Sanácia dna šachty Š-52 po výrone tlakovej vody na stavbe: „Sústava na likvidáciu odpadových vôd – Banská Bystrica II. etapa“

• Foto

Stavba „Sústava na likvidáciu odpadových vôd II. etapa“ pozostáva z rekonštrukcie súčasnej kanalizácie AN–1, AO, AO–1, AP a z budovania nových trás kanalizácie – kmeňová stoka A, AT, AT 3, AT 4, AT–V. Rekonštrukcia je vykonávaná na úseku dlhom 2.568 m, nová kanalizácia je realizovaná na úseku dlhom 1.657 m tromi technológiami.

Úsek dlhý 1.580 m je realizovaný bezvýkopovou technológiou výstavby, ktorá zahŕňa klasické razenie resp. pretláčanie a zvyšok novej kanalizačnej siete je realizovaný v otvorenom výkope. Chodby sú razené klasickým spôsobom, kedy ako výstuž je použitá klasická, korýtková, banská výstuž hmotnostnej triedy K21 (TH výstuž) a strop je zapažený pomocou predháňaného paženia Union (obr. 1) a v miestach zhoršenej geológie a zvodnenia tiež injektážou v hornej klenbe profilu. Technológia pretláčania je zvolená v úseku medzi šachtami Š-55–Š-58 a ide o pretláčanie železobetónového potrubia priemeru DN 1.820 mm (vnútorný Ø 1.500 mm) celkovej pretláčanej dĺžky 336 m. Do takto vyrazených chodieb sa následne zaťahuje sklolaminátové potrubie typu Hobas od Ø 1.000 do Ø 1.800 mm a vytvorený medzipriestor sa vypĺňa betónom triedy C 12/15. Šachty sa neskôr vybavia železobetónovou prefabrikovanou sútokovou komorou a zasypú sa.

Na základe geologického prieskumu a poznatkov z predošlých výkopových prác bolo zrejmé, že budovanie kanalizácie na likvidáciu odpadových vôd bude prebiehať v celej svojej dĺžke v fluviálnych sedimentoch aluviálnej nivy rieky Hron, a to predovšetkým v štrkoch s prímesou jemnozrnnej zeminy triedy G3–GF. Nadložie sedimentov tvoria jemnozrnné zeminy, piesky, hliny a antropogénne návažky. Hladina podzemnej vody je priamo ovplyvňovaná hladinou v rieke Hron a je od 0,5 do 4,5 m nad dnom stoky. Skoro v celej dĺžke objektu je hladina nad stropom kmeňovej stoky. Priepustnosť štrkov je od 1,7 × 10^–3 až po 3 × 10^–5 m/s. Počas raziacich prác v nočnej zmene došlo k výronu tlakovej vody z podložia dna šachty Š-52. Odhadovaný prítok v uvedený deň bol cca 18 m³/min a v priebehu 15 minút došlo k vytopeniu celého vybudovaného úseku zberača a dvoch šácht Š-51, Š-52 na dĺžke 177 m v razenom profile 4,6 m².

Hladina sa dostala na úroveň 3,3 m od dna šachty (obr. 2). Celkový objem vody bol odhadnutý na 1.000 m³. Uvedený prítok bol natoľko výdatný, že nebol čerpateľný a čakalo sa na vyrovnanie hladiny vody v kanalizačnom zberači a hladiny rieky Hron. Vykonanými meraniami bolo zistené, že hladina v Hrone bola vyššie o 1,03 m v porovnaní s hladinou v Š-52. Hladina Hrona stúpla v dôsledku dažďov a topenia sa snehu, na svoju maximálnu úroveň.

Návrh sanačných opatrení spočíval v použití chemickej injektážnej zmesi, ktorou sa preinjektuje podložie dna Š-52 a vytvorí tak tesniacu clonu, ktorá zamedzí ďalšiemu prítoku vody do priestoru šachty. Ako najvhodnejší materiál bola zvolená dvojzložková polyuretánová živica, ktorá sa mieša v pomere 1 : 1 (zložka A : zložka B). Bol použitý materiál Marithan EP, ktorý má dostatočné tesniace vlastnosti aj vďaka stupňu napenenia, ktorý je v zavodnenom prostredí až 4násobný a tiež dostatočné mechanické vlastnosti (pevnosť v ohybe 50 MPa a v tlaku 43 MPa) a je schválený aj pre styk s pitnou vodou.

Ako doplnkový materiál bol pre etapy injektáže III. a IV. zvolený jednozložkový materiál Maristop A, ktorý rýchlejšie reaguje s vodou a pridaním katalyzátora sa dá regulovať rýchlosť jeho reakcie. Výhodou je aj vysoký stupeň napenenia, až 10×. Čerpadlo použité pre injektáže je schopné čerpať injektážne hmoty v pomere 1 : 1 (zložka A a B) a v dostatočnom množstve (5,5 l/min). Na základe geológie a skúseností bol vytvorený predpoklad o použití injektážneho materiálu v množstve 12,5 kg na vrt. Samotná hmota bude do zeminového prostredia čerpaná cez injektážne tyče IBO R32N opatrené krížovou vrtnou korunkou EXX DN 51 (obr. 3).

POSTUP SANÁCIE
Pred samotnou sanáciou šachty bolo potrebné vybudovať nad vodnou hladinou pracovnú povalu, z ktorej by boli vykonávané ako vŕtacie, tak aj injektážne práce. Povala bola vytvorená vo výške 3,3 m nad dnom šachty a to položením trámov 12 × 12 cm na rozperné oceľové profily HEP a na tento rošt boli položené fošne. Celý proces injektáže bol rozdelený do 4 etáp:

• etapa I. – 14 ks IBO tyčí dĺžky 6,0 m do hĺbky 2,0 m pod dno šachty,
• etapa II. – 24 ks IBO tyčí dĺžky 6,0 m do hĺbky 2,0 m pod dno šachty,
• etapa III. – 13 ks IBO tyčí dĺžky 5,0 m do hĺbky 1,5 m pod dno šachty,
• etapa IV. – 50 ks IBO tyčí dĺžky 5,0 m do hĺbky 1,5 m pod dno šachty.

I. etapa
Po vybudovaní pracovnej povaly a znížení hladiny na úroveň 2,24 m od dna šachty sa pristúpilo k zavŕtaniu 14 ks injektážnych IBO tyčí  ĺžky 6,0 m do hĺbky 2,0 m pod dno šachty. Tieto sa potom prečistili vzduchom pri tlaku 8 bar. Hladina vody sa nechala vyrovnať na 3,24 m a pristúpilo sa k injektáži dvojzložkovou hmotou Marithan EP v pomere 1 : 1. Maximálny injektážny tlak bol 12 MPa. Po uplynutí 45 minút sa začalo s čerpaním o celkovom výkone 12 m³/min a hladina vody bola znížená o 72 cm. Následne bolo čerpanie vody odstavené a hladina sa za čas 5 min. zvýšila o 20 cm.

II. etapa
Po predošlom zistení, že voda do šachty Š-52 stále preniká v extrémnych prítokoch, bolo nutné pristúpiť k injektáži podľa etapy II. Začalo sa znova s čerpaním a po znížení hladiny na úroveň 2,24 m od dna šachty sa pristúpilo k zavŕtaniu 24 ks injektážnych IBO tyčí dĺžky 6,0 m do hĺbky 2,0 m pod dno šachty. Hladina vody bola vyrovnaná na úroveň cca 3,24 m a pristúpilo sa k injektáži dvojzložkovou injektážnou polyuretánovou živicou Marithan EP v pomere 1 : 1. V čerpaní sa pokračovalo, až sa hladina ústálila na úrovni 98 cm od dna šachty. To naznačovalo, že prítok do šachty sa zmenšil, ale nezastavil, a tak bolo treba prikročiť k injektáži v etape III.

III. etapa
V tejto etape sa za súčasného čerpania vody z šachty, výkonom 9 m³/min, inštalovali injektážne tyče IBO tak, aby sa zahustil priestor tesne v okolí miesta výronu vody. Injektážnych tyčí bolo 13 ks a ich dĺžka, oproti tyčiam použitým v prvých dvoch etapách, bola 5,0 m (1 × 3,0 m a 2 × 1,0 m spojené spojkou). K týmto tyčiam potom boli ešte doplnené dve, ktoré slúžili pre vytvorenie protiprievalovej hrádze.
Hrádza slúžila ako ochrana proti opätovnému pritekaniu vody do priestoru vyrazených chodieb, z ktorých bolo potrebné vodu odčerpať, aby sa mohlo znova začať s prácami aj v nich. Injektáž v III. etape bola uskutočnená materiálom Maristop A, používaným pri utesňovaní veľmi silných vodných priesakov.

IV. etapa
V tejto etape sa použilo celkom 50 ks injektážnych vrtov resp. IBO tyčí. Boli inštalované po obvode dna šachty, a to v dvoch radách. Materiály použité pri tejto etape boli rovnaké ako v etape III. Predpokladané množstvo 10 kg × 50 vrtov = 500 kg bolo prekročené a celková spotreba injektážneho materiálu dosiahla 582,1 kg, čo je 11,6 kg/ vrt. Potom, čo sa injektáž ukončila, bola voda zo šachty vyčerpaná a protiprievalová hrádza bola demontovaná.

Po dohode so stavebným dozorom bol stanovený ďalší postup, ktorý spočíval vo vybudovaní železobetónovej dosky na dne šachty, aby sa zamedzilo nadmernému hydrostatickému tlaku, ktorý hrozí pri zvyšovaní hladiny rieky Hron. Návrh železobetónovej krížom vystuženej dosky bol vypracovaný statikom dodávateľskej firmy TUBAU, a.s. Na základe dosiahnutých výsledkov injektáže môžeme konštatovať, že injektážne práce boli úspešné a zamedzilo sa tak ďalšiemu prítoku vody do šachty. V súčasnej dobe sa už na tomto úseku nepracuje a v spomínaných chodbách a šachte je zatiahnuté sklolaminátové potrubie Hobas Ø 1.200 mm, ktoré je obetónované.

Redevelopment of a Shaft Bottom Š-52 after power water outflow on the Site: “System for Waste Water Disposal – Banská Bystrica, Stage II“
The current existing sewage network in Banská Bystrica is unified with several storm-water inlets in the network with flow of over-flown waste water into the central WWTP (waste water treatment plant). In places where the existing sewage is not suitable because of the new design, or it is physically outworn, it has been decided that it shall be reconstructed within the construction. The reconstruction is performed on the section 2,568 m long, the new sewage is performed on a section 1,657 long with three technologies. The section 1,580 m long is performed by means trenchless construction technology including classical cutting or extrusion and the rest of the new sewage is performed in an open excavation.

Autor

• Ing. Sukeník Štefan