Kabelový tunel Karlín – geotechnický monitoring stavby

Pečlivě připravený geotechnický monitoring a realizační dokumentace ražby kabelového tunelu Karlín eliminovaly maximální měrou potenciální rizika vznikající při činnosti prováděné hornickým způsobem.

Přímá blízkost historických budov, frekventované severojižní magistrály, proplachovacího kanálu z dob Rakousko-Uherska a nájezdových ramp na komunikaci Wilsonova znamenaly pro projekt a geotechnický monitoring největší výzvy.

Průběžná geotechnická měření a geologické sledování ražby však nezaznamenaly významný dopad stavby na okolní zástavbu. Na podzim roku 2017 byla zahájena výstavba kabelového tunelu (KT) Karlín směrem na Hlávkův most, a to v úseku od šachty J34 po šachtu J101.

Investorem stavby byla společnost PREdistribuce, a. s., (PREdi), generálním dodavatelem stavby společnost Čermák a Hrachovec, a. s., projekční práce realizovala projekční a inženýrská kancelář Ko-Ka, s. r. o., a zhotovitelem geotechnického monitoringu byla společnost INSET s. r. o.

Základní funkcí KT Karlín je vedení kabelů vysokého napětí 110 kV a 22 kV z nové rozvodny Karlín (kolaudované v 09/2018) v Pobřežní ulici v Praze 8 do kolektoru Hlávkův most, který podchází Vltavu a spojuje tak síť kolektorů ražených v předchozích dekádách.

Zájmový tunelový úsek vychází ze šachty J34 severozápadním směrem, podchází těleso Wilsonovy ulice a stáčí se severním směrem, aby pod ulicí Těšnov dosáhl technické komory (TK) 101, která je součástí komplexu podzemního objektu kolektoru Hlávkův most.

Napojením kabelového tunelu Karlín na kolektor Hlávkův most dojde k napojení kabelových tunelů PREdi na kolektor Rekonstrukce nábřeží Ludvíka Svobody (vedoucí z centra po pravém břehu Vltavy) a na kolektor Severní předmostí Hlávkova mostu.

Ražený úsek mezi šachtou J34 a TK 101 byl realizován konvenční Novou rakouskou tunelovací metodou. V rámci realizace se osově vyrazilo cca 189,0 m nové trasy o světlém profilu 2,35 × 2,40 m, která byla vedena dovrchně ve sklonu 0,55 %. Mocnost nadloží se pohybovala mezi 20,0 a 27,0 m.

Inženýrskogeologický průzkum

Inženýrskogeologický průzkum zastihl sedimentární horniny bohdaleckého souvrství ordoviku tvořené jílovitými až jemně písčitými břidlicemi, místy hornina obsahovala rozptýlenou sulfidickou mineralizaci (mírně tektonicky porušenou, s pevností R5-R3), a horniny zahořanského souvrství tvořené prachovitými břidlicemi s vložkami vápnitých prachovců (R4-R3).

Přítoky do raženého prostoru byly malé (hornina byla vlhká, ojediněle kapala voda). Směrem k řece byly okapy podzemní vody častější. Hydrogeologické poměry stavby byly dotčeny podzemní vodou vázanou na zvodeň vltavské terasy představující vysoce průlinově propustný kolektor.

Hladina podzemní vody se zde pohybovala v hloubce 5,0 až 6,0 m pod terénem. Z inženýrskogeologického a geotechnického hlediska byla trasa zařazena do dvou základních kvazihomogenních celků s příslušnými geotechnickými a technologickými parametry horninového prostředí.

Průzkum predikoval tyto geologické poměry: kvazihomogenní blok (ve staničení tunelu 0,0 až 89,4 m) tvořící zdravé břidlice bohdaleckého souvrství, slaběji tektonicky porušené, a druhý pevnější kvazihomogenní blok (89,4 až 189,4 m), který je tvořen zdravými prachovitými břidlicemi (zahořanské souvrství) s vložkami vápnitých prachovců.

• V průběhu stavby byly zastiženy tyto geologické úseky:
  na staničení 0,0 m až do staničení 11,4 m byla štola ražena v technologické třídě 4,
• ve staničení cca 11,5 m až 98,4 m probíhala ražba ve zdravých bohdaleckých břidlicích se zatříděním do technologické třídy 3,
• ve staničení cca 98,4 m zastihla ražba stratigrafický přechod z bohdaleckého do zahořanského souvrství a nadále pokračovala v technologické třídě 3.

Šachta J34

Šachta má kruhový profil o světlém průměru 5,6 m a byla hloubena ve dvou etapách. V první fázi při ražbě úseku J34 až J101 se šachta prohloubila na kótu 157,9 m n. m. (cca 33 m pod úroveň terénu). Zde byla zřízena dočasná podlaha a odvodňovací jímka.

Z této úrovně následovala ražba větve k TK 101 severozápadním směrem ke komunikaci Wilsonova. Po kompletním provedení úseku J34 až J101 se šachta dále prohloubila, a to na konečnou úroveň 146,5 m n. m. (hloubka 43,6 m p. t.).

Před zahájením hloubení byla šachta J34 zajištěna 30 kusy převrtávaných pilot o průměru 1 180 mm. Piloty byly vždy dovrtány (vetknuty) až do únosného podloží (silně až mírně zvětralých břidlic), tj. do hloubky 25,8 m.

Pod úrovní pilot pokračovalo hloubení v důlních rámech dalších zhruba 17,8 m. Rozpojování hornin v šachtě J34 bylo realizováno v celé hloubce strojním způsobem bez použití trhacích prací.

Při realizaci převrtávané pilotové stěny šachty J34, jejímž cílem (kromě stabilizace šachty) bylo odstínění očekávaných vysokých přítoků podzemní vody do díla, vznikly značné problémy. Ve štěrkové vrstvě v intervalu 9,0 až 17,4 m pod terénem byly zastiženy horninové bloky velikosti 30 až 40 cm.

V důsledku hrubě kamenitých až balvanitých hornin pak nebylo možné dodržet svislost a proveditelnost základních pilot a u následné převrtávané stěny pak nebylo možné zaručit těsnost zvodnělého horizontu.

Na základě geologického průzkumu a studia historických map v okolí šachty J34 pak byla ověřena přítomnost hradeb z 18. století včetně hradebního příkopu s následně upraveným objektem hradební stoky.

Stavební konstrukce historicky spojené s hradbami způsobily lokální navýšení hrubých kamenných sutí v poloze navážek s výskyty velmi různorodého materiálu včetně zmíněných valounů velikosti až 40 cm.

Při hloubení šachty v hloubkové úrovni 9,0 až 17,0 m pod povrchem tak následně docházelo k přítokům podzemní vody do díla. Tyto přítoky naštěstí nepřesahovaly hodnoty v řádu desetin l/s a nebylo tudíž zapotřebí upravovat technologický postup zapažení šachty.

Štola J34–J101

Tato štola představuje dílo prováděné hornickým způsobem o osové délce 189,4 m. Příčný profil tunelu je vejčitého tvaru o světlém profilu 2,35 × 2,40 m. Tunel je veden v jednotném spádu 0,5 % k jámě J34, kde je umístěna jímka.

Konstrukčně je primární ostění zajištěno rámy z příhradové oceli, ocelovými sítěmi a stříkaným betonem. Trvalou konstrukci pak tvoří monolitický beton s důrazem na krytí výztuže a zajištění pracovních a dilatačních spár proti vodě pomocí vkládaných plechů a nátěrem spár s krystalizací.

Komplexní geotechnický monitoring

Komplexní geotechnický monitoring, který měl za cíl sledovat negativní vliv stavby na podpovrchové objekty, povrchovou zástavbu a přilehlé objekty v prostoru poklesové kotliny, byl připraven s dostatečným předstihem před začátkem ražby.

Rozsah a způsob monitoringu byl vypracován v souladu se zásadami observační metody, jejímž principem je stanovení limitních hodnot pro jednotlivé měřicí metodiky, které se zároveň stanou hodnotami varovných stavů.

Hodnocení varovných stavů sloužilo k rychlému a jasnému popsání významnosti zjištěné události (deformace, změna stavu, stability atd.) a k následnému přijetí předem stanovených opatření.

V rámci geotechnického monitoringu stavby bylo jedním z nejdůležitějších měření konvergenční sledování deformací raženého úseku. Měření konvergencí v KT Karlín byla realizována standardními metodami.

Čtyřbodové konvergenční profily byly instalovány na každém cca desátém metru tunelu. Projektem byly stanoveny předpokládané hodnoty deformací do 5 mm s hodnotami v mezích očekávání do 12 mm.

Vzhledem ke konzervativnímu způsobu ražby byly naměřeny maximální hodnoty vodorovné deformace do 5,5 mm a maximální hodnoty svislé deformace do 3,4 mm. V husté zástavbě starého města mělo nezastupitelnou roli měření technické seismicity od trhacích prací.

Trhací práce při ražbě štoly začaly přibližně na pátém metru staničení směrem od šachty J34 a nebyly povoleny v blízkosti menší než 25,0 m od TK 101 kolektoru Hlávkův most. Hodnoty naměřené při prvním kontrolním odstřelu byly hluboko pod limitními hodnotami (pro nejbližší obytný objekt byly hodnoty dynamických účinků do 2 mm/s z limitních 15 mm/s).

Pro dlouhodobý monitoring ražby pak byly nainstalovány monitorovací stanice v šachtě J34 v suterénních prostorách Ministerstva zemědělství ČR a v technické komoře TK 101 kolektoru Hlávkův most s průběžným záznamem hodnot. I zde se naměřené hodnoty kmitání pohybovaly po celou dobu ražby okolo 1 až 4 mm/s.

Samotnou kapitolu tvoří proplachovací kanál Těšnov–Libeň křížený KT Karlín. Proplachovací kanál byl ražbou podcházen ve staničení cca 92,0 m a rovněž ve staničení cca 180,0 m. Mimo tato staničení vede proplachovací kanál v souběhu s kabelovým tunelem s odstupem přibližně do 10,0 m.

Mocnost horninového celku nad stropem raženého tunelu (po dno proplachovacího kanálu) se pohybovala od 16,0 do 17,0 m. Proplachovací kanál byl původně tvořen příkopem vyhloubeným v době, kdy naše země byla součástí Rakousko-Uherska.

Účelem tohoto kanálu bylo přivádět vltavskou vodu do přístavu a doků v Libni, později byl zaklenut a přesypán. Proplachovací kanál je oválného tvaru s horní eliptickou valenou klenbou a spodní plošší klenbou z glazovaných cihel s profilem 3 540/1 880 mm.

Současnou funkcí tohoto proplachovací kanálu je přivádět vodu z Vltavy pro klimatizování kancelářských budov a hotelových komplexů v Karlíně. Na začátku listopadu 2018 proběhlo kontrolní měření dynamických účinků trhacích prací na proplachovací kanál při jeho podcházení ve staničení 92,0 m ražby.

Dynamické účinky trhacích prací dosahovaly nejvýše 25 % limitních hodnot maximální intenzity rychlosti kmitání, stanovené pro proplachovací kanál s proudící vodou na 15 mm/s.

To, že horninový masiv byl homogenní, přítoky podzemní vody do díla byly menší než predikované a že měřené hodnoty v rámci geotechnického monitoringu nedosahovaly mezních stavů, mělo za následek přetřídění celých úseků ražby z technologické třídy 4 (popř. 5a) na TT 3, a to poměrně brzy po začátku ražby, již na staničení ražby cca 11,5 m.

Pro projekt geotechnického monitoringu byly dále vytipovány následující metodiky:

• pasportizace/repasportizace objektů dotčených stavbou,
• přesné nivelační měření povrchu, podzemních objektů a samotné štoly,
• 3D trigonometrické měření nadzemních objektů,
• přesné měření deformací nadzemních objektů,
• měření náklonů pilířů nájezdových ramp magistrály,
• měření akustických účinků trhacích prací,
• měření napětí na kontaktu mezi horninou a výstrojí,
• měření napětí ve stříkaném betonu,
• geologický, hydrogeologický a geotechnický dohled.

Veškeré výstupy monitoringu byly bezprostředně po jejich vyhodnocení prezentovány v informačním systému společnosti INSET s. r. o. SAHURE, který byl on-line dostupný všem kompetentním účastníkům výstavby.

Razicí práce

Razicí práce na kabelovém tunelu Karlín na trase mezi šachtou J34 a technickou komorou TK 101 kolektoru Hlávkův most byly dokončeny v průběhu června 2019, nyní probíhají betonáže sekundárního ostění. Připravený geotechnický monitoring a realizační dokumentace úseku J34 až J101 eliminovaly maximální měrou potenciální rizika vznikající při činnosti prováděné hornickým způsobem.

Přímá blízkost historických budov a frekventované severojižní magistrály, podchod proplachovacího kanálu z dob Rakousko-Uherska a nájezdové rampy magistrály na komunikaci Wilsonova znamenaly pro projekt a geotechnický monitoring největší výzvy.

Nepřehlédněte: Tunel Soroška – výzva pre projektantov

Průběžná geotechnická měření a geologické sledování ražby však potvrdily minimální dopad stavby na okolní zástavbu. Oblast Karlína je demograficky rychle se rozvíjející pražskou čtvrtí, ve které bude poptávka po zdrojích energie nadále narůstat.

Vedení inženýrských sítí hlubinnými kolektory a elektrických kabelů kabelovými tunely má v městské zástavbě veliký potenciál a lze proto doufat v to, že ražby podzemních štol budou v Karlíně nadále pokračovat, a to i ve směru do Libně a na Žižkov.

Miroslav Mixa působí v divizi Energetika společnosti INSET s. r. o.

Článek byl uveřejněn v časopisu Inžinýrské stavby 5/2019.