Prorážka prvního Ejpovického tunelu na trati Rokycany – Plzeň

• Foto

UMÍSTĚNÍ STAVBY A POPIS NÁVRHU TUNELŮ

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.

Dvoukolejná železniční trať bude v podzemí vedena tak, že každá kolej bude vedena samostatně v jednokolejném tunelu, jen portálové části budou realizovány ve společných stavebních jámách. Stavební jáma, umístěna mezi tunely Homolka a Chlum, v depresi mezi oběma masivy bude mít pouze dočasný charakter a po dokončení výstavby ražených tunelů se zasype. Následně se v tomto prostoru umístí povrchový technologický objekt se šachtou s nástupnými a záchrannými plochami pro jednotky Integrovaného záchranného systému (zkráceně IZS ČR). Jednokolejné 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 v přímé, další cca třetina délky pod Chlumem je v mírném levém oblouku. Trasa severního tunelu je odsunuta severně tak, že maximální osová vzdálenost tunelů dosahuje 48,0 m. Výškové vedení trasy je usazeno hlouběji v obou masivech, s jednotným sklonem 8 ‰, když trať klesá ve směru staničení, tj. od Rokycan do Plzně. Nadmořská výška na východním okraji, výstavbou podzemních objektů zasaženého území, je cca 380,0 m n. m., na západním okraji cca 340,0 m n. m. Homolka se zvedá až na 417,0 m n. m., mezi masivy klesá terén až na 345 m n. m.; vrchol Chlumu stoupá až na 405,0 m n. m.

ZÁKLADNÍ ÚDAJE

• Generální projektant a výkon autorského dozoru: SUDOP PRAHA a. s.
• Zhotovitel: Metrostav a. s.
• Investor: Správa železniční dopravní cesty, s. o., Stavební správa západ

GEOLOGICKÉ POMĚRY V TRASE RAŽENÝCH TUNELŮ

Podrobný geotechnický průzkum provedly firmy GeoTec GS a SUDOP PRAHA, středisko 207 v původní trase dvoukolejného tunelu, která polohově odpovídá jižnímu tunelu. 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. V rámci hydrogeologického průzkumu byla vybudována síť hydrogeologických monitorovacích vrtů, která slouží ke sledování přirozené hladiny podzemní vody před, v průběhu ražby a následně po ukončení stavby.

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. S další geologickou jednotkou jsme se setkali při přechodu ražeb mezi masivy Homolky a Chlumu. Jedná se o výběžek terciérní pánve stáří neogén. Neogénní souvrství je tvořeno písky až písky s jemnozrnnou příměsí, při bázi pak štěrky. Zastižené zeminy byly lokálně velmi ulehlé až stmelené, tzn. charakteru hornin.

PRŮBĚH A PODMÍNKY SOUTĚŽE NA VÝSTAVBU (2012)

Zadavatel (SŽDC s. o.), zastoupený Stavební správou Plzeň (nyní SS Západ se sídlem v Praze) připravil Zadávací podmínky a umožnil stavebním firmám navrhnout variantní návrh ražení jednokolejných tunelů. Po vyhodnocení soutěže vybral její zadavatel jako nejvýhodnější variantu dvou jednokolejných tunelů, ražených pomocí plnoprofilového tunelovacího stroje (Herrenknecht AG) od sdružení firem Metrostav a Subterra. Dalšími soutěžícími byly firmy Skanska a OHL ŽS.

TROCHU OSVĚTY O TOM, CO TO TBM (TUNNEL BORING MACHINE) VLASTNĚ JE

Mechanizované tunelování pomocí tunelovacích plnoprofilových strojů, zkráceně TBM je dynamicky se rozvíjející moderní tunelovací postup, který ve světě dominuje u dlouhých liniových podzemních staveb (např. 50 km dlouhého St. Bernardského tunelu) neměnného příčného průřezu. Zkušenosti s aplikací větších profilů byly v České republice zatím pouze v městských podmínkách při výstavbě pražského metra, a to především z ražby sovětským mechanizovaným štítem TŠčB-32 z 80. let minulého století; na železničních tratích je „náš“ projekt premiérou.

Mechanizované plnoprofilové tunelování je výrazně ovlivňováno, obdobně jako konvenční tunelovací metody, zastiženými geotechnickými poměry. Na nich závisí konstrukce tunelovacího stroje, dosažitelná rychlost ražeb i konečná cena díla. Zásadním přínosem mechanizovaných postupů je zvýšení bezpečnosti pracovních procesů v podzemí, snížení vlivu ražeb na okolní prostředí (zejména na zastavěný povrch), dosažení vyšších kvalitativních parametrů díla a v neposlední řadě zkrácení doby výstavby s efektem nižší celkové ceny podzemní stavby oproti konvenčním metodám ražení.

Dnes mají tunelovací stroje mnoho podob a nasazují se v podzemí prakticky do všech, i těch nejtvrdších podmínek. Pro zájemce uvádíme na konci našeho příspěvku cestu k publikacím české tunelářské asociace CzTA, ve kterých najdou více informací, pro něž v tomto článku není prostor.

REALIZAČNÍ DOKUMENTACE PRO TUNELY (2014) A ZÁKLADNÍ POSOUZENÍ PRO VÝBĚR TUNELOVACÍHO STROJE

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 Nové rakouské tunelovací metody (NRTM) v podkovovitém profilu na kruhový profil pro tunelovací stroj.

Na základě geotechnických vlastností horninového masivu vyplývajících z Podrobného IGHP byl 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, že v České republice není žádná zavedená metodika pro výše uváděný výběr tunelovacích strojů, projektant společně se zhotovitelem použil nejpoužívanější, zahraniční metodiky – DAUBT a normu SIA 198/1993.

Pro ražby si Metrostav vybral konvertibilní tunelovací stroj německého výrobce Herrenknecht AG s číslem S 799.

Vzorový příčný řez tunelu. Světlý tunelový průřez jednokolejných tunelů je navržen ve shodě se Vzorovým listem – Světlý tunelový průřez jednokolejného tunelu. Pro doložení požadovaných parametrů DVZ i pro rychlost 200 km/h Metrostav v Nabídce varianty č. 1 – TBM předložil posouzení aerodynamického vlivu na cestující v uzavřeném dopravním vozidle při dosažení rychlosti 200 km/h.

Návrh nosné konstrukce tunelového ostění. Po dobu své životnosti musí tunelové segmentové ostění splňovat funkce, které jsou požadovány investorem a projektant je ve svém návrhu musí zohlednit: slouží jako trvalá výztuž výrubu po celou dobu životnosti – normativně požadovaná je 100 let, nesmí dojít ke změně vnitřního průřezu ostění během užívání, musí být nepropustné, aby bránilo průsakům podzemní vody do prostoru tunelu. Ostění musí zajišťovat nepropustnost pro podzemní vodu již při ražbě.

Nová generace segmentového ostění je charakteristická velmi vysokou přesností výroby prefabrikátů a systémovým osazováním těsnicích pásků přímo na vyrobené prefabrikáty. Ostění podzemního díla se při uplatnění segmentových prvků skládá z jednotlivých prstenců kruhového tvaru. Vzhledem k tolerancím a nepřesnostem při ražení je průměr výrubu navýšen o 0,15 m a toto mezikruží je vyplněné injektáží.

Základním materiálem pro zhotovení ostění je beton. Segmenty jsou vyztužené ocelovou rozptýlenou výztuží a jejich kombinaci s klasickou betonářskou výztuží. Vyztužené segmenty jsou navrženy na portálech a především v úsecích, kde se budou ve stěnách ostění prorážet příčná přepojení. Statické výpočty, zatížení a dimenzování byly v RDS prováděny programy Plaxis a ATENA.

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.

Tvary spár. 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.

Izolace segmentů, těsnění. Nepropustnost 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). Těsnění se vyrábí ve tvaru uzavřeného rámu, v ložných a styčných spárách jsou pak dvě těsnění proti sobě. Rohy těsnění jsou při výrobě uspořádány do ostrého rohu (bez zaoblení) a vodonepropustnost je zaručena stlačením izolace mezi segmenty během jejich instalace a je garantována pro max. hydrostatický tlak.

PRŮBĚH VÝSTAVBY

Na vjezdovém portálu byl koncem roku 2014, po vyhloubení předportálového úseku tunelovací stroj S 799 zkompletován, 24. 1. 2015 na dnu otevřených dveří představen asi pěti tisícům zájemců a za týden se již stroj pojmenovaný „Viktorka“, dal do pohybu na svou cestu směrem do Plzně. Po překonání délky 4 075 m se v sobotu 11. 6. 2016 prorazil do výjezdového portálu nedaleko městské části Plzeň-Doubravka.

Celková doba ražby byla přibližně 15 měsíců, průměrná rychlost ražeb dosáhla necelých 10 m za den. Maximální denní výkon byl 32 m měsíční až 400 m. Rychlost postupů ražby ovlivnilo několik faktorů: skutečné geotechnické podmínky, přechod poruchovými zónami, hladina podzemní vody, kontrola a servis razící hlavy, technologické přestávky pro prodlužování technologií (dopravníkový pás, el. energie pro stroj, vodovodní potrubí) apod.

Průběh ražeb jižního tunelu a případné vlivy na okolní prostředí byl průběžně sledován geotechnickým monitoringem, byly sledovány deformace a projevy stavebních jam při zarážce na vjezdu a při prorážce na výjezdovém portálu, byly provedeny soubory různých měření povrchu, doplněné geofyzikálním průzkumem v problematických částech vjezdového portálu a při podcházení nízkého nadloží (cca 10 m nadloží) v oblasti mezi masivy Homolkou a Chlum, dále je sledována kvalita vypouštěné technologické a podzemní vody.

V zájmovém území nad tunely je celá řada nadzemních a podzemních inženýrských sítí, různé kabely telekomunikační kabelová vedení, plynovody a vodovodní potrubí, komunikace a silnice, s různými výškami nadloží od nejnižšího cca 8 m – ulice Hlavní po nejvyšší cca 65 m vrchol Homolka (619 m n. m.) Pro některé sítě bylo nutné přijmout opatření při podcházení. Například při podcházení VTL plynovodu bylo potrubí částečně odhaleno a dočasně odstaveno, při průchodu stroje byly měřeny deformace a reakce potrubí.

Obdobně bylo zajištěno i vodovodní potrubí, které bylo navíc ještě podepřeno (vyvěšeno), aby nedošlo k nežádoucím deformacím. Při podcházení ulice Hlavní, která spojuje městské části Plzeň Bukovec a Plzeň Újezd, bylo použito mostní provizorium tak, aby nebyla přerušena veřejná doprava, pouze lokálně omezena. V tomto kritickém křížení nakonec nebyly měřeny prakticky žádné deformace povrchu a silnice byla vrácena do původního užívání.

ZÁVĚR

Přes úvodní menší potíže při počátcích ražby, způsobených především rozmanitými hydrogeologickými podmínkami na vjezdovém portálu a zaučováním posádky s novým strojem v tomto prostředí, byla ražba jižního tunelu úspěšně dokončena v červnu tohoto roku. S nově získanými zkušenostmi nejen o skutečných podmínkách z ražby jižního tunelu se Viktorka připravuje na svou druhou pracovní cestu – ražbu severního tunelu. Ta by měla být zahájena na podzim tohoto roku a přibližně za rok dokončena. Zdař Bůh!

Foto: autoři

POUŽITÉ MATERIÁLY, PODKLADY A FOTOGRAFIE:

• SUDOP Praha a. s./SŽDC s. o.: Přípravná dokumentace, Projekt – Modernizace trati Rokycany – Plzeň
• http://www.metrostav.cz/cz/projekt_ejpovice/ 
• http://www.ita-aites.cz/cz/pracovni_skupiny_ctuk/publikace_wg_czta/   

The Breakthrough of the First Ejpovice Tunnel on the Rokycany – Pilsen Track
The idea to modernize the Rokycany – Pilsen track arose after the turn of the millennium. The preparation of the project started basically in 2003, after the preparation documentation solved crossing of the massif of Homolka and Chlum by building two double-track tunnels of 2,400 and 1,300 m and an intermediate cut with a train stop. Each tunnel was equipped with its own parallel escape tunnel. The route of the tunnels ran approximately in the directions of ESE – WNW and its western part should have formed a gentle curve heading towards the south-west. The concept of the route of the railways, in particular its underground objects, was dramatically changed by the Council of the City of Pilsen in 2006, as it decided to significantly reduce the influence of tunnel construction and railway transport on the environment (mainly on the residential zones in Újezd), and cancel the train stop located in the cut between the tunnels. The following profile optimization resulting in two single-track tunnels longer than 4 km, exceeding by far the longest Czech tunnel by more than two and a half times, was enforced successfully and the construction started in 2014.

Autoři

• Ing. Velebil Jiří
• Ing. Gramblička Michal