Ing. Otakar Hasík,
Ing. Karel Závora, Ing. Mároš Dávid S 1
METROPROJEKT
Praha a. s.
DÁLNIČNÍ
TUNELY NA SILNIČNÍM OKRUHU KOLEM PRAHY
1.
ÚVOD
Trasa
jižní části vnějšího okruhu Prahy přechází údolí Vltavy a Berounky do kterého
klesá z poměrně strmě se zvedající pahorkatiny podél břehů. Proto a také
protože vede chráněnými územími bude trasa v úsecích stavby 513
Lahovice-Vestec a stavby 514 Lahovice-Slivenec vedena v tunelech.
V obou úsecích jsou jednosměrné tunelové trouby které jsou v klesání
dvoupruhové a ve stoupání s ohledem na sklon cca 4 % rozšířené o
stoupací pruh pro těžkou nákladní dopravu, tedy třípruhové. Tunelové trouby
jsou z bezpečnostních a technologických důvodů propojeny propojkami ve
vzdálenostech po cca 200 m. Celkem mají tunely na stavbě 513 délku
cca 1930 m a na stavbě 514 cca 1620 m. Aby se v ražených
úsecích dosáhl optimální odstup tunelových trub mezi sebou jsou pravé tunelové
trouby odsunuty od osy trasy mírně odlišnými poloměry od poloměrů trasy.
2.
GEOLOGICKÉ
POMĚRY
Tunely
stavby 514 budou raženy v ordovických a silurských horninách, které jsou tektonicky
porušené a prostoupené zlomovými a vrásovými poruchami. Podle tektonických
pásem došlo k silnému porušení hornin.
Břidlice jsou prohnětením drcené s tektonickými ohlazy. Pukliny jsou často
rozevřené nebo částečně vyplněné drcenými horninami a zvodnělé. Četné zlomy
mají různý směr; za hlavní lze považovat směr SV – JZ se sklonem 45 až 60° k
SZ. Hojné jsou však i příčné zlomy orientované subparalelně s trasou. V nich došlo
k poklesům s brekciovou výplní charakteru střípků břidlic a jílů. Tektonické
poruchy v trase tunelů budou kvantitativně i kvalitativně upřesněny při ražbě
průzkumné štoly v ose kaloty třípruhového tunelu
Tunely
stavby 513 budou u Komořanského portálu procházet kvartérní horniny víceméně
nesoudržné, podle dosavadních znalostí v převážné délce hodnocené jako
písek s příměsí jemnozrnné zeminy a v několika polohách jako písek
hlinitý a písek jílovitý.
Ražený
tunel bude v celé své délce ve skalních horninách, ve spodní části (cca
800m) v ordovických vrstvách letenských břidlic, v horní části (cca
900m dlouhé) v polohách protezoických drob. V převážné délce bude ražba
probíhat v podmínkách dobrých nebo zhoršených; nepříznivé až velmi
nepříznivé podmínky se očekávají pouze u portálu než se klenba zahloubí do jen
mírně navětralých poloh letenských břidlic, potom v místech poruchových
zón a v celkem delším úseku u výjezdového Cholupického raženého portálu,
kde strop tunelu zasahuje do zvětralých a narušených poloh drob.
Hydrogeologické
poměry jsou z hlediska ražeb poměrně příznivé i když téměř celá trasa ražených
tunelů prochází pod hladinou podzemní vody. V oblasti ražených tunelů je zvodeň
vázána na puklinový kolektor ve zvětralých zónách skalního podloží. Hladina
podzemní vody kopíruje do jisté míry terén. Vydatnost přítoků na čele výrubu
může dosahovat většinou řádově desetiny l/s, u křemenců a diabásů pak cca
1 l/s a ve zvodnělých tektonických
poruchách až 3 l/s.
3.
průřez
tunelových trub a propojek
Světlé
průřezy tunelových trub jsou klenuté a v celé délce jednotné bez ohledu na
způsob výstavby. Pravý stoupající tunel je třípruhový, levý klesající tunel je
dvoupruhový.
Šířky
vozovky vychází z předchozího stupně dokumentace a byly závazně stanoveny na
jednáních a respektují požadavky normy a intenzity dopravy.
Pravý
jízdní pruh mají tunely široký 3,75m, jeden eventuelně druhý levý jsou šíře
3,50m. Třípruhový tunel má vodící proužky 0,50m a tedy celkovou šířku vozovky
11,75m, Dvoupruhový tunel má vodící proužky 0,50 a 0,25m a nouzový pruh
1,0 m, celková šířka vozovky je 9,00m. Chodníky jsou 1,0m široké po obou
stranách. Výška průjezdného průřezu je 4,80m;
uprostřed pod klenbou by mohla mimořádně projet i vozidla vyšší.
4.
RAŽENÉ
TUNELY
Ražené
objekty tvoří podstatnou část staveb 513 i 514 silničního okruhu. Na hlavní
tunely z obou stran navazují hloubené
úseky a průběžně tunelové propojky.
Všechny
ražené tunelové objekty jsou konstrukčně podobné se stejným typem konstrukcí.
Primární ostění ze stříkaného vyztuženého betonu C 20/25 X0, definitivní
ostění z monolitického vyztuženého betonu C25/30 XF4, oboje ostění klenuté
kruhové s mezilehlou izolací. Ražení všech tunelů bude postupovat podle zásad Nové rakouské tunelovací metody s
horizontálním členěním čelby.
5.
PORTÁLY
TUNELŮ A HLOUBENÉ TUNELY
Obtížným
místem tunelové stavby bývají vždy portály tunelu. Už samotné jejich umístění
záleží na mnoha faktorech, zejména na tvaru terénu a směrovém a výškovém vedení
trasy, na geologických poměrech v daném místě, na vhodném začlenění stavby do
krajiny a na dalších faktorech. Všechny tyto okolnosti ovlivňují i portály
tunelů na okruhu Prahy. Velmi problematický je zejména Lochkovský portál stavby
514. Je umístěn ve strmém svahu nad Radotínem s mocností pokryvných útvarů - štěrkových
zemin přes 10 m. V tomto případě je nutné posunout ražený portál co nejdál
do hory, kde je již alespoń spodní část tunelu ve skalních horninách. I když
při pochůzce terénem neshledáte žádné zvláštnosti a dalo by se říct, že terén
nad budoucím tunelem vypadá všude stejně, je to vlastně louka s řídkým náletem
a nemnoho stromů, právě v místě vhodném pro umístění portálu probíhá
biokoridor. To znamená, že počáteční úsek tunelu je nutno posunout do jednoduše
řečeno nejobtížnějších možných podmínek pro tunelování a tento úsek se nesmírně
prodraží a jeho výstavba bude nebezpečná. Jestli je to vůbec možné řešení a
jakým způsobem řešitelné by mělo ukázat doplnění geologického průzkumu
průzkumnou štolou. Stavební jámy pro ražené portály tunelů jsou navrženy se
strmými svahy, zajištěnými stříkaným betonem a kotvami (hřebíky), portál nad
Radotínem vyžaduje svislé stěny, které jsou zajištěny pilotovými stěnami.
V jamách budou vybudovány hloubené tunely a pohledové portály. Ostění
hloubených tunelů je ze železobetonu C25/30,V4 T 100 a má stejný
světlý průřez jako příslušné tunely ražené; jejich klenby mají tloušťku 600mm.
Vodotěsnost ostění hloubených tunelů zajistí rubová izolace z folie HDPE tl.
3mm, chráněné z obou stran ochrannou netkanou vpichovanou geotextilií. Hloubené
tunely jsou založeny na základových patkách, hloubené tunely v úseku 514 -
Lahovice jsou navrženy se spodní klenbou.
Portály
jsou všechny konstrukčně řešeny jako monolitické, železobetonové. Na
elipsovitou korunu portálových čel stavby 514 je navíc nasazen „žebrovaný
límec“, který architektonicky ztvárňuje portály a začleňuje je do přilehlého
území. Toto architektonické ztvárnění je užito poprvé na u nás projektovaných
tunelech a jak můžete sami posoudit, rozhodně průjezd touto částí trasy oživí.
Definitivní terén okolo portálů je vytvořen zasypáním navazujících hloubených
tunelů a částí portálů ve sklonu cca 1:1,75. Po stranách portálů jsou svahy
ukončeny opěrnými zídkami.
6.
ZAJIŠTĚNÍ
BEZPEČNOSTI a technologické vybavení tunelů
Pro
zajištění bezpečnosti jsou silniční tunely vybaveny více než tunely železniční,
protože v silničním tunelu se pohybuje daleko více subjektů - vozidel s poměrně
větší svobodou pohybu a tím i možnost vzniku nebezpečných situací při provozu
je daleko větší.
Jak
ukázaly požáry v evropských tunelech v nedávné minulosti, nejpodstatnější pro
bezpečnost je možnost úniku z tunelu a k tomu slouží únikové propojky mezi
tunely, které jsme již zmínili výše a které jsou vždy u obou napojení do tunelu
opatřeny požárními dveřmi a samostatně větrány. V dvoupruhovém tunelu je navíc
nouzový záliv pro zastavení nebo odstavení vozidla.
Po
150 m jsou v tunelu SOS skříně s telefonem, hasicími přístroji a dalším
vybavením.
V
tunelu je požární vodovod s velkými hydranty, které jsou určeny pouze pro zásah
hasičů.
Pochopitelně
standardem je již osvětlení tunelu s akomodačním pásmem u portálů, kde postupné
snižování intenzity osvětlení zajistí postupné stmívání a zvyká oko řidiče při
vjezdu i výjezdu z tunelu. Pro případ havárie a požáru je navíc instalováno
nouzové osvětlení.
Řízení
dopravy bude zajištěno jak proměnným dopravním značením v tunelu tak ve volné
trase před tunely, je navázáno na DIS (dopravní informační systém) přenosem dat
do dispečinků v SSÚD Rudná a HDŘÚ Praha s vyhodnocováním dopravních dat z
trasy. Dění v tunelu navíc bude možno sledovat pocí instalovaných kamer.
Tunely
jsou větrány pomocí proudových ventilátorů umístěných pod klenbou tunelu po cca
200 m. V základním režimu pracují ve směru jízdy vozidel. Určující
podmínkou pro umístění a výkon ventilátorů je případ požáru. Při požáru bude
větrání spuštěno až po cca 6 až 8 min., kdy vlivem ochlazování kouřových
zplodin pod klenbou tunelu dojde k zadýmení zóny u vozovky a tím k ohrožení
cestujících. Do té doby se teplý kouř drží pod klenbou a umožní únik osob. V
sousedním nezadýmeném tunelu budou ventilátory spuštěny ve stejném
směru jako v tunelu s požárem, aby nedocházelo k nasávání škodlivin (dým
a zplodiny z hoření) přes portál do druhého čistého tunelu. Do tohoto tunelu se
osoby dostanou únikovými propojkami.
Při
běžném provozu je z důvodu zajištění požadovaného rozptylu škodlivin v pravém
stoupajícím tunelu a částečně v začátku levého tunelu navržena odsávací
strojovna vzduchotechniky.
Všechna
uvedená zařízení kladou velké nároky na napájení. Trafostanice a rozvodny jsou
umístěny v přízemních objektech před portály tunelů, vlastní rozvody v tunelu
jsou vypínatelné po 400 m. Napájení je zálohováno pro případ výpadku
el.energie.
I
při odvodnění vozovky je myšleno na bezpečnost, odvodňovací žlaby podél
obrubníků jsou po každých 50 m přerušeny sifonem-shybkou přes kterou se
nemůže šířit požár při havárii.
7.
PrůzkumnÉ
štolY
1.1
Všeobecně
Při
přípravě výstavby větších tunelových staveb je možno ověřit horninové poměry
předpovídané geologickým průzkumem vyražením průzkumné štoly. Další výhodou je
částečná příprava staveniště a zjištění dalších vztahů stavby a okolní přírody
nebo zástavby. Průzkumná štola je významnou součástí podrobného geologického
průzkumu, která upřesňuje a doplňuje údaje o fyzikálních a mechanických
charakteristikách horninového prostředí a ověřuje jeho chování při ražbě.
Získané výsledky pak využije projektant při návrhu a posouzení primárního i trvalého
ostění tunelu, při návrhu technologického postupu i při umístění ražených
portálů tunelů. Zhotovitel ražby tunelu pak má spolu s dozorem investora k
disposici podklady pro upřesnění (optimalizaci) postupu výstavby před vlastním
zahájení ražby a k nasazení potřebných mechanizmů.
Pro
stavby okruhu Prahy 513 a 514 je rozhodnuto razit průzkumné štoly.
Dosud
se při návrhu průzkumné geologické štoly volil zpravidla malý výrubní průřez,
aby se minimalizovaly náklady na průzkum horninových poměrů. V poslední době
zejména v hustěji obydleném území nebo různě chráněných oblastech přestávají
mít geologické poměry hlavní vliv na vedení trasy komunikace včetně trasy
tunelů. K výsledné realizované trase se zpravidla dospěje po úporném vyhledání
„schůdného“ koridoru a pro něj se realizuje podrobný geologický a geotechnický
průzkum.
Rozsah
tunelových staveb, jejich náročnost i nákladnost, požadavek na rychlé a ekonomické
ražení tunelového díla s využitím moderní výkonné mechanizace však vyžaduje
nejen důkladné znalosti horninových poměrů, ale také znalost reakcí těchto
poměrů na ražbu, prováděnou mechanizací obdobnou, jaká bude nasazena pro
předpokládaný technologický postup tunelování. Proto v současné době již není
vhodné razit „ručně“ minimální průřez s nedokonalým dočasným vystrojením výrubu
štoly.
Nasazení
vhodné mechanizace vyžaduje však zvětšit průřez průzkumné štoly a zvětšení
průřezu průzkumné štoly pak vyžaduje zvolit optimální polohu z hlediska
následné ražby tunelového díla tak, aby předražená průzkumná štola co nejméně
narušovala technologický postup ražby vlastního tunelu a naopak přispěla k
ulehčení a zrychlení jeho ražby.
1.2
Návrh průřezu a umístění průzkumných štol tunelů 513 a 514
Problém velikosti a polohy průzkumné
štoly byl postupně řešen u obou shora zmíněných tunelů na silničním okruhu
kolem Prahy. Dvoupruhová tunelová trouba bude mít výrubní průřez 95 m2 a třípruhová cca 130 m2.
Podle prvé fáze podrobného geologického průzkumu byla ověřena vhodnost
směrového i výškového vedení trasy v místě obou připravovaných tunelů a
tato trasa byla potvrzena schválenou dokumentací DUR i projednávanou DSP.
Předpokládá se postup ražení velkých tunelů podle zásad Nové rakouské
tunelovací metody s členěním průřezu na přístropí (kalotu), opěří (jádro)
a dobírku dna resp. spodní klenby.
Nejdříve byla navržena průzkumná štola
podkovovitého tvaru o ploše 13,8m2, s polohou uprostřed kaloty třípruhového tunelu tak,
aby výrub vrcholu štoly byl min 0,8m pod výrubem budoucího výrubu tunelu.
Snahou zřejmě bylo, aby narušení horniny za rubem štoly nedosahovalo k líci výrubu tunelu.
Taková poloha minimálně ovlivní další průběh ražeb tunelů, avšak také jen
minimálně může přispět k ulehčení při další ražbě tunelu, když dno štoly bylo nejméně 1m nad
předpokládaným dnem přístropí.
Metroprojekt Praha a.s. při
zahájení projekčních prací na DSP tunelů 514 a 513 projednal s investorem
změnu návrhu průřezu a polohy průzkumné štoly podle již vypracované dokumentace
na průzkumné štoly. Do dokumentace průzkumných štol byla zapracována nová poloha a zvětšený průřez.
Světlý průřez průzkumné štoly je 21,92 m2,
teoretický výrub má plochu 25,62 m2. Průzkumná štola se opět
navrhuje v třípruhové tunelové
troubě v celé délce raženého tunelu. S ohledem na optimální dosah
mechanizmů, zajišťování bezpečné stability čela výrubu a vhodné podélné
rozložení razicích prací ve velkém průřezu budoucího třípruhového tunelu
navrhuje se dno průzkumné štoly v úrovni předpokládaného dna kaloty při
vodorovném členění výrubu velkého tunelu. Výška štoly je optimální výškou pro
nasazení výkonné mechanizace a její pracovní dosah v čelbě.
Poloha a tvar průzkumné štoly byly voleny tak, aby primární
ostění štoly v klenbě zasahovalo 100mm do primárního ostění budoucího
tunelu a bylo tak jeho součástí. Uvedená poloha průzkumné štoly vytvoří prvý
dílčí výrub přístropí třípruhového tunelu a svým primárním ostěním bude při
ražbě přístropí působit jako obrovská prostorová kotva, která současně výrazně
zmenší čelo výrubu tak, že bude bezpečně stabilní zpravidla bez jakýchkoliv
dalších opatření. Tato štola nezhorší podmínky pro vlastní ražbu třípruhového
tunelu, ale naopak výrazně přispěje k bezpečnosti jeho ražby.
Vyražená průzkumná štola v nové
poloze bude, vedle své hlavní průzkumné funkce, významnou ventilační chodbou,
únikovou a nástupní chodbou
v případě mimořádné události a v neposlední řadě i možnou zásobovací
cestou. Nelze opomenout ani ideální možnost v předstihu před ražbou osadit
kotvy ve vrcholu klenby a podle potřeby nasadit mimořádná či potřebná
předstihová opatření v místech průzkumnou štolou ověřených poruchových zón
či jiných mimořádností. V krajním případě lze zabudovat do vrcholu štoly
segment klenby primárního ostění tunelu (v šířce štoly) a vyztužit ho tak,
aby působil jako tuhý podélný nosník, který v nepříznivých horninových
poměrech bude schopen výrazně omezit deformace v hornině a poklesy povrchu
při rozšiřování výrubu přístropí a jeho zajišťování.
Významným přínosem této polohy a tvaru průzkumné štoly bude
jistě i ověření postupů ražení podle NRTM / NATM protože technologický postup
ražby bude v zásadě stejný, pouze s extrapolací zkušeností
z menšího průřezu štoly na větší průřez přístropí. Tím se získají významné
podklady pro přesnější rozdělení očekávaných tříd ražnosti podél celých délek
obou tunelových trub a tedy i přesnější nasazení potřebných vystrojovacích
prostředků a bez zbytečných rezerv stanovit jak ceny tak i harmonogram
výstavby.
1.3
Závěr
Zvětšený výrub průzkumné štoly a její nová poloha přináší
celou řadu výhod jak pro zhotovitele, tak pro investora. Vynaložené náklady na
štolu se pak vrátí při vlastní ražbě tunelů zvýšenou bezpečností, kvalitou i
rychlostí ražeb.
Pro využití úprav průzkumné štoly byly
příznivé podmínky, pevně stanovená směrová i výšková poloha trasy a snaha všech
účastníků výstavby po optimalizaci řešení.