Ražba tunelů na dopravní stavbě „Modernizace trati Votice – Benešov u Prahy“

• Foto

FINANČNÍ ZAJIŠTĚNÍ CELÉHO PROJEKTU
Investorem této stavby je Správa železniční dopravní cesty, státní organizace, finanční prostředky poskytl Státní fond dopravní infrastruktury. Současně bylo zažádáno o spolufinancování tohoto projektu Evropskou unií v rámci Operačního programu doprava. Plánovaný příspěvek z Fondu soudružnosti činí 4 085 845 894 Kč.

Žádost o poskytnutí dotace byla Ministerstvem dopravy ČR schválena v listopadu 2009 a bude následovat schvalovací proces na úrovni Evropské komise.

• Celkové investiční náklady 6 756 893 000 Kč
• Z toho příspěvek z Fondu soudružnosti 4 085 845 894 Kč
• Národní zdroje 2 671 047 106 Kč

MODERNIZACE TRATI VOTICE - BENEŠOV U PRAHY
Stavba je součástí transevropské železniční sítě a IV. národního železničního koridoru Děčín státní hranice – Praha – Benešov – Tábor – Veselí n. Lužnicí – České Budějovice – Horní Dvořiště státní hranice. Díky modernizaci tohoto úseku železniční trati bude možné, aby zde vlakové soupravy v podstatné části projížděly rychlostí až 160 km/hod. V rámci modernizace trati vzniknou také nové dvojkolejné tunely, a to hloubený Votický (590 m), a 4 tunely ražené konvenční hornickou metodou Olbramovický (480 m), Zahradnický (1 044 m), Tomický I (324 m) a Tomický II (252 m).

GEOLOGIE – PŘEDPOKLADY A SKUTEČNOST
Tunel Olbramovický,
délky 480 m byl budován jako ražený (ražená část dl. 360 m) s hloubenými příportálovými úseky (dl. 2 × 60 m). Výška nadloží tunelu činí od cca 6 do 20 m.

V průběhu ražby tohoto tunelu byly zastiženy horší inženýrskogeologické poměry, než bylo předpokládáno v průzkumu. Oproti predikovaným, relativně kvalitním granitoidním horninám, byly zastiženy poměrně intenzivně zvětralé a tektonicky postižené ruly s polohami aplitických žul a grafitických břidlic třídy R4 – R5 (uprostřed masivu až třídy R3). Velká četnost diskontinuit způsobovala problémy se stabilitou nezajištěného výrubu, kdy docházelo k štěrkovitému rozpadu a vypadávání horniny z čelby a přístropí. Proto bylo nutno postupovat po relativ ně krátkých krocích dl. 1,0 až 1,5 m, jimž odpovídají masivně zajištěné technologické třídy IV, V a VI. Přístropí bylo nutno v každém kroku systematicky zajišťovat předráženými jehlami, stabilita čelby byla pak zajišťována aplikací opěrného horninového klínu v kombinaci s ochrannou vrstvou stříkaného betonu. Pouze ve střední partii tunelu s nejvyšším nadložím byla použita třída III s délkou záběru 2,0 m. I v této třídě však byly pro stabilitu přístropí instalovány předrážené jehly. Vůbec nejhorší IG poměry byly zastiženy v oblasti jižního (vjezdového) portálu, kde byly zastiženy zcela zvětralé a tektonicky porušené ruly třídy R6, místy spíše charakteru hlinitopísčitých zemin.

Z výše popsaného vyplývá, že poměr zastoupení jednotlivých technologických tříd byl rozdílný oproti projektové dokumentaci ve prospěch masivněji vystrojených tříd. Třída II s délkou záběru 2,5 m nebyla použita vůbec.

Příznivým projevem horninového masivu byly slabé přítoky vody, které se projevovaly pouze drobnými úkapy a mokrou horninou. Pouze v příportálových částech byly zaznamenány slabé měřitelné přítoky s max. intenzitou do 0,1 l/s. Při ražbě je dodržováno horizontální členění – v předstihu je ražena kalota (cca 60 m²) s následným dotěžením opěří (cca 40 m²).

Tunel Zahradnický,
délky 1 044 m byl budován jako ražený (ražená část dl. 936 m) s hloubenými příportálovými úseky (jižní hloubená část dl. 48 m, severní hloubená část dl. 60 m). Výška nadloží tunelu činí od cca 4 do 25 m.

Ražbou byly zastiženy kvalitní biotiticko-amfibolitické žuly sedlčanského typu slabě navětralé s převažujícími pevnostmi R1 – R2, což koresponduje s výsledky inženýrskogeologického průzkumu. Relativně příznivá geologická stavba umožňovala použití subtilně vystrojených technologických tříd III a II s délkou záběru 2,0 a 2,5 m. Příznivou geologii občas narušovaly tektonické poruchy, které se projevovaly výraznějším rozpukáním horninového masivu s limonitizovanými plochami nespojitosti a vyššími (místy soustředěnými) přítoky vody. Tato zhoršená kvalita horninového prostředí pak způsobovala sníženou stabilitu nezajištěného výrubu – tendence vyjíždění kamenů a bloků. Nejvýraznější tektonická zóna byla zastižena v úseku TM 501 až TM 445, kdy musely být použity kratší stavební postupy, které zde byly zastoupeny technologickými třídami III a IV.

Podzemní voda byla zastižena pouze místy a projevovala se slabými úkapy s vydatností do 0,1 l/s, v místech tektonických poruch byly přítoky podzemní vody častější a bylo možno zaznamenat i soustředěné přítoky vyšších intenzit do 0,3 l/s. Při ražbě bylo dodržováno horizontální členění – v předstihu je ražena kalota (cca 60 m²) s následným dotěžením opěří (cca 40 m²).

KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ
Tunely jsou budovány Novou rakouskou tunelovaní metodou a konstruovány jako dvouplášťové (primární a sekundární ostění) s mezilehlou hydroizolací.

Primární ostění je ze stříkaného betonu C20/25 tloušťky 100, 150, 200 a 250 mm, jehož výztuž tvoří ocelové příhradové rámy, výztužné sítě a hydraulicky upínané svorníky. Na výjezdovém (vjezdovém) portálu tunelu Zahradnického je použit na zajištění kaloty tunelu mikropilotový deštník délky 12 (10) m. Použití prvků zajištění výrubu je řízeno technologickou třídou výrubu NRTM. Třídy výrubu slouží jako základní definice prvků zajištění stability výrubu a v případě potřeby jsou dále upravovány na základě výsledků geotechnických měření prováděných během výstavby. Tento základní princip NRTM umožňuje operativní návrh všech prvků zajištění stability výrubu v závislosti na zastižených inženýrskogeologických podmínkách a dává předpoklad k ekonomickému provádění ražby.

Sekundární (definitivní) ostění ražené části z monolitického železobetonu minimální tloušťky 350 mm trvale zajišťuje stabilitu tunelu po celou plánovanou dobu životnosti díla (100 let). Betonáž sekundárního ostění probíhá do bednícího vozu po betonážních blocích délky 12 m. Tloušťka ostění hloubené části tunelu ve vrcholu klenby je min. 600 mm a směrem k opěří se zvětšuje. Spodní klenba byla použita pouze v místech se špatnou geologií, u vjezdového portálu Olbramovického tunelu a výjezdového portálu Zahradnického tunelu.

Požadovanou třídu vodotěsnosti „O“ dle TKP 20 bude zajišťovat v ražených úsecích tunelu mezilehlá hydroizolace z materiálu PVC tl. 2 mm se signální vrstvou, umístěná po obvodu horní klenby tunelu (deštníkový systém). Před porušením nerovnostmi primárního ostění bude chráněna geotextilií gramáže 500 g/m². Voda je po izolaci svedena k patě klenby, kde je umístěna boční tunelová drenáž DN 200 mm s plochým dnem. Hloubené úseky tunelu jsou navrženy z betonu odolného proti průsakům s těsněním pracovních spár mezi betonážními bloky pomocí profilovaných spárových PVC pásů. Podélný sklon (9–10,5 promile) umožňuje průběžné podélné odvodnění na bocích tunelu a voda je odváděna boční tunelovou drenáží k výjezdovému portálu tunelu. Systém odvodnění je navržen tak, že sklon tunelové drenáže je shodný se sklonem trati. V každém druhém záchranném výklenku (vzdálenost 48 m) je umístěna šachta na čištění boční tunelové drenáže. Případné průsaky dnem tunelu jsou odváděny střední drenáží do trativodu.

NOVĚ POUŽITÉ TECHNOLOGIE
Řízené vrtání
Vrtací stroje Boomer L2C a E2C od firmy Atlas Copco používané na této stavbě jsou vybaveny systémem ABC Total, díky kterému je možné provádět vrtací práce pro následné vyplnění vrtů trhavinou pomocí předem zadané předlohy. Předlohou pro ovládací program jsou vrtná schémata sestavená pro jednotlivé části tunelu (kalota, opěří, dno) v generálním projektu trhacích prací schváleném báňským úřadem. Vrtná schémata jsou při každém postupu upravována podle právě zastižených geologických podmínek, velikosti zaměřeného a vyhodnoceného nadvýrubu předchozího záběru a v neposlední řadě na posouzení stavu čelby technickým dozorem přímo na čelbě tunelu. Přes počáteční problémy se systém ABC Total osádkám provádějících ražbu tunelů vžil natolik, že dnes je používán zcela rutině. Díky tomuto systému se nám dařilo ražby tunelu provádět s minimálními možnými nadvýlomy.

Emulsní trhaviny
Emulsní (čerpané trhaviny) – trhací práce se prováděli pomocí emulzních trhavin za použití neelektrického roznětu počinových náložek. Čerpané trhaviny se mísením jednotlivých složek vyrábějí přímo na místě čelby a odpadá tak složitost s manipulací klasických náložkových trhavin. Rovněž velmi cenným momentem je možnost vyplnění každého vrtu individuálním množstvím trhaviny na základě posouzení zastižené geologie odpovědným pracovníkem provádějící trhací práce. Spolu s emulsními trhavinami je při trhacích pracích využíván neelektrický roznětný systém Indetshock. Mezi jeho největší výhody patří vyšší bezpečnost vyloučením vlivu cizích zdrojů elektrické energie (náhodná iniciace), vyšší variabilita časování a tím lepší možnost přizpůsobit časování odstřelu daným podmínkám a efektivnější hospodaření s rozbuškami důsledkem užšího sortimentu nutného pro dosažení požadovaných výsledků. Použití technologie emulsních trhavin je pro zhotovitele ražeb tunelů ekonomické při délkách 2 a více metrů vývrtu, resp. délky jednoho záběru. Rizika použití této technologie jsou zejména v zastižení horší geologie než predikuje geotechnické průzkum, tzn. zkrácení jednoho záběru a možné komplikace při selhávkách (účinnosti) dané trhaviny. Emulsní trhaviny byly použity pouze při ražbě tunelu Zahradnického, pro výskyt pro třídu výrubu II se záběrem 2,5 m. Na tunelech Olbramovickém, Tomice I a II kde byly zastiženy méně kvalitní horniny se emulsní trhaviny nepoužívaly.

POZNATKY Z REALIZACE
Nadvýlomy
Udržení nadvýlomů v mezích předpokládaných při stanovení nákladů na ražby je jedním z podstatných faktorů určujících ekonomiku zakázky. Z tohoto důvodu je velikosti nadvýlomů věnována patřičná pozornost, jsou pravidelně vyhodnocovány a jsou přijímána technická opatření pro jejich minimalizaci. V případě Zahradnického tunelu to bylo zejména zavedení řízeného vrtání v systému Total a optimalizace vrtných schémat zejména v oblasti obrysových vrtů.

Stanovení velikosti technologického podmíněného nadvýlomu (TPN), který je investorem plně hrazen, vychází ze Zvláštních technicko kvalitativních podmínek ČD (ZTKP), respektive z projektové dokumentace, a je závislé na zatřídění výrubu do jednotlivých technologických tříd.

Skutečná oblast TPN, která zhotovitele zajímá nejvíce, uvažovaná od nadvýšeného rubu primárního ostění (navýšení o stavební tolerance, konvergence primárního ostění a prostor pro hydroizolační souvrství), je však pro všechny technologické třídy stejná a činí pouhých 50 mm. Důležitým parametrem mající negativní vliv na velikost dosahovaných nadvýlomů je délka záběru. Vzhledem k faktu, že obrysové vrty nemohou být z technologického hlediska vedeny paralelně s osou ražby a netvoří tedy ideální válcovou plochu, ale plochu kuželovou, dochází s nárůstem délky záběrů i k nárůstu procentního podílu nadvýlomů. V případě zastižení lepších technologických tříd tedy na jedné straně dochází ke snižování hranice TPN dle ZTKP, na straně druhé jsou však vzhledem k rostoucím délkám záběru vytvořeny podmínky pro jejich nárůst.

I přes přijatá opatření a kontinuální snahu o minimalizaci nadvýlomů dochází k překračování hranice TPN daných ZTKP.

Celkový podíl nadvýrubu nad hranici TPN k celkovému objemu vytěžené rubaniny se pohyboval kolem 5 % a měl za následek negativní dopad bilance nadvýlomů do ekonomiky zakázky.

Průběh a aspekty ražby
Jak již bylo zmíněno výše, ražbou tunelu Zahradnického byly zastiženy kvalitní žuly slabě navětralé. V těchto geologických podmínkách realizovala firma Subterra a.s. tunel tohoto profilu (cca 100 m²) poprvé. Největším problémem při provádění ražeb je samotná kvalita horninového prostředí, zejména vysoká hodnoty pevnostních charakteristik zastižených hornin. Téměř při všech činnostech nám tato odolnost horninového prostředí způsobovala vyšší časovou a ekonomickou náročnost oproti původním předpokladům.

Provádění vrtacích prací je spojeno se zvýšenou spotřebou vrtného nářadí (vrtacích korunek a dalšího příslušenství). Při nakládání a přemísťování rubaniny po trhacích pracech strojní mechanizmy pracují v pro ně nestandardních podmínkách (nerovná počva – nemožnost strojního dorovnání). I přes skutečnost, že použité kolové nakladače jsou vybaveny speciálními řetězy, je jejich opotřebení oproti předchozím zakázkám vyšší o více jak 100 %. Skalní bagry a ostatní mechanizmy jsou silně namáhané zejména na podvozkové části (pásové podvozky skalních bagrů již musely být kompletně vyměněny).

V neposlední řadě má zastižené horninové prostředí přímý negativní vliv na rychlost ražeb, kdy u záběrů 2,5 m a delších není možné v kalotě pravidelně dosahovat postupů 2 záběrů za 24 hodin. Hlavním důvodem je prodloužení jednotlivých operací (vrtací práce, nakládka rubaniny).

Součástí tunelu Zahradnického je i úniková cesta z důvodu požární bezpečnosti a délky tunelu. Úniková cesta je z tunelu, ve staničení 300 m od výjezdového portálu, vedena 58,5 m dlouhou štolou o průřezu cca 16 m². Následně je cesta vyvedena na povrch 26,1 m hlubokou šachtou kruhovitého tvaru o poloměru 7 m. Šachta je již v plném rozsahu vyhloubena, zaizolována mezilehou izolací a zabetonována do definitivního ostění.

Tunel Olbramovický, Tomice I, Tomice II
Ražba tunelů probíhala ve zvětralých a tektonicky porušených rulách, oproti předpokládaným kvalitních granitoidním horninám. Vzhledem k zastiženým podmínkám pracovníci prováděli ražbu s maximální opatrností a museli reagovat na velmi časté skokové změny geologie. Ražba postupovala po kratších záběrech 1,0 – 1,5 m a bylo použito masivnější zajištění výrubu což odpovídalo NRTM IV – VI. Přístropí se zajištovalo předráženými jehlami a čelo výrubu přitěžovacím čelbovým klínem v kombinaci se stříkaným betonem. V průběhu ražby pracovníci také museli vyvinout značné úsilí při odvádění (čerpání) důlních vod z tunelu, zejména v oblasti vjezdového portálu. V těchto horninách, kde musí ražbu konající pracovníci reagovat na změny geologie a zastižená geologie není kvalitní již v minulosti firma Subterra a. s. razila. Nebyly tedy zaznamenány větší problémy, které by vedly ke zvýšení předpokládaných nákladů a tudíž k negativnímu dopadu na ekonomiku zakázky.

ZÁVĚR
K dnešnímu dni je tunel Olbramovický již v provozu, tunel Zahradnický je plně stavebně dokončen a probíhají práce železničním svršku. Na tunelech Tomice I a Tomice II probíhají dokončovací práce spočívající v jejich vystrojení (bezpečnostní značení, osvětlení, ochranné prvky). Práce na všech tunelech budou dokončeny do léta 2012.

Driving of Tunnels on the Construction “Modernization of Votice – Benešov near Prague railway track“
In fall 2009 Subterra a. s. initiated driving works on another important set of underground constructions in Czech Republic. It is a complex of five railway tunnels which will be implemented during implementation of Modernization of railway track in section Votice – Benešov near Prague construction. Works on all tunnels will be completed by summer 2012.

Autor

• Ing. Šponar Radim