Projekt a realizace tunelu metra pod bulvárem Cvetan Lazarov v Sofii

• Foto

GEOLOGICKÉ POMĚRY, SEISMIKA 
Hlavní město Bulharska Sofie je položeno v oválném údolí obklopeném ze všech stran horskými hřebeny, z nichž nebližší a nejznámější je pohoří Vitoša. Údolí má přibližně vodorovný terén s nadmořskou výškou okolo 600 m n. m. Po dlouhá geologická období bylo údolí zanášeno zvětralými horninami a říčními naplaveninami. Pokryvné útvary i předkvartérní podloží jsou tak tvořeny zeminami.

Předkvartérní podloží v místě stavby tvoří sled pliocenních uloženin, převažujícími litologickými typy jsou štěrky, písky a jíly. Jednotlivé vrstvy mají proměnlivé mocnosti. Podloží pliocénu nebylo zastiženo. Pokryvné útvary jsou reprezentovány pleistocénními fluviálními štěrky a deluviálními písčitými hlínami mocnosti do 10 m.

Z hydrogeologického hlediska se terén vyznačuje existencí podzemních vod s volnou hladinou, o které svědčily i terénní prohlubně nedaleko trasy tunelu naplněné vodou.

V Sofii je nutno ve statických výpočtech počítat se seismickým nebezpečím, podklady udávají dokonce stupně seismicity 8 až 9 z 12stupňové škály. V minulém století byly však zaznamenány pouze lehká zemětřesení v letech 1966 – 1977 s intenzitou M ≤ 6 s epicentry ve východní části Vitoše.

ZADÁNÍ PROJEKTU A JEHO VÝVOJ
Dle původního projektu podcházel pod bulvárem Cvetan Lazarov hloubený tunel, tomu odpovídalo směrové a zejména výškové vedení trasy, hloubený tunel těsně podcházel inženýrské sítě, vedoucí bulvárem. Jedná se o dvě trubní sítě pod vozovkou a pak pro další technické řešení stěžejní kolektor uprostřed v zeleném pásu bulváru a horkovod umístěný v chodníku bližšímu budoucí stanici. Zejména horkovod je citlivý na poklesy, které pak vyvolávají velká zatížení rour. Po bulváru jezdí kromě aut i linka trolejbusu. Pro budování hloubeného tunelu by musely být uvedené sítě i doprava dočasně přeloženy a následně přeloženy znova zpět do původní polohy.

Zhotovitelské ceny, které jsou v Sofii podle evropského měřítka nízké, nutí zhotovitele při už tak nízkých cenách ještě dále ušetřit. A z toho vyplynula myšlenka a přání zhotovitele, našeho zadavatele, podejít bulvár raženým tunelem, který by nevyžadoval přeložky. Logicky náš první návrh respektující geologické podmínky navrhoval snížit niveletu koleje přibližně o 4 m. Tento náš návrh zadavatel odmítnul s tím, že by se velmi prodražila hloubená stanice a tedy že toto řešení je kontraproduktivní.

V dalším návrhu jsme pod bulvárem rozdělili trať do dvou jednokolejných tunelů, které mají podstatně nižší klenbu než tunel dvoukolejný a umožňovaly tak těsně podejít horkovod a kolektor při nezměněné niveletě. Aby i změna směrového vedení byla minimální, tunely měly společnou střední opěru vybudovanou předem (osová vzdálenost kolejí se zvětšila z 3,70 m na 4,70 m). I tento návrh zadavatel odmítnul, protože větší osová vzdálenost kolejí by vyžadovala rozšířit stanici a opět by to vyvolalo její zdražení.

Třetí náš návrh již plně respektoval směrové i výškové vedení trasy a byl přijat. V tomto případě musely být ale předem podchyceny horkovod i kolektor, musely být pevně drženy ve stávající poloze nezávisle na tunelu, který se pod nimi poté razil. K tomu jsme potřebovali znát přesnou geometrii a konstrukci horkovodu a kolektoru. V konstrukcích se nedaly udělat sondy stavebního průzkumu, takže jsme spoléhali na staré výkresové podklady a tvrzení správců. Dále jsme spoléhali, že zhotovitel kladně projedná zásahy do konstrukce horkovodu.

PODCHYCENÍ HORKOVODU
Základním nosným prvkem jsou mohutné vynášecí nosníky ze železobetonu umístěné podél horkovodu. Každý vynášecí nosník je vybudován předem v otevřené jámě a uložen na dvou pilotách DN 800 délky 15 m.

Vlastní konstrukce podchycení horkovodu je navržena z ocelových válcovaných profilů UPN 260 a podchycení patek potrubí nosníky UPN 350 vkládaných do vyřezaných otvorů v horkovodu. Ve střední části jsou nosníky na horních přírubách ztuženy příčníky 3 × L80/80/6 proti vybočení. Vkládání nosníků bylo provedeno z otevřeného výkopu. Podkladní beton byl navíc držen zavrtanými mikropilotami ∅ 108/6,3 ve vzdálenostech 0,5 m. Tyto ocelové konstrukce byly uloženy a zabetonovány do železobetonových nosníků podél horkovodu.

Pro osazení nosníků ocelové konstrukce byly v železobetonových stěnách kanálu horkovodu provedeny prostupy bez použití sbíjecí techniky nedestruktivní metodou – prořezáním diamantovými kotouči. Velikost otvorů je navržena tak, aby jimi bylo možno protáhnout nosníky včetně navařených kotevních prvků a zároveň byla vytvořena potřebná prostorová rezerva pro manipulaci.

Do obou základových patek bylo jádrovým vrtáním vyvrtáno 5 otvorů ∅ 105 mm a ty pak osazeny trubkami TR.102 × 10 injektovanými ve vrtu.

Předpokládali jsme, že patka je vyztužená; vrty jsou v neutrální ose kde je málo výztuže, železobeton nad vrty roznesl síly; byla připravena i varianta, pokud by patka byla z prostého betonu a rozpadla by se při vrtání, podchytit přímo ložisko pod potrubím tak, že by se podsunuly nosníky 2 × UPN 350 přímo pod plech s ložiskem.

Po osazení trubek TR.102 × 10 do vrtů byly vyrobeny rektifikační prvky s otvory umístěnými dle skutečné polohy trubek ve vrtech. K otvorům prvků byly přivařeny nákružky. Rektifikační prvky byly osazeny na nosníky 2 × UPN350. Přitom byly rektifikační prvky uvedeny do přesné výšky pomocí heveru (zvedáku) a trvale fixovány plechovými podložkami.

PODCHYCENÍ KOLEKTORU
Základním nosným prvkem podchycení kolektoru je podél jedné strany mohutný vynášecí nosník vybudovaný předem v otevřené jámě a uložený na dvou pilotách DN 800 délky 15 m. Podél jižní strany byly mikropiloty fixovány do čela definitivního ostění raženého tunelu. 

Vlastní podchycení kolektoru je navrženo ocelovými trubkami (zavrtávanými mikropilotami) ∅ 108/8 ve vzdálenostech 0,4 m. Mikropiloty byly vrtány těsně v kontaktu se spodní betonovou deskou kolektoru.

POPIS RAŽENÉHO TUNELU
Výškové řešení dvoukolejného raženého tunelu je patrné z podélného profilu, sleduje výškové řešení kolejí a respektuje stávající polohy inženýrských sítí, zejména horkovodu a kolektoru. Poslední úsek tunelu mezi horkovodem a stanicí je hloubený.

Tunel půdorysně křižuje horkovod a kolektor pod šikmým úhlem, tomu odpovídají šikmá čela konstrukcí tunelu, což je samo o sobě složité řešení.

Tunel byl ražen pomocí Nové rakouské tunelovací metody bez použití trhacích prací. Tunel má primární a sekundární ostění. Klenba tunelu byla před ražbou zajištěna vějířem injektovaných jehel (typ IBO) délky 4 m osazovaných v každém záběru střídavě. Předpokládalo se horizontální členění výrubu. Prvky zajištění výrubu jsou: primární ostění ze stříkaného betonu C25/30 tloušťka 300 mm, výztužné rámy, ocelové výztužné sítě při obou površích a prutové příložky. Délka záběru byla 1 m. Výztužné rámy jsou v každém záběru, tedy ve vzdálenosti 1 m.

Ražba probíhala úpadně. Výrony podzemní vody a technologická voda se z prostoru čelby odvedla do blízké záchytné jímky. Odtud se voda čerpala do jímky na povrchu. Důležité opatření před ražbou a při ní bylo snížení hladiny podzemní vody na úroveň počvy (v propustných zeminách) čerpacími vrty u raženého portálu a na konci raženého
tunelu.

Mezi primárním a sekundárném ostěním je fóliová izolace. Použití stříkané izolace, v tomto případě vhodnější, se nepodařilo prosadit u investora.

Fóliová izolace je kolem celého profilu tunelu (i ve dně ), takzvaný „typ ponorka“ a je odolná proti tlakové podzemní vodě.

Sekundární ostění je provedeno z betonu C25/30, tloušťka 250 mm. Výztuž sekundárního ostění je z výztužných sítí a prutových příložek.

Zvláštností raženého tunelu je, jak bylo řečeno, že pod kolektorem a pod bulvárem je tunel ražen s šikmým čelem (tedy i šikmo osazeným rámem), což znamená rozšířit příhradový rám primárního ostění dole v rektifikaci a nahoře vloženým prvkem. Postup zřizování primárního ostění v nejbližším úseku u kolektoru a horkovodu je pomocí více horizontálně šikmo postavených rámů; tyto rámy bylo nutno geometricky upravit přímo na místě na stavbě.

RIZIKA RAŽENÉHO TUNELU A NAVRŽENÁ OPATŘENÍ
Rizika raženého tunelu:

• tunel je ražen s velmi nízkým nadložím – nedojde k vytvoření přirozené horninové klenby,
• tunel je ražen s velmi nízkým nadložím pod provozovanou komunikací – dynamické otřesy snižují soudržnost zemin nad tunelem, při případném usmyknutí čelby a vzniku závalu je ohrožena bezpečnost dopravy na bulváru Cvetan Lazarov,
• tunel je ražen v málo zpevněných písčitých horninách, výrub není stabilní ani po krátkou dobu otevření čelby.

Navržená opatření:
Byla vyloučena doprava na bulváru Cvetan Lazarov přímo nad čelbou tunelu a cca 6 m před ní. Nedílnou součástí ražby bylo provádění geologického sledování každé čelby a měření deformací primárního ostění ihned po provedení stříkaného betonu. Předpokládané deformace primárního ostění a povrchu terénu byly do 30 mm. Tato hodnota byla považovaná za varovný stav, po jejím překročení projektant doporučoval následující technická opatření:

• zvětšit čelbový přitěžovací klín,
• stabilizaci čelby doplněným (zesíleným) stříkaným betonem, vyztužovací sítě,
• stabilizace čelby injektovanými svorníky,
• doplnění systémového jehlování o další injektované jehly IBO,
• prodloužení jehlování na déky 6 m, 8 m,
• okamžité uzavření spodní klenby,
• další sítě a vrstvy stříkaného betonu,
• stojkování primárního ostění výdřevou,
• podchycení patek kaloty mikropilotami.

ZÁVĚR
Můžeme konstatovat, že se projektantovi ve spolupráci se zhotovitelem a dle jeho požadavků podařilo úspěšně navrhnout a hospodárně realizovat tunelové dílo s nezvyklými parametry a požadavky a to i přes různící se názory v počátku prací, plynoucí z různých národních zvyklostí, zkušeností a možností. Jedná se o příklad podejití sítí městské infrastruktury bez jejich překládání. Taková řešení jsou vždy obtížná a o to víc všechny potěšilo, že stavba se realizovala bez nehod a v předpokládaném termínu.

Design and Execution of Metro Tunnel under the Cvetan Lazarov Boulevard in Sofia
The capital of Bulgaria, Sofia, has approx. 1.3 million of inhabitants and two metro lines in operation, the so-called Diameters, that are inter-connected in the north. This means that you can travel both routes with one metro train without getting off. The metro in Sofia is going through a period of development, today, a tender for the constructor of the 3rd metro route is being prepared and the extension of Diameter I to the airport with four stations is under way. Metroprojekt was commissioned with the preparation of the implementation documentation of a rather short section of double track tunnel under the Cvetan Lazarov boulevard that connects immediately behind the boulevard into the future dug station.

Autor

• Ing. Hasík Otakar