Ing. Mühl Jiří