Vybrané problémy regionálních tratí
Začátkem ledna 2009 došlo na zastávce Divnice, v km 147,150 na trati Staré Město u Uherského Hradiště–Vlárský průsmyk st. hranice, k samovolnému vznícení násypového tělesa, na kterém je umístěno nástupiště a přístřešek zastávky. K samovolnému vznícení uhlí mohlo dojít při vytvoření specifických oxidačních a vlhkostních podmínek. Tento problém je dobře znám jak v uhelných dolech, tak i v uhelných skladech.
Náplní geotechnického průzkumu pro účely vypracování projektové dokumentace byly následující činnosti:
- geofyzikální termometrická měření,
- realizace čtyř dynamických penetračních sond o celkové metráži 21 bm,
- realizace čtyř jádrových vrtů (6 ks) o celkové metráži 36 bm,
- odběr a vyhodnocení čtyř neporušených a čtyř poloporušených vzorků zemin,
- zkrácený rozbor vody,
- odběr a analýza čtyř vzorků zemin na rozbor kontaminace,
- vyhodnocení průzkumu a závěrečná zpráva,
- vypracování projektu PPD (přípravná projektová dokumentace).
Průzkum pražcového podloží traťového úseku v žkm 147,000–147,230 byl realizovaný kombinovanou metodou založenou na rekognoskaci a vyhodnocení výsledků z termometrických měření, podle kterých byly umístěny jádrové vrty a penetrační sondy. Diagnostikovaná místa realizace vrtaných sond byla odsouhlasena objednavatelem.
Geofyzikální termometrické měření proběhlo v měsíci dubnu a bylo realizováno pracovníky Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava. Byla provedena termometrická měření na pěti podélných paralelních liniích. První linie je vedena přímo v ose koleje, další profily jsou vzdáleny postupně 3, 5, 8 a 10 m SZ od osy koleje. Poslední profil je veden u paty násypového tělesa. Geofyzikálními profily bylo dosaženo pokrytí koruny násypového tělesa a jeho SZ svahu. Z výsledků měření (obr. 2) je patrné, že v rozsahu staničení 147,100 km–147,180 km je výrazná teplotní anomálie, která se nejvíce projevila na profilových liniích P2 (3 m SZ od osy koleje) a P3 (5 m SZ od osy koleje), méně výrazně se projevila na ostatních profilových liniích. Příčinou těchto teplotních anomálií je hoření či doznívající procesy hoření v násypovém tělese.
Obr. 2: Výsledky termometrických měření v žkm 147,000–147,250
Výšky násypu v zájmovém úseku tratě se pohybují od 1,0 m max. do 3,5 m nad okolní terén. Násyp železničního tělesa je převážně vybudován v rovinném terénu říční terasy. V době realizace průzkumných prací bylo zjištěno, že v důsledku prohoření materiálu budujícího násypové těleso a následné destrukci struktury násypových zemin došlo k aktivizaci sesuvného defilé na hraně násypového tělesa, což se projevilo vznikem odtrhové linie na koruně násypu mezi staničeními 147,122–147,215 km.
Z geomorfologického hlediska je zájmová oblast součástí subprovincie Vnější Západní Karpaty, oblasti Slovensko-moravské Karpaty, celku Vizovická vrchovina, podcelku Luhačovická vrchovina. Zájmová oblast se nachází v údolní nivě místního toku říčky Říka. Předkvartérní formace jsou zastoupeny horninami vněkarpatských příkrovů, konkrétně se jedná o magurskou skupinu příkrovů. V zájmové oblasti se vyskytují souvrství magurské skupiny příkrovů, které náleží dvěma dílčím jednotkám – račanské a bystrické. Vrtnými pracemi byly ověřeny polohy rozvětraných paleogenních jílovců charakteru zemin. Kvartérní sedimenty jsou v širší oblasti zastoupeny svahovými sedimenty, deluviofluviálními sedimenty a fluviálními, povodňovými zeminami. Vrtnými pracemi byly ověřeny deluviofluviální jílovité sedimenty, fluviální jílovité zeminy a písčité štěrky. Z hydrogeologického hlediska byl v zájmové oblasti zastižen kvartérní průlinový kolektor nesvrchnějších rozvětraných partií eluvia paleogenních hornin charakteru štěrků jílovitých až jílů štěrkovitých, hladina podzemní vody v těchto zeminách byla mírně napjatá.
Kolejové lože a jeho charakteristiky byly v zájmovém traťovém úseku zjišťovány dynamickými penetračními sondami. Z výsledků dynamických penetračních sond situovaných v ose koleje (P1; P2; P3; P5) vychází, že mocnost H1 kolejového lože se pohybuje od 0,3 m do 0,6 m. Stanovené moduly přetvárnosti E1 interpretací dynamických penetračních sond dosahují hodnot od 32 MPa (P2 – 147,100 km) do 35 MPa (P3 – 147,150 km a P5 – 147,200 km) s průměrnou hodnotou 34 MPa. Ověřené moduly E1 interpretací dynamických penetračních zkoušek zdaleka nedosahují minimální hodnoty 80 MPa požadované předpisem S4.
Jádrové vrty V1 až V3 byly situovány mimo oblast železničního svršku a ověřily polohy konstrukčních vrstev tělesa železničního spodku, vrt V4 byl situován mimo násypové těleso (obr. 3). Všechny vrty, kromě již zmíněného vrtu V4, ověřily mocnost konstrukčních vrstev, která dosahovala hodnot od 0,9 m (V1 – 147,035 km) do 1,3 m (V2 – 147,100 km), průměrná mocnost je asi 1,1 m. Z materiálů konstrukčních vrstev, z části prohořelých, nebyly odebrány žádné vzorky zemin na stanovení mechanických charakteristik, zato byly vzaty čtyři vzorky na stanovení kontaminace. Podle makroskopického popisu jsou konstrukční vrstvy budovány štěrkem s příměsí jemnozrnné zeminy se symbolem Y/G-F.
V úseku 147,100–147,180 km lze předpokládat výskyt konstrukčních vrstev, jejichž geotechnické parametry budou nadále degradovány procesy hoření v násypovém tělese. Ve zkoumaném úseku lze předpokládat velmi výraznou degradaci parametrů konstrukčních vrstev, zejména ve vzdálenosti asi 3,5 m SZ od osy koleje. Z průběhů penetračních křivek sond P4 (km 147,190) a P6 (km 147,250), které byly situované v násypu, je zřejmé, že nebyl zjištěn výskyt tak kvalitních konstrukčních vrstev, jak u penetrací situovaných v ose koleje; proto i zde lze očekávat degradaci konstrukčních vrstev procesy hoření násypového tělesa (obr. 4).
Kvartérní antropogenní soudržné zeminy byly v tělese železničního spodku ověřeny třemi vrty:
- V1 – 147,035 km (0,9 m až 1,1 m),
- V2 – 147,100 km (1,3 m až 2,9 m),
- V3 – 147,130 km (1,2 m až 3,4 m).
Antropogenní soudržné zeminy jsou převážně zastoupené jíly vysoce plastickými se symbolem Y/CH, tuhé až měkké konzistence. Pouze vrtem V1 byly zastiženy hlíny štěrkovité, tuhé konzistence se symbolem Y/MG. Antropogenní soudržné zeminy jsou nebezpečně namrzavé, s obsahem jemnozrnné frakce asi 87 %. Jíly vysoce plastické jsou podle předpisu S4 (příloha č. 10, str. 12, čl. 17) málo vhodné pro použití do zemního tělesa.
Kvartérní deluviofluviální soudržné zeminy byly v tělese železničního spodku zastiženy pouze vrtem V1 – 147,100 km (1,1 m až 2,4 m). Deluviofluviální soudržné zeminy jsou zastoupené jíly středně plastickými se symbolem CI, tuhé konzistence. Deluviofluviální středně plastické jíly jsou nebezpečně namrzavé, s obsahem jemnozrnné frakce asi 72 %. Kvartérní fluviální soudržné zeminy byly v tělese železničního spodku ověřeny všemi vrty. Ve vrtech V1 až V3 (vrty situované na železničním tělese) byl strop těchto zemin zastižen v hloubkách od 2,4 m/m p. t. (metry pod terénem) (V1 – 147,035 km) do 3,4 m/m p. t. (V3 – 147,130 km) a ve vrtu V4 (situován mimo násypové těleso) byl strop fluviálních soudržných zemin ověřen v hloubce 0,2 m p. t. Ověřené mocnosti fluviálních soudržných zemin se pohybují od 1,3 m (V3 – 147,130 km) do 2,8 m (V4 – 147,159 km). Průměrná ověřená mocnost je 2,1 m. Fluviální soudržné zeminy jsou převážně zastoupeny vysoce plastickými jíly se symbolem CH, méně jíly středně plastickými a písčitými symbolů CI a CS. Konzistence jílovitých zemin je tuhá až měkká. Nejnižší průkazně stanovená konzistence fluviálních soudržných zemin byla ve vrtu V4 (147,159 km; hl. 1,5 m až 1,7 m; 2,5 m až 2,7 m) Ic = 0,56 a Ic = 0,36.
Zeminy zemní pláně s indexem konzistence menším než 0,5 jsou podle předpisu S4 (příloha 10, str. 12) nepřípustné pro použití do zemního tělesa. Antropogenní soudržné zeminy jsou nebezpečně namrzavé s obsahem jemnozrnné frakce 80 až 85 %. Vrtem V4 (147,159 km) byly v hloubce 0,2 m až 1,8 m zastiženy jíly vysoce plastické symbol CH, tuhé až měkké konzistence, které jsou podle předpisu S4 na hranici vhodnosti použití pro budování pláně tělesa železničního spodku. Kvartérní fluviální nesoudržné zeminy byly ověřeny pouze jedním vrtem V3 (147,150 km) v hloubce 4,7 m až 5,4 m. Jedná se o štěrky jílovité se symbolem GC, středně ulehlé, vlhké, namrzavé, s obsahem jemnozrnné frakce 19 %.
Eluviální soudržné zeminy byly ověřeny třemi vrty v následujících hloubkách:
- V1 (147,035 km) v hloubce 5,0 m až 6,0 m;
- V2 (147,100 km) v hloubce 4,8 m až 5,3 m;
- V3 (147,130 km) v hloubce 5,4 m až 6,0 m.
Jedná se o eluvium paleogenních jílovců charakteru jílovitých zemin se symbolem R6-CG, tuhé až pevné konzistence, nebezpečně namrzavé s obsahem jemnozrnné frakce do 65 %. Pouze v jednom případě byla zastižená poloha paleogenních jílů (V2 – 147,100 km, hl. 5,3 m až 6,0 m) rozvětraných na jíly štěrkovité se symbolem R6-GC.
Vrtem V2 v km 147,100 byla pod násypovým tělesem ověřena 0,2 m mocná poloha humózní hlíny, která představuje zeminu organického původu a měla být před samotnou stavbou tělesa železničního spodku odstraněna. Jedná se pouze o bodové zjištění potvrzené jednou vrtanou sondou, proto nelze doložit plošný rozsah výskytu.
Moduly přetvárnosti zemní pláně E0 stanovené interpretací dynamických penetračních sond, které byly situovány v ose koleje (P1, P2, P3, P5) sond, se pohybují v rozmezí 4,8 až 10,9 MPa. Začátek zóny minimálního penetračního odporu (tj. zóny minimálních přetvárných charakteristik) se pohybuje v hloubkách 0,4 m až 0,7 m a její báze dosahuje hloubek 3,3 m až 4,5 m. Průměrná mocnost zóny minimálního penetračního odporu je 3,5 m. Tato zóna indikuje neúnosnou oblast zemní pláně, tj. oblast s moduly přetvárnosti zemní pláně E0 nižšími než 15 MPa (15 MPa je nejnižší požadovaná hodnota modulu zemní pláně E0 stanovená předpisem S4, příloha č. 6, str. 10). Všemi realizovanými jádrovými vrty bylo ověřeno, že materiály zemní pláně jsou nebezpečně namrzavé a vodní režim je nepříznivý až velmi nepříznivý.
Z podzemní vody byl odebrán jeden vzorek vod pro stanovení agresivity vod na stavební a ocelové konstrukce v souladu s ČSN 038375 Ochrana kovových potrubí uložených v půdě nebo ve vodě proti korozi a ČSN EN 206-1 Beton – Část 1: Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda. Z hlediska agresivity podzemní vody na ocelové konstrukce byla zjištěna zvýšená agresivita u jednoho parametru (CO2) a velmi vysoká agresivita u jednoho sledovaného parametru (vodivost). Z hlediska agresivity podzemní vody na betonové konstrukce byly zjištěné hodnoty posuzovaných parametrů menší než nejnižší hodnoty stanovené normou. U čtyř vzorků zemin byly analýzami ověřeny hodnoty koncentrací škodlivin, které se posuzovaly podle přílohy č. 9 zákona č. 185/2001 Sb., ze dne 12. prosince 2008, kterým se mění zákon č. 156/1998 Sb., o hnojivech, pomocných půdních látkách, pomocných rostlinných přípravcích a substrátech a o agrochemickém zkoušení zemědělských půd (zákon o hnojivech), ve znění pozdějších předpisů.
Podle výsledků rozborů byly překročeny limitní hodnoty koncentrací škodlivin celkem v pěti případech:
- V3 (hl. 0,0 m až 0,6 m – parametr C10 až C40: stanovená hodnota 439 mg/kg, limitní hodnota 300 mg/kg),
- V3 (hl. 0,0 m až 0,6 m – parametr AOX: stanovená hodnota 35 mg/kg, limitní hodnota 30 mg/kg),
- V3 (hl. 0,6 m až 1,2 m – parametr As: stanovená hodnota 31,8 mg/kg, limitní hodnota 30 mg/kg),
- V3 (hl. 0,6 m až 1,2 m – parametr Cu: stanovená hodnota 113 mg/kg, limitní hodnota 100 mg/kg),
- V2 (hl. 0,0 m až 1,0 m – parametr C10 až C40, stanovená hodnota 342 mg/kg, limitní hodnota 300 mg/kg).
Alarmující je zjištění, že byly výrazně překročeny hodnoty koncentrací polyaromatických uhlovodíků ve všech případech. Limitní hodnota pro součet všech diagnostikovaných polyaromatických uhlovodíků je podle výše citovaného zákona 6 000 µg/kg. Nejnižší stanovená koncetrace byla 11 400 µg/kg (V1 – 0,1 až 0,8) a nejvyšší 30 300 µg/kg (V3 – 0,0 až 0,6). V souladu se zákonem č. 185/2001 Sb. (zákon o odpadech) se jedná o tzv. nebezpečný odpad.
Objednavatel požadoval provedení geotechnického průzkumu pro vypracování projektové dokumentace na akci Rekonstrukce zastávky Divnice. V rámci předmětného průzkumu se podařilo splnit všechny požadavky objednavatele. Došlo pouze ke změně počtu penetračních sond, jádrových vrtů a jejich metráže. Z původně plánovaných čtyř penetračních sond o celkové hloubce 24 bm bylo skutečně realizováno šest penetračních sond o celkové hloubce 36 bm. Z původně plánovaných čtyř jádrových vrtů o celkové hloubce 24 bm byly skutečně odvrtány čtyři jádrové vrty o celkové hloubce 21 bm.
Důvody k navýšení objemu penetračních sond a snížení objemu vrtných prací byly:
- nestabilita násypu a nízká únosnost, která znemožňovala pojezd vrtné soupravy po koruně násypového tělesa,
- získání četnějších informací o geotechnickém obrazu násypového tělesa,
- velmi nízký penetrační odpor zjištěný již během realizace prvních dynamických penetračních sond.
Závěr
Geotechnický průzkum prokázal, že železniční zastávka Divnice je ve stavu, kdy kolejové lože nevyhovuje materiálově ani kvalitativně z důvodu nízkého modulu přetvárnosti. Svrchní vrstva hořícího násypu nevyhovuje jak materiálově, tak i kvalitativně a vykazuje vysoce nadlimitní obsah kontaminantů PAU (polyaromatické uhlovodíky). Zbývající část násypu z části obsahuje zeminy nevhodné do násypu s nízkým modulem přetvárnosti. Podloží násypu je budováno zeminami s vysokým obsahem organické příměsi a s nízkým modulem přetvárnosti. Z těchto důvodů bylo navrženo částečné odtěžení násypu do hloubky asi 1,5 m pod pražcem a provedení nové konstrukce zemní pláně a kolejového lože. Nová konstrukce bude provedena po vrstvách za pomoci roznášecí vrstvy z geobuněk s výplní kamenivem 0/32 mm a s uložením na separační geotextilii. V současnosti je již zpracována projektová dokumentace a ještě letos by měly proběhnout rekonstrukční a sanační práce. Pracovníci SŽDC berou problém hořícího násypu v Divnici vážně a dělají vše pro jeho vyřešení. To nelze konstatovat o pracovnících ŽSR, neboť obdobný problém byl indikován v květnu 2008 v úseku Čadca–Žilina, byl diagnostikován geotechnickým průzkumem v červenci 2008 a dosud nebyly provedeny žádné sanační práce (obr. 5).
Je potřebné si uvědomit, že případ samovznícení drážního tělesa na zastávce Divnice s následným výskytem nebezpečných kontaminantů a případným kolapsem prohořelého tělesa násypu se může vyskytnout na kterékoli regionální trati, na které v minulosti jezdily parní lokomotivy, zejména v místech jejich čistění či nakládání uhlí, případně na úsecích, kde byla drážní tělesa budována z hlušinové sypaniny.
Nutno také upozornit na to, že na každé stavbě, kde dojde k odtěžování a přemísťování zemin, bude nezbytné zjistit hodnoty koncentrací škodlivin v zeminách, které budou posuzovány podle přílohy č. 9 zákona č. 185/2001 Sb., ze dne 12. prosince 2008, kterým se mění zákon o hnojivech, ve znění pozdějších předpisů, a bude nezbytné postupovat v souladu s tímto zákonem.
Ing. Jaroslav Ryšávka, Ph.D.; prof. Ing. Josef Aldorf, DrSc.; Ing. Ladislav Kašpar
Foto: UNIGEO a. s.
Jaroslav Ryšávka pracuje ve firmě UNIGEO a. s.
Josef Aldorf je zaměstnancem Katedry geotechniky a podzemního stavitelství Fakulty stavební Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava.
Ladislav Kašpar je ředitelem Správy železniční dopravní cesty, SDC Zlín.
Článek byl uveřejněn v časopisu Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.
