Stavba kabelového tunelu Vltava v Praze

Popis stavby
Stavba KT Vltava spojuje transformovny (TR) Pražské energetiky, a. s., TR Smíchov a TR Karlov a překonává v oblasti mezi botelem Admirál a Trojickou ulicí nejkritičtější úsek trasy – tok Vltavy. Tunel Vltava je cca 280 m dlouhý a je veden 15,5 m pod dnem Vltavy.

Světlý profil tunelu je podkovovitý, 2,4 m široký a v klenbě vysoký 2,6 m. Na obou koncích tunelu jsou technologické šachty pro vyvedení, respektive zaústění kabelů do navazujících kopaných tras energetické sítě.

Na smíchovském břehu se nachází 28,5 m hluboká šachta K35 o průměru 3,9 m, na novoměstském břehu pak šachta K36 o průměru 3,2 m a hloubce 26,8 m. KT Vltava umožňuje vedení dvou kabelů o napětí 110 kV, devíti kabelů o napětí 22 kV a další energetické i komerční kabeláže.

Technologicky byla ražba realizována na plný profil. Provizorní zabezpečení konstrukce tunelu bylo řešeno pomocí důlní výztuže s vloženou ocelovou sítí a stříkaným betonem. Definitivní ostění bylo provedeno z litého vodostavebního betonu o tloušťkách 250 mm u tunelu a 300 mm v šachtách.


Šachty byly hloubeny s dvojím způsobem zajištění: v pokryvných útvarech byla stavební jáma zajištěna stěnou z převrtávaných pilot vetknutých do skalního podkladu a s dotěsněním tryskovou injektáží, ve skalním podloží byly šachty zajištěny vodorovnými kruhovými ocelovými rámy z důlní výztuže v kombinaci s ocelovým pažením, lokálně se stříkaným betonem s vloženou armovací sítí.


Uplatnění observační metody
Při budování této stavby se bylo třeba vyrovnat s řadou rizik, která jsou spojena například s ražbou podzemního díla pod vodním tokem, s prováděním prací v husté městské zástavbě či s vedením trasy podzemního díla ve složitých geologických i hydrogeologických podmínkách. Ražba tunelu byla navržena a realizována s použitím Nové rakouské tunelovací metody (NRTM), která umožňuje přizpůsobit technologii ražby a zabezpečení stavby skutečným geologickým podmínkám a případně technickými opatřeními či přizpůsobením technologických postupů stavby operativně reagovat na chování monitorovaného horninového prostředí.

Obě uvedené skutečnosti určily základní cíle, účel a rozsah prováděného geotechnického monitoringu. Hlavním úkolem geotechnického monitoringu bylo jednak zajistit bezproblémovou ražbu s minimalizací rizik, přitom ale umožnit přiměřené finančními úspory z hospodárného řešení díla. Již ve fázi projektové přípravy stavby byly v součinnosti projektanta a geotechnika navrženy základní principy pro uplatnění observační metody při realizaci stavby.

Na základě výsledků podrobného inženýrskogeologického průz­kumu byla provedena geotechnická analýza předpokládaného působení a chování tunelové stavby, byl zpracován projekt geo­technického monitoringu a navrženy limity varovných stavů. Zohledněny přitom byly i zkušenosti získané z obdobného úkolu při budování a monitoringu kabelového tunelu Štvanice v letech 1999 až 2001.


Podélný řez

Geologické a hydrogeologické poměry stavby
Ražba tunelového díla probíhala ve skalních horninách libeňského souvrství, které je na smíchovské straně vyvinuto ve facii jílovitých břidlic a na novoměstské straně ve facii řevnických křemenců. Libeňské břidlice byly od smíchovské části stavby dokumentovány převážně jako zdravé, místy tektonicky porušené, deskovitě vrstevnaté. Od staničení asi 207 m až do prorážky do novoměstské šachty K36 byly zastiženy křemence, respektive horninový masiv s nepravidelným střídáním břidlic a křemenců.

Šachty K35 a K36 byly hloubeny ve svrchních partiích ve vrstvách antropogenních navážek, kterými bylo nábřeží Vltavy v minulosti zvyšováno, a ve vrstvách kvartérních zemin náležejících k maninské údolní terase – fluviálních sedimentů a holocénních náplavů.

Podzemní voda v zájmovém území vytváří dva samostatné horizonty. Prvním je kvartérní průlinová zvodeň vázaná na holocénní náplavy a fluviální sedimenty maninské terasy. Úroveň a kolísání této poříční podzemní vody je v přímé závislosti na stavu vody ve Vltavě. Další hlubší zvodeň je v zájmovém území vázána na skalní horninové prostředí. Jedná se o nesouvislou puklinovou podzemní vodu. Horniny skalního podloží jsou v neporušeném stavu pro vodu prakticky nepropustné, na tektonických poruchách byly však přítoky významných vydatností kolem 10 l/s.

Geotechnický monitoring a bezpečnostní sledování
Z hlediska geotechnického monitoringu pro NRTM a pro průběžné hodnocení podmínek hloubení jam šachet a ražby kabelového tunelu bylo třeba řešit především tyto problémy:

• geotechnický monitoring a geologický dohled stavby pro NRTM,
• sledování vlivu stavby na její okolí, zejména na vybrané objekty městské zástavby,
• doplnění geologických, geofyzikálních a hydrogeologických údajů pro řízení a optimalizaci stavebních postupů.

Pro řešení těchto dílčích problémů byly provedeny nebo účelově kombinovány soubory prací a monitorovacích postupů:

• pasportizace a repasportizace pro dokumentaci stavebnětechnického stavu vybraných objektů nadzemní zástavby, dokumentaci vlivu stavby na její okolí a pro vytipování rizikových míst a prvků pro následný monitoring,
• měření přesných deformací – deformometrická měření rozevírání trhlin s měřením teploty konstrukce či masivu a náklonoměrná měření pro zjištění případného naklánění vybraných objektů v okolí stavby,
• měření svislých poklesů nivelačních bodů metodou přesné nivelace na povrchu a na vybraných stavebních objektech stavby i nadzemní zástavby pro monitoring sedání a vertikálních posunů,
• konvergenční měření při ražbě kabelového tunelu a při hloubení šachet pro sledování vývoje deformací horninového masivu a dokumentaci tvarových změn profilu budovaného díla,
• měření hluku v prostoru zástavby pro posouzení akustických účinků stavby v blízkosti vstupů do podzemí,
• měření seizmických účinků trhacích prací na základě stanovení rychlostí kmitání základových půd, stavebních objektů či jejich částí a posouzení měřených hodnot s předepsanými limity (ČSN, OBÚ),
• geotechnický a geologický dohled ražby a provádění stavebních prací – koordinace a dohled nad prováděním prací z geologického a geotechnického hlediska, sledování vlivu a postupu prací v souvislosti s měřenými hodnotami a dosažením limitů varovných stavů.

Rozsah instrumentace, počty kontrolních měření a rozsah prováděných prací i návrh kritérií varovných stavů byl specifikován v projektu geotechnického monitoringu. Realizace kontrolních měření si v průběhu stavby nevyžádala žádnou podstatnou změnu v koncepci monitoringu a výsledky realizovaných geologických prací byly aplikovány pro dokumentaci a řízení stavebních postupů. Výsledky geo­technického monitoringu byly v průběhu stavby dostupné vždy v aktualizovaných datových a grafických souborech na internetu prostřednictvím zákaznické on-line databáze.

Současně byl pro seizmická měření provozován bezpečnostně informační systém, který například po každém provedeném odstřelu informoval prostřednictvím SMS zprávy a e-mailu určené osoby o měřených hodnotách seizmických účinků trhacích prací. Kromě toho byly za jednotlivé pracovní postupy zpracovávány a předkládány příslušné technické zprávy s vyhodnocením a předložením stavebnětechnického doporučení.

Vybrané aplikace výsledků provedených prací
Upřesnění geologických poměrů v trase raženého tunelu
Při geologickém průzkumu prováděném v rámci projektové přípravy stavby byly na obou březích provedeny jádrové vrty. Trasa pode dnem byla posuzována pomocí komplexu nepřímých geofyzikálních metod. Výsledky průzkumu pro trasu tunelu byly posuzovány především z hlediska výskytu pro ražbu nejvýznamnějších geologických prvků, kterými jsou v území zájmové stavby průběhy poruchových tektonických zón a výskyty pruhů velmi tvrdých řevnických křemenců.

Ověření obou těchto jevů vrtnou sondáží z hladiny Vltavy v úseku s hustou lodní dopravou je značně obtížné, nákladné a bodové informace stejně nemohou přinést dostatečně věrohodný podklad pro ražbu. Z těchto důvodů byly navrženy a realizovány pod tokem Vltavy horizontální předvrty. Původní technologie jádrových vývrtů byla značně časově náročná, a proto bylo přistoupeno k vrtání bezjádrovému se sledováním vrtné drtě z hlediska indikací poloh křemenců a s dokumentací a geotechnickou klasifikací prostředí před ražbou pomocí vrtných geofyzikálních metod. Tyto byly zastoupeny vrtným georadarem a mikroseizmokarotáží s podrobným krokem vždy do vzdálenosti 20 až 33 m před čelbu.

Oba typy měření byly prováděny vždy během poloviny noční směny s vyhodnocením a předáním výsledků a návrhů opatření pro ražbu během následující ranní směny. Uvedený systém se ukázal dostatečně pružný a pro potřeby stavby zcela vyhovující z hlediska provedení ochranných opatření a postupu ražby.

Při ražbě kabelového tunelu pod Vltavou byly v úseku 10 až 207 m zastiženy jen břidlice libeňského souvrství. Od staničení tunelu asi 150 m byly ve výsledcích průzkumu interpretovány poruchové zóny, které by mohly být doprovázeny vysokými přítoky vody. V některých úsecích byly zastiženy tektonické poruchy ve formě jednoduchých průběžných diskontinuit až drcených pásem o mocnosti do 30 cm. Tyto poruchy byly utěsněny jílovitě rozloženými břidlicemi a k výraznějším přítokům vody do díla tak nedocházelo. Křemence byly ražbou zastiženy až od staničení cca 207 m (před pravým břehem Vltavy, a to v pravé straně čelby u dna výrubu. Až do prorážky tunelu dne 13. 12. 2007 se polohy břidlic a křemenců nepravidelně střídaly.

Radarové měření v předvrtu	Střídání poloh břidlic a křemenců

Dosažení varovného stavu deformací během ražby
Během ražby tunelového tubusu bylo při staničení 209 m na profilu KVG 20 měřením zaznamenáno dosažení konvergenčních deformaci bodů ve spodní části výrubu o velikosti 21,5 mm. Vzhledem k překročení projektem předepsané limitní deformace 10 mm byla přijata opatření pro řešení tohoto stavu. Byly zhuštěny intervaly měření a současně byla v daném úseku v předstihu vybetonována podlaha, která do konstrukce vnesla rozpěrný stabilizační účinek. Následně se deformace ustálily a na základě dalších měření nebylo potřebné realizovat další bezpečnostní opatření.

Z ostatních měření geotechnického monitoringu během výstavby nevyplynuly žádné technicky významné anomálie; měřené hodnoty se pohybovaly v limitech stanovených projektem či pod hodnotami předepsanými ČSN.

Úspora při zajištění masivu
V projektové dokumentaci byla s ohledem na význam a složitost stavby navržena opatření pro zajištění masivu. Pro oblasti se zvláště nepříznivými poměry skalního prostředí bylo uvažováno o systémovém kotvení masivu hydraulickými svorníky. Na základě dokumentace geologického prostředí a komplexního vyhodnocení prováděných geotechnických měření bylo možné od této technologie upustit.

Koncepce varovných stavů
Při návrhu varovných stavů se vycházelo z výše uvedeného členění hlavních geotechnických problémů a technických možností nápravných opatření během ražby tunelu či během hloubení šachet. Na základě dřívějších zkušeností s predikcí číselných údajů monitorovaných veličin je vedle číselné hodnoty pro daný varovný stav (zejména pro druhý a třetí) jako kritérium používán trend měřené veličiny.

Členění do stupňů varovných stavů respektuje časový průběh měřených veličin – zda je oscilační, jednosměrný či zrychlující se průběh. Reakcí na dosažení prvního varovného stavu je zvýšení četnosti odečtů, opatřením při dosažení druhého varovného stavu je doplnění měřidel pro získání úplnější charakteristiky a pro třetí varovný stav se navrhují a realizují sanační a technická opatření.

Je také třeba upozornit, že varovné stavy se nestanovují jako konstantní veličina platná pro celou dobu sledování, ale že jde o hodnoty, které se musejí postupně zpřesňovat podle výsledků vyhodnocení určité etapy sledování. Upřesnění může vést jak k změkčení, tak i ke zpřísnění kritérií. Pro uplatnění koncepce varovných stavů je nutná aktivní vzájemná součinnost projektanta, geotechnika a prováděcí stavební firmy.

Závěr
S ohledem na složité základové podmínky při výstavbě kabelového tunelu Vltava byl použit postup pomocí observační metody. Před zahájením stavby byl stanoven rozsah a způsob monitoringu stavby i jejího bezprostředního okolí a byly stanoveny limity varovných stavů. Tyto práce byly v průběhu stavby realizovány a doplněny v dostatečném předstihu před čelbou souborem geofyzikálních průzkumných prací pro účelovou dokumentaci kvality skalního masivu v trase stavby. V případě stavby KT Vltava splnily geotechnický monitoring i geologické a bezpečnostní sledování zadaný cíl.

Nástroje a prostředky geologického, geotechnického a stavebního monitoringu jsou oblastí, která se neustále vyvíjí – to se týká zejména přístrojového vybavení nebo způsobů provádění odečtů a přenosu měřených dat, a kterou je nutné navrhovat a provádět vždy individuálně s ohledem na potřeby a dané podmínky realizované stavby.

Geotechnický monitoring se v posledních letech stává nedílnou součástí výstavby, hlavně při realizaci podzemních staveb, které jsou preferovány zvláště v městských aglomeracích či v chráněných přírodních územích. Principy observační metody, kdy je značná část průzkumných prací před zahájením stavby nahrazena kontrolním sledováním skutečného stavu a podmínek působení při vlastní výstavbě, lze s výhodou aplikovat i při řešení jiných úloh speciálního zakládání.  

Při rozhodování o uplatnění systému kontrolního sledování je třeba si rovněž uvědomit, že včasné rozpoznání bezpečnostních rizik na stavbě a včasné přijetí technických opatření je vždy výhodnější, než řešení následků škod a havárií.

Identifikace stavby Stavba: KT Vltava Investor: PREdistribuce, a. s., Svornosti 3199/19a, 150 00 Praha 5 Generální projektant: KO-KA s. r. o., Thákurova 7, 166 29 Praha 6 Generální dodavatel: NAVATYP a. s., Divize 03, Revoluční 25/767, 110 00 Praha 1 Geotechnický monitoring:  INSET s. r. o., Novákových 6, 180 00 Praha 8 Zahájení stavby: březen 2007 Dokončení stavby: září 2008

Ing. Roman Smolík, CSc.; Ing. Jozef Uriga
Foto: INSET s. r. o.

Společnost INSET s. r. o. je zaměřena především na provádění geologického průzkumu, geotechnického monitoringu, průzkumu pro zakládání staveb, posuzování stavebních konstrukcí, navrhování sanačních opatření a kontrolu provádění staveb.

Literatura:
1. Cupal, P.: Energetické tunely pod Vltavou. In: Stavebnictví, 2007, č. 5.
2. Uriga, J.: Kabelový tunel Vltava. Projekt geotechnického monitoringu, č. zak. 0703 0041 000, objednavatel: PREdistribuce, a. s., Praha, 2007.

Článek byl uveřejněn v časopisu Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.