Zkušenosti z ražeb průzkumného díla metra I.D v Praze, úsek PAD 4

Ražba průzkumného díla metra trasy D na provozním úseku Náměstí Míru – Depo Písnice v lokalitě přestupní stanice Pankrác je náročným projektem z důvodu komplikovaných geologických poměrů, složitosti samotné konstrukce a prostorovému uspořádání budoucího propojení tras metra C a D.

ZÁKLADNÍ ÚDAJE O STAVBĚ:

• Název stavby: Ražba průzkumného díla metra I.D v Praze, úsek PAD 4
• Lokalita: Praha 4, Pankrác
• Investor: Dopravní podnik hl. města Prahy
• Dozor investora: IDS Praha, a.s.
• Zhotovitel: Metrostav a.s., ředitel výstavby Ing. Miloslav Filip, divize 8, vedoucí projektu Ing. Štefan Ivor, divize 5
• Projektant: Metroprojekt a.s.
• Geomonitoring: Sdružení firem INSET a.s. a GEOTEC s.r. o.
• Zajištění průzkumných prací: PUDIS a.s.
• Plánovaná doba výstavby: 6/2019 – 8/2021

Cílem průzkumu je ověření geotechnických vlastností horninového masivu v plánované trase a účinnosti chemických injektáží na jeho vlastnosti, především kosovského souvrství u stanice metra D – Pankrác. Staveniště úseku PAD 4 se nachází na rohu pankráckých ulic Budějovická a Na Strži (viz obr. 1). Úkolem realizačního týmu je vybudování přístupové šachty, přístupové štoly délky cca 25 m, na kterou navazuje esovitě zahnutá štola dlouhá 91 m, kde jsou provedeny geotechnické zkoušky. Štola se prakticky stane součástí přestupového tunelu mezi provozovanými stanicemi metra C a D – Pankrác. Na realizaci průzkumu, ražbě průzkumného díla, se podílí firma Metrostav a.s., divize 5 a divize 8. Realizaci geotechnických zkoušek řídí firma PUDIS a.s.

REALIZACE

Přístupová šachta
Práce na geologickém průzkumu na úseku PAD4 začaly v červnu 2019 převzetím staveniště a následnou přípravou ploch zařízení staveniště včetně rozvodů inženýrských sítí a zázemí pro stroje a lidi. Na tyto práce navázala realizace přístupové šachty (viz obr. 2), která je zajištěna pomocí převrtávaných pilot o průměru 1 000 mm, má vnitřní průměr 7,6 m a hloubku cca 30 m. V hloubce cca 22 m je vnitřní průměr snížený na 7 m z důvodu železobetonové převázky. Pod převázkou jsou do definitivní hloubky navrtány pouze sekundární piloty. Prostor mezi nimi fixuje stříkaný beton nanášený v suché formě. Hloubení přístupové šachty odstartovalo v říjnu 2019. Do 6 m probíhalo hloubení z povrchu bagrem, dále se pokračovalo až na dno bagrem Takeuchi TB138 FR umístěným na dně šachty, rubanina byla těžena ve výklopné vaně o objemu 2 m³ pomocí jeřábu RDK 300 na mezideponii na povrchu.

Ražby v kalotě 1
Po vyhloubení šachty téměř na úroveň dna kaloty přístupové štoly byl zbudován dvouřadý mikropilotový deštník (mikropiloty 114/10 mm, délky 15 m) nad budoucím profilem tunelu. Po dokončení hloubení, betonáže železobetonové desky na dně jámy včetně čerpací jímky a jejím vystrojení byla 11. ledna 2020 zahájena první fáze ražby (viz obr. 3) samotného průzkumného díla. Jako nejvhodnější metoda ražby pro dané podloží byla zvolena NRTM (Nová rakouská tunelovací metoda). Ražba je rozdělena na 4 typy – TYP 1 – 4.

Zadávací dokumentace počítala s ražbou převážně v technologické třídě TT5a, kde se předpokládaly kosovské břidlice a posledních cca 24 m ražbu v TT4 v pevných diabázech. Celková délka raženého díla je 116,7 m. Profil je v TYPU1 dělený na kalotu a dno kaloty, v TYPU2 a 4 na kalotu 1, dno kaloty1, kalotu 2 a dno kaloty 2 a v TYPU3 na kalotu 1 a dno kaloty 1. Mezi základní vystrojovací prvky ražby patří ocelové sítě 150 × 150/8 mm, výztužné rámy Bretex, stříkaný beton C25/30, samozávrtné svorníky IBO32 délky od 4 do 6 m, čelbové kotvy IBO32 délky 8 m a předháněné jehly IBO32 délek od 4 do 8 m. Součástí průzkumu jsou rozsáhlé pokusné injektáže právě do prostoru ražby kaloty 2, kde se při její samotné ražbě ověřuje její účinnost z důvodu složitých geologických vlastností horninového masivu kosovských vrstev pro budoucí ražbu jednolodní stanice Pankrác. Ražba průzkumného díla ovlivňuje řadu podzemních a nadzemních objektů, kde mezi nejvýznamnější patří podjíždění provozovaných tunelů metra C včetně hloubených objektů stanice Pankrác, kdy nejmenší vzdálenost vrchu raženého díla je cca 5 m od těchto objektů.

Pro ražbu průzkumného díla byly Metrostavem pořízeny nové speciální stroje, protože úzké hrdlo šachty a poměrně velký profil raženého díla neumožňoval použití dostupných razičských strojů běžně používaných pro ražby. Šlo především o speciální tunelový bagr od rakouské firmy Wimmer a vrtací vůz od švédské firmy EPIROC typ S2. Pro nakládku rubaniny je používaný kolový nakladač BOBCAT S850. Pro ražbu prvních metrů tunelu se z důvodu malých prostorů používal výhradně bagr Wimmer včetně vrtání vystrojovacích prvků přes vrtací lafetu umístěnou na jeho ramene. Až po vyražení cca 40 m bylo možné použít pro vrtaní děr vystrojovacích prvků vrtací vůz EPIROC S2, který se do podzemí kvůli své délce musel spustit částečně demontovaný o ramena s lafetami a v podzemí se opětovně ramena namontovali. Jeho nasazení samozřejmě zefektivnilo a zrychlilo časy vrtacích prací o 75 % oproti lafetě na bagru.

Ražba tunelu (viz obr. 4) potvrdila informace z hloubení šachty, kdy téměř po celou délku ražby v kosovském souvrství se střídali vrstvy měkkých břidlic s pevnými polohami křemenců s drénováním podzemní vody horninového masivu v relativně krátkém čase. Z důvodu snižování hladiny podzemní vody docházelo k neočekávaně většímu ovlivnění okolí raženého díla. Již po vyhloubení šachty došlo k sedání povrchu a objektů provozovaného metra C o cca 5 mm do vzdálenosti několik desítek metrů. Pevné diabázy byly zastiženi s posunutím cca 20 m oproti předpokladu. Po vyražení průzkumného díla TYP1 a 2 byla ražba na cca 1 týden zastavena z důvodu provádění průzkumných prací. V této době dosahovaly hodnoty sedání provozovaného metra C hodnot cca 13 mm čímž bylo vyčerpáno cca 62 % limitu, a to ještě před realizací samotné ražby pod těmito tunely. Z tohoto důvodu bylo na mimořádném jednání RAMO (Rada monitoringu) rozhodnuto o pokračování ražby v TT5b s použitím chemických injektáží, aby se sedání povrchu, a především objektů metra C, minimalizovalo. Chemická injektáž byla prováděna přes vystrojovací prvky čelbových kotev a předháněných jehel. Použita byla dvousložková organicko minerální pryskyřice MasteRoc MP368TIX, která byla čerpána přes zabudované IBO svorníky 32 mm délky 8 m s maximálním injektážním tlakem 100 barů. Chemická injektáž jednoznačně pozitivně omezila další sedání a vyplnila pukliny v okolí raženého díla čímž přispěla k zpevnění horninového masivu a k snížení drenážního efektu hladiny podzemní vody.

Pokusné chemické injektáže
Po ukončení první fáze ražeb v červenci 2020 byly opětovně provedeny průzkumné práce na konci průzkumného díla a byla zahájena pokusná chemická injektáž v TYPU 2 dle předpokladů ze zadávací dokumentace. Cílem realizace pokusných chemických injektáží je zlepšení geotechnických parametrů především kosovského horninového prostředí o cca 1,5 až 1,9 ×. Pokusná chemická injektáž byla navržena především do prostoru ražby kaloty 2 (druhá fáze ražeb). Jako nejvhodnější materiál pro tuto injektáž byla zvolena dvousložková polyuretanová pryskyřice Carbopur WF, WX a dvousložková organicko minerální pryskyřice MasteRoc MP368. Chemická injektáž se aplikovala do horninového prostředí přes ražbou ověřené ocelové IBO kotvy R32 (viz obr. 5) různých délek (od cca 5 m až do 18 m) pomocí čerpadel o výkonu cca 20 l/min., tlakem od 30 do 80 barů. Čerpadla byla vystrojena digitálním dataloggrem s dotykovým displejem (viz obr. 6) jednak pro přesnější určení spotřeb injektážního materiálu a zároveň pro kontrolu a dodržování předepsaných tlaků a množství injektáží přes akustický nebo červeně označený signál na displeji zařízení. Po ukončení pokusných injektáží byly opětovně provedeny vrty pro zkoušky parametrů proinjektovaného horninového prostředí.

Ražba v kalotě 2
Následně po ukončení pokusných injektáží a geotechnických zkoušek byly v listopadu 2020 zahájeny ražby druhé fáze průzkumného díla v kalotě 2 pro TYP2 cca 40 m a pro TYP4 cca 16,5 m. Ražba kaloty 2 a dna kaloty 2 (viz obr. 7) probíhala v proinjektovaném prostředí bez větších komplikací a dopadů na okolní zástavbu nebo samotné ražené dílo a spočívala v rozšíření budoucí kaloty přestupného tunelu na celou šířku. S postupnou ražbou kaloty 2 a dna kaloty 2 se bourala střední noha pravého ostění kaloty 1 a dna kaloty 1 stříháním pomocí hydraulických nůžek na bagru TERREX TE210. Nejsložitější operací razícího cyklu bylo napojování výztužného rámu bretex kaloty 2 na rám bretex kaloty 1, které vyžadovalo důkladné očištění a pořádné napojení ěchto statických prvků. Ražba kaloty 2 a dna kaloty 2 kromě prvních 3 záběrů (TT5a) byla provedena v technologické třídě TT5b, dle zkušeností z předchozích ražeb první fáze. Ražba kaloty 2 a dna kaloty 2 byla ukončena v únoru 2021.

Ražba geotechnické zarážky
Na vyražení hlavního průzkumného díla navázala ražba samotné geotechnické zarážky (viz obr. 8). Geotechnická zarážka má délku cca 19 m, profil cca 2,6 × 3,4 m a je zajištěna stříkaným betonem tloušťky 200 mm, ocelovými KARI sítěmi 8/150 × 150 mm a výztužnými rámy bretex. V geotechnické zarážce budou provedeny geotechnické zkoušky in-situ a to především smykové a zátěžové zkoušky břidlic kosovského souvrství. Ražba geotechnické zarážky je rozdělena na první část, kdy ražba probíhala na plný profil a druhou část s dělenou čelbou na kalotu a opěří. Jako první byla vyražena kalota (viz obr. 9) s vynechanými okny pro realizaci zatěžovacích zkoušek (viz obr. 10). Po ukončení zatěžovacích zkoušek se vyrazila část opěří s přípravou zkušebních bloků pro realizaci smykových zkoušek (viz obr. 11).

Aktuálně probíhá příprava pro samotné provedení smykových zkoušek s předpokládaným vyhodnocením všech získaných informací v průběhu léta 2021, čímž dojde k ukončení samotného průzkumu.

ZÁVĚR

Dosavadní práce na průzkumu vlastností horninového masivu a jeho chování k ražbám v předpokládaných složitých geologických podmínkách kosovských vrstev potvrdily důležitost průzkumu ve vztahu k připravované následující etapě samotné ražby jednolodní stanice Pankrác. Zároveň se potvrdila správnost navržených chemických injektáží pro zpevnění tohoto horninového prostředí, a především zajištění minimalizace vypouštění podzemní vody z nadloží.

Dosavadní práce na průzkumu vlastností horninového masivu a jeho chování k ražbám v předpokládaných složitých geologických podmínkách kosovských vrstev potvrdily důležitost průzkumu ve vztahu k připravované následující etapě samotné ražby jednolodní stanice Pankrác. Zároveň se potvrdila správnost navržených chemických injektáží pro zpevnění tohoto horninového prostředí, a především zajištění minimalizace vypouštění podzemní vody z nadloží.

Václav Anděl
Metrostav, a.s., divize 5

Ing. Miroslav Filip
Metrostav, a.s., divize 8

Ing. Štefan Ivor
Metrostav, a.s., divize 5

POUŽITÁ LITERATURA:

• Projektová dokumentace
  URBÁNEK, Tomáš Ing. Výstavba trasy I.D metra v Praze – úsek Pankrác–Depo Písnice, Doplňkový geologický průzkum úseku ID1a, Stavební část PAD4. Metroprojekt a.s., 07/2019, 11/2019, 01/2020
   
• Časopis stavebnictví 04/2021
  IVOR, Štefan Ing., ANDĚL Václav: Ražba průzkumného díla metra I.D v Praze, úsek PAD4