Ing. Jiří Růžička,Ing.Miroslav Kochánek,Ing.Otakar Hasík              S 6

METROPROJEKT Praha, Nám.I.P.Pavlova 2, 120 00  Praha 2, Česká Republika

 

 

Prodloužení trasy C pražského metra do Severního města-nové technologie provádění traťových tunelů a první jednolodní ražená stanice metra v Praze

 

 

Prague Metro Line C extension to the North Town-new technologies of tunnels and  The First One Nave Driven Station in Prague

            The second phase of construction IV.C continued this year. This construction is an elongation of metro line C towards the north town districts Prosek and Letňany. Alignment of this metro line is near the surface, metro station will be performed in open construction pits, track tunnels will be driven by NRTM or by cut and cover method.( total length of 5,5 km). Some parts of driven tunnels are on the territory of old mine.

            Final solution is one nave station driven by NRTM technology – first one nave driven station on Prague metro network. Technical conception of this station was changed significantly for several times. Successful tunnelling of this station in very complicated geological conditions under residential buildings demonstrates high technical level of the Czech  civil engineering in tunnelling branch.

 

1.         ÚVOD

V tomto roce pokračuje druhá fáze prodloužení stavby metra IV.C do Severního města směrem na Prosek a Letňany s dlouhodobým terminálem hromadné dopravy v oblasti Pražského výstavního areálu Letňany. Trať je vedena podpovrchově 4 stanice jsou hloubené, jedna ražená jednolodní, traťové tunely zčásti též hloubené ale  z velké části v délce 5,5 km ražené, většinou dvoukolejné. Ražba je realizována Novou Rakouskou tunelovací metodou.

Stavba je umístěna v Praze 8, 9 a 18 tj. na katastrálním území Kobylisy, Libeň, Prosek, Střížkov, Vysočany, Letňany

Investorem je Dopravní podnik hl. m. Prahy a.s., jehož zastupuje obstaravatel Inženýring dopravních staveb a.s.

Zhotovitelem dokumentace ke stavebnímu povolení je METROPROJEKT Praha a.s.

 

2.         RAŽBA POD Objekty povrchové zástavby

V km 11,320 až 11,340 podchází trasa dvoukolejného tunelu téměř kolmo pod domem čp.786/14, k němuž těsně přiléhá sousední dům čp. 785/12, který zasahuje zleva do poklesové zóny. Nadloží tunelu před uvedenými objekty dosahuje cca12m, za nimi klesá na cca 10m.

V km 11,322 podchází trasa tunelu téměř kolmo místní komunikaci Stoupající spolu s kanalizační stokou 1300 x 2100mm, při výšce nadloží do úrovně vozovky cca 10 m.

Zmíněné objekty na povrchu jsou zděné 4-5 NP se železobetonovými stropy montovanými z panelů. Nosné stěny jsou orientovány příčně ke směru podélné osy budovy. Podlaha je vzhledem ke sklonu terénu v několika výškových úrovních. Ve středním traktu každé sekce je vloženo žlb montované schodiště. Půdorys budovy není rozdělen dilatačními spárami na menší celky. Objekt je založen na stupňovitých pasech z prostého betonu. Brzy po kolaudaci objektu došlo ke vzniku poruch v konstrukci budovy. Jednalo se o vznik trhlin ve stěnách budovy způsobených posunem spodní části objektu čp. 785 směrem po svahu. Jako příčiny byly stanoveny: nevhodný způsob založení a pro stavbu na poddolovaném území nevhodná nosná konstrukce a nevhodné členění objektu. V roce 1999 byla provedena sanace založení objektu provedením sloupů tryskové injektáže pod základovými pasy. Dále byla při sanaci osazena táhla spojující obě sekce. Po provedené sanaci byla prováděna kontrolní měření poklesů, která ukázala stabilizovaný stav objektu.

 

3.         Geologické poměry úseku

V úseku SO 13 je vrstevný sled horninového prostředí od povrchu tvořen kvartérními zeminami o mocnosti od 2 do 5m. Jedná se většinou o spraše a sprašové hlíny a jílovito-prachovito- písčité hlíny s úlomky hornin, které jsou s mocností 1 až 2m na bázi sprašového komplexu. Další nižší polohu tvoří horninový komplex geotechnického typu SL, slínovce (opuky). Povrch i báze této polohy jsou mírně zvlněny; celková její mocnost kolísá od 5 do 9m. Povrchové části jsou nakypřené a provířené periglaciálním promrzáním. Slínovce mají různý stupeň zpevnění a proměnlivou pevnost (R2-R3). Hornina je deskovitě až kvádrovitě odlučná, s jedním hlavním subhorizontálním a dvěma subvertikálními systémy puklin. Hustota diskontinuit je střední, v zóně zvětrání až velká.

Další nižší geotechnický typ  tvoří bazální poloha světle šedých jílů, které přechází do žlutohnědých až žlutošedých jílovců, deskovitě odlučných, s limonitickými krustami a povlaky na trhlinách. Tato bazální poloha má stabilní mocnost 4m±1m. Polohy jílů jsou tvořeny zeminami (ve smyslu ČSN 721001,RESP. 731001) třídy F5 (MI,ML) a F6 (CI,CL) konzistence pevné, místy tuhé až tvrdé.

Níže následují pískovce korycanského souvrství, tvořeného typy GL a P. Typ GL je tvořen polohou glaukonitického jílovitého pískovce o mocnosti 1 až 2m v horní části korycanského souvrství. Jeho pevnost je poměrně nízká R5 až R6.

Pod vrstvou glaukonitického pískovce je souvrství křemenných pískovců, převážně jemnozrnných. V subhorizontálních vrstvách o mocnosti několika m se střídají polohy s různým stupněm diagenetického zpevnění. Jejich pevnost kolísá mezi R3 a R4. Lokálně měkčí polohy jsou drolivé a snadno rozpadavé na písek. Hustota diskontinuit je malá , hornina je blokovitě až kvádrovitě odlučná se dvěma hlavními subvertikálními systémy puklin, navzájem téměř kolmými.

V podloží pískovců typu P je bazální křídové souvrství jílů a jílovců se střídáním pískovců. Jedná se o uhelné jíly s lokálními slojkami uhlí, které byly v širším zájmovém území místy dobývány hlubinným způsobem.

Nesouvislý turonský obzor podzemní vody kolísající převážně kolem koty 273,0 m n.m. byl zjištěn ve slínovcích Tento obzor je však oddělen nepropustnou polohou písčitých jílovců. Podzemní voda zde stéká po povrchu jílovce a nadržuje se v prohlubních nad jílovci v poloze opuk a zřejmě se při ražbě projeví zvýšenými výrony na rozhraní jílovců a opuk. Kromě této horní úrovně podzemní vody je v pískovcových polohách vyvinuta druhá (spodní) hladina podzemní vody nad polohou šedočerného jílovce, která klesá pod kotu 260 m n.m. Tato spodní úroveň podzemní vody je hluboko pode dnem tunelu. Výrony podzemní vody do čelby v převážné délce tunelu se očekávají v několika l/s.

 

4.         Technické řešení tunelu

Aby se co nejvíce omezily deformace horninového masívu a poklesy terénu, je v celé délce navržen postup dle TT5a3 s vertikálním členěním čela výrubu a s předháněnými jehlami. Po vyražení celého levého dílčího výrubu (dl. 82m) zvýší se tuhost výstroje prvého dílčího výrubu podstojkováním po dvou metrech v úseku pod zástavbou v délce 40m.

V úseku bezprostředně pod zástavbou (cca 40 m) jsou jehly prodloužené ze 6m na délku 9m a jsou rovněž osazované vždy po 3m ražby dílčího výrubu; navíc je zde ještě kotveno čelo dílčích výrubů dlouhými laminátovými kotvami. Rozpojování hornin se předpokládá bez trhacích prací, při strojním rozpojování frézami nebo tunelovými bagry. Pod zástavbou není vhodné nasazení impaktorů s ohledem na dynamické účinky značné intenzity.

 

5.         VÝVOJ KONCEPCE STANICE KOBYLISY

Stanice Kobylisy byla původně uvažována jako stanice se 3 staničními tunely. V krajních staničních tunelech byla boční nástupiště, střední tunel byl v převážném rozsahu využit pro umístění technologického zařízení stanice. Na koncích nástupišť byly krátké úseky tohoto středního tunelu využívány pro průchod cestujících z krajních staničních tunelů ke dvěma eskalátorovým tunelům navazujícím na střední staniční tunel.

Tato koncepce stanice vyžadovala řešení mnoha náročných problémů jak z hlediska statiky, tak i z hlediska provozního. V průběhu další projektové přípravy se podařilo přemístit do podpovrchového západního vestibulu převážnou část technologického zařízení stanice, které je s prostorem stanice propojeno technologickou šachtou umístěnou mezi traťovými tunely v těsné blízkosti nástupiště. Vlastní stanice byla upravena jako 2 samostatné staniční tunely propojené na koncích nástupiště 2 příčnými spojovacími chodbami s průchozí šířkou 8,0 m, do kterých jsou opět zaústěny eskalátorové tunely. Osová vzdálenost kolejí ve stanici byla zachována jako v původním řešení 25,5 m , aby mezi staničními tunely byl zachován dostatečně široký horninový pilíř (viz. článek autorů v časopise TUNEL č 4/99).

Toto upravené řešení bylo na požadavek investora před zahájením realizace změněno na jednolodní stanici s ostrovním nástupištěm. Toto rozhodnutí bylo motivováno snahou vyloučit z hlediska pohybu cestujících nejzatíženější příčné spojovací chodby na koncích nástupiště a vytvořit volný prostor dostatečně širokého ostrovního nástupiště, které je pro cestující nejpřehlednější. Jednolodní ražená stanice zároveň vytvoří novou velmi zajímavou podzemní dominantu metra, kterou ocení nejen generace architektů, inženýrů a techniků, kteří se podílejí po mnoho let na výstavbě metra, ale i cestující občané, kteří každodenně využívají služeb pražského metra.

 

6.         GEOLOGICKÉ POMĚRY

Základní charakter inženýrsko-geologických poměrů je naznačen v geologickém příčném profilu stanicí. Při povrchu jsou sprašové hlíny a spraše, které včetně nepravidelných navážek tvoří vrstvu mocnosti 2 – 6 m. Nejvýraznější vrstvou nad profilem jednolodní stanice jsou křídové cenomanské sedimenty mocnosti 12 – 15 m. Svrchní část tvoří prachovce 3 – 6 m mocné, pod kterými jsou cenomanské pískovce. Jsou to kvádrové pískovce s poměrně malým rozpukáním třemi systémy puklin.

       Výrazně negativním prvkem jsou bazální křídové sedimenty, které mají charakter zemin. Tvoří je směs přeplavených kaolinických fosilních jílových zvětralin ordoviku a štěrku mocnosti 1 – 2 m, která odděluje vrstvu pevných cenomanských pískovců od níže uložených hornin ordoviku. Vrstvy křídových sedimentů jsou trvale nasyceny podzemní vodou do úrovně cca 272,0 m n.m., tj. cca 10 m nad klenbou výrubu staničního tunelu. Staniční tunel je ražen v horninách skalecké facie dobrotivských vrstev. Je to souvrství lavicovitých křemenců a křemencových pískovců s podružnými vrstvami prachovců, jílovitých břidlic a jílovců, které střídají souvrství laminovaných břidlic s podružnými vrstvami pískovce a křemene. Souvrství má generelní směr východ – západ (tj. ve směru podélné osy stanice) a sklon cca 75° k jihu. Podrobnější popis geologických poměrů v celé trase stavby IV.C1 je uveden v článku Ing. Otakara Vrby v časopise TUNEL č. 3/2000.

Náročné geologické a hydrogeologické poměry se 3 zónami hornin s výrazně odlišnými geotechnickými parametry vyžadují, s ohledem na velké rozměry staničního tunelu, velmi pečlivou přípravu realizace stavby. Z těchto důvodů byla využívána navazující podzemní díla v prostoru stanice k doplnění znalostí o geologických poměrech. Jako první byla realizována šachta pro invalidní výtah, ústící přímo do profilu stanice. Rovněž průzkumný a přístupový tunel délky 261 m, vyražený přibližně kolmo na trasu tunelů metra, velmi výrazně přispěl k doplnění znalostí o zóně kontaktu mezi křídovými sedimenty a ordovickými horninami a k upřesnění směru a mocnosti střídajících se hornin v ordovickém masivu. V průběhu ražby vlastní stanice byly pro upřesnění inženýrsko-geologických poměrů využívány úvodní boční výruby staničního tunelu.

 

Obr.1 Geologický příčný profil

 

7.         UMÍSTĚNÍ STANICE

Stanice Kobylisy je situována do centra městské části Kobylisy. Vlastní staniční tunel je umístěn částečně pod ulicí Pod Sídlištěm, částečně pod obytnými domy v této ulici. Úroveň nástupiště je cca 26,5 m pod terénem. Přístup na nástupiště je zajištěn 2 eskalátorovými tunely ve sklonu 30°, které jsou situovány do podélné osy stanice a ústí do vestibulů. Západní podpovrchový vestibul je umístěn pod náměstím s velmi intenzivní povrchovou dopravou. Východní polozapuštěný vestibul s navazujícím podchodem pod frekventovanou ulicí Pod Sídlištěm má přímou vazbu na další komunikaci se zastávkou tramvajových tratí v ulici Klapkově. Kiosek hlavního větrání, který byl původně umístěn na severní straně výše uvedené ulice Pod Sídlištěm, je nyní situován do zelené plochy zahrady školního areálu a je napojen šachtou na průzkumný a přístupový tunel, kde je umístěna strojovna hlavního větrání stanice..

 

8.         TECHNICKÉ ŘEŠENÍ STANICE

Ražená stanice má světlou šířku 18,4 m a světlou výšku 11,2 m. Vrchol klenby je nad úrovní nástupiště 7,8 m. Stanice má osovou vzdálenost kolejí 13,6 m a ostrovní nástupiště šířky 10,6 m.Nástupiště je v celé délce 100m zcela uvolněno – na jeho úrovni je situována pouze minimalizovaná požární místnost. Ostatní nezbytně nutné provozní prostory jsou umístěny v úrovni pod nástupištěm a nebo na galeriích na koncích nástupiště. Celková délka staničního tunelu je 147,9 m. Technologický tunel, navrhovaný dosud u všech ražených stanic pražského metra v úrovni nástupiště, není u této stanice uvažován a hlavní část technologického zařízení stanice je umístěna v západním podpovrchovém vestibulu. Toto řešení umožnilo propojit oba vestibuly přímo podpovrchovou technologickou chodbou a tím bylo možno vyloučit z eskalátorových tunelů kabelové kanály a zmenšit jejich profil. V místě zaústění východního eskalátorového tunelu do stanice je situován výtah pro osoby s omezenou schopností pohybu, který ústí na terén jako třetí autonomní vstup do stanice.

Obr.2  Podélný řez stanicí

 

Ostění staničního tunelu je dvouplášťové. Primární ostění ze stříkaného betonu má uvažovanou tloušťku 400 mm, sekundární ostění ze železobetonu má tloušťku 600 mm. Mezi primárním a sekundárním ostěním je mezilehlá hydroizolace z PVC fólie v klenbě jednoduchá tl. 3,0 mm, ve spodní části tunelu je dvojitá sektorovaná fólie tl. 2x2,0 mm.

 

9.         VÝSTAVBA STANICE

S ohledem na velikost příčného profilu staničního tunelu (228 m2) a umístění v městské zástavbě byla stanice ražená dílčími výruby s možností členění vertikálním i horizontálním. Příčný profil staničního tunelu je rozdělen na tři základní výruby:

-      levý boční výrub (LBV)         cca 59 m2     (po úpravě 71 m2)

-      střední výrub (SV)                 cca 110 m2   (po úpravě 86 m2)

-      pravý boční výrub (PBV)      cca 59 m2     (po úpravě 71 m2)

Boční výruby byly během ražby zvětšeny, aby bylo zkráceno rozpětí klenby středního výrubu stanice. Tři základní výruby z nichž boční mají v kalotě tvar gotické klenby – se dělí i horizontálně. Boční výrub na dvě části, kalota s opěřím výšky 9,0m a spodní část s protiklenbou výšky 3,5m. Střední výrub je dělen na 3 výškové úrovně. Kalotu s výškou záběru cca 6,5 m, střední část výšky 3,5m a spodní část s protiklenbou výšky 4,0m.

 

 

       Obr.3  Členění pobírání stanice

 

Ražba vlastního staničního tunelu, který má ve výrubu celkový objem téměř 35 000 m3, byla zahájena 27.6.2002 a ukončena 11.11.2002.

Betonáž definitivního ostění staničního tunelu byla zahájena 10.12.2002 a ukončena 23.5.2003.

 

       Postup ražby

Razičské práce začaly ražením kalot a opěří bočních výrubů, nejdříve levé a následně pravé, přibližně s jednoměsíčním vzájemným odstupem. Rovněž s jednoměsíčním odstupem byla proražena spojka šířky 10 m mezi bočními výruby, přibližně v 1/3 stanice.

Hornina byla v převážné míře rozpojována nedestruktivním způsobem, pouze v kalotě a opěří pravého bočního výrubu, kde byly v podstatě po celé délce staničního tunelu zastiženy pevné a nepropustné břidlice, se používaly v omezeném rozsahu trhací práce pro urychlení postupu ražby. S ohledem na silné zvodnění výrubu (zejména v kalotě levého bočního výrubu cca 3-5 litrů/sec.) však docházelo během ražby k rozbřídání horniny ve dně tunelu.

Značné přítoky vody do klenby výrubů, zejména při ražbě průzkumného a přístupového tunelu, následně v úseku dvoukolejného traťového tunelu a v neposlední řadě i při ražbě kaloty levého bočního výrubu staničního tunelu, zpomalily postup ražeb. Tím byl ohrožen harmonogram postupu výstavby celé stanice. Zhotovitel stavby ve spolupráci s projektantem hledali způsob, jak urychlit další postup prací. S ohledem na dobrou kvalitu horniny bylo rozhodnuto nepokračovat v prohlubování bočních výrubů podle původního projektu.

Po vyražení a vyčištění kalot a opěří obou bočních výrubů v celé délce stanice se vybetonovaly provizorně jejich dna. Poté následoval výrub střední části stanice ve dvou horních úrovních z již zmíněné spojky, zhruba ve třetině středního staničního tunelu oběma směry. Za postupujícím výrubem kaloty střední stanice bylo po polovinách probíráno dno celé stanice, se současným budováním protiklenby. Jednalo se tedy vlastně o kombinaci horizontálního a vertikálního členění díla. Průměrné měsíční postupy na ražbách bočních výrubů se v daných podmínkách pohybovaly mezi 50 až 60m. Na ražbě kaloty středního výrubu bylo dosaženo obdobných postupů.

 

       Přístup do trasy metra

Pro přístup do trasy byla v dokumentaci pro stavební povolení navržena těžní šachta situovaná na severní straně ulice Pod Sídlištěm. Po zadání stavby zhotovitel navrhl změnu přístupu do trasy metra. Z prostoru místního koupaliště byl vyražen přístupový tunel. o délce 261 m a ploše výrubu 27,4 m2, sloužící zároveň jako průzkumné dílo pro získání geotechnických a geologických informací, včetně sledování hydrogeologických poměrů. Byla sledována šířka a hloubka poklesové kotliny pro následné upřesnění rozsahu poklesové kotliny nad velkým profilem výrubu stanice, který se nachází v obdobných geologických podmínkách. Hlavním důvodem přístupového tunelu bylo vyloučení svislé dopravy při ražbách.

 

       Definitivní ostění staničního tunelu

V průběhu zpracování realizační dokumentace definitivního ostění bylo nutno řešit zásadní problém styku dvou staticky zcela odlišných typů příčného profilu staničního tunelu. Příčný profil v úseku nástupiště je zcela volný profil, který se po následném zatížení (především hydrostatickým tlakem) deformuje zcela odlišné, než příčný profil vyztužený podélnými stěnami s příčnou stěnou v místě, kde jsou umístěny tlakové uzávěry stanice. Vypočtené rozdíly deformací na styku odlišných profilů by byly v ose tunelu 50 mm. Z těchto důvodů bylo nutno výztuž ostění staničního tunelu, kde je navržena hlavní nosná výztuž v příčném směru, doplnit v úsecích na styku rozdílných profilů o mohutnou podélnou výztuž. Mimo tyto úseky byly všechny pracovní spáry mezi jednotlivými pasy ostění stanice upraveny zalomením, a tím se zajistil plynulý průběh deformací definitivního ostění v podélném směru. Jediná přímá pracovní a zároveň dilatační spára byla zachována ve středu stanice.

Obr.4  Charakteristické příčné řezy stanice

 

Betonáž definitivního ostění staničního tunelu byla v příčném profilu rozdělena na dvě části. Nejprve se prováděla betonáž spodní klenby ve 3 výškových úrovních. Časový postup betonáže byl upraven tak, aby mezi jednotlivými výškovými úrovněmi nevznikaly nežádoucí pracovní spáry a zároveň  aby nedocházelo k vytlačování čerstvého betonu u paty boční stěny vyšší etáže.

V podélném směru stanice byla délka záběrů při betonáži navržena s ohledem na rozmístění podélné nosné výztuže a také na polohu jímek umístěných ve dně tunelu. Délka záběrů se pohybovala v rozmezí 6,1 až 36,2 m.

Betonáž klenby stanice byla prováděna do posuvného bednění délky 9,6 m, což byla délka požadovaného základního podélného modulu členění klenby stanice přiznanými výraznými pracovními sparami. Problém přechodu podélné nosné výztuže přes čílko posuvného bednění byl řešen prodlužováním podélné výztuže pomocí šroubovaných spojů s kónickými závity (systém LENTON). Kromě 14 typických pasů délky 9,6 m, byly betonovány i zkrácené pasy délky 5,5 m a 6,4 m.

 

10.     MĚŘENÍ DEFORMACÍ

Během ražby bylo prováděno detailní sledování deformací jak na povrchu, tak i v podzemí. S ohledem na  povrchovou zástavbu bylo třeba minimalizovat účinky ražby, proto bylo nutno okamžitě reagovat na zvýšení konvergenčních hodnot. Průběh většiny deformačních křivek měřených v podzemí odpovídal zcela charakteru horninového masivu s poměrně vysokým modulem deformace. Po okamžité deformaci v oblasti čelby docházelo velmi rychle, v několika dnech, k jejímu uklidnění, pokud její průběh nebyl ovlivněn další ražbou v blízkosti. Po detailním rozboru naměřených hodnot je možno vyslovit následující závěry. Výlomy obou horních částí bočních výrubů, vzdor poměrně úzkému cca 6,5 m širokému horninovému pilíři, se navzájem ovlivňovaly buď jen velmi málo, cca do 5 mm nebo vůbec ne. Deformace pravého bočního výrubu, který byl ražen jako druhý, byly v průměru třetinové ve srovnání s levým bočním výrubem, raženým jako první. K největším pohybům, vektorově cca 40 mm, došlo v LBV zhruba v polovině stanice, patrně díky mírně zhoršeným geologickým podmínkám a vodě, přece jen v této oblasti pronikající do výrubu puklinami v křemencích. Celkové deformace líce výrubu se pohybovaly v rozmezí od 20 do 55 mm. Největší poklesy na povrchu byly do 80mm.