Tunel Klimkovice 2.

V první částí článku jsme přinesli základní informace o tunelu Klimkovice, jednom ze stěžejních inženýrských objektů na budované dálnici D47 Lipník nad Bečvou – Bohumín. Ve druhé části ukončíme popis základních údajů o postupu výstavby a zaměříme se více na monitoring vlivů stavby tunelu.

Dodatečné zajištění svahu stavební jámy
V průběhu hloubení stavební jámy Brno pro hloubené části tunelů došlo k nárůstu vodorovných deformací pravého svahu ve třech měřených profilech. Nárůst byl spojen s deštivým obdobím počátkem června 2006. Projevil se v oblasti geologické poruchy, která komplikovala zajištění svahu jámy již od horních etáží výkopu. Inklinometrickým vrtem v profilu 141,240 byl zjištěn rozsah poruchové zóny s aktivním pohybem směrem do stavební jámy. Na základě statického posou­zení bylo navrženo zajištění nestabilní části svahu v km 141,160–141,250, skládající se z odtěžení povrchových kvartérních vrstev a provedení dodatečné etáže tyčových kotev ze samozávrtných tyčí TITAN 40/20 o délce 12,0 m, která poruchovou zónu přikotvila k únosnějšímu podloží (obr. 1).

Obr. 1: Zabezpečení svahu

Definitivní ostění ražených a hloubených částí tunelu
Definitivní ostění tunelu Klimkovice je navrženo jako železobetonové z betonu C 30/37. Jako výztužné prvky byly použity svařované obloukové nosníky z betonářské výztuže, výztužná kari síť ve dvou vrstvách (rub a líc) a příložky z prutové výztuže. Základní délka dilatačního úseku (tunelového pásu) je 12 m. Sekundární ostění tunelu Klimkovice má jedno prvenství – pro zvýšení požární odolnosti betonu kleneb byl uplatněn beton s rozptýlenými polypropylenovými vlákny. Volba na toto řešení padla proto, že hrubší frakce kameniva do betonu byla na bázi drob. Zkoušky požární odolnosti betonu potvrdily oprávněnost tohoto rozhodnutí – zkoušený železový beton sekundárního ostění vyhověl.

V průběhu výstavby sekundárního ostění vznikla polemika ohledně teplotní zátěže tunelového ostění. Z tohoto důvodu byly ve dvou příčných řezech tunelu B v rozdílné vzdálenosti od portálu instalovány čidla pro měření teploty vzduchu v tunelu a do sekundárního ostění trvale zabudovány čidla pro měření teploty v ostění a v hornině 1,0 m za ostěním a pro měření poměrných přetvoření v ostění. Měření probíhá již 2 roky a poskytuje velmi zajímavé výsledky.

Konstrukce hloubených částí byla navržena jako železobetonová klenba na podélných základových pásech, betonovaná na místě do bednění. Na bednění se použila stejná bednicí forma jako v ražených úsecích. Klenba je z betonu C 30/37, rovněž s rozptýlenými polypropylenovými vlákny v množství 1,0 kg/m³. Navíc pro klenby v hloubených úsecích byla předepsána odolnost betonu XF4 – tj. beton byl provzdušněný.

Provzdušněná betonová směs v kombinaci s vlákny vyžadovala důslednou kontrolu požadovaných vlastností. Betonáže probíhaly nezávisle na klimatických poměrech – v zimním i letním období; přesto lze definovat, že požadovaná kvalita díla byla beze zbytku dosažena. Lze za to poděkovat důslednému dodržování technologické kázně i obětavosti všech zúčastněných zhotovitelů. Konstrukce hloubených tunelů je chráněna fóliovou hydroizolací s ochrannou obezdívkou.

Monitoring vlivů stavby tunelu Klimkovice
Rozsah a náplň geotechnického monitoringu stavby tunelu Klimkovice určovaly především charakteristiky podzemního díla, požadavky objednatele monitoringu (ŘSD ČR, závod Brno) a projektanta stavby (Amberg Engineering Brno, a. s.). Geotechnický monitoring byl jedním z důležitých nástrojů pro zajištění bezpečnosti, hospodárnosti a kvality výstavby. Zhotovitelem monitoringu bylo sdružení Tunel Klimkovice – monitoring (Stavební geo­logie – Geotechnika, a. s.; INSET, spol. s r. o. a GEOtest Brno, a. s. – vedoucí sdružení).

Monitoring výstavby tunelu Klimkovice lze podle rozmístění a funkce jednotlivých měřicích prvků rozdělit do čtyř skupin – se stručným výčtem dosažených výsledků:

• monitoring ražených částí,
• monitoring na povrchu v oblasti poklesové kotliny,
• monitoring hloubených částí,
• měření na definitivním ostění.

Obr. 2: Schéma rozmístění prvků monitoringu na části jižní stěny stavební jámy hloubeného úseku Brno společně s naznačenou lokalizací dodatečných opatření pro sanaci svahu

Monitoring ražených částí

Geologický sled   
V rámci geologického a geotechnického sledu byla dokumentována a hodnocena čelba členěného výrubu (kalota, levé a pravé jádro, dno) spolu s návrhem zařazení do technologické třídy výrubu podle NRTM (Nové rakouské tunelovací metody). Současně byly zpracovávány výsledky tektonických měření, kontrolní práce mechaniky hornin apod.

Konvergenční měření   
V tunelových troubách byly asi po 20 m osazovány pětibodové KVG profily (3 body v kalotě, 2 body na jádru). V tunelových spojkách byly profily pouze tříbodové. Až na jedinou výjimku se na základě stanovených varovných stavů deformace ostění pohybovaly do stavu přípustných změn. Maximální celková deformace v rovině profilu byla ojediněle 27 mm. V průběhu ražeb nebyly deformace ostění limitujícím faktorem pro uplatnění ražby v nižších výrubových třídách NRTM. Limitující pro uplatnění nižších výrubových tříd byly strukturní charakteristiky masivu.

Extenozometrická měření z tunelů
V obou tunelových troubách byl osazen jeden extenzometrický profil. Na oba profily bylo instalováno celkem pět třístupňových extenzometrů, na kterých byly sledovány relativní změny polohy zhlaví extenzometrů v ostění a kotev osazených v masivu za ostěním. Kotvy byly osazeny v úrovních 1,5 – 3,0 a 5,5 m od ostění. Z naměřených deformací bylo možné usuzovat na dosah rozvolnění masivu za rubem ostění a ověřit vytvoření horninové klenby.

Monitoring na povrchu v oblasti poklesové kotliny

Geodetická měření   
Geodetická měření na povrchu zahrnovala měření čtyř jedenáctibodových příčných (sdružených) profilů a pozemních objektů v šíři poklesové kotliny nad tunely, včetně sledu deformací přeložky ostravského oblastního vodovodu.

Měřením byly řádově vyšší deformace zaznamenány na příčných profilech v oblasti s nízkým nadložím (výška nadloží byla přibližně rovna šířce výrubu, tedy 13,8 m).
Maximální deformace na profilech v poklesové kotlině nepřesáhla 45 mm. Na žádném z měřených objektů nadzemní zástavby v poklesové kotlině však nepřesáhla velikost 10 mm.

Extenzometrická měření
Společně s body pro měření poklesové kotliny bylo na sdružených profilech osazeno celkem 20 extenzometrů. V každém profilu byly dva třístupňové extenzometry situovány v ose tunelových trub. Jeden pětistupňový extenzometr byl osazen v ose tunelů a další dva pětistupňové extenzometry byly ve vzdálenosti asi 4 m od ostění tunelů na vnější straně tunelových tubusů. Výsledky měření potvrzovaly vyšší deformace dosažené v oblasti nízkého nadloží (téměř 46 mm). Z výsledků měření dále vyplývalo, že v prostředí nižšího nadloží nedošlo k vytvoření přirozené horninové klenby a primární ostění bylo zatíženo plnou tíhou hornin.

Seizmická měření
Pro sled účinků ražby na povrch nad tunely byly na dvou exponovaných rodinných domech osazeny kontinuální snímače seizmických účinků. Měřením bylo prokázáno, že zatížení objektu seizmickými účinky trhacích prací bylo pod hranicí jejich minimální dynamické odolnosti podle ČSN 73 00 40. Na ostatních objektech v dosahu možných nepříznivých seizmických účinků byla prováděna jednorázová kontrolní měření, která opět neprokazovala překročení normových hodnot.

Monitoring nadzemních objektů
Na vybraných objektech na povrchu byla provedena jejich podrobná pasportizace pro možnost rozšířeného sledu vlivů stavby.

Hydromonitoring   
Vyčleněná oblast sledu hladiny podzemní vody v dosahu ovlivnění stavby zahrnovala 12 domovních studní a 3 hydrovrty. V pozorovacích sondách v těsné blízkosti tunelových trub byl v průběhu ražeb zjištěn pokles HPV až na úroveň počvy tunelu. Po dokončení uzavřených mezilehlých izolací konstrukce již byl zaznamenán postupný trend vzestupu podzemních vod.

Měření na domovních studních neprokázala tak zřetelný pokles podzemní vody v sou­vislosti s ražbou jako měření na hydrovrtech. Kolísání vod zde bylo výraznější, a to zejména v závislosti na srážkových poměrech. Maximální rozkmity hladin v jednotlivých studních dosahovaly v průběhu celého měření 3,5 až 10,6 m. Po instalaci izolace tunelů i zde došlo k postupnému ustálení hladin na téměř původních výškách.

Monitoring hloubených částí
Dokumentaci stavebních jam realizovanou v režimu průzkumných prací doplnily potřebné informace o skutečném rozsahu litologických typů zemin a hornin, jejich fyzikálních a mechanických vlastností. Upřesnily klasifikaci zemních prací a zejména tektonické poměry, tj. zejména údaje o směru a úklonu vrstev a puklinových systémů.

Geodetická měření
Tato měření spolu se sledem napětí na kotvách a inklinometrickým měřením sloužila pro průběžné ověřování stability provizorních portálů a svahů výkopových jam od počátku jejich hloubení až do doby přesypání tubusů. Geodetické body byly osazeny v převázkách obou provizorních portálů a v příčných řezech bočních stěn zářezů (v celkem 133 základních měřených bodech). Největší pohyby byly zjištěny v oblasti koruny zářezů. Vertikální, podélné a příčné pohyby byly zjištěny v rozmezí 15 až 35 mm. Nárůst deformací v měřených profilech km 141,160; 141,200 a 141,240 až do velikosti 75 mm (po odtěžení posledních dvou etáží v důsledku nepříznivého sklonu vrstev do stavební jámy) a přítomnosti poruchového pásma byly jedním z podnětů k dodatečnému zajištění pravého svahu brněnské stavení jámy kotvami TITAN do převázek ocelových profilů štětovnic Larsen. Spolu s následným odtěžením části koruny zářezu bylo docíleno bezpečné stability jeho pravé stěny (obr. 2).

Inklinometrická měření
Inklinometrická měření byla dalším z uplatněných nástrojů pro posouzení stability portálových stěn a bočních stěn stavebních jam. Inklinometry, dosahující hloubek v rozmezí 21 až 25 m – tj. bezpečně pod dno jam a počvy tunelu – byly rozmístěny po obvodu koruny stavebních jam (5 kusů u výkopové jámy Brno, 2 kusy u jámy Ostrava). Měřením nebyly zjištěny deformace do stavební jámy nad rámec varovného stavu. Výjimku představuje inklinometr JI-2 vpravo v jámě Brno ve staničení 141,240. Významné deformace byly zaznamenány v hloubkovém intervalu –7,0 až –5,0 m. Na sledovaných hloub­kových úrovních –6,0 m a –2,0 m dosáhly deformace k červenci 2005 velikosti 22, resp. 30 mm. Zrychlený nárůst deformací pravého svahu rovněž potvrdil nutnost dodatečného přikotvení výše uvedené části zářezu.
 
Měření na kotvách
Měření v rámci stavebních jam bylo prováděno na 34 kotevních prvcích (14 lanových kotev v provizorních portálech a 20 kotev tyčových po stranách předzářezů). Naměřené hodnoty kotevních napětí prokázaly, že kotvy byly dostatečně zakotveny, po dobu monitoringu nedošlo na žádné kotvě ke ztrátě funkčnosti. Změny napětí, ke kterým v průběhu monitoringu došlo, byly změny vratné, které souvisely s atmosférickými jevy – zámrz, tání nebo ohřívání a vysychání masivu. Nebyly zjištěny změny kotevních napětí, které by indikovaly nestabilitu jak obou provizorních portálů, tak i všech stěn stavebních jam.

Měření na definitivním ostění

Konvergenční měření
Na definitivním ostění bylo v každé z tunelových trub rozmístěno celkem 11 pětibodových KVG profilů. Měření konvergencí na definitivním ostění v ražených částech tunelů slouží především pro dlouhodobý monitoring případných změn tvaru ostění. V hlou­bených částech byla měřením sledována deformace ostění v průběhu zasypávání stavebních jam. Přes poměrně dlouhodobé ustalování deformací se hodnoty posunů pohybovaly v mezích předpokládaných projektantem a dosahovaly maximálních celkových hodnot do 21 mm.

Měření napětí a teplot v sekundárním ostění
Ve dvou tunelových pásech B78 (km 142,030) a B90 (km 142,174) tunelu B byla v definitivním ostění instalována teplotní a tenzometrická čidla a dále teplotní čidla pro měření teplot masivu ve vzdálenosti 1 m za ostěním. Snímače jsou osazeny v ražené části v blízkosti portálu tak, aby jimi mohly být v průběhu roku sledovány maximální teplotní spády v průřezu ostění a z nich plynoucí nerovnoměrná napětí na rubu a líci ostění. Dlouhodobé sledování teplotního spádu ukazuje, že rozdíl teplot na rubu a líci sekundárního ostění obou monitorovaných bloků je do 3 až 4 °C. Měření poměrných přetvoření vykazuje, že sekundární ostění je zatím zatíženo vlastní tíhou a nepatrně také změnami teploty. Dlouhodobý trend naznačuje pozvolný nárůst zatížení v čase.

Ing. Jiří Pechman, Ing. Jan Stach, Ing. Ondřej Hort, Ing. David Pohlodek, prof. Ing. Josef Aldorf, DrSc.
Foto a obrázky: archiv autorů

Jiří Pechman působí ve společnosti Amberg Engi­neering, s. r. o., Brno jako projektant.
Jan Stach působí v společnosti Geotest, a. s., Brno jako geotechnik.
Ondřej Hort působí ve společnosti SG – Geotechnika, a. s., Praha jako geotechnik.
David Pohlodek působí v společnosti Metrostav, a. s., Praha jako geotechnik.
Josef Aldorf je profesor na Vysoké škole báňské – Technické univerzitě Ostrava.

Článek uveřejněn v časopisu Inžienierske stavby/Inženýrské stavby.