Modernizace trati Votice–Benešov u Prahy

Na podzim roku 2009 byly zahájeny razicí práce na dalším významném souboru podzemních staveb v České republice. Jde o komplex pěti železničních tunelů, které vzniknou při realizaci stavby s názvem Modernizace trati v úseku Votice–Benešov u Prahy. Práce na všech tunelech budou dokončeny do léta 2012.

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.

Základní informace o stavbě Název stavby:  Modernizace trati Votice–Benešov u Prahy Investor stavby:  Správa železniční dopravní cesty, státní organizace Generální projektant:  SUDOP Praha, a. s. Projektant RDS:  IKP Consulting Engineers, s. r. o. – tunel Votický, Olbramovický a Tomický I, Metroprojekt, a. s. – tunel Zahradnický, SUDOP Praha, a. s. – tunel Tomický II Zhotovitel:  Sdružení VoBen, Eurovia CS, a. s. – vedoucí účastník sdružení, Subterra a.s. – účastník sdružení, Viamont DSP, a. s. – účastník sdružení Termín zahájení:  8/2009 Termín ukončení: 12/2013

Celkové investiční náklady:   6 756 893 000 Kč Z toho příspěvek z Fondu soudržnosti:  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 nad 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/h. V rámci modernizace trati vzniknou také nové dvojkolejné tunely, a to hloubený Votický (590 m) a čtyři 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 o délce 480 m byl budován jako ražený (ražená část je dlouhá 360 m) s hloubenými příportálovými úseky (délka 2 × 60 m). Výška nadloží tunelu činí 6 až 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 až R5 (uprostřed masivu až třídy R3). Velká četnost diskontinuit způsobovala problémy se stabilitou nezajištěného výrubu – docházelo k štěrkovitému rozpadu a vypadávání horniny z čelby a přístropí. Proto bylo nutno postupovat po relativně krátkých úsecích o délce 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 pak byla 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 inženýrskogeologické poměry byly zastiženy v oblasti jižního (vjezdového) portálu, kde se nacházely zcela zvětralé a tektonicky porušené ruly třídy R6, místy spíše charakteru hlinitopísčitých zemin. Poměr zastoupení jednotlivých technologických tříd byl tedy oproti projektové dokumentaci rozdílný 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 maximální intenzitou do 0,1 l/s. Při ražbě je dodržováno horizontální členění – v předstihu je ražena kalota (asi 60 m2) s následným dotěžením opěří (asi 40 m²).

Tunel Zahradnický o délce 1 044 m byl budován jako ražený (ražená část je délky 936 m) s hloubenými příportálovými úseky (jižní hloubená část měří 48 m, severní hloubená část 60 m). Výška nadloží tunelu je 4 až 25 m.

Ražbou byly zastiženy kvalitní, slabě navětralé biotiticko-amfibolitické žuly sedlčanského typu s převažujícími pevnostmi R1 a 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, v němž se projevovaly tendence k vyjíždění kamenů a bloků. Nejvýraznější tektonická zóna byla zastižena v úseku TM 501 až TM 445, na kterém musely být použity kratší stavební postupy zastoupené 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 (asi 60 m²) s následným dotěžením opěří (asi 40 m²).

–>–>
Konstrukční řešení
Tunely jsou budovány Novou rakouskou tunelovaní metodou (NRTM) 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 Zahradnického tunelu 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 bednicího vozu po betonážních blocích o délce 12 m. Tloušťka ostění hloubené části tunelu ve vrcholu klenby je minimálně 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 0 podle TKP 20 bude zajišťovat v ražených úsecích tunelu mezilehlá hydroizolace z materiálu PVC o tloušťce 2 mm se signální vrstvou, umístěná po obvodu horní klenby tunelu (deštníkový systém). Před porušením nerovnostmi primárního ostění bude chráněna geotextilií s gramáží 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 až 10,5 ‰) 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 rutinně. Díky tomuto systému se nám dařilo ražby tunelu provádět s minimálními možnými nadvýlomy.

Emulzní trhaviny
Trhací práce se prováděly pomocí emulzních trhavin za použití neelektrického roznětu počinových náložek. Čerpané trhaviny se mísením jednotlivých složek vyrábějí přímo na místě čelby, díky čemuž odpadá složitá manipulace s klasickými náložkovými trhavinami. Rovněž velmi cenným momentem je možnost vyplnění každého vrtu individuál­ním množstvím trhaviny na základě posou­zení zastižené geologie odpovědným pracovníkem provádějícím trhací práce. Spolu s emulzními trhavinami je při trhacích pracích využíván neelektrický roznětný systém Indetshock. Mezi jeho největší výhody patří vyšší bezpečnost, protože vylučuje vliv cizích zdrojů elektrické energie (náhodné iniciace), umožňuje vyšší variabilitu časování, a tím poskytuje lepší možnost přizpůsobit časování odstřelu daným podmínkám. Navíc tento systém efektivněji hospodaří s rozbuškami, neboť jeho sortiment potřebný pro dosažení požadovaných výsledků je mnohem užší. Použití technologie emulzních trhavin je pro zhotovitele ražeb tunelů ekonomické při délkách dvou a více metrů vývrtu, respektive délky jednoho záběru. Rizika použití této technologie jsou zejména v zastižení horší geologie, než predikuje geotechnický průzkum, to znamená zkrácení jednoho záběru a možné komplikace při selhávkách (účinnosti) dané trhaviny. Emulzní trhaviny byly použity pouze při ražbě Zahradnického tunelu, kde se vyskytovala třída výrubu II se záběrem 2,5 m. Na tunelech Olbramovický, Tomice I a Tomice II, kde byly zastiženy méně kvalitní horniny, se emulzní 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 – pravidelně se vyhodnocuje a přijímají se technická opatření pro jejich minimalizaci. V případě Zahradnického tunelu se zavedly zejména řízené vrtání v systému Total a optimalizace vrtných schémat, a to hlavně v oblasti obrysových vrtů.

Stanovení velikosti technologicky 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, ale kuželovou plochu, 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 podle 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, při ražbě Zahradnického tunelu byly zastiženy kvalitní, slabě navětralé žuly. V těchto geologických podmínkách realizovala firma Subterra, a. s., tunel s takovýmto profilem (asi 100 m2) poprvé. Největším problémem při provádění ražeb je samotná kvalita horninového prostředí, zejména vysoké 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 vrtacího nářadí (vrtacích korunek a dalšího příslušenství). Při nakládání a přemísťování rubaniny po trhacích pracích pracují strojní mechanizmy v nestandardních podmínkách (mají zejména nerovnou počvu – nemožnost strojního dorovnání). I přes skutečnost, že použité kolové nakladače jsou vybaveny speciálními řetězy, je jejich opotřebení oproti předchozím zakázkám vyšší o více než 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; u záběrů dlouhých 2,5 m a více není možné v kalotě pravidelně dosahovat postupů dvou záběrů za 24 hodin. Hlavním důvodem je prodloužení jednotlivých operací (vrtacích prací a nakládky rubaniny).

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

Tunel Olbramovický, Tomice I a Tomice II
Ražba tunelů probíhala ve zvětralých a tektonicky porušených rulách v místech, kde se předpokládaly kvalitní granitoidní horniny. 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 až 1,5 m a musel se zajistit masivnější výrub, což odpovídalo NRTM IV až VI. Přístropí se zajišťovalo předráženými jehlami a čelo výrubu přitěžovacím čelbovým klínem v kombinaci se stříkaným betonem. V průběhu ražby museli také pracovníci 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, firma Subterra, a. s., již v minulosti 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 jsou tunely Olbramovický, Zahradnický a Tomice I vybetonovány v sekundární ostění, betonáž tunelu Tomice II byla zahájena. Současně probíhají práce na zpětných zásypech hloubených částí tunelů a dokončovací práce v tunelech spočívající v jejich vystrojení (bezpečnostní značení, osvětlení, ochranné prvky).

TEXT: Ing. Radim Šponar
FOTO: archiv Subterra

Radim Šponar je vedoucí projektu ve společnosti Subterra a.s., Divize 1. Po dokončení studia na VŠB-TU Ostrava pracuje více jak 10 let na podzemních stavbách (metro IV. C1, železniční tunely Nové spojení, tunel Blanka a podobně).

Článek byl uveřejněn v časopisu Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.