Obrázek 1 - Umístění stavby v Praze
Richard Kuk
PUDIS a.s.
V rámci výstavby Souboru staveb Strahovského tunelu v Praze 5 na Smíchově byla provedena výstavba části kmenového sběrače "M" v ulicích Plzeňská, Tomáškova a Duškova. Vzhledem k dopravnímu významu a zatížení těchto ulic nebylo možno při výstavbě provést jejich uzavírku. Výstavba byla proto prováděna za plného provozu, mělce vedenými štolami jako činnost prováděná hornickým způsobem. Dočasné zábory byly provedeny pouze v prostoru těžních šachet. Výstavba byla realizována v zimě a na jaře roku 2003. Projektantem stavby byl PUDIS a.s., úsek budovaný v rámech OO-O-04 realizoval METROSTAV D5, úsek budovaný v rámech LB 2 realizovala firma Energie-stavební a báňská a.s. Výstavba měla být uskutečněna v prostoru kde se nachází velké množství podzemních inženýrských sítí - kabelovody, středotlaký plynovod DN 500 a DN 200, vodovody, mnoho kabelových rozvodů a několik stávajících kanalizací včetně Motolského potoka v ul. Duškové, které měly být z velké části ponechány po výstavbě v provozu. Komunikace pod kterými došlo k výstavbě - Plzeňská a Duškova jsou velmi frekventovanými komunikacemi a v ulici Plzeňské je dále vedena tramvajová trať přímo pod kterou probíhala vlastní výstavba. Úzká ulice Tomáškova byla v době výstavby využívána jako jediný příjezd od východu do jižního vjezdu do Strahovského tunelu. Šířka ulic mezi obytnými objekty byla 13÷25 m. Objekty byly vesměs 5-ti patrové s jedním podzemním podlažím. Možný dosah vlivu výstavby zasahoval v mnoha místech až do konstrukce objektů. Z pravděpodobné historické konfigurace území se dalo odhadovat, že výstavbu může komplikovat i původní koryto Motolského potoka, které pravděpodobně vedlo podél jižní strany Plzeňské ulice v místě stávajících obytných objektů. Vedení podzemních inženýrských sítí zásadním způsobem ovlivnilo technické řešení výstavby (kromě jiného bylo na výjimku povoleno umístění nové kanalizace pod tramvajovým tělesem). Údaje o výškovém i polohovém vedení těchto sítí byly převzaty z materiálů jejich správců, které nejsou v historických částech města obvykle příliš přesné - např. při křížení s kabelovodem v ul. Plzeňské byla jeho skutečná poloha cca o 0,45 m níž a zasahoval tak cca 0,30 m do raženého profilu. Výstavba štol měla probíhat celkem z 9-ti těžních šachet. Šachtu Š2.1 se nepodařilo vybudovat, protože celý prostor nad stávající stokou na kterou měla být šachta napojena, byl až ke konstrukci Motolského potoka vedenému v souběhu, zakryt betonovou deskou tloušťky cca 2,0 m, při jejímž odstranění by hrozilo poškození konstrukce Motolského potoka a základů blízkého obytného objektu. Napojení na stávající stoku bylo proto provedeno bez výstavby šachty přímo ze štoly.
Obrázek 1 - Umístění stavby v Praze
Pro potřeby inženýrsko-geologického průzkumu nebylo možno (vzhledem k provozu v jednotlivých ulicích) provést průzkumné vrty pro ověření skutečných podmínek. Bylo proto nutno vyjít z archivních materiálů a z údajů získaných při výstavbě šachty Š6 - spojná komora na stoce "M", která byla realizována při výluce tramvajového provozu v roce 2000. Z inženýrskogeologického hlediska byla výstavba stoky M rozdělena na 4 oblasti výstavby :
1) v deluviálních sedimentech v km 0,00 - 0,09
2) fluviálních sedimentů horizontu v km 0,09 - 0,210
3) břidlice souvrství letenského 0,210 - do konce trasy tj. 0,334 s úsekem
0,223 - 0,272 ve zdravých břidlicích tj . ve třídě 6 za použití trhacích
prací
4) v břidlicích libeňských v km 0,060 - 0,10 svrchu deluviální sedimenty
Podle normy ČSN 73 7501 "Navrhování konstrukcí ražených podzemních
objektů" byla výstavba ve štole zařazena do II. geotechnické
kategorie.
ad 1) pro stoku raženou v deluviálních sedimentech - písčité hlíny s úlomky - platí III. technologická skupina s tím, že stoka bude ražena při bázi cca do 1 m pod hladinou podzemní vody. Ražnost III.
ad 2) stoka ražená ve fluviálních sedimentech tvořených nesoudržnými zeminami charakteru písčité hlíny až hlinitého písku. Samonosnost horninového masivu se předpokládá nulová, s tím, že nelze počítat ani s krátkodobou stabilitou bez nosné výstroje. V km 0,420 - 0,543 byla štola částečně pod hladinou podzemní vody a lze předpokládat její větší přítoky oproti úseku 0,00 - 0,108, kde hladinu předpokládáme až v hl. kolem 11 metrů a bude tedy převládat hornina suchá, dle ÚN 73 7010 tj. nepatrné přítoky ve formě kapek. Pokryvné útvary, ve kterých bude kanalizační štola ražena, charakterizujeme jako horniny silně stlačivé - ražnost III. stupně s všestrannými tlaky, které jsou příčinou posouvaní boků a stropů a tím i vzniku tlaku na ostění štoly. Dle ON 73 7508 " Projektování a provádění železničních tunelů" byla hornina zařazena v profilu kanalizační štoly do III. technologické skupiny, kde se vyskytují horniny velmi špatné kvality, podmínky pro ražení jsou nepříznivé, hornina je nestabilní (do 2 hod.), je nutné razit po krátkých záběrech (do 0,50 m) s krátkodobou stabilizací čela a minimalizováním nevystrojené části štoly. Výrub se zajišťuje po každém záběru nejlépe trvalou výstrojí. Při přerušení ražby je nutné stabilizovat čelo štoly, příp. zeminu předem zpevnit injektáží. Doporučeno bylo použití hnaného pažení.
ad 3) Nepříznivá bude ražba tunelů ve zdravých břidlicích letenských. Jako hornina jsou velmi pevné, těžitelnost tř. 6 dle ČSN 70 3050, vrtatelné obvykle diamantovými nástroji. Břidlice jsou nejvíce z celého skalního podloží zvodnělé. Při ražbě zde hrozí hlavně u strmě ukloněných vrstev do díla, vyjíždění celých bloků s minimální smykovou pevností (nadvýlomy). Úsek ve zdravých břidlicích letenských považujeme za nejobtížněji rozpojitelný na celé trase - pouze pomocí trhacích prací. Dle ON 73 7508 " Projektování a provádění železničních tunelů" zařazujeme tyto břidlice v profilu kanalizační štoly do I. technologické skupiny. ražnost I - II. Při přechodech do fluviálních sedimentů se bude vyskytovat hornina horší kvality řazená do II. až III. technologické skupiny s možností nadvýlomů a hornina je dočasně stabilní. Bude nutné zabezpečovat horninu co nejvíce za čelem stříkaným betonem, příp. razit po krátkých záběrech. (Při výstavbě byla úroveň tohoto horizontu vedena pod úrovní dna štol a trhaviny nebyly nakonec použity).
ad 4) úsek v břidlicích libeňských bude ražen v její rozložené zóně - jílovité hlíny se střípky a úlomky břidlice, v přístropí s deluviálními sedimenty - ražnost III. stupně a III. technologická skupina Při přechodu z fluviálních sedimentů bude úsek zhruba kolem 20 metrů ražen ve zvětralinovém pásmu tj. II až III. technologické skupině s ražností II až III, další úsek v nezvětralých břidlicích - I. b technologické skupině. Průběh jednotlivých geologických vrstev je znázorněn v podélném profilu stoky "M" na následujícím obrázku.
Obrázek 2 - Podélný profil stoky "M" se zákresem předpokládaného
vedení geologických vrstev
S ohledem na předpokládanou komplikovanost výstavby bylo zpracování realizačních dokumentací rozděleno do 5-ti částí (první 4 obsahovaly návrh výstavby prováděné činností hornickým způsobem - štoly a těžní šachty a poslední stavební řešení stok včetně jednotlivých stavebních objektů). Toto rozdělení se osvědčilo, protože bylo možno zapracovávat do dalších částí projektů údaje o skutečných geologických podmínkách ověřených při výstavbě předchozích úseků a změny původního řešení vyvolané kolizemi s jinými podzemními sítěmi. Výstavba navázala na předcházející úsek sběrače ukončený před šachtou Š5 profilem DN 2000. Před vtokem do šachty Š 5 je z potrubí HOBAS proveden přechodový kus 2000/1800 a úsek až do šachty Š6 byl proveden z potrubí HOBAS DN 1800 ve spádu 0,0818 %, vzdálenost šachet je 97,85 m. Stejný přechodový kus je osazen i v místě napojení na šachtu Š 6, kde při dřívější realizaci spojné komory byl proveden výtokový otvor z komory v profilu DN 2000. Průměrná hloubka stoky je v tomto úseku cca 5,75 m, tzn. výška nadloží nad štolou cca 3,2 m. Další úsek stoky "M" je veden ulicí Plzeňskou a odbočuje do ulice Tomáškovi do šachty Š 7. Vzdálenost šachet je 64,49 m, spád stoky 1,287% a stoka je provedena z potrubí HOBAS DN 1200. V tomto profilu je stoka realizována dále do ul. Duškové, kde je za šachtou Š 11 krátký úsek zděné stoky 700/1250 napojený přímo na stávající stoku stejného profilu. Celková délka tohoto úseku je 171,99 m a celková délka stoky DN 1200 je 236,48 m. Hloubka stoky v tomto úseku je cca 5,8÷7,0 m. Součástí výstavy byly ještě tři propoje na stávající stoky - stoka "M1" - v profilu vejčitého tvaru 1100/1875 a délky 6,9 m, dále stoka "M2" - vejčitého profilu 700/1250 s celkovou délkou 25,13 m a nakonec stoka "M3" - profil DN 800 v délce 26,91 m. Hloubky těchto stok jsou v rozmezí 5,7÷6,8 m. Součástí výstavby bylo dále přepojení kanalizačních přípojek a zrušení odpojených částí původních kanalizací.
Obrázek 3 - Situace výstavby stoky "M" a souvisejících objektů
Před vlastní výstavbou byl proveden pasport 16-ti stávajících objektů, které mohly být výstavbou ovlivněny. Dále byl proveden podrobný pasport stávající kanalizace 600/900 v ul. Duškově (pod kterou byla ražba nové stoky prakticky v dotyku s konstrukcí stávající stoky prováděna), dvou kanalizací v Plzeňské ulici a Motolského potoka. Po dokončení výstavby byla 16.12.2003 provedena závěrečná pasportizace 9-ti vybraných objektů, u kterých bylo možno předpokládat na základě vyhodnocených účinků stavby, že by mohlo dojít k jejich negativnímu ovlivnění. Zároveň byl proveden podrobný výpočet stanovení poklesů povrchu - výpočet poklesové kotliny. Deformace terénu nad osou ražené štoly byly stanoveny na max. hodnotu 20 mm. To bylo možno zajistit při maximální deformaci ostění do výrubu v hodnotě 30 mm (ulice Duškova a Tomáškova) a 25 mm v ulici Plzeňské. Základová spára okolní zástavby byla převážně mimo dosah poklesové zóny, a proto se maximální deformace objektů předpokládaly do 5 mm. Na základě tohoto výpočtu, výsledků pasportů a požadavků norem byly navrženy hodnoty mezních a varovných deformací. Pro průběžné ověření vlivu výstavby bylo rozhodnuto o realizaci velmi podrobného monitoringu výstavby. Kromě obvyklých konvergenčních měření byla vybudována na terénu a okolních objektech rozsáhlá síť kontrolních měřících bodů.
Obrázek 4 - Situace výstavby se zákresem měřících profilů, bodů a
pasportovaných objektů
Při vlastní výstavbě byly prováděny následující 4 druhy měření:
1. Geodetické sledování povrchu terénu v příčných profilech.
Obrázek 5 - Křižovatka Plzeňská- Tomáškova - zeleně jsou u kolejí označeny
měřící body - profil K 08
Na terénu byly vytyčeny a měřeny profily. Jednalo se o profily pětibodové P01 ÷ P06, čtyřbodové K01 ÷ K09, a samostatné body na terénu 201 ÷ 203. Četnost měření byla stanovena v "Projektu měření" a následně upravována na kontrolních radách. Měřené hodnoty byly vynášeny do grafů a tabulek a neprodleně zasílány elektronickou poštou na VIS, a.s.,MTS, a.s. a PUDIS, a.s. Hodnoty byly okamžitě porovnány se stanovenými hodnotami mezních a varovných hodnot deformací. Výsledné naměřené hodnoty deformací byly zpracována do tří grafických výstupů -Zákres příčné poklesové roviny, Zákres průběhu sedání v čase a Tabulka sedání. Největší poklesy nastaly v profilu K 08 aK 04.
Obrázek 6 - Průběh deformací v profilu K 08 přes ul. Plzeňskou v křižovatce
ul. Plzeňská-Tomáškova
2. Geodetické sledování ovlivněných objektů nadzemní zástavby a podzemních objektů.
Na objektech byly v dosahu poklesové zóny a v dosahu plánovaných účinků trhacích prací v uličních fasádách osazeny měřené body 1 - 39. Na vnitřní konstrukci Motolského potoka byly osazeny celkem 3 profily tříbodové M01 - M03.
3. Měření a sledování deformací v objektech.
Osazování měřících prvků bylo provedeno po konzultaci se statikem v jednotlivých objektech.
4. Měření dynamických a akustických účinků trhacích prací
Dle geologického průzkumu měly v ul. Duškově být ve spodní části štoly zastiženy břidlice souvrství letenského tř. 6, kde se počítalo s nutností použití trhacích prací. Výstavbu bylo na konec možno realizovat bez použití trhacích prací, ale původně plánovaných měření bylo po dohodě s OBÚ využito pro ověření kumulovaných dynamických účinků výstavby štol, provozu tramvají a automobilové dopravy na jednotlivé objekty a sledované podzemní stavby. Celkem bylo zpracováno 11 dílčích zpráv a následně Závěrečná zpráva souboru otřesových a akustických účinků stavby. Po dokončení výstavby (cca 8 měsíců po dokončení stavebních prací) byla zpracována Závěrečná zpráva projektu měření a sledování při výstavbě.
V následujícím textu jsou popsány 3 nejkomplikovanější úseky výstavby, ve kterých se podařilo díky průběžnému monitoringu a dodatečným ochranným opatřením ochránit okolní zástavbu a podzemní sítě před negativními účinky výstavby a to za současného provozu tramvají a automobilů. V ostatních úsecích výstavby proběhla realizace podle projektu výstavby a monitoringu bez ovlivnění technologie ražeb a s nevýznamnými poklesy na terénu.
5.1 Úsek mezi šachtami Š5÷Š6 (0,00÷0,096 km stoky)
V tomto úseku byla pro výstavbu štoly použita výztuž štoly z obloukových
rámů OO-O-04 z profilu K 21. Pažení bylo z ocelových pažin UNION. Ražba
probíhala od šachty Š5 do již dříve zbudované spojné komory kolejemi
tramvaje. Aby byla zvýšena výška nadloží alespoň nad 3 m bylo dno štoly
zapuštěno 0,50 m pod dno budoucí stoky. Kabelovod v ul. Plzeňské byl oproti
podkladům o 0,45 m níž a při výstavbě došlo k rozbití ochranné trubky a
nakopnutí kabelů, které byly následně opraveny. Štola musela být místně
(vzhledem k malému úhlu křížení v délce cca 22 m) snížena a následně
byl změněn profil definitivní stoky z DN 2000 na DN 1800.
Obrázek 7 - Příčný řez D7 ulicí Plzeňskou v 0,05161 km stoky M
Cca v 0,060 km stoky došlo ke křížení se dvěma stávajícími kanalizacemi vedenými těsně nad sebou. Nižší stoka byla vejčitá profilu 600/1100 a výše položená dešťová výpust profilu 800/1430. V době výstavby štoly nebylo možno tyto stoky vyřadit z provozu a bylo nutno vybudovat provizorní obtoky. Profil obtoku pro spodní stoku byl stanoven z Generelu odkanalizování HMP na DN 600, horní stoka (jednalo se o výpust za oddělovačem dešťových vod do Motolského potoka) byla zrušena nad úroveň stropu štoly zvýšením dna. Obtok DN 600 bylo nutno řešit jako shybku, ražba v rámech OO-O-04 byla dočasně ukončena ve staničení 0,048 km. Dále byl ražena štola z rámů LB2 vedená dolu pod stoku 600/1100 až do staničení 0,07720 km stoky. Z této štoly byly vybudovány dvě prorážky do stran ke stávající stoce 600/1100. Přechod do úrovně pod stoku 600/1100 byl proveden pomocí úklonné tratě ve sklonu cca 30o, která se začala zahlubovat již v prostoru posledních 4 rámů OO-O-04 ve dně na šířku rámů LB2. Po proražení stoky 600/1100 byl vybudován obtok a následné zazdění stoky 600/1100. Po zprovoznění obtoku se pokračovalo v ražbě štoly z rámů OO-O-04.
Obrázek 8 - Schéma výstavby v místě shybky pro obtok DN 600
Největší problémy při realizaci tohoto úseku byly okolo měřeného profilu K 04 (staničení 0,090 km), kde došlo k největším poklesům. Tyto poklesy byly lokální, protože na profilech K 03 (staničení 0,075 km) a K 05 (staničení 0,105 km) byly max. poklesy 9 mm resp. 13 mm. V profilu K 04 byl maximální pokles 36 mm, přičemž při jeho dosažení se projevil i viditelně na kolejích tramvajové trati, která ale zůstala dále krátkodobě provozuschopná. Poklesy v tomto profilu začaly ještě před tím, než se pod ním razila štola. Cca 3 dni po realizaci štoly přišly záplavové deště a došlo k průniku dešťové vody do štoly a k poklesu na terénu až o 12 mm během 2 dní. Poklesy se krátkodobě zastavily po provedení injektážích za ostění z UNIONEK, ale po dalších deštích spojených se zaplavování štoly dále pokračovaly. Přesné místo zdroje přítoku dešťových vod se nepodařilo určit, ale pravděpodobně docházelo k přítokům z kaveren vzniklých již dříve okolo stávajících kanalizací. Pro zamezení dalších poklesů bylo proto navrženo vybetonování dna a zajištění zbylého profilu stříkaným betonem s KARI sítí a následnou nízkotlakou injektáží za ostění. Teprve po provedení těchto opatřeny se poklesy na terénu zastavily a zamezilo se přítokům dešťových vod do štoly. Následující úsek až do šachty Š6 byl již vyražen bez problémů.
Obrázek 9- Snímek štoly v OO-O-04 po zaplavení podzemní vodou
5.2 Úsek mezi šachtami Š7÷Š6 (0,101÷0,166 km stoky)
V tomto úseku byla pro výstavbu štoly použita výztuž štoly z rámů LB
4/1700 z profilu K 21. Pažení bylo z ocelových pažin UNION. Ražba probíhala
od šachty Š7 do již dříve zbudované spojné komory Š6 z ulice Tomáškové
do ulice Plzeňské. Při ražbě v tomto úseku byly zastiženy nejnepříznivější
geologické podmínky. Největší viditelné poklesy vozovky byly u obrubníku
křižovatky Tomáškova-Plzeňská. Ty byly ale způsobeny zvýšeným
automobilovým provozem (tímto místem byl v té době veden jediný příjezd
do Strahovského tunelu ve směru od Vltavy-viz obrázek č.5), který byl záborem
pro těžní šachtu Š7 nasměrován do jedné průjezdné stopy. Nejproblematičtější
úsek byl okolo profilu K 08 kde docházelo k vytlačování zeminy do raženého
profilu spojené s velkým přítokem podzemních vod (zajímavostí bylo, že měření
konvergence ve štole nevykazovalo žádné odchylky). Dne 20.3.2003 poklesy
tramvajového tělesa překročily v profilu K 08 limitní hranici 20 mm a byla
proto navržena změna technologie výstavby. Celý ražený profil od šachty
Š7 až do šachty Š6 bylo navrženo, kromě pažení dle původní technologie
ražby, zajistit stříkaným betonem s KARI sítí a s vybetonováním dna štoly.
Před provedením stříkaného betonu byla provedena nízkotlaká injektáž za
ostění. Čelba byla dále ihned pažena a při přerušení ražby nad 4 hod
bylo navrženo zajištění nad úroveň spodní vody (minimálně do výše
0,60 m) stříkaným betonem. Po těchto opatřeních se poklesy na povrchu
zastavily a bylo dále pokračováno v ražbě.
Obrázek 10 - Pohled na štolu z rámů LB2 po zajištění profilu stříkaným
betonem
5.3 Úsek mezi šachtami Š8÷Š9 (0,223÷0,304 km stoky)
V tomto úseku byla pro výstavbu štoly opět použita výztuž štoly z rámů
LB 4/1700 z profilu K 21. Pažení bylo z ocelových pažin UNION. Vzhledem k
podcházení stávající stoky a křížení s Motolským potokem bylo dno štoly
zapuštěny cca 0,6 m pod dno budoucí stoky. Výstavbu komplikovala skutečnost,
že v úseku 235,76 - 279,09 m probíhala ražba těsně pod stávající stokou
700/900 (vršek rámů byl cca 0,1÷0,4 m pod konstrukcí stoky). Tato stoka zůstávala
stále v provozu, i když s částečným omezením průtoku. V rámci projektové
přípravy stavby se počítalo s případnou rekonstrukcí této stávající
stoky, pokud bude vlivem výstavby poškozena. Výstavba byla provedena takovým
způsobem, že k poškození stávající stoky nedošlo a její původně plánovaná
rekonstrukce nebyla proto zapotřebí. Při výstavbě byla podcházena
konstrukce Motolského potoka (podruhé pak byla podcházena při výstavbě
stoky M3) - vršek rámů měl být 0,8 m (resp. 0,55 m) pod dnem potoka, přičemž
o tloušťce konstrukce dna potoka nebyly k dispozici jednoznačné podklady.
Potok se opět podařilo podejít, aniž došlo k poškození jeho konstrukce a
plánované sanace potoka proto nebylo nutno realizovat.
Obrázek 11 - Příčný řez D1 v ulici Duškově na stoce "M3" - výškové
vedení štoly odpovídá i vedení stoky "M"7.
Po vyhodnocení výstavby a následně provedených repasportech objektů a podzemních sítí lze konstatovat, že při využití výsledků průběžného monitoringu a jejich okamžitého zapracování do úpravy technologie výstavby nebyly žádné objekty ani podzemní sítě výstavbou natolik negativně ovlivněny, aby bylo nutno na těchto objektech provádět stavební opravy. Maximální stanovené svislé deformace objektů byly 1mm. Naměřené hodnoty max. 2 mm při přesnosti měření 1 mm tomuto vyhovují. U bodů na terénu byly maximální hodnoty deformací stanoveny na 30 mm. Pouze u profilu K04 a K08 došlo k překročení projektem stanovených max. deformací o 19 mm (resp. o 8 mm). V průběhu výstavby deformace těchto bodů ovlivnily průběh ražeb a byla navržena dodatečná stavební opatření (použití stříkaného betonu s KARI sítí na stěny a strop a vybetonování dna štoly spojení s nízkotlakou těsnící injektáže za ostění). Deformace v profilu K04 neomezila provoz tramvají a byla odstraněna při plánované rekonstrukci tramvajového tělesa realizované v průběhu dokončování výstavby kanalizací. Měřené území a objekty byly po ukončení prací stabilní, a u všech měřených bodů došlo k ustálení deformací, tj. další přírůstky byly již nulové a deformace byly prohlášeny za konečné. Výstavba a provedená měření prokázala, že lze realizovat kanalizace pomocí mělko vedených štol i v husté zástavbě pod intenzivním tramvajovým a automobilovým provozem a v těsné blízkosti stávajících inženýrských sítí. I při velmi nepříznivých geologických podmínkách byly dosaženy (v místech, kde nedošlo k neočekávaným či vysloveně extrémním lokálním podmínkám - v místech profilů K04 a K08) hodnoty deformací povrchu do 10÷15 mm. Prokázalo se ale, že nezbytnou podmínkou úspěšné výstavby v takto složité situaci je pravidelné podrobné monitorování výstavby.