Tunel jako součást moderní infrastruktury

V únoru roku 2008 byla slavnostně zahájena ražba Královopolských tunelů, které jsou součástí brněnského Velkého městského okruhu. V projektu s oficiálním názvem Silnice I/42 Brno, VMO Dobrovského jsou označeny jako tunely Královopolský I a II. Způsob ražby, členění výrubu i vyztužování stříkaného betonu jsou skutečně unikátní a v České republice jsou použity poprvé.

Trasa Velkého městského okruhu (VMO) je bezesporu významnou součástí základního komunikačního systému Brna, který dnes tvoří vnější dopravní polookruh, vnitřní dopravní polookruh a soustava radiál.

Součástí stavby VMO Dobrovského jsou mimoúrovňové křižovatky (MÚK) Hradecká–Žabovřeská a Hradecká–Královopolská, dvě tunelové roury pod ulicí Dobrovského a část MÚK VMO – Svitavská radiála. Celý VMO umožňuje sofistikované rozvedení městské a příměstské dopravy a je součástí silniční sítě ČR i mezinárodní silniční sítě. Z hlediska celoměstské dopravní struktury bude zajišťovat vnější, tranzitní i cílové mimoměstské a vnitroměstské dopravní vztahy. Po dokončení bude dlouhý 22 km.

VMO Dobrovského a Královopolské tunely
S ražbou tunelů se začalo v únoru roku 2008. Tunel I o délce 1 239 m se nachází v přímé trase ulice Dobrovského a má raženou část dlouhou 1 053 m. Tunel II je situován asi 60 m jižněji a ražená část čítá 1 060 m při celkové délce tunelu 1 258 m. Před ražbou bylo podle slov projektantů staticky zajištěno více než 100 objektů na povrchu a stavbaři předpokládají, že měsíčně vyrazí asi 40 až 50 m v každé tunelové troubě. Oba tunely by tedy měly být vyraženy za necelé dva roky. Zhruba další rok budou trvat dokončovací práce a montáž technologie. První auta by měla projet tunelem na počátku roku 2012.  

Z hlediska celoměstské dopravní struktury shrnuje hlavní projektant důvody realizace stavby do těchto bodů: 

• stavba doplní radiálně okružní systém,
• stavba je dalším krokem k uzavření III. městského okruhu, díky čemuž se odlehčí samostatná část II. městského okruhu v trase Provazníkova–Kotlářská–Úvoz,
• realizace VMO je z celkového pohledu dalším krokem k ochraně městských částí před průjezdnou dopravou (především ochrana jádra města).

Technické řešení
Královopolské tunely jsou nosné prvky celkového řešení této části VMO. Portál tunelů na žabovřeském předpolí je situován v úseku mezi mostem přes VMO v Korejské ulici a dnešní provizorní lávkou pro pěší přes Žabovřeskou. Královopolský portál je umístěn mezi ulicí Poděbradovou a Košínovou. Trasa VMO je v této oblasti definována územním plánem již dlouhou dobu. Historický vývoj umístění komunikace v mnoha zpracovaných studiích se ubíral od návrhů povrchového vedení přes estakády, obousměrný hloubený tunel až k současně realizovaným jednosměrným tunelům raženým.

Mimoúrovňovou křižovatku VMO Žabovřeská–Hradecká–Dobrovského lze charakterizovat jako křižovatku třípatrovou, v jejíž spodní úrovni se nachází trasa VMO. Napojení z tunelů na nižší komunikační síť je v tomto případě řešeno prostřednictvím ulice Korejské obousměrnou středovou rampou na VMO. V meziúrovni se nachází velká okružní křižovatka, do které jsou zapojeny ulice Hradecká, Dobrovského a rampy z VMO západ (Žabovřeská). Nejvíce dopravně zatížený směr západ–sever (VMO Žabovřeská–Hradecká) a tranzitující doprava ve směru jih–sever (z města) jsou převedeny v horní úrovni samostatnými komunikačními větvemi na mostech.

Křižovatka Hradecká–Královopolská je rovněž mimoúrovňová. Ve spodní úrovni (zapuštění 3 m pod současným terénem) je ponechána světelně řízená křižovatka s úrovňovými přechody pro pěší. V horní úrovni na mostech (3 m nad současným terénem) je převáděna tranzitující doprava. Zachování světelně řízené křižovatky Hradecká–Královopolská, vložení velké okružní křižovatky do trasy ulice Hradecké a nová, světelně řízená křižovatka Hradecká–Korejská s pěším provozem (navíc s vazbou na světelně řízenou křižovatku Hradecká–Tábor) vytvoří z ulice Hradecké v tomto úseku komunikaci městského charakteru. Dojde tak k výraznému omezení dopravního tlaku na prostor ulic Šumavská a Pod Kaštany.

Podél ulice Hradecké – východ je ponechána územní rezerva pro vedení výhledové trasy tramvajového diametru. V napojení tunelů na MÚK VMO – Svitavská radiála (přiblížení tunelových rour do jednoho společného portálu jsou navržené větve a rampy součástí celkového řešení uvedené křižovatky. V prostoru ulic Dobrovského–Slovinská je umístěno technologické centrum tunelů s velínem, rozvodnou a výdechovými komíny vzduchotechniky tunelu.

Geologické podmínky pro ražbu tunelů
Zpráva hlavního projektanta dále uvádí, že v profilu tunelů je geologický sled relativně velmi monotónní: pokryvné vrstvy sprašových hlín a antropogenních navážek jsou mocnosti 3 až 10 m, ve spodním horizontu s polohami místy zvodnělých štěrkových až písčitých teras. Podloží teras je tvořeno neogenními jíly (brněnské tégly) o mocnosti několika desítek metrů (skalní podloží nebylo zastiženo ani vrty hloubky přes 60 m). Spodní voda je vázána ve štěrkopískových polohách na svrchním horizontu neogenu ve formě zdrží v lokálních depresích. Konzistence neogenních jílů je tuhá až pevná.

Z hlediska plasticity jsou tégly vysoce plastické a ve spojení s podzemní vodou za určitých podmínek silně tlačivé. Výška nadloží u obou tunelů je přibližně stejná a pohybuje se v rozmezí od 6 m do maximální hodnoty asi 21 m. Výškově jsou oba tunely vedeny v neogenních jílech tak, aby byla vždy zajištěna minimální nepropustná výška nadloží neogenních jílů nad výrubem asi 2 až 3 m.

Zásady urbanisticko-architektonického řešení
Prostor Žabovřeská–Hradecká
Hlavní zásadou urbanistického a architektonického řešení na celém tomto úseku je důsledné oddělení míst s obytnou funkcí od tranzitní dopravy a dopravy VMO. Rozšířeny a detailně řešeny jsou zelené plochy v ulicích Voroněžská, Záhřebská a Hradecká. Jedním z cílů je jejich uspokojivé optické vnímání z vyšších podlaží obytné zástavby. Dalším cílem je v co nejvyšší míře posílit původní pěší trasy včetně bezkolizního a bezpečného provozního propojení mezi jednotlivými funkčními a územními celky. Navrženy jsou rozsáhlé výsadby stromů, popínavých rostlin v kompozicích, které zvýrazní okraje obytných funkčních ploch a zároveň dotvoří návrh celkového stavebního řešení (parkové úpravy ploch rondelu a prostor nad portály tunelů, zelená lávka pro pěší, zemní valy či modelace terénu).

Oblast Královopolského portálu
Cílem urbanistického a architektonického řešení je minimalizovat dopad negativních vlivů stavby v průrazu dnes již ne­existující Milíčovy ulice. Snahou projektanta bylo potlačit optické vnímání stavby a zamezit bezprostřední konfrontaci stávající uliční zástavby s navrhovanou dopravní stavbou, konkrétně se jedná o oddálení portálu tunelů od ulice Poděbradovy a rozšíření průrazu podél VMO pro provedení nezbytných prostorových úprav včetně vedení pěších tras.

Progresivní stavební technologie
Podle projektu tvoří primární dočasné ostění Královopolských tunelů tuhá montovaná výztuž a stříkaný beton. Pro konsolidační nástřik zde dodává suchou prefabrikovanou směs Torkret společnost TIWO, stavební materiály pro podzemní stavitelství. Prefabrikovaná směs je ze speciálního tlakového sila a strojního zařízení dopravována potrubím spolu se stlačeným vzduchem do trysek s vodními prstenci a směs je metána vysokou rychlostí na připravené plochy. Tlakové silo je schopno dopravit materiál až na vzdálenost 1 000 m.

Podle slov zástupců společnosti je aplikace suchých směsí perspektivní metodou pro podzemní stavitelství. Osvědčila se i v případě výstavby Královopolských tunelů. Primární obezdívka zde byla navržena ze stříkaného betonu, avšak s ocelovými výztužnými ramenáty, které mají vzhledem ke zjištěné agresivitě spodních vod dočasný charakter, hlavní nosné sekundární ostění bude železobetonové.

Konstrukční řešení vnitřního prostoru tunelů
Příčné uspořádání tunelů je dvouprostorové – zahrnuje dopravní prostor a přístropí pro odtah znečištěného vzduchu. Tunelová obezdívka je dvouplášťová s mezilehlou uzavřenou tlakovou izolací. Primární obezdívka je navržena ze stříkaného betonu s ocelovými výztužnými prvky, v úsecích s malým nadložím nebo nebezpečím vytváření nepřípustných poklesů na povrchu bude doplněna krycím deštníkem z mikropilot v horní části klenby. Vzhledem ke zjištěné agresivitě spodních vod bude mít primární obezdívka dočasný charakter, hlavní nosné sekundární ostění bude železobetonové.

Profil tunelů – základní technické údaje podle technické zprávy projektu Základní šířka jízdních pruhů v tunelu    3,50 m Světlá podjezdná výška    4,50 m Světlá šířka mezi obrubníky    8,50 m Plocha dopravního prostoru    57,95 m2 Prostor pro odsávání znečištěného vzduchu    12 m2 Primární ostění tloušťky 350 mm    11,95 m3/bm Sekundární ostění tloušťky minimálně 500 mm     32,53 m3/bm Výrubový profil tunelu    130 m2

Technologické centrum
Pro zvolený systém polopříčného odvětrání tunelů a ostatní technologická zařízení je podle slov hlavního projektanta stavby nutno vybudovat odpovídající prostory, zejména pro ventilátory a výdechový objekt, a to uprostřed relativně velmi husté obytné zástavby. Podzemní objekt technologického centra bude mít půdorysné rozměry 14 × 44 m, hloubka čisté podlahy únikové cesty a nejspodnějšího podlaží je 25,5 m pod terénem. Celkem bude mít technologické centrum pět podzemních a jedno nadzemní podlaží a dva komíny vysoké 25 m nad terénem.

Tunel II bude k technologickému centru připojen třemi štolami – únikovou cestou s kabelovým kanálem a dvěma větracími štolami přes samostatnou strojovnu VZT přímo do komínu. Na povrchu budou pouze dva relativně malé přízemní objekty s příjezdovou komunikací a dva komíny vysoké 25 m. Uvedené nadzemní objekty budou architektonicky začleněny do budoucí výstavby polyfunkčního objektu Veterinární a farmaceutické univerzity v Brně.

Problémy v oblasti s extrémně nízkým nadložím – průzkumné štoly
Skutečný vliv ražby na povrchovou zástavbu byl ověřován při ražbě průzkumných štol. Před zahájením ražby tunelů byly v letech 2001 až 2003 vyraženy celkem tři průzkumné štoly o celkové délce přes 2 000 m. Štoly jsou součástí ostění tunelů a byly raženy předpokládanou technologií pro velké tunely.

Tunel I je veden přibližně v ose ulice, nad tunelem II se nachází zástavba až třípodlažních nepodsklepených obytných budov. V tomto prostoru vznikly nad štolami IIA a IIB nejzávažnější problémy z hlediska poklesů a deformací na budovách, na jejichž příčiny nebylo možné v projektu reagovat. Oproti původním předpokladům zde došlo při ražbě štol k významnému nárůstu maximálního poklesu asi o 120 %, maximální měřený pokles budovy činí 56 mm.

Příčiny jsou tyto:

• velmi nízké nadloží,
• zastižení nesignalizované deprese v horizontu neogenních jílů, vyplněné vodonosnými vrstvami štěrků, s doprovodem neočekávaných a trvalých výrazných výronů vody do výrubu štoly IIA,
• nástavba domů na třípodlažní z původních jednopodlažních přímo nad tunelem II v Poděbradově ulici s nadložím pouhých 5 m byla povolena a provedena jen několik měsíců před zahájením ražby štol,
• zhotovitelé si v počátečních metrech ražby ověřovali potřebné technologie a postupy pro ražbu v daném prostředí.

Přes výše uvedené problémy se po přijetí dodatečných technických opatření podařilo kritickou lokalitou projít bez dalších výraznějších nepříznivých projevů. Ražbu štoly IB, vedené v ose ulice Veleslavínovy, nedoprovázely prakticky žádné nepříznivé poklesy. Deformace zde nepřekročily hodnoty původních předpokladů.

Tunel jako součást moderní infrastruktury 
Je nesporné, že hustá povrchová zástavba se souvisejícími inženýrskými sítěmi a dopravními komunikacemi na povrchu a v podmínkách brněnských neogenních jílů řadí stavbu Královopolských tunelů mezi zcela ojedinělá inženýrská díla nemající v České republice obdoby. Způsob ražby, členění výrubu a vyztužování stříkaného betonu primárního ostění speciálně pro tuto stavbu vyvinutými tuhými prvky HEBREX jsou v České republice použity poprvé. Součástí projektu je i podrobná pasportizace nadzemních objektů v trase obou tunelových rour, obsahující pasporty ve formě soudněznaleckých posudků asi 260 domů. Monitoring vlivů stavby (zejména ražby tunelů) je vůbec nejrozsáhlejší, jaký kdy byl v České republice prováděn.

V oblasti mezi ulicemi Palackého a Slovinská je v současnosti realizována tzv. kompenzační injektáž pod 26 vybranými objekty. Její princip spočívá v tom, že se tyto objekty řízenou injektáží do nesoudržných vrstev cca 6 metrů pod povrchem za současného kontinuálního měření nivelací cíleně mírně zvedají, a tak se eliminuje jejich sedání od ražby tunelů.

Generální projektant: Inženýrské sdružení firem AMBERG Engineering Brno, a. s., PK OSSENDORF, s. r. o., a DOSING – Dopravoprojekt Brno group, s. r. o. (IS VMO Dobrovského). Investor: ŘSD ČR, Statutární město Brno a SFDI Generální zhotovitel: Sdružení VMO Dobrovského B, jehož členy jsou OHL ŽS, a. s. (vedoucí účastník sdružení), Metrostav, a. s., a Subterra, a. s. Dodavatel: Pro konsolidační nástřik dodává suchou prefabrikovanou směs Torkret společnost TIWO, stavební materiály pro podzemní stavitelství, s. r. o.

Vlastimil Růžička

Literatura
[1]  Horák, V. : Dopravní řešení sil. I/42 Brno VMO Dobrovského. Zpráva hlavního projektanta stavby. AMBERG Engineering Brno, a. s.
[2]  Klepsatel, F. – Kusý, P. – Mařík, L.: Výstavba tunelů ve skalních horninách. Bratislava: JAGA GROUP, 2003.

Článek je součastí knižní publikace Stavební ročenka 2009.