Ing. Ondřej Fuchs, Ing. Pavel Kacíř                                                 S 10

Metrostav Praha

 

 

Ražba kolektoru Vodičkova v Praze 1 pod ochranou tryskové injektáže

 

 

Driving of collector Vodičkova Street, Prague 1, with the jetgrouting protection

    Collector C I.A in Vodičkova Street and on the Wenceslas square is built in the busy centre of the city, in the vicinity of adjacent development, and in difficult geological conditions (gravel-sand terraces of various grading, here and there under the underground water level). The paper describes the technology of the collector driving performed with the jetgrouting protection, and hitherto experience with tunnelling in such conditions.

 

Metrostav a.s. divize 1 ve sdružení se Subterrou a.s realizují výstavbu kolektoru C I.A Vodičkova ulice v Praze 1. Metrostav provádí úsek od Václavského náměstí a dále Vodičkovu ulici až po ulici Palackého a ulici V Jámě. Jedná se o ražby v mimořádně obtížných podmínkách a to jak z důvodu umístění stavby v živém centru města tak i z ohledem na dané geologické podmínky. Ražby probíhají převážně ve štěrkopískové terase různé zrnitosti, v nejhlubších partiích v oblasti Václavského náměstí s přechodem do skalního podloží. V této části stavby jsou i značné přítoky podzemní vody. Ze shora uvedených důvodů se jedná beze sporu o velmi rizikový projekt, jehož přípravě byla věnována maximální pozornost.

Vzhledem ke skutečnosti, že s ražbou v podobných geologických podmínkách jsou v Praze již zkušenosti z předešlých etap výstavby kolektorů, projekt řeší zajištění výrubu v průběhu ražby obdobným způsobem jako např. u Kolektoru Příkopy, tj. metodou tryskové injektáže. V daných geologických podmínkách, při profilech výrubu od 14 do 25 m2 je to metoda, která zatím ze všech zkoušených zajišťuje největší postupy a při tom úspěšně eliminuje většinu možných rizik. Bezpečnost ražby a stabilita okolních budov je zajištěna kombinaci svislých sloupů tryskové injektáže, které vytvářejí clonu, která chrání okolní budovy v případě poklesů nadloží nad štolou a vodorovných sloupů tryskové injektáže, které vytvářejí zpevnění a stabilizaci štěrkopísků v okolí výrubu. Vlastní ražba postupuje střídáním technologických procesů na čelbách kolektoru v cca 5 ti denních cyklech v závislosti na délce vějíře.

 Technologie TI:

Jedná se o injektáž cementovou směsí velmi vysokými tlaky (30-70 MPa). Injekční směs rozruší strukturu horniny v okolí vrtu a promísí se s ní. Tím vytvoří sloup zpevněné horniny, který slouží jako základový prvek. Volbou metody tryskové injektáže a technologického postupu lze vytryskat v dané hornině sloupy různých průměrů nebo stěny (membrány). Tryskovou injektáž lze využít pro statické zajištění historických i jiných objektů, jako pažící konstrukci stavebních jam, jako těsnící stěnu, jako nosný základový prvek a v mnoha dalších případech i v kombinaci s ostatními metodami speciálního zakládání.

 

 

 

 

Na kolektoru Vodičkova byla TI použita při statickém zajištění objektů zasahujících do poklesové zóny. Toto zajištění bylo provedeno dvěmi způsoby:

  1. Podchycením průčelní stěny pomocí TI převádějící zatížení obvodového zdiva z původní základové spáry do nižší úrovně mimo vliv zálomového úhlu od ražby. Navržené řešení minimalizuje vliv následné ražby na případné deformace zajištěného objektu.
  2. Clonou z TI, která svým působením v horninovém prostředí omezuje rozvoj poklesové zóny od ražby a nedochází tak k ovlivnění základových poměrů pod konstrukcí vlastních objektů.

 


Podchycování a pažení


Podchycování

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dalším a hlavním úkolem TI na kolektoru Vodičkova je však zajištění nadloží kaloty a boků výrubu při ražbě. Geologické poměry v místě realizace sanační injektáže jsou odvozeny na základě realizovaného geologického průzkumu a jsou především tvořeny hrubými středně ulehlými až ulehlými písky až štěrkopísky s místní příměsí jílu. Při této technologii je struktura zeminy rozrušena na jednotlivé úlomky nebo zrna paprskem cementové směsi. Po následném promísení rozrušené zeminy cementovou směsí a zatuhnutí směsi se zeminou vznikne prvek požadovaného tvaru a geotechnických vlastností. Injektáže, s průměrem pilíře 600 mm, realizované z čelby kolektoru vytvoří soustavu prostorových vějířů. Z pronikajících se vrtů je vytvořena obálka kolem rubu ostění o tloušťce 0,5 – 0,6 m, která má zaručit stabilitu výrubu. Délky vrtů jsou navrženy s max. cca 1,2 m přesahem jednotlivých vějířů přes délku záběru ve vrcholu klenby. Na bocích je tento přesah vodorovných vrtů ve stěnách snížen na 1,0 m. Injektážní práce jsou cyklicky střídány s ražbou po úsecích, daných délkou vějířů. Ve většině vějířů je aplikováno 17 pilířů v klenbě a 4 oboustranné vodorovné vrty po bocích výrubu. Požadovaná pevnost zpevněného horninového prostředí je 1,5 MPa. Postup vrtů j e od bočních sloupů klenby směrem k vrchlíku ob 2 vrty tak, aby se injektáž uzavřela nad vrchlíkem. Pak následují boční vrty ve stěnách.

Neméně důležitou součástí TI je monitoring. Kontrola celistvosti provedené injektáže se provádí sledováním a vyhodnocováním injektážních tlaků a množstvím použité injektážní směsi. Spotřeba injektážní směsi nás dále upozorňuje na její možné úniky do okolních volných prostor.

 

 

 

Technologie ražby:

Ražba kolektoru probíhá pod ochranou obálkou TI. Po dokončení vějíře tryskové injektáže a vybourání čílka je vyražen úsek pod touto ochranou obálkou. Provizorní ostění je prováděno ze stříkaného betonu C25/30-X0 v tl. od 180 – do 250 mm vyztuženého příhradovou výztuží bretex v osové rozteči 0,7m – 0,9m uložené do rozpěrných prahů U160. a vrstvou Kari sítí 6/6/100/100 při vnějším i vnitřním líci. Velikost rámů příhradové výztuže sleduje proměnný tvar štoly. V první fázi po TK 17c ražba probíhala v plném profilu a za komorou je rozdělena v obou směrech do dvou lávek (spodní lávka o mocnosti cca 1,2m). Podlaha je v obou lávkách tvořena provizorní vrstvou stříkaného betonu, chráněna místně PE rohoží Geoweb tl.100 mm s přesypem 100mm.materiálem štěrkopískové terasy. Tato rohož slouží zejména k ochraně provizorní betonové podlahy před poškozením pojezdem kolové mechanizace. Po dokončení ražby v rozsahu jednoho vějíře je nutno vytvořit na čelbě čílko ze stříkaného betonu tl. 25 cm vyztužené Kari sítí. Poté je předáno pracoviště zhotoviteli TI.

Pokud se ve spodní části profilu objevují břidlice, provádí se TI pouze po úroveň této břidlice. Tuto úroveň vyznačujeme na čele čílka před započetím TI. Je-li celý profil čelby v píscích nebo štěrkopíscích dosahují sloupy TI 30 – 100 cm nad počvu kolektoru (závisí na rozlití TI ve štěrkopíscích směrem k počvě). Stabilita této nechráněné části štěrkopísků v bocích díla nám doposud nečinila žádný problém a lze ji zajistit příložným nebo hnaným pažením.

Boky díla v místech kdy štěrkopísky tvoří celý profil, budou při ražbě spodní lávky podle potřeby zajištěny v předstihu svislými sloupy TI, nebo při vlastní ražbě příložným případně hnaným pažením pokud to bude vyžadovat stabilita boku díla.

Pro zamezení vykomínování pískového nadloží čelby do předpolí za koncem TI a stabilitu čelby se do profilu v horních dvou třetinách čelby zhotovují 2 až 3 zámkové vrty vyplněné TI v posledních dvou metrech vějíře a jeden až dva metry za koncem vějíře, jejichž geometrie se podle aktuální geologické situace na čelbě upravuje.

MTS využívá pro ražbu strojní sestavu bezkolejové mechanizace:

Pro stříkané betony je používána betonová prefabrikovaná směs Maxit SB 80B C25/30 skladovaná ve dvou 30t silech na ZS. Suchá betonová směs je ze sila dopravována šnekovým vibrační podavačem do stříkacího stroje ALIVA 252 a dále pneumaticky (2x ATMOS 1000) ocelovým potrubím DN65x5 PN16 k manipulátoru na čelbu kolektoru. Předpokládaná max. délka pneumatické dopravy  betonové směsi je 270m. V současné době dopravujeme směs zcela bez problémů do vzdálenosti cca 170m.

Dle našich zkušeností přináší použití prefabrikované směsi ze sil zejména tyto výhody:

·        Na stavbě je nepřetržitě k dispozici až 15-55t. směsi v silech( lze tak okamžitě použít dostatečné množství betonové směsi pro sanaci případných nadvýlomů).

·        Nevzniká časová prodleva mezi objednávkou a dodávkou suché betonové směsy z betonárky při dopravě nákladními automobily v centru města na stavbu.

·        Odpadá časový limit zpracování betonu po dodání na stavbu.

·        Nezůstává nezpracovaný zbytek betonu na stavbě.

·        Odpadá skladování a manipulace s  urychlovače a směšovacím čerpadlem na povrchu a v podzemí kolektoru.

 

   

     

 Naše zkušenosti s ražbou pod ochranou tryskové injektáže:

Pod ochranou TI jsme dosud vyrazili cca 300m (do konce srpna letošního roku). Ražba jednoho vějíře trvá, vzhledem k proměnlivé délce jednotlivých vějířů TI (8-11m.) a délce kroku ražby (0,7-0,9m.), 4 až 7 dní (tj dva až čtyři rámy za 24h.). Dalších min. 24 hodin zabere stavba celoprofilového čílka ze SB s kari sítí tloušťky 25cm, které je nutné pro provádění dalšího vějíře TI, jeho následné bourání a pokládka geowebu do podlahy.

Rychlost, bezpečnost a cenu ražby zásadně ovlivňuje přesnost provedení TI. Pokud sloupy TI zasahují do profilu je nutné je bourat impaktorem bagru a ručně sbíječkama doprofilovat. Pokud uhýbají mimo profil je nutno provádět stříkaný beton provizorního ostění ve větší tloušťce (vyplnit více výlomy).

Drobné nespojitosti TI (20 – 40cm) jsou podle konkrétní situace řešeny založení dřevitou vatou (hebdím) klíny, roxory a pažnicemi union s   následným přestříkání SB a   vyplněním volných prostor jílocementovou injektážní směsí.

Větší nespojitosti zajišťující obálky vznikly doposud zejména odchýlením  některých sloupů TI do profilu, nebo mimo profil čelby (odchylky 60 a více cm.), nebo odtokem již uložené injekční směsi do rozvolněného prostředí,např. podél v blízkosti se vyskytujících inženýrských sítí.

 Vzhledem k tomu, že v nadloží jsou převážně jemné písky a hrozí tak nekontrolované nadvýlomy, řešili jsme dosud tyto stavy zastavením čelby v okamžiku, kdy se popsaná nespojitost obálky objevila. Po vyhodnocení stavu za přítomnosti zhotovitele TI se buď pokračovalo (po ověření průběhu TI) v ražbě rozpracovaného kroku, nebo se provedla stavba čílka a trysková injektáž byla doplněna v místě nespojitosti tak, aby bylo možno v ražbě bezpečně pokračovat.

Hlavními důvody výše uvedených odchylek byly tedy rozvolněné prostory v nadloží, které provází okolí hustého výskytu inženýrských sítí. Dalším faktem ovlivňujícím celistvost zajišťující obálky byla přesnost vrtání při provádění jednotlivých sloupů TI. V našem konkrétním případě bylo největším problémem střídání vrstev hrubého štěrkopísku s vrstvami jemnozrnného písku. Zejména při vrtání na přechodu těchto vrstev docházelo ke křivení vrtu odklonem vrtného nástroje do měkčí vrstvy. Proto byl v průběhu stavby měněn režim i technika vrtání s cílem tyto odchylky minimalizovat. 

Závěr:

Ochranná obálka ze sloupů TI v dosud vyraženém úseku poskytla bezpečnou ochranu pro dostatečně rychlou ražbu kolektoru v daných velmi obtížných geologických podmínkách. Je možno konstatovat, že TI rovněž pomohla minimalizovat vliv ražby na komunikace, tramvajové těleso nad kolektorem a na povrchové objekty v oblasti poklesové zóny kolektoru, o čemž svědčí dosavadní výsledky geotechnického monitoringu. Z nich je patrné, že naměřené hodnoty patří do pásma vysoké bezpečnosti. U konvergencí nepřekročily hranici 60% hodnoty stanovené projektem. Deformace na komunikacích dosahují hodnot do 2mm. a budovách do 6mm.

Výjimkou je pouze mimořádná událost z ledna tohoto roku, jejíž příčinou byla netěsnost a následná destrukce 125let starého litinového hrdlového vodovodního potrubí, která způsobila průval zvodnělé štěrkopískové terasy do raženého kolektoru. Znalecký posudek příčin mimořádné události doporučuje, aby každá další ražba v blízkosti vysloužilého vodovodního řádu byla vždy zahájena až po vyřazení starého potrubí z provozu protože se ukazuje,že takovéto potrubí nesnese prakticky žádné deformace a ty nelze při ražbě důlního díla vyloučit. Přesto lze konstatovat, že TI významně omezila destrukci ohrožené části důlního díla při mimořádné události.

Naše zkušenosti tímto potvrzují i zkušenosti z předešlých ražeb kolektorů, které byly prováděny v centru Prahy v obdobných geologických podmínkách.