Příprava a realizace zárodku silničního tunelu v Plzni

10.9.2022 - Mosty a tunely | | Stáhnout článek v PDF

Článek popisuje projektovou přípravu a zkušenosti z probíhající realizace zárodku silničního tunelu pod železniční tratí v Plzni. Stavba je zajímavá tím, že v jednom místě dochází k protnutí investičních záměrů dvou veřejných investorů ve formě křížení jimi spravovaných a připravovaných dopravních tras. Navržené technické řešení a koncept zárodku tunelu vychází mimo jiné z potřeby zajistit, aby bylo možné oba záměry realizovat bez kolize s tím druhým. To vše je zasazeno do poměrně stísněného prostředí intravilánu Plzně a základové půdy významně ovlivněné podzemní vodou s hladinou blízko povrchu terénu.

Stavba silnice (v projektové přípravě)

Správa Plzeň Ředitelství silnic a dálnic ČR (ŘSD) připravuje v Plzni novostavbu silnice I/20. Jedná se o pozemní komunikaci protínající východní část města v severojižním směru.

Název stavbyI/20 Plzeň, Jasmínová – Jateční
Investor stavbyŘeditelství silnic a dálnic ČR
Název objektuSO 601 Tunel na silnici I/20 v km 1,400
Projektant objektuSUDOP PRAHA a.s.
Situační schéma silnice I/20 na ortofotomapě

Tato komunikace se má stát důležitou součástí silničního systému Plzně, protože bude převádět tranzitní dopravu skrz centrum města. V širším měřítku bude silnice I/20 rovněž významnou českou páteřní komunikací spojující Karlovy Vary, Plzeň, Písek a České Budějovice. Trasa této silnice je vedena převážně zastavěným územím. V podstatné části bude stavba silnice vedena v těsné blízkosti železniční trati Plzeň – České Budějovice, kterou má silnice překřížit cca v km 1,350 své trasy v rámci jižní stavební etapy Jasmínová – Jateční.

Stavba dráhy (v realizaci)

Správa železnic (SŽ) realizuje v této oblasti soubor staveb s názvem Uzel Plzeň, jehož podstatou je rekonstrukce stávající drážní infrastruktury. Většina z těchto staveb je již úspěšně dokončena, některé jsou nyní v realizaci anebo projektové přípravě. V místě, kde má silnice I/20 křížit stávající železniční trať, se nachází stavba Uzel Plzeň, 5. stavba – Lobzy – Koterov rekonstruující tuto trať. Ke křížení, které vychází pod nevýhodným ostrým úhlem, dochází v oblasti ulic Velenická a Sušická v km 346,510 trati.

Místo křížení silnice (tyrkysová) s dráhou (červeně)
Název stavbyUzel Plzeň, 5. stavba – Lobzy – Koterov
Investor stavbySpráva železnic, s. o.
Název objektuSO 93 – 38 – 61 Tunelový objekt v km 346,510 pro křížení se silnicí I/20, 1. část (tento stavební objekt představuje předmětný zárodek tunelu)
Investor objektuŘeditelství silnic a dálnic ČR
(jako přidružený investor stavby)
Projektant objektuSUDOP PRAHA a.s.
Zhotovitelsdružení Metrostav a.s. a Chládek & Tintěra, a.s.
Zhotovitel konstrukcí speciálního zakládáníZakládání staveb, a.s.
Geotechnický monitoringGEOtest, a.s.
Geotechnický dozor investoraSG Geotechnika a.s.

Výše zmíněné stavby silnice a dráhy jsou v různé úrovni stavební přípravy, resp. realizace. Zatímco železniční stavba je v době psaní tohoto článku již ve fázi provádění, u silnice probíhá zpracování projektové dokumentace ve stupni DÚR. Vzájemný vliv těchto dvou investičních záměrů byl však zjištěn mnohem dříve, konkrétně při zpracování DÚR stavby dráhy. V té době byla ze strany ŘSD rovněž vypracována technická studie místa křížení s ohledem na plán budoucí silnice I/20. V přípravě obou staveb bylo nutné zvážit jejich vzájemný časový odstup (rozdíl v rozpracovanosti přípravy) s ohledem na financování stavby dráhy z fondů EU a přizpůsobit tomu technické řešení. Kdyby byla stavba silnice zahájena příliš brzy po dokončení stavby dráhy a zároveň kdyby v rámci ní došlo k podstatným stavebním zásahům do nově zrekonstruované železniční infrastruktury, znamenalo by to porušení podmínek financování stavby dráhy. Rychlost přípravy stavby silnice je však velmi obtížené předjímat a v době zpracování DÚR stavby dráhy bylo její technické řešení známé pouze na úrovni studie.

Po zvážení různých přístupů bylo zvoleno technické řešení, kdy je v rámci stavby dráhy v místě vzájemného křížení tras realizován tzv. zárodek budoucího silničního tunelu pro silnici I/20. Při jeho výstavbě je v rámci možností využito výluk provozu na trati, napěťových výluk a dostupných záborů pozemků, které by si stavba dráhy vyžádala tak jako tak, bez ohledu na křížení se silnicí. Zárodek tunelu bude proveden v takovém minimálním rozsahu, aby zbytečně nenavyšoval objem prací stavby dráhy, ale zároveň v takovém rozsahu, aby bylo možné jej v budoucnu v rámci realizace stavby silnice I/20 prohloubit, dostavět a vybavit do podoby plnohodnotného silničního tunelu, a to bez podstatného dopadu stavebních prací na v nadloží ležící trať nebo provoz na ní. Do té doby bude zárodek tunelu překryt vrstvami železničního svršku, spodku a terénními úpravami a bude přenášet zatížení působící v provizorním stavu.

Charakteristický příčný řez zárodkem tunelu v provizorním stavu před zahájením výstavby silnice I/20

Tento technický přístup bylo nutné zajistit také smluvně a finančně. Za pomoci Státního fondu dopravní infrastruktury (SFDI) bylo dohodnuto, že ŘSD přistoupí ke stavbě dráhy jako přidružený investor a výstavbu zárodku svého budoucího tunelu bude řídit, kontrolovat (skrze vlastní tým technického dozoru stavebníka a geotechnický dozor), proplácet a na závěr stavby objekt převezme do své správy. Ve fázích přípravy stavby dráhy se ŘSD bude vyjadřovat k návrhu zárodku tunelu, který bude připravován jako specifický stavební objekt projektantem stavby dráhy za konzultací se zpracovatelem studie stavby silnice. Z hlediska technické specifikace bylo dohodnuto, že prvky tohoto objektu podstatné pro stavbu a provoz dráhy budou prováděny v souladu s technickými kvalitativním podmínkami (TKP) staveb státních drah a zárodek tunelu samotný a prvky podstatné pro budoucí tunel budou prováděny v souladu s TKP staveb pozemních komunikací.

V současné době je stavba dráhy a zárodku tunelu zhruba za polovinou harmonogramu a mezi jejím prováděním a přípravou stavby budoucí silnice I/20 (včetně dostavby zárodku do plnohodnotného tunelu) probíhá inter­akce. Projekční příprava stavby silnice těží ze zkušeností získaných při stavbě zárodku tunelu, např. v podobě znalostí o odezvě základové půdy na stavbu, a současně stavba zárodku může re­agovat na změny nebo vyšší rozpracovanost projektu definitivní silnice, např. s ohledem na terénní úpravy nebo bourání dočasných konstrukcí.

Prostor výstavby

Staveniště zárodku tunelu se nachází v Plzni v místě stávajícího železničního zářezu na lokalitě ohraničené ulicemi Sušická, Velenická a Strmá ve vzdálenosti cca 300 m od řeky Úslavy. Při přípravě staveniště muselo být odstraněno několik stávajících jednopodlažních objektů garáží, které byly v kolizi s budoucí trasou silnice.

Geologické poměry

Stavba zárodku tunelu probíhá v prostředí říční terasy. Základní vrstvy základové půdy na staveništi jsou (odshora): kvarterní pokryvy, hrubozrnná (štěrková) terasa, neprůběžné jemnozrnné mezivrstvy a prachovce a břidlice skalního podloží.

Geologický podélný profil (zárodek tunelu červeně, niveleta silnice červenou čerchovanou a předpoklad úrovně HPV modrou čerchovanou)

Skalní podloží je položeno nejblíže povrchu terénu v severní části staveniště. Hloubka skalního podloží je v této oblasti cca 5 až 6 m od stávajícího terénu (v oblasti nad korunou zářezu železniční trati). To odpovídá hloubce cca 1 až 1,5 m od stávající úrovně temene kolejnice (TK) v zářezu železniční trati. Dále na jih skalní podloží upadá do větší hloubky a mění se jeho charakter. V oblasti nad zářezem železniční trati bylo skalní podloží zastiženo v hloubce 7 až 8 m pod stávajícím terénem, což odpovídá hloubce cca 5,5 až 6,5 m pod úrovní TK stávající trati. V severní části staveniště má skalní podloží charakter prachovce a jeho povrchová vrstva má pevnost třídy R5, hlouběji pak přechází do třídy R4 nebo R5-R4 dle ČSN P 73 1005 [5]. V jižní části staveniště má skalní podloží charakter prachovce nebo břidlice a jeho povrchová vrstva má pevnost třídy R6 dle ČSN P 73 1005, hlouběji pak přechází do třídy R5 nebo R6-R5.

Skalní podloží nebylo zastiženo ve dvou atypických sondách předběžného geotechnického průzkumu realizovaných do hloubky 12 a 14 m. Pro ověření této situace byly v rámci podrobného geotechnického průzkumu záměrně odvrtány ověřovací sondy v blízkosti těch atypických. V těchto sondách však bylo skalní podloží zastiženo v obvyklé hloubce. Tato situace nasvědčovala existenci úzkých strží nebo koryt ve skalním podloží, která však během výstavby zárodku tunelu zatím nebyla napřímo potvrzena. Nepřímým potvrzením však může být poměrně vysoká propustnost skalního podloží pro podzemní vodu, která se projevuje při čerpání přítoků podzemní vody ze stavební jámy zárodku tunelu.

Štěrková terasa je hrubozrnná a propustná, zrnitostní třídy G3/G‑F dle ČSN P 73 1005, typicky ulehlá. Obsahuje kameny a balvany o velikosti přesahující profil vrtu průzkumných sond. Mocnost této vrstvy je proměnná v závislosti na poloze povrchu skalního podloží a báze kvarterních pokryvů. Neprůběžné jemnozrnné mezivrstvy jsou zrnitostní třídy F4/CS, příp. F6/CL dle ČSN P 73 1005, konzistence pevné.

Hydrogeologické poměry

Hladina podzemní vody (HPV) se nachází hloubce 3 až 4,5 m pod stávajícím terénem (v oblasti nad korunou zářezu železniční trati), což odpovídá úrovni cca 1 až 2 m pod úrovní TK stávající koleje. Ve vztahu k zárodku tunelu je tato úroveň HPV v rozsahu cca ± 1 m vůči hřebeni stropní desky tunelu. Z hlediska agresivity podzemní vody na železobetonové konstrukce je na základě provedených laboratorních rozborů uvažováno se stupněm vlivu prostředí XA1 dle ČSN EN 206 [6]. Laboratorní rozbory provedené v rámci geotechnických průzkumů byly po zahájení stavby doplněny rozbory z dalších odběrů na staveništi a jeho okolí, včetně odběrů z okolních studen.

Korozní poměry

Rekonstruovaná železniční trať bude elektrifikována střídavou trakcí. V blízkosti stavby vede trolejbusová trať. Korozní podmínky ve stávajícím stavu byly ověřeny korozním průzkumem a klasifikovány stupněm 3 základních ochranných opatření dle předpisu SŽ (ČD) SR 5/7 (S) a stupněm 4 (při započtení sacího koeficientu) dle TP 124.

Koncepce navrženého technického řešení

Silnice I/20 nemůže v dané trase a na dané lokalitě překonat stávající (ani rekonstruovanou) železniční trať přemostěním, proto musí být vzájemné křížení řešeno podjezdem silnice po tratí, resp. s ohledem na délku křížení silničním tunelem.

Budoucí tunel byl s ohledem na míru zahloubení pod terén, geologické poměry a vzájemný průběh nivelety silnice a úrovně TK rekonstruované trati navržen jako hloubený, obdélníkové dvoukomorové konstrukce.

Příčný řez definitivního tunelu

Celková délka zárodku tunelu měřená podél staničení silnice je 200 m, délka levé tunelové trouby je 130 m a pravé tunelové trouby 180 m. Navržená délka zárodku, resp. jeho jednotlivých trub, vycházela z minimální délky potřebné pro budoucí realizaci podjezdu silnice pod provozovanou železniční tratí a pro proveditelnost navazujících konstrukcí při dané šikmosti křížení. Vzájemné uspořádání trať – zárodek tunelu – silnice je ilustrováno na snímku z 3D DGN modelu na obrázku.

Snímek z 3D DGN modelu – silnice, trať a zárodek tunelu

Silnice I/20 na tunel v budoucnosti naváže z obou stran hlubokým zářezem podepřeným zárubními zdmi. Protože jsou jednotlivé tunelové trouby s ohledem na šikmost křížení různě dlouhé, nacházejí se na obou koncích tunelu úseky, kde je jeden dopravní směr v tunelu a druhý už v otevřeném zářezu. Tyto zářezy budou rozpírané rozpěrami umístěnými nad průjezdním průřezem pozemní komunikace mezi tunelovou troubou (v úrovni stropní desky) na jedné straně a zárubní zdí (přes převázkový trám) na straně druhé. Tato situace je patrná z obrázku, který představuje snímek z 3D DGN modelu tunelu z rozpracované DÚR silnice I/20.

Křížení prodlouženého tunelu s tratí

Na snímku je vidět trať a nosná konstrukce tunelu včetně doplňujících prvků ve vztahu k povrchu terénu (parapetní římsy a gabionové zídky pro překonání terénních rozdílů). Stejně jako na obr. 5 je zde záměrně skryt model povrchu terénu. V rámci zpracování DÚR silnice I/20 byl tunel na severozápadním konci prodloužen na celkovou délku téměř 300 m, aby posloužil také jako prostředek podjezdu pod ulicí Sušická, která v tom místě přemosťuje železniční trať.

Dělení na zárodek tunelu a dokončení tunelu

V příčném řezu jsou součástí zárodku tunelu, a tudíž součástí výstavby realizované se stavbou dráhy následující prvky: svislé nosné podzemní stěny (ve smyslu ČSN EN 1538 [8]), stropní deska, hydroizolace stropní desky, zpevněné podloží železniční trati v přechodových oblastech, dočasné pažicí konstrukce potřebné pro realizaci výše uvedených konstrukcí z jednotné pracovní úrovně na dně těsněné stavební jámy a související zemní práce a úpravy terénu. Součástí navazující stavby silnice I/20, tj. součástí rozšíření a vybavení zárodku tunelu do podoby plnohodnotného silničního tunelu, budou tyto prvky: dočasné pažicí konstrukce potřebné pro realizaci navazujících zdí, zářezů a jam, tzv. „čelní odtěžování“ horniny uvnitř tunelu pod ochranou stropní desky a podzemních stěn, základová deska, veškeré stavební a technologické vybavení tunelu, portály (čela) tunelových trub včetně potřebných parapetních zídek, zábradlí, oplocení a těsnění míst stavebního navázání konstrukcí realizovaných v různých fázích výstavby. Dělení příčného řezu na zárodek tunelu a ostatní konstrukce a práce je schematicky zobrazeno na obrázku, kde jsou součásti zárodku tunelu vyznačeny modrou barvou a součásti dokončení tunelu barvou červenou.

Dělení na zárodek tunelu (modře) a dokončení tunelu (červeně) v příčném řezu

Zárodek tunelu v jedné z konfigurací po délce objektu je zobrazen v charakteristickém příčném řezu dříve v článku.

Protože byl projekt zárodku tunelu zpracován ve značném předstihu před projektem silnice I/20 samotné, musel být založen na řádné analýze tolerancí provádění a dostatečných rezervách v navržené geometrii, aby nezpůsobil problémy navazujícímu návrhu dokončení tunelu.

Technologie výstavby

Budoucí tunel bude hloubený čelním odtěžováním pod ochranou trvalých nosných konstrukcí stropní desky a podzemních stěn (tedy konstrukcí zárodku tunelu). Stejným způsobem již byly prováděny např. některé úseky tunelového komplexu Blanka v Praze. Podzemní stěny i stropní deska jsou navrženy z monolitického železobetonu a jsou realizovány z pracovní úrovně na dně předzářezu (stavební jámy). Obě tyto konstrukce jsou navrženy a prováděny jako vodonepropustné betonové konstrukce dle TP ČBS 04 [3]. Stropní deska je navíc z vnějšku chráněna vodotěsnou izolací celoplošně spojenou s podkladem, zataženou a zakončenou pod pracovní spárou s podzemními stěnami. Přestože německá směrnice, jíž je TP ČBS 04 překladem, není přímo určena pro tunely, jednalo se dle projektanta zárodku tunelu o nejvhodnější dostupný předpis, na základě kterého lze návrh a výstavbu vodonepropustné betonové konstrukce specifikovat. Podzemní stěny jsou hloubeny klasicky pod ochranou bentonitové pažicí suspenze za pomoci vodicích zídek.

Konstrukce zárodku tunelu jsou realizovány z pracovních plošin na dně dočasné stavební jámy. Úroveň pracovní plošiny pro provedení podzemních stěn byla volena blízko úrovně okolní HPV, aby při hloubení lamel podzemních stěn v podloží nevznikal hydraulický gradient vedoucí k pohybu podzemní vody, který by mohl ovlivnit výslednou kvalitu podzemních železobetonových stěn, ale zároveň dostatečně hluboko, aby se zbytečně nekumulovala odchylka (tolerance) od svislosti při provádění, kterou je nutné vzít v úvahu při návrhu světlých rozměrů příčného řezu tunelem. Pracovní úroveň pro realizaci stropní desky byla navržena na úrovni pracovní spáry mezi svislými stěnami a stropní deskou, s lokálními hlubšími rýhami pro provedení detailů. Rozsah dočasných výkopů byl volen tak, aby na velmi stísněném staveništi vytvořily dostatek prostoru pro rozvinutí zařízení staveniště včetně potřebných technologií výstavby a pro bezpečný pohyb stavební mechanizace.

Stropní deska je betonována přímo na podloží. Jako podklad pro betonáž slouží podkladní souvrství složené z hutněného zásypu s dočasným drenážním potrubím, podkladního betonu se strojně leštěným povrchem a separační vrstvy (geotextilie a plastové fólie). Toto souvrství zajišťuje drenáž (suché pracovní prostředí), dostatečnou únosnost, požadovanou rovinnost a geometrickou přesnost obecně (při absenci skruže) a účinnou separaci stropní desky od podkladních vrstev, která bude důležitá při budoucím provádění čelního odtěžování.

Stavební jáma je zajištěna dočasnou pažicí konstrukcí. Pažicí stěna je navržena jako (dočasně a přiměřeně) vodonepropustná, vetknutá do skalního podloží a uzavřená po celém svém obvodu tak, aby při realizaci konstrukcí z pracovní úrovně situované pod úrovní okolní HPV bylo dosaženo přijatelně malých přítoků podzemní vody, zvladatelných provozním čerpáním. Tím je zároveň zabráněno významnému poklesu okolní HPV, který by se mohl negativně projevit v podobě sedání objektů v rozsahu depresního kužele. Pažení má formu převrtávané pilotové stěny navržené s ohledem na hloubku výkopu, úroveň skalního podloží, polohu HPV a vnější zatížení.

Pilotová stěna je buď vetknutá (bez kotvení), kotvená dočasnými předpjatými zemními kotvami, nebo rozepřená v rozích ocelovými rozpěrami, vždy přes železobetonové převázky, a to v jedné nebo ve dvou úrovních. První kotevní nebo rozpěrná úroveň je navržena vždy v hlavě pilotové stěny. Toto umístění není staticky nejúčinnější, ale umožňuje nejrychlejší postup provádění. Druhá kotevní nebo rozpěrná úroveň, použitá v místech, kde jedna úroveň staticky nepostačí, je navržena nad předpokládanou úrovní okolní HPV, aby nebyla nutná realizace kotev pod HPV. Dočasné pažení je navrženo na relevantní stálá a nahodilá zatížení včetně zatížení železniční dopravou (na stávající nebo objízdné trase) nebo silniční dopravou (na okolních komunikacích) a jeho deformace a síly v kotvách jsou průběžně sledovány geotechnickým monitoringem pomocí geodetických bodů, inklinometrů a dynamometrů.

Postup a fáze výstavby

Konstrukce zárodku tunelu je realizována ve dvou fázích výstavby za pomoci dočasné objízdné trasy na železniční trati. Cílem je zachovat na dráze během výstavby alespoň jednokolejný provoz.

První fáze výstavby probíhala nejprve za neomezeného (dvoukolejného) provozu na stávající trati. V tomto období byly prováděny přípravné práce, zřizováno zařízení staveniště a budovány konstrukce dostatečně vzdálené od kolejiště. Poté byla vyloučena stávající kolej č. 2, rychlost provozu na koleji č. 1 byla omezena, byly přeloženy kolizní drážní sítě a na trakčním vedení bylo s ohledem na bezpečnost před účinky vysokého napětí zřízeno v rozsahu staveniště neutrální pole. Součástí této fáze byla realizace konstrukcí na sever (vpravo) od stávající koleje č. 1. Nejprve byla vytvořena uzavřená (těsná) stavební jáma, jež byla zajištěna pažením – na pravé straně staveniště, mezi stávajícími kolejemi a na severním i jižním konci. Z pracovní úrovně ve stavební jámě pak byly postupně provedeny vodicí zídky, podzemní stěny a úseky stropní desky v rozsahu první fáze a základy definitivních trakčních stožárů umístěné v půdorysu stavební jámy tunelu.

První fáze výstavby před položením objízdné trasy (snímek z 3D DGN modelu)

Následně byl realizován zpětný zásyp dokončené části tunelu a položena dočasná objízdná trasa železnice, včetně trakce a ostatního příslušenství přes dokončený úsek zastropeného tunelu, napojená na koncích do nového stavu koleje č. 2.

První fáze výstavby – dokončování pažení a výkop vodicích zídek
První fáze výstavby – výstavba stropní desky

Také u trakčního vedení objízdné trasy bylo z hlediska bezpečnosti před účinky vysokého napětí zřízeno po dobu výstavby zárodku tunelu neutrální pole.

První fáze výstavby po položení objízdné trasy (snímek z 3D DGN modelu)

Po převedení železniční dopravy na objízdnou trasu mohla být vyloučena stávající kolej č. 1 a zahájena druhá fáze výstavby tunelu zahrnující realizaci zbývajících konstrukcí na jih (vlevo) od původní trati. Provádění této fáze je v současnosti v běhu. Nejprve byla postupně dokončena uzavřená (těsná) stavební jáma, jež byla zajištěna zbývajícími úseky pažení a v níž proběhlo hloubení na pracovní úroveň zpevněného dna jámy. Poté budou odstraněny dále nepotřebné a kolizní úseky středové linie pažení (úsek mezi původními kolejemi). Z pracovní úrovně dna jámy budou provedeny vodicí zídky, podzemní stěny a úseky stropní desky v rozsahu druhé fáze výstavby zárodku tunelu.

Druhá fáze výstavby s objízdnou trasou (snímek z 3D DGN modelu)

Následně proběhne realizace základů definitivních trakčních stožárů situovaných v této oblasti, zásyp (včetně přechodových oblastí) a položení definitivní železniční trati s veškerým příslušenstvím. V tomto provizorním stavu bude zárodek tunelu čekat na zahájení navazující výstavby silnice.

Vybrané detaily technického řešení

Kategorie a vybavení tunelu

Jedná se o krátký obousměrný směrově rozdělený hloubený městský silniční tunel pod železniční tratí kategorie TD dle ČSN 73 7507 [9] bez veřejně přístupných chodníků. Návrhová rychlost silniční dopravy v tunelu bude 70 km/​​h (shodná s návrhovou rychlostí komunikace v tomto úseku) a kategorie šířkového uspořádání bude T7,5 dle ČSN 73 7507. V rámci profesní koordinace bylo odsouhlaseno směrové i výškové vedení trasy silnice v tunelu a nutný světlý prostor nad vozovkou (resp. nouzovými chodníky) po stropní desku i prostor pod vozovkou po základovou desku tunelu.

S ohledem na délku tunelu, intenzitu dopravy a podélný sklon komunikace nebylo nutné uvažovat nucené větrání, požární vodovod, SOS kabinky ani propojky mezi tunelovými troubami. Poloha záchytné jímky znečištěných vod je navržena mimo půdorys tunelu blízko nejnižšího místa zaoblení výškového vedení trasy.

Konstrukční řešení

Všechny konstrukce byly navrženy a posouzeny podle Eurokódů. Pažicí stěny byly analyzovány ve 2D řezech metodou závislých tlaků s modulem vodorovného odporu i metodou konečných prvků (MKP), kde byly součástí řezů sestavených pro konstrukci tunelu. Chování pažicích konstrukcí sledované geotechnickým monitoringem doposud odpovídá předpokladům projektu.

Konstrukce tunelu působí jako rovinný rám, buď jednokomorový, nebo dvoukomorový, jehož statické schéma i zatížení se mění v průběhu výstavby. Při čelním odtěžování není zespodu uzavřen základovou deskou, zatímco ve fázi definitivního tunelu bude. Konstrukce tunelu byla navržena pomocí výpočtových modelů v geotechnickém i statickém MKP softwaru a dále s ohledem na svislou únosnost i na vztlak. Uvažovány byly dynamické účinky železničního provozu. Betonové konstrukce byly navrženy jako vodonepropustné dle TP ČBS 04 [3], přičemž k vyšetřování trhlin od tepelných účinků při raném smršťování bylo využito předpisu CIRIA C660 [4].

Výhodou geotechnických MKP modelů bylo věrnější vystižení interakce konstrukce se základovou půdou a možnost simulace jednotlivých kroků výstavby, jejichž vliv na napětí a přetvoření v základové půdě se postupně kumuluje.

Snímek z výpočetního modelu

Nevýhodou těchto modelů s ohledem na geometrickou složitost objektu byl fakt, že každý je reprezentativní pouze pro svůj konkrétní řez. Pro překonání této nevýhody byly sestaveny modely statické, ve kterých je sice interakce se základovou půdou simulována pružinami a zemní tlak odpovídajícím zatížením, které však skrze systém zatěžovacích stavů, kombinací a tříd zatížení umožňují predikovat obálku účinků pro různé konfigurace zatížení podél tunelu.

Byla provedena velmi podrobná specifikace požadavků na betonovou směs za účelem omezení vývoje hydratačního tepla, raného smršťování a u podzemních stěn pro zajištění dostatečné zpracovatelnosti pro správné probetonování prostoru lamely při betonáži pomocí licí roury do bentonitové pažicí suspenze.

Pro omezení shluků výztuže způsobených stykováním přesahem byly u podzemních stěn obstarány nestandardně dlouhé pruty hlavní nosné výztuže průměru 40 mm.

Osazování výztuže podzemních stěn

U stropní desky bylo v kritických místech využito mechanických šroubových spojek na plnou únosnost.

Součástí návrhu byly také úvahy o dostatečné odolnosti a trvanlivosti konstrukcí včetně účinků požáru, které vedly k následujícím požadavkům: stěny tunelu budou v definitivním stadiu na líci obloženy předstěnou, která zajistí požadovaný vzhled a povrchovou úpravu, ochrání je před přímým stykem s korozivním aerosolem silniční dopravy v zimních měsících a bude mít funkci požárního obkladu. Betonová směs stropní desky byla navržena jako odolná vůči všem relevantním vlivům prostředí. Pro omezení explozivního odpadávání krycí vrstvy v případě požáru v tunelu budou do betonu použita polypropylenová mikrovlákna. Nicméně s ohledem na význam konstrukce se i přesto v definitivním stadiu počítá se zřízením požární ochranné vrstvy na vnitřním líci stropní desky.

Ochrana proti bludným proudům byla řešena standardními postupy dle TP 124 [1].

Detaily provádění

Hloubení podzemních stěn bylo prováděno lanovým drapákem v podloží charakteru zemin a hydraulickou frézou ve skalním podloží, vždy pod ochranou bentonitové pažicí suspenze. V některých místech bylo s ohledem na etapizaci výstavby nutné hloubit podzemní stěny přes piloty dočasných pažicích stěn. V těchto úsecích bylo navrženo vyztužení pilot pomocí prutů ze sklolaminátu (GFRP). Proveditelnost tohoto řešení se při rea­lizaci potvrdila. Nicméně bylo nutné beton pilot seshora předem rozrušit do takové hloubky, ve které má hlava hydrofrézy již dostatečný ponor a odpor pro hloubení skrze materiál ve vysoké pevnosti. Sklolaminátová výztuž se neukázala jako problém.

Během výstavby je nutné odčerpávat podzemní vodu přitékající skrze dno stavební jámy, tedy vrstvami skalního podloží. Přestože pažicí konstrukce pod úrovní okolní HPV pohledově nevykazují žádné viditelné známky průsaků, je pro udržení suché stavební jámy nutné udržovat kontinuální čerpání. Vyčerpanou podzemní vodu, přestože se jedná o vodu čistou, není z provozních důvodů správce sítě možné vypouštět do přilehlé městské kanalizace. Tato obtíž byla překonána tím, že se podzemní voda (za průběžných rozborů složení dle podmínek Povodí Vltavy) vypouští do přilehlé řeky Úslavy skrze potrubí nyní nepoužívaného výtlačného řadu, jehož šachty se před a za železniční tratí nacházejí v prostoru staveniště. Na předmětném řadu byly nejprve provedeny kamerové a tlakové zkoušky, aby byl ověřen jeho stav a dostatečná těsnost.

Závěr

Poměrně náročná výstavba a robustní konstrukce tunelu bude sloužit k tomu, aby budoucí stavba silnice I/20 v místě křížení se železniční tratí měla minimální dopad do dříve rekonstruované dráhy a veřejné prostředky vynaložené ve prospěch obou projektů tak byly použity co nejefektivnějším způsobem.

Poděkování autora patří zástupcům SŽ, ŘSD, Magistrátu města Plzeň, Vodárny Plzeň a Povodí Vltavy za věcný, aktivní a konstruktivní přístup při projednávání stavby.

 

Literatura

[1]    TP 124. Technické podmínky. Základní ochranná opatření pro omezení vlivu bludných proudů na mostní objekty a ostatní betonové konstrukce pozemních komunikací. Praha: MD ČR, OI, 2008.

[2]    SŽ (ČD) SR 5/7 (S). Služební rukověť. Ochrana železničních mostních objektů proti účinkům bludných proudů. Praha: ČD, 1997.

[3]    TP ČBS 04. Technická pravidla ČBS 04. Vodonepropustné betonové konstrukce. Překlad německé směrnice a komentáře. Praha: ČBS, 2015.

[4]    CIRIA C660. Early-age thermal crack control in concrete. London, UK: CIRIA, 2007. 271 p.

[5]    ČSN P 73 1005. Inženýrskogeologický průzkum. Praha: ÚNMZ, 2016.

[6]    ČSN EN 206+A1. Beton – Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda. Praha: ÚNMZ, 2018.

[7]    ČSN EN 1991 – 2 ed. 2. Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 2: Zatížení mostů dopravou. Praha: ÚNMZ, 2015.

[8]    ČSN EN 1538+A1. Provádění speciálních geotechnických prací – Podzemní stěny. Praha: ÚNMZ, 2016.

[9]    ČSN 73 7507. Projektování tunelů pozemních komunikací. Praha: ÚNMZ, 2013.

 

 

 

DESIGN AND CONSTRUCTION OF A STRUCTURAL FRAME OUTSET FOR A ROAD TUNNEL IN PILSEN
The paper describes the project preparation and lessons learned from the ongoing construction of a structural frame forming an outset for a road tunnel under a railway line in Pilsen. The project is interesting because investment plans of two public clients are intersecting there on a single site. The proposed design and the concept of a structural outset for a future tunnel result from the need to make sure that both plans are carried out without disproportionate impact on the other. This setting takes place on a relatively constrained site inside Pilsen and in a ground that is strongly influenced by a shallow groundwater table level.

Pojmy v tomto článku

3/2022 Mosty a tunely | 10.9.2022 | Stavební konstrukce

Použití betonu při výstavbě Zvěrotického tunelu

Článek popisuje použití betonu a z něj podle principů observační metody navržené a provedené konstrukce ve specifických geotechnických podmínkách tunelu Zvěrotice. Jednalo se o dočasné i trvalé konstrukce ke stabilizaci a ochraně svahů stavební jámy, pilotové stěny a jejich př...
3/2022 Mosty a tunely | 10.9.2022 | Stavební konstrukce

Tramvajový tunel v Brně-Žabovřeskách

V Brně-Žabovřeskách probíhají od roku 2018 stavební práce na úpravě a zkapacitnění úseku VMO. Součástí druhé etapy výstavby je vybudování nového tramvajového tunelu a rozšíření silnice I/42 na čtyřpruhovou. V příspěvku je podrobněji představena jak konstrukce tunelu (s přesypa...