Sanace skalních stěn včetně inovativního výstražného systému HelloMac na železniční trati při obci Boč

Příspěvek se zaměřuje na sanaci skalního svahu na železniční trati Chomutov–Cheb u obce Boč. Skalní svahy jsou zajištěny soustavou dynamických bariér, které byly doplněny inovativním výstražným monitorovacím varovným systémem HelloMac.

Předmětem stavby byla sanace skalního svahu, nacházejícího se po levé straně železniční tratě č. 140 Chomutov–Cheb v úseku km 153,330–153,390 (mezistaniční úsek Pernštejn–Boč). Hlavním účelem stavby bylo zamezit možnému opadu horninových fragmentů, uvolněných ze skalního masivu, do ohroženého prostoru předmětné železniční tratě.

Jedná se o skalní svah s generelním sklonem okolo 40°, ze kterého v předmětném úseku vystupuje výchoz dosahující výšky 60–70 m se sklonem 80°. Uvedená lokalita je tvořena z geologického hlediska ortorulou Sasko-durynské oblasti krušnohorského plutonu.

Realizované sanační opatření představovalo údržbové práce, jako odstranění náletové vegetace a vzrostlých stromů, očistu od zvětralin a volných kamenů včetně lokální těžby rizikových částí masivu a obnovu akumulačního prostoru u paty svahu. Provedením těchto prací byly odstraněny bezprostředně rizikové části horniny a zajištěna pouze dočasná stabilita. Proto byly dále v rámci stavby vybudovány tři linie dynamických bariér, které v maximální zde možné míře povedou k eliminaci rizika skalního řícení do ohroženého prostoru u paty svahu.

Sanační práce na skalním svahu probíhaly pod dozorem geotechnika, který práce sledoval a případně dále korigoval v závislosti na aktuálně zastižené geologii a geotechnickém stavu masivu během provádění prací (např. stavu zvětrání).

Odstranění náletové vegetace a kácení stromů

V první fázi sanačních prací vymezil geotechnický dozor stavby nezbytný rozsah odstranění nežádoucí náletové vegetace a vybraných vzrostlých stromů, jejichž kořenový systém viditelně na některých místech rozrušoval stěnu skalního výchozu. Vegetace byla odstraněna s využitím ručního nářadí (pilky, sekery, mačety), případně také motorového ručního nářadí (pily, křovinořezu).

Veškerá dřevní hmota byla na místě zpracována rozřezáním na manipulační díly. S výřezy bylo nakládáno dle požadavků vlastníka. Větve a zbytky náletu se zpracovaly štěpkováním nebo byly řízeně spáleny. Vzniklá dřevní štěpka se rozmístila v místě stavby.

Očištění skalního masivu od zvětralin a volných kamenů

V technologické návaznosti, po odstranění nežádoucí vegetace, proběhlo očištění skalní plochy od zvětralin a volných kamenů a odtěžení rizikových nestabilních částí horninového masivu. Práce probíhaly pomocí ručního nářadí (motyky, krumpáče, ruční lopatky, sochory, páčidla), případně také pomocí pneumatického ručního nářadí (sbíjecího kladiva).

Čelní stěna, která se polohově nachází nejblíže železniční trati, byla celoplošně očištěna cca do výšky 20 m. U zbylé plochy skalního výchozu, která již ustupuje dále od železniční trati a bylo možné ji následně zajistit instalací dynamických bariér, proběhla očista pouze lokálním zásahem.

Kromě očisty skalních ploch proběhlo vyčištění akumulačního prostoru u paty svahu. Došlo tak k výraznému a nutnému obnovení kapacity akumulačního prostoru.

Vytěžený materiál byl naložen s využitím zemního stroje a odvezen na vybrané místo dle dohody s objednatelem, kde byl zpětně uložen do zemního valu.

Ochranný val

Po dohodě s objednatelem byl vybrán prostor podél železniční trati, kde pata svahu ustupuje dále od traťové koleje a v akumulačním prostoru byl dostatek místa na stavbu ochranného valu z vytěženého materiálu ze sanovaného úseku.

Ochranný val by měl v daném prostoru sloužit jako další doplňující opatření proti skalnímu řícení.

Dynamická bariéra

S ohledem na míru rizika, danou morfologií terénu, stupeň rozvolněnosti skalního výchozu a sklonu svahu, byla pro zachytávání volných fragmentů v předmětném úseku zvolena instalace tří linií záchytných dynamických bariér s konstrukční výškou 4 m typu RB2000H4 od výrobce MACCAFERRI CENTRAL EUROPE s.r.o. Konstrukce dynamické bariéry je schopná odolat kinetické energii padajícího bloku 2 000 kJ (třída 5, v souladu s EAD 340059-00-0106). Bariéra je certifikovaná podle ETA (Evropské technické osvědčení) a má CE certifikát ve smyslu EAD 340059-00-0106.

V krajních částech úseku, kde skalní výchoz ustupuje dále od železniční trati, byly u paty svahu z obou stran instalovány dvě linie dynamické bariéry. Ve střední čelní části výchozu nebylo možné vybudovat dynamickou bariéru u paty svahu vzhledem k omezenému prostoru mezi železniční tratí a skalní stěnou. Nebyla by splněna deformační zóna bariéry a bariéra by zachytila případný horninový opad pouze z minimální plochy předmětné části skalní stěny. Z tohoto důvodu byla ve střední části instalována dynamická bariéra až ve výšce cca 20 m ve stěně skalního výchozu.

Dynamická bariéra představuje konstrukci, která je schopná zachytit padající horninové úlomky a bloky z vrchních partií skalního svahu. Relativně lehká konstrukce je schopná absorbovat vysoké kinetické energie díky elastoplastickému charakteru deformace záchytných prvků.

Přesnou polohu bariér určil na místě po očištění skalní plochy geotechnický dozor (s ohledem na požadavky výrobce pro správné plnění záchytné funkce). Po vytyčení linie bariéry následovaly úpravy terénu (podkladu) v místě založení sloupů, jejichž cílem bylo srovnání terénu pro bezproblémové založení ocelových patních desek bariér. Současně bylo opět nutné splnit podmínky výrobce, např. pro maximální výškový rozdíl ve výšce jednotlivých patních desek.

Pro založení bariér byly použity pro každý sloupek 2 ks kotevních ocelových tyčí ∅ 32 mm délky 2,0/3,0 m (skal. podloží/zemina) vložených do vrtů ∅ 64/76 mm (skal. podloží/zemina). Fixace kotevních prvků ve vrtech byla provedena v celé jejich délce cementovou injekční směsí, pro kterou byl použit cement CEMII/B-M (V-LL) 32,5 R. Patky sloupů byly provedeny z betonu C 25/30. Po vyzrání betonové vrstvy byla ocelová základová deska zajištěna pomocí matic.

Pro krajní a vrchní kotvení dynamické bariéry byly použity lanové kotvy ∅ 18 mm. Krajní kotvy byly provedeny v délce 5/8 m (skal. podloží/zemina) a vrchní kotvy v délce 3/4 m (skal. podloží/zemina), osazené do vrtu 89/102 mm (skal. podloží/zemina). Kotevní prvky byly ve vrtu fixovány opět pomocí cementové injekční směsi v celé jejich délce.

V další fázi bylo možné již do ocelových základových desek vkládat ocelové sloupy a uvést do požadovaného sklonu. Následně proběhla montáž lanového systému. Na závěr po zajištění nosných lan se instalovala záchytná síť.

Monitorovací varovný systém HelloMac

Po dokončení instalace soustavy dynamických bariér byl následně nainstalován varovný systém HelloMac. HelloMac je varovný systém fungující v reálném čase, který umožňuje sledovat systémy ochrany proti skalnímu řícení i v odlehlých oblastech s extrémními podmínkami. Je vyvinut pro detekci přírodních událostí (deformace, nárazy, poruchy) na jedné nebo více částech ochranného systému v různých směrech. Instaluje se především pro systémy dynamických bariér, systémy opláštění ochrany proti skalnímu řícení a pro bariéry proti sutinovým proudům. HelloMac vysílá signál, v případě zásahu nebo posunu odešle informaci, na základě které je možno rychle zasáhnout a obnovit zasažený systém. Systém je také vhodný pro monitorování konkrétních míst, kde hrozí riziko živelní události, a umožňuje tak příslušným orgánům rozhodnout, zda a kde instalovat ochranné prvky.

Technický popis varovného systému

Varovný systém HelloMac je tvořen z disku vyrobeného ze slitiny a s tenkými táhly nebo „lany“. Systémová lana spojují disk v různých místech ochranné konstrukce, tak aby pokryly dostatečně velkou plochu (jedno zařízení pokryje osm kontrolních bodů). Disk je hlavní částí zařízení a byl testován na odolnost proti nárazům se zrychlením až 16 g. HelloMac je napájen sedmi bateriemi s odhadovanou životností nejméně pět let. Díky malým rozměrům (∅ 30 cm) a nízké hmotnosti (cca 8 kg) je zařízení možné přenášet na málo dostupná místa a vzhledem k jednoduché instalaci není potřeba speciálně kvalifikovaných pracovníků. Instalace je možná jak na nové, tak i stávající systémy proti skalnímu řícení.

Vzhledem k možné kalibraci je systém účinný při různých energetických úrovních. Aktivace zařízení je při zásahu zabezpečena řadou elektronických senzorů, které prostřednictvím technologii IoT, GPRS/ UMTS nebo satelitem posílají výstražný i kontrolní signál. Upozornění je okamžitě odesláno do počítače nebo smartphonu prostřednictvím aplikace, e-mailu nebo textové zprávy. Kontrolní signál je odesílán každý den pro monitoring samotného systému (funkčnost, stav baterie). Zařízení je možné propojit s místními výstražnými systémy nebo alarmy a při události tak zabezpečit světelnou signalizaci, spuštění sirén nebo zábran. Tímto způsobem HelloMac výrazně přispívá k civilní ochraně a bezpečnosti v rizikových oblastech.

Výhody systému HelloMac

• Denní přenos stavu poskytující přehled pro každý ochranný systém.
• Funguje nezávisle od pokrytí sítě na málo dostupných
  místech.
• Jedno zařízení disponuje osmi senzory pro detekci jakéhokoli pohybu.
• Možnost kalibrace pro různé stupně energie zásahu.
• Bezúdržbovost, výdrž v agresivních klimatických podmínkách.
• Jednoduchá instalace, malé rozměry a nízká hmotnost.

Závěr

Díky realizaci výše uvedených sanačních opatření došlo k odstranění havarijního stavu. Provedená opatření dlouhodobě zajistí bezpečnost a udržitelnost provozu drážní dopravy před následky skalního řícení.

Ze skalního svahu byly odstraněny nebo zajištěny aktuálně nestabilní části skalního masivu, čímž se pochopitelně eliminovalo riziko skalního řícení do prostoru paty předmětného svahu. Do budoucna bude uvažováno, v rámci druhé etapy sanačních prací, o zajištění čelní části skalní stěny pod linií střední dynamické bariéry pomocí ochranných ocelových sítí.

Žádné sanační opatření nezamezí dalšímu zvětrávání a ani nezpomalí jeho přirozený proces. Výrazně však sníží dopady projevů zvětrání – skalní řícení, pravidelný opad horninových úlomků a částí ze skalních svahů do ohroženého prostoru.

Aplikováním varovného systému HelloMac se výrazně zvýšila bezpečnost infrastruktury a osob tím, že poskytuje informace v reálném čase v podobě přesné GPS lokace a v případě přírodní události o jejím rozsahu. Poskytuje tak přehled o ochranných systémech i na těžko dostupných místech a o jejich potřebě inspekce nebo sanace.

Autoři: Ing. Jaroslav Adamec, technický ředitel
MACCAFERRI CENTRAL
EUROPE s.r.o.

Ing. Andrej Fratrič, projektový inženýr
MACCAFERRI CENTRAL
EUROPE s.r.o.

Ing. Barbora Čechová Vančurová, hlavní geotechnik
STRIX Chomutov, a.s.

Reference:

• [1] STRIX Chomutov a.s. – Pasportizace skalního svahu podél železniční tratě č. 140 Klášterec nad Ohří – Ostrov nad Ohří v úseku km 153,330–153,465.
• [2] Foto: STRIX Chomutov a.s., MACCAFERRI CENTRAL EUROPE s.r.o.
• [3] MACCAFERRI CENTRAL EUROPE s.r.o. – Řešení pro systémy ochrany proti