asb-portal.cz - Odborný portál pro profesionály v oblasti stavebnictví
Partneři kategorie

Geotechnický monitoring při výstavbě tunelů Slivenec – stavba SOKP 514

19.10.2009
Tunely Slivenec se v létě roku 2010 stanou novou a velmi důležitou součástí obchvatu kolem hlavního města ČR Prahy. Jedná se o jihozápadní­ část okruhu kolem Prahy, jež spojuje dvě hlavní dálniční tepny ČR (dálnice D1 a D5) směr východ–západ.
Ražba tunelů Slivenec zahrnuje výstavbu dvou souběžných tunelů dlouhých asi 1300 m (stoupající třípruh a klesající dvoupruh) mezi Lochkovem a Radotínem. Profil výrubu ve dvoupruhovém tunelu (2PT) činí asi 103 m2 a ve třípruhu (3PT) asi 125 m2. Tunely jsou raženy podle zásad Nové rakouské tunelovací metody (NRTM). Na ražené tunely navazují hloubené úseky, které dosahují na Lochkovském portále 350 m, takže celková délka tunelů bude činit až 1 660 m (obr. 1). Součástí ražeb bylo také provedení 6 tunelových propojek.


Obr. 1: Situace tunelů Slivenec na silničním okruhu kolem Prahy

Zastižená geologie při ražbě tunelů

Tunel Slivenec se nachází na jihozápadním okraji hlavního města Prahy. Čistě z hlediska geologického se jedná o velmi zajímavou, dnes již klasickou geologickou oblast Barrandien. Tunel je situován do hrany svahu údolí řek Vltavy a Berounky s převýšením až 130 m.

Horniny, ve kterých byl tunel Slivenec ražen, jsou horniny paleozoického stáří. Jsou to jednak horniny svrchního ordoviku (králodvorské a kosovské souvrství) a jednak spodního až svrchního siluru (liteňské a kopaninské souvrství). Ordovické a silurské horniny byly při variském vrásnění nejprve zvrásněny a posléze rozlámány v jednotlivé tektonické kry. Nedaleko tunelu Slivenec probíhají místní výrazné tektonické linie očknovský zlom a kodský zlom. Z hlediska litologického a statigrafického se jedná o horniny silurské, reprezentované souvrstvím kopaninským a souvrstvím liteňským, a horniny ordovické, reprezentované souvrstvím kosovským a králodvorským.

Obě tunelové trouby byly tudíž raženy v ordovických a silurských horninách, které byly tektonicky porušené a prostoupené zlomovými a vrásovými poruchami. Jednalo se především o vápnité břidlice, doplněné četnými vložkami vápenců či prachovců. V některých úsecích byly zastiženy bazaltové tufy. V polohách tufitických břidlic byly dokumentovány kulovité diagenetické konkrece o velikosti až 0,5 m. Další část ražeb probíhala střídavě v břidlicích, pískovcích až křemitých pískovcích, případně tufech.

U Lahovického portálu (zhruba do 50 m) byly zastiženy horniny králodvorského souvrství (ordovik) postižené četnými příčnými zlomy, tvořící poruchové zóny s výplní drcené horniny a paralelními zlomy. Z geotechnického hlediska se jednalo o silně porušený masiv a vzhledem k minimálnímu horninovému nadloží (3 až 10 m) šlo o nejobtížnější úsek ražby.

Investorem stavby je Ředitelství silnic a dálnic ČR Praha (dále ŘSD) a společnost ARCADIS Geotechnika a. s., a ve sdružení se společností PUDIS, a. s., společně zajišťuje během stavby tunelů kompletní geotechnický monitoring (dále GTM). Vedoucím tohoto sdružení je ARCADIS Geotechnika a. s., která je pověřena také vedením kanceláře monitoringu.

Geotechnické poměry stavby

Pro stavbu tunelu Slivenec bylo provedeno několik etap geotechnického průzkumu. Před ražbou vlastních tunelů byla v průběhu roku 2004 vyražena i průzkumná štola, situovaná v ose třípruhového tunelu. Ražba průzkumné štoly byla prováděna z obou portálů (portál Lochkov, portál Radotín). Geo­technický průzkum zde provedly společnosti PUDIS­, a. s., (úpadní část od portálu Lochkov) a ARCADIS­ Geotechnika a. s., (dovrchní část od portálu Radotín). Součástí ražby průzkumné štoly bylo také vyražení 7 výhyben, které byly ve shodném průřezu jako následný profil kaloty tunelu. Ve dvou pokusných výrubech byly realizovány sdružené vyhodnocovací geotechnické profily, do nichž bylo koncentrováno extenzometrické měření deformací nadloží tunelu, konvergenční měření na primárním ostění, nivelace poklesů na terénu v kombinaci s presiometrickými zkouškami­ realizovanými ve vějířích okolo štoly. Realizace těchto rozšířených pokusných výrubů umožnila sledovat reálné hodnoty deformací projektovaného výrubu kaloty budoucího tunelu a následnou predikci deformací ostění tunelu i vývoje poklesové kotliny na povrchu terénu.

Na základě interpretace výsledků geotechnického průzkumu byly geotechnické poměry v trase ražby tunelů rozčleněny do 18 kvazihomogenních celků. V projektové dokumentaci pro kontrakt byly definovány technologické třídy NRTM TT3, TT4, TT5a, TT5b a TT5c. V RDS pak byly stanoveny limitní deformace primárního ostění pro jednotlivé vystrojovací třídy a dílčí výruby.

Technologie a stručný postup ražeb
Samotné ražby tunelů Slivenec byly zahájeny v prosinci roku 2006 zaražením dvoupruhového tunelu v profilu kaloty. Následná ražba 3PT započala v polovině února 2007.

Průzkumná štola ve 3PT byla pro ražbu tunelu optimálně situována, horní klenba primárního ostění tunelu byla vyprojektována asi 0,5 m pod strop průzkumné štoly (obr. 2). Zhotovitel ražby tunelu tak odstraňoval pouze boky a případné dno ostění štoly a její horní část zůstávala při výrubu kaloty jako podpůrný prvek v nově zhotovovaném ostění horní klenby tunelu. Štola zde tudíž působila jako ztužující podélný nosník, který evidentně vylepšoval stabilitu čelby tunelu.

S ohledem na stísněné poměry Lahovického (jižního) portálu a optimální využití mechanizmů bylo navrženo razit tunelové trouby v celé délce z Lochovského portálu s horizontálním členěním výrubu na kalotu, opěří  a případně spodní klenbu (invert). Uzavírání ostění spodní klenbou v rámci NRTM 5b bylo prováděno pouze v obou příportálových úsecích a v místech zhoršených geologických podmínek a zvýšeného deformačního chování na primárním ostění. První tunelová prorážka na Lahovickém portále se uskutečnila dne 13. 12. 2007 (3PT). Ražba kaloty 3PT zde trvala pouze 9 měsíců i proto, že 7 úseků kaloty v úhrnné délce 193 m bylo vyraženo v etapě podrobného průzkumu jako výhybny průzkumné štoly. Z toho vyplývá, že úsek kaloty 3PT dlouhý asi 1 109 m byl vyražen se solidním průměrným měsíčním postupem 123,2 m.

S pokračujícími ražbami v obou tunelech byl následně prováděn výrub opěří či v několika málo případech i výrub invertu. Součástí ražeb bylo také provedení 6 tunelových propojek. Kalota 2PT byla proražena asi 30 m od Lahovického portálu dne 2. 5. 2008. Následovalo dokončení ražeb spodní části tunelu (opěří) 3PT dne 24. 5. 2008 a dokončení ražby invertu ve 2PT dne 7. 6. 2008.

Opomineme-li zhotovování výklenků v primárním ostění (výklenky pro SOS, hydranty atd.), tak ražba na popisovaných tunelech byla ukončena dne 16. 6. 2008 proražením propojky č. 1.

Geotechnický monitoring (GTM) při stavbě tunelů Slivenec
Cíle monitoringu
Cílem činností souboru měření, sledování a vyhodnocení v rámci komplexního geo­technického monitoringu tunelu Slivenec bylo dosažení nejen dobrých kvalitativně-technických, ale i příznivých ekonomických parametrů stavby za minimálních negativních dopadů na životní prostředí a na dotčené objekty na terénu.

Jedním z dalších cílů geotechnického monitoringu při ražbách tunelů bylo průběžné ověřování shody předpokladů projektu stavby se skutečností a získávání podkladů pro optimalizované zatřiďování výrubů do technologických tříd NRTM. Po skončení všech ražeb na tunelech Slivenec je v současnosti zřejmé, že tým odborníků geotechnického monitoringu se jednoznačně podílel na nastavení podmínek pro úsporné a optimalizované provedení ražeb. Tuto skutečnost potvrzuje vyhodnocení použití TT NRTM na obou tunelech oproti předpokladům.

Organizace geotechnického monitoringu
Nepřetržitý geotechnický monitoring stavby podával všem zúčastněným stranám informace o geotechnických vlastnostech horninového masivu, o jeho deformačním chování na budovaném primárním ostění či o vlivech výstavby tunelů na povrch, prostřednictvím informačního systému monitoringu – systém BARAB®, provozovaného společností ARCADIS­ Geotechnika a. s. Zmiňovaný on-line systém byl v 1. pololetí roku 2007 doplněn o prezentační platformu GIS (geografický informační systém). Platforma GIS umožňuje vizualizaci předmětů monitoringu (tj. poloha jednotlivých měřicích míst, aktuální poloha čeleb atd.) spolu s mapovými podklady (např. projekt, situace).

Zpracovaný projekt geotechnického monitoringu uvažoval předpokládané charakteristické typy deformačního chování systému horninový masív – ostění a z nich vyplývající tři hlavní varovné stavy. Kritériem pro posouzení, zda nastal, či nenastal varovný stav, byly předem stanovené hodnoty deformací výrubu či sedání terénu a ovlivněných konstrukcí na povrchu s ohledem na průběh vývoje deformačního chování.

Stručné vyhodnocení geomonitoringu

Při převážné většině prováděných měření bylo zaznamenáno příznivé deformační chování zařazené do varovného stavu vysoké bezpečnosti. Ovšem během výstavby tunelů Slivenec probíhala ražba i ve velmi složitých geotechnických podmínkách, a tak byl v několika málo případech varovný stav bezpečnosti překročen a musel být uplatněn princip observační metody.

Maximální pozornost v průběhu ražeb byla věnována precizně provedenému geo­logickému sledování ražeb v součinnosti s konvergenčním (dále KVG) měřením primárního ostění. Celkem bylo při ražbě v obou tunelech osazeno 126 konvergenčních profilů. Pro názornost v následujícím textu popíšeme jednu z problematických situací při ražbě tunelů.

Ta nastala při ražbě kaloty 2PT těsně v oblasti za povrchovou zástavbou. Ve staničení od 740 TM byly geologickou službou zaznamenány zhoršené IG podmínky způsobené tektonickými poruchami na čelbě, a tak byl kontrolním orgánem GTM odsouhlasen vložený profil 21.60 (741,5 TM), i když předchozí profil nevykazoval zvýšené deformační chování. Dnes je již zřejmé, že tento profil zaznamenal vůbec největší absolutní deformace v celém dvoupruhovém tunelu. V průběhu ražby kaloty byl totiž zaznamenán prudký nárůst deformací již v prvních dnech po osazení KVG bodů, takže bylo rozhodnuto o dodatečném navrtání 6 m dlouhých radiálních IBO kotev na 8 postupech (2 dvojice kotev do každého záběru).

Jelikož nebylo dosaženo potřebného efektu, byly tyto dodatečné vystrojovací prvky ještě doplněny do stejných záběrů (737 až 746 TM) vodorovnými kotvami o délce 8 m u patek kaloty. Až po aktivaci těchto opatření došlo k ustálení deformací na KVG profilu, ale deformační hodnoty se po ražbě kaloty již pohybovaly ve II. stupni varovného stavu – maximum činilo 62 mm ve vertikálním směru (obr. 4). Z výše uvedených skutečností bylo velmi pravděpodobné, že při následné ražbě opěří v této oblasti dojde k rozhodnutí o uzavření spodní klenby v postiženém úseku ražeb. Předpoklad se naplnil, další přírůstek při uzavírání profilu tunelu (výrub opěří a invertu) činil ještě více než 20 mm, takže se konečná maximální hodnota bodu 21.60.02 ustálila na 87 mm. Jelikož oba sousední profily dosáhly maximálních deformačních hodnot do 40 mm, bylo logické, že v popisované omezené oblasti byly zaznamenány trhliny na primárním ostění, které ohraničovaly tuto oblast, a byly rovněž zařazeny do sledování v rámci GTM. Po uzavření profilu tunelu spodní klenbou se deformace v této oblasti definitivně ustálily.



Obr. 4: Konvergenční měření – zvýšené poklesy na profilu 21.60 – ve dvoupruhovém tunelu

Dále bylo na celou délku tunelů navrženo sedm sdružených příčných vyhodnocovacích profilů. Tyto profily zahrnovaly především nivelační měření povrchu a konvergenční měření na primárním ostění obou tunelů. Ve dvou případech byly součástí sdružených profilů extenzometrické vrty a ve dvou profilech u Lahovického portálu zase inklinometrické vrty.

Kontrolní sledování na stavbě tunelu Slivenec tak zahrnovalo i extenzometrické a inklinometrické měření ve svislých vrtech, doplněné o nivelační měření povrchu (sedání). Šest extenzometrických vrtů bylo situováno nad oběma tunely ve dvou sdružených profilech v úvodní části ražeb blízko portálu Lochkov. Měření extenzometrů potvrdilo předpoklady z průzkumné štoly, že se v těchto místech s nadložím zhruba 10 m již vytvářela nad tunelem přirozená horninová klenba, která přenášela veškerá napětí od vyrubaného prostoru.
Inklinometrická měření byla projektem geo­technického monitoringu naopak navržena na druhém konci stavby, tj. poblíž Lahovického portálu. Jeden inklinometrický vrt byl umístěn do příčného profilu v blízkém okolí rozsáhlého objektu Radotínské vodárny a zbylé čtyři inklinometry byly situovány ve sdruženém profilu, cca 15 m od hrany portálu. Z vyhodnocení lze konstatovat, že po ukončení ražeb dosahovaly horizontální deformace v obou zmíněných profilech maximálně necelých 18 mm. Oba popisované vyhodnocovací profily byly doplněny nivelačním měřením na povrchu, jež zachytilo vývoj příčné poklesové kotliny.

Kromě těchto měření bylo na obou portálech použito trigonometrické měření, které zaznamenalo po dokončení ražeb maximální pohyby do 30 mm. Velkým přínosem pro vyhodnocování geotechnického monitoringu bylo i nivelační měření povrchové obytné zástavby. Objekty z městské části Praha-Radotín – Višňovka byly nad tunely situovány zhruba uprostřed ražeb, v místě velkého nadloží (nad 50 m). Část povrchové zástavby byla situována v zóně zdravých a pevných hornin skalního podloží, ale část byla naopak nad oblastí zhoršených geologických podmínek, způsobených tektonickým porušením horninového masivu. To se projevilo i na rozdílných absolutních hodnotách sedání jednotlivých nadzemních objektů. Maximální pokles 33 mm byl naměřen na třech sousedních domech přímo nad osou tunelu 3PT. Příznivou skutečností bylo však rovnoměrné sedání, zaznamenané prakticky na všech povrchových objektech. Nejméně příznivý poměr nerovnoměrného sedání na obytných domech činil přijatelných 1 : 1400.

V rámci GTM při výstavbě tunelů byla taktéž prováděna i seismická či akustická měření na objektech, hydrogeologický monitoring apod., která rovněž výrazně přispěla k co nej­optimálnějšímu způsobu ražby obou tunelů.

Závěr

V současnosti jsou ukončené ražby obou tunelů Slivenec a dokončuje se betonáž sekundárního ostění a zásypy hloubených tunelů. Následuje kompletace technologií v tunelech tak, aby mohla být stavba uvedena do provozu v roce 2010. Tunel Slivenec se tak stane součástí potřebného a velmi očekávaného silničního okruhu kolem Prahy. Komplexní geotechnický monitoring na tunelech Slivenec nemalou měrou přispěl ke zdárnému postupu výstavby.

Příspěvek vznikl s laskavým přispěním Grantové agentury ČR v rámci řešení grantu č. 103/09/2016  a ČBÚ v rámci řešení projektu č. 6108.

Ing. Radek Bernard
Foto: ARCADIS Geotechnika a. s.

Radek Bernard pracuje ve společnosti ARCADIS Geotechnika a. s. již 13. rokem a v současnosti zde působí na pozici specialista podzemních staveb. Funkci hlavního inženýra kanceláře GTM zastával od roku 2003 především na tunelu Valík u Plzně, tunelu Slivenec a dalších podzemních stavbách.

Literatura
1. Bohátka, J.: Geotechnický a hydrogeologický monitoring při stavbě tunelů Slivenec. Projekt, 12/2006.
2. Bernard, R. – Bohátka J.: Geotechnický monitoring při stavbě SOKP 514 – Tunely Slivenec. In: ITA – IATES TUNEL, č. 4, 2008.
3. Chmelař, R. – Březina, B.: Two Different Concepts of Geotechnical Survey and Monitoring in Exploration Galleries for Tunnels in Prague-Lahovska Exploration­­ Gallery and Blanka Exploration Gallery. Proc. Of the 33rd ITA-AITES Tunnel Congress, Prague, Czech Republic, 5–10 May, 2007.
4. Bernard, R. – Bohátka, J. – Chmelař, R. – Síla, L.: Geo­technical Monitoring of the Slivenec Road Tunnel on the Prague City Ring Road, Proc. of the 35rd ITA-AITES Tunnel Congress, Budapešť, Hungary, 23–28 May, 2009.

Článek byl uveřejněn v časopisu Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.

Komentáře

Prepíšte text z obrázku do poľa. Ak nedokážete text rozoznať, kliknite na obrázok.

Další z Jaga Media