Ražba průzkumného díla metra I.D v Praze, úsek PAD4

Ražené tunely na stavbě připravované trasy I.D metra v Praze, provozní úsek Náměstí Míru – Depo Písnice představují v oblasti přestupní stanice Pankrác velmi náročný stavební projekt. A to jak vzhledem k náročnosti konstrukce samé – jednolodní ražená stanice Pankrác, dvoukolejné traťové tunely a také složité prostorové uspořádání souvisejících objektů – přestupní tunely, tubusy stávající trasy metra C, eskalátorové tunely apod., tak i s ohledem na velmi složité geologické poměry, a to především v tektonicky porušeném horninovém masivu kosovského souvrství (ordovik) a přechodu do silurských hornin v uzávěru synklinální stavby horninového masivu skalního podloží. Samozřejmě je nutné vzít i v potaz geotechnické riziko výstavby této podzemní stavby v intravilánu a v bezprostřední blízkosti provozované trasy metra „C“ (obr. 1).

Z tohoto důvodu je způsob ověření předpokládaných vlastností horninového masivu a jeho chování pomocí ražby průzkumného díla velmi potřebné a téměř nevyhnutné, kde především kosovské souvrství se předpokládá jako nejobtížnější či už z pohledu razičských prací nebo z titulu jeho chování na okolné podzemní a povrchové objekty. Součásti této stavby je teda vyražení průzkumného díla, realizace pokusných injektáží, ražba geotechnické štoly a různé typy průzkumných prací a zkoušek včetně zkoušek in situ. Téměř celé realizované průzkumné dílo je součástí již trvalé stavby přestupového tunelu mezi stanicemi metra C a D Pankrác.

Práce na daném úseku byly zahájeny začátkem června 2019 a k dnešnímu dni, tj. na konci srpna 2020 se nacházejí ve své druhé polovině, kdy je ukončená ražba první fáze a od poloviny července probíhají pokusné chemické injektáže horninového masivu.

PŘEDPOKLÁDANÉ GEOLOGICKÉ A HYDROGEOLOGICKÉ POMĚRY NA STAVBĚ

Sledované zájmové území geomorfologicky patří k Pražské plošině. Povrch území je v této části stavby převážně plochý důsledkem erozivní a akumulační činnosti Vltavy.

Většina délky raženého díla je zastoupena břidlicemi kosovských vrstev s předpokladem přechodu cca 25 m na konci ražeb do velmi pevných diabázů, které tvoří přechod z kosovských vrstev do vrstev liteňských (obr. 2).

Kosovské vrstvy jsou nemladším ordovickým souvrstvím. Jedná se o flyšové souvrství, kde dochází k rychlému střídání zelenavých jílovitých, prachovitých a písčitých tence vrstevnatých břidlic a destičkovitě až lavicovitě odlučných křemenných pískovců, křemenců a drob. Ve svrchní části souvrství převládají hrubozrnné lavicovité pískovce, břidličné vložky zde chybí. Celková mocnost souvrství se pohybuje kolem cca 80 – 120 m. Jako celek jsou kosovské vrstvy odolnější proti zvětrávání a v reliéfu území se projevují jako hřbety vyvýšenin. Horniny jsou také značně tektonicky porušené, silně rozpukané a na odlučných plochách silně limonitizované s předpokládanou pevností v tlaku do 10 MPa. Vlivem flyšového charakteru jsou také náchylné k sesouvání.

Diabasy jsou zelenavě šedé, obecně velmi tvrdé, s charakteristickou ofitickou strukturou, kulovité či polštářovité odlučnosti. Zcela nepravidelně tvoří také silně zvětralé polohy hornin s jílovitým rozpadem. Diabasy tvoří především proniky ložních žil anebo plošné výlevy v různých hloubkách sedimentace zejména na rozhraní kosovských a liteňských, nebo liteňských a kopaninských vrstev. Izolované výskyty však byly dokumentovány i ve vrstvách liteňských nebo kopaninských. Diabasové žíly zde dosahují maximální mocnosti 10 – 30 m. Diabasový vulkanismus je doprovázený sedimentací tufů a tufitů. Jedná se o prachovité břidlice s příměsí vulkanického popela.

Liteňské souvrství (dále se podrobněji dělící na želkovické, litohlavské a motolské vrstvy) jsou vyvinuty jako tmavě šedé až černé jílovité až prachovité vápnité břidlice a ve své svrchní části obsahují časté polohy a čočky velmi pevných vápenců. Časté jsou také polohy tufitů. Celková mocnost liteňských vrstev je kolem 30 – 80 m. Vlastní břidlice jsou tence deskovitě vrstevnaté s velmi hojnou graptolitovou faunou na vrstevních plochách. Vrstevnatost je však často téměř neznatelná a jako hlavní predisponované plochy rozpadu se uplatňují pukliny.

Všechny horniny jsou postiženy, podle svého petrografického složení, různým stupněm zvětrávacích procesů, které zasahují do hloubek, s výjimkou tektonicky porušených hornin, cca 2 – 8 m. Poněkud menší mocnost zvětrání je v místech vodotečí, kde jsou polohy více zvětralých hornin částečně erodovány.

HYDROGEOLOGICKÉ POMĚRY

Zásoby podzemní vody vznikají v prostoru stanice metra Pankrác pouze z atmosférických srážek. Množství infiltrované vody je rovněž závislé na stupni a charakteru zástavby infiltračního území. Vzhledem k tomu je nutno počítat s výrazným kolísáním hladiny podzemní vody a vydatnosti objektů v závislosti na srážkách. Režim podzemní vody je v území také neustále narušován probíhající stavební činností a měnícími se drenážními účinky staveb. Významným zdrojem jsou i úniky z netěsných inženýrských sítí (vodovody a kanalizace). Hydrogeologická funkce ordovických a silurských hornin je i přes jejich rozdílné litologické složení dosti podobná.

Zvodnělé horniny skalního podloží lze řadit ke hydrogeologickému masivu s puklinovou propustností a volnou nebo jen slabě napjatou hladinou podzemní vody. Hloubka hladiny podzemní vody zjištěná v prostoru stanice Pankrác se pohybuje v hloubkách 5 – 8 m a je ovlivňována drenážním účinkem okolních staveb. Dle informací projektanta je v okolí stanice metra trasy C Pankrác vybudován systém pro umělé snížení hladiny podzemní vody z důvodu omezení vztlaku působícího na stavbu. Funkčnost tohoto systému však není známa.

Zjištěné hodnoty hydraulické vodivosti horninového masivu (koeficientu filtrace) jsou v rozmezí 2,97.10^–7 až 1,22.10^–6 m/s.

Podzemní vody v břidličných souvrstvích s rozptýlenými sulfidy jsou většinou kalcium – sulfátového typu se střední až vysokou síranovou agresivitou vůči betonovým konstrukcím.

Celkové přítoky podzemní vody do průzkumné tunelu, stanovené hydrogeologickým průzkumem, se budou pohybovat v ustáleném stavu v rozmezí 0,8 – 1,1 l/s. Maximální přítoky na čelbu z hydrogeologického masivu mohou však v iniciálním stádiu dosáhnout až 15 l/s. Dosah depresního kuželu je předpokládán 81 m. V rámci ražeb v první fázi byl zaznamenám největší přítok podzemní vody cca 2,5 l/s. Celkový trvalý přítok podzemní vody činí cca 1 m³/hod.

Tabulka 1 – Porovnání délek technologických tříd – předpoklad vs. skutečnost

PŘÍPRAVA ÚZEMÍ

Staveniště úseku PAD4 se nachází na rohu ulic Budějovická a Na Strži. V blízkosti šachty z jižní strany vede vodovodní potrubí průměru 1 200 mm a 400 mm. Ze západní strany procházejí v hloubce cca 12 mm pod povrchem ražené tunely provozovaného úseku metra C, z východní strany kolektor a ze strany severní samotná ulice Na Strži včetně VN kabelu 110 kV. Protože pro samotné zajištění šachty a následnou ražbu průzkumného díla dochází k pojezdům těžké mechanizace právě nad vodovodním potrubím 1 200 mm a 400 mm, bylo nutno jako ochranu těchto potrubí vybetonovat ŽB desku. Další komplikace přinesla realizace elektro přípojky VN včetně trafostanice a samotné prvky zařízení staveniště, od buňkoviště přes zařízení pro úpravu důlních vod pozůstávající ze sedimentačních nádrží, neutralizace a odlučovačem ropných látek až po místo mezideponie a skladování materiálů potřebných pro práce. Toto všechno je umocněno malou plochou záboru.

HLOUBENÍ ŠACHTY

Přístupová šachta pro ražbu průzkumného díla má vnitřní průměr 7,6 m a hloubku cca 30 m (obr. 3), kdy v hloubce cca 22 m je průměr snížený na 7 m z důvodu ŽB převázky. Zajištění šachty je tvořeno převrtávanými pilotami průměru 1 000 mm, od hloubky cca 22 m jsou pouze sekundární piloty a prostor mezi pilotami je zajištěn stříkaným betonem. Stříkaný beton byl nanášen v suché formě pomocí stříkacího stroje Aliva 262. Práce na zajištění šachty byly zahájeny v průběhu srpna a dokončeny na začátku října roku 2019. Samotné hloubení probíhalo do hloubky cca 6 m z povrchu pomocí bagru. Od hloubky cca 6 m až na dno se šachta hloubila pomocí bagru Takeuchi TB138 FR umístěného na dně šachty, kdy rubanina byla naložena do výklopné vany o objemu 2 m³ a následně vytažena pomocí jeřábu RDK 300 na mezideponii na povrchu. Po vyhloubení šachty do úrovně cca dna kaloty průzkumného díla byl proveden dvouřadový mikropilotový deštník nad budoucím profilem tunelu tvořeným mikropilotami 114/10 mm a délky 15 m. Po dokončení hloubení, betonáže ŽB desky na dně jámy včetně čerpací jímky a její vystrojení byla 11. ledna 2020 zahájena ražba samotného průzkumného díla. Již v rámci hloubení šachty byly zastiženy pevné vrstvy křemenců různých mocností od řádově cm až po první jednotky m. Tyto vrstvy zpomalovali práce na hloubení a zároveň drénovali podzemní vodu, která byla zastižena v hloubce 6 m od povrchu.

RAŽBA PRŮZKUMNÉHO DÍLA

Ražba průzkumného díla byla zahájena v polovině ledna 2020. Ražba probíhá dle zásad NRTM (Nová rakouská tunelovací metoda), a je rozdělena na 4 typy: TYP1, TYP2, TYP3 a TYP4. Zadávací dokumentace stavby předpokládala ražbu převážně v technologické třídě TT5a, kde se předpokládali kosovské břidlice a posledních cca 24 m ražbu v TT4 v pevných diabázech (tab. 1). Celková délka raženého díla je 116,7 m. Profil díla je v TYPU1 dělený na kalotu a dno kaloty (obr. 4), v TYPU2 a 4 na kalotu 1, dno kaloty1, kalotu 2 a dno kaloty 2 (obr. 5) a v TYPU3 na kalotu 1 a dno kaloty 1 (obr. 6). 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 navrženy rozsáhlé pokusné injektáže právě do prostoru ražby kaloty 2, kde při její samotné ražbě se má vyzkoušet a ověřit její účinnost z důvodu složitých geologických vlastností horninového masivu kosovských vrstev pro budoucí ražbu jednolodní stanice Pankrác. Nakonec se vyrazí průzkumná štola do oblasti budoucí stanice Pankrác, kde se provedou zkoušky parametrů horninového masivu in situ. 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 si zhotovitel pořídil nové speciální stroje, protože úzké hrdlo šachty a poměrně velký profil raženého díla neumožňoval použití dostupných razičských strojů běžně používaných pro ražby. Jednalo se především o speciální tunelový bagr od rakouské firmy Wimmer (obr. 7) 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 (obr. 8) a v podzemí se opětovně ramena namontovali. Jeho nasazení samozřejmě zefektivnilo a zrychlilo časy vrtacích prací o 75 % oproti lafetě na bagru.

Ražba tunelu potvrdila informace z hloubení šachty, kdy téměř po celou délku ražby v kosovském souvrství se střídali vrstvy měkkých břidlic s pevnými polohami křemenců (obr. 9) 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 oproti předpokladu. Po vyražení průzkumného díla TYP1 a 2 byla ražba na cca 1 týden zastavena z důvodu provádění průzkumných prací. V této době dosahovali 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. V této technologické třídě se nakonec vyrazil zbytek průzkumného díla oproti předpokladům ze zadání.

Po ukončení první fáze ražeb dne 13. července 2020 byly opětovně provedeny průzkumné práce na konci průzkumného díla a byla zahájena pokusná chemická injektáž v TYPU 2 dle předpokladů ze zadávací dokumentace. Ukončení realizace pokusné injektáže je plánovaná do konce roku 2020 a ukončení celého průzkumu v polovině roku 2021.

MONITORING RAŽENÉHO DÍLA A JEHO OKOLÍ

Neméně důležitou součásti ražeb je geomonitoring samotného raženého díla a jeho okolí v předpokládané zóně ovlivnění. Geomonitoring provádí investorem zasmluvněné sdružení firem INSET a. s. a GEOTEC s. r. o. Mezi základní prvky měření monitoringu patří tzv. konvergenční měření raženého díla (obr. 10), kdy do primárního ostění tunelu se v rámci jeho provádění nainstalují geodetické body, přes které se geodetickým měřením zjišťují deformace tohoto ostění v čase realizace díla. Je to jedna z nejdůležitějších informací na základě, kterých má projektant možnost ověřit si správnost navrženého technického řešení raženého díla a případně má možnost reagovat na změny oproti předpokladům v způsobu vystrojení. Samozřejmě i ostatní prvky měření jsou neméně důležité, jsou to různé nivelační měření na povrchu, extenzometrické vrty, hydrogeologické vrty atd. Tím, že ražba průzkumné díla podchází provozované tunely metra C, tak je logicky velká pozornost věnována právě měřením v těchto tunelech. Jsou to především online měření náklonů betonových kolejí a dilatačních celků mezi jednotlivými sekcemi ostění a potom jednotlivá měření konvergenčních profilů. Všechny tyto informace jsou pro jednotlivé účastníky výstavby přístupné přes internet, tj. jsou k dispozici kdykoliv to někdo potřebuje.

ZÁVĚR

Dosavadní práce na průzkume skutečných vlastností horninového masivu, a především jeho chování ve vztahu k ražbám v předpokládaných složitých geologických podmínkách kosovských vrstev potvrdili důležitost těchto informací ve vztahu k připravované další etapě samotné ražby jednolodní stanice Pankrác. Z již získaných informací je zřejmé, že chovaní horninového masivu ve vztahu ke snižování hladiny podzemní vody negativně ovlivňuje okolí raženého díla a tím pádem zvyšuje nároky na monitoring a opatření přijímaná po jeho vyhodnocení a neustálou pozornost všech zúčastněných od projektanta přes investora až po samotného zhotovitele. Potvrzuje se, že zrealizovat toto dílo bude určitě technicky velmi náročné.

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