Průzkumná štola Kamenná Vrata

Článek pojednává o realizaci průzkumné štoly Kamenná Vrata, která v úseku Praha – Jílové u Prahy předchází výstavbě stejnojmenného dálničního tunelu. Tunel bude realizován severozápadně od města Jílové u Prahy. Celá dálnice D3 by v budoucnu měla výrazně ulevit přetížené silnici I/3 a odklonit dopravu z komunikací nižších tříd. Dokončená dálnice by měla propojit Českou republiku s Rakouskem a být součástí transevropské dopravní sítě označené TEN-T.

V současné době probíhá v České republice výrazná stavební činnost v oblasti liniových dopravních staveb. Rozestavěnost dálnic a silnic prvních tříd je značná. V loňském roce bylo zprovozněno téměř 140 km dálnic a silnic prvních tříd, v letošním roce 2025 bude zprovozněno zhruba 100 km, zatímco dalších 110 km se začne stavět. Celá dálniční síť by měla být dle Ředitelství silnic a dálnic dokončena v roce 2033.

Identifikační údaje průzkumu

Zakázka „D3 SO 301-602 Tunel Kamenná Vrata, Podrobný geotechnický průzkum“ je realizována zhotovitelem průzkumu, společností „TBR + STR + PUD + PGP + GTC – Tunel Kamenná Vrata“. Jedná se o sdružení firem Metrostav TBR a. s. (vedoucí společník), STRABAG  SIS a.s., PUDIS a.s., PRAGOPROJEKT, a.s., a v neposlední řade GeoTec-GS, a.s. Objednatelem průzkumu je Ředitelství silnic a dálnic s.p.

Průzkumná štola a její hlavní cíle

Průzkumná štola Kamenná Vrata je součástí stavby 0301 Praha – Jílové u Prahy. Průzkumná štola realizovaná v trase budoucího tunelu byla zvolena jako nejlepší metoda pro detailní inženýrskogeologický a hydrogeologický průzkum dané lokality.

Štola umožňuje zjistit přesné geotechnické charakteristiky horninového masivu, definovat konkrétní vlastnosti hornin a zemin, snížit rizika při výstavbě a navrhnout finální postup výstavby dané tunelové stavby. Hlavní cíle lze tedy souhrnně definovat jako:

• podrobný inženýrskogeologický průzkum, který vyšetří vlastnosti horninového masivu a jednotlivých hornin, včetně vlivu vody a plynů obsažených v horninovém masivu,
• posouzení možných dopadů realizace průzkumu na životní prostředí,
• zpracování detailního podkladu pro realizační projekt tunelové stavby.

K úspěšné realizaci všech podzemních dálničních úseků, které k tomu využívají geotechnického průzkumu, je však nezbytný komplexní proces přípravy od legislativní a projektové fáze až po etapu realizace, výstavby a uvedení do provozu. Průzkumná štola je důležitou součástí toho řízení, na jejímž základě bude možné podrobně popsat geologickou stavbu prostředí pomocí dokumentace, která bude obsahovat zejména následující:

• průběžnou podrobnou dokumentaci čelby (litologie, tektonika, úložné poměry, hydrogeologie) se souběžně zhotovovaným podélným profilem štolou, včetně aplikace na velký tunel,
• vzorkování litologických a pevnostních změn horninových celků,
• zaznamenání informací o průběhu razicích prací, stabilitě výrubů a rozsahu nadvýlomů, stanovení stejnorodých celků.

Průzkumná štola Kamenná Vrata bude rovněž sloužit k:

• upřesnění technologie ražby, včetně upřesnění průběhu hladiny podzemní vody a jejího chování během ražby průzkumného díla,
• podrobnému stanovení způsobů rozpojování a těžitelnosti hornin, včetně podkladů pro detailní projekt trhacích prací,
• návrhu kontrolního sledování indukovaných seismických účinků,
• vyhodnocení hydrogeologického režimu v horninovém masivu (typ zvodní, poloha hladiny, kolísání, směr proudění, propustnost, chemismus),
• stanovení charakteristických hodnot vlastností horninového masivu,
• posouzení možnosti využití rubaniny jako stavebního materiálu.

Průzkumná štola z pohledu geotechnického monitoringu

Průzkumná štola pro tunel Kamenná Vrata slouží nejen jako průzkumné dílo, ale i jako prvek sledovaný v rámci geotechnického monitoringu. V rámci podrobného geotechnického průzkumu jsou používány následující metody geotechnického sledování:

• V rámci hydrogeologického monitoringu je prováděno sledování vývoje hladiny podzemní vody ve studnách, v archivních vrtech i v nově vybudovaných pozorovacích vrtech podél trasy průzkumné štoly.
• Kromě úrovně hladiny podzemní vody je prováděno měření přítoků do štoly.
• V neposlední řadě je sledován chemismus podzemních vod ve vrtech, studních a ve štole.

V zóně předpokládaného ovlivnění byla před zahájením zemních prací provedena podrobná pasportizace objektů nadzemní zástavby. Na jejím základě jsou sledovány poruchy a trhliny posuvnými měřidly, příložnými deformetry a pravidelnými prohlídkami. K měření náklonů objektů budou použity náklonoměry. Kromě toho jsou objekty nadzemní zástavby sledovány geodeticky metodou přesné nivelace.

Předmětem geodetického sledování jsou rovněž inženýrské sítě nacházející se v zóně ovlivnění. Součástí monitoringu objektů jsou rovněž seismická a akustická měření v blízkosti objektů nadzemní zástavby.

Za účelem hodnocení výsledků monitoringu byla zřízena Rada monitoringu (RAMO). K ukládání a vyhodnocování získaných dat ze všech metod geomonitoringu je používán informační systém monitoringu SIISEL. Výsledky vybraných měření geomonitoringu jsou porovnávány s tzv. varovnými stavy.

Deformační odezva ražby je sledována prostřednictvím měření deformací primárního ostění. Toto tzv. konvergenční měření je prováděno geodeticky trigonometrickou metodou. Vývoj poklesové kotliny nad štolou je sledován geodeticky metodou přesné nivelace. Svislé deformace v horninovém masivu jsou sledovány ve svislých extenzometrických vrtech realizovaných z povrchu terénu. Měření deformací je doplněno o měření radiálních tlaků ve štole prostřednictvím tlakových buněk osazených na rozhraní horniny a primárního ostění.

Inženýrskogeologické poměry

Průzkumná štola Kamenná Vrata se nachází v západní části komplexu vulkanických hornin jílovského pásma a nadložních sedimentů Štěchovické skupiny svrchního proterozoika. Jílovské pásmo tvoří asi 3 km široký a 60 km dlouhý pruh stlačených a částečně metamorfovaných eruptiv s převahou vyvřelinových znaků. Stratigraficky odpovídá kralupsko-zbraslavské skupině, ukončené černými tufitickými břidlicemi lečických vrstev. Nadložní Štěchovická skupina je tvořena flyšovými sedimenty.

Horninový masiv je inženýrskogeologicky heterogenní – obsahuje horniny Štěchovické skupiny (prachovce) a jílovského pásma (metaryolity, metabazalty), místy i tufity.
Portálová jáma byla hloubena v prostředí mírně zvětralých až zdravých metaryolitů a metabazaltů jílovského pásma. Přípovrchová zóna tvořená mírně zvětralými metaryolity (R5–R4) přechází do navětralých a zdravých hornin (R3–R2) s vysokou hustotou diskontinuit. Kvartérní zeminy tvoří svahové jílovité štěrky s úlomky hornin.

Hydrogeologické poměry

Z hydrogeologického hlediska spadá území tunelu Kamenná Vrata do méně významné oblasti – proterozoika a paleozoika v povodí přítoků Vltavy. Hydrogeologické poměry jsou jednoduché a úzce souvisejí s geologickou stavbou území, která je charakteristická nedostatkem podzemní vody.

Hlavní kolektor je vázán na rozpukané partie proterozoických hornin, vyznačuje se vysokou heterogenitou a nízkou propustností. Oběh podzemní vody je soustředěn do přípovrchové zóny puklinového rozvolnění (do hloubky 30–40 m) a závisí na stupni zvětrání a vyhojení puklin. Ve větších hloubkách se pukliny uzavírají a horninový masiv, zejména jílovské pásmo, je prakticky nepropustný; hlubší cirkulace vody nastává jen v tektonicky porušených zónách.

V přípovrchové zóně vzniká nejednotná zvodeň s volnou hladinou podzemní vody, která se vyskytuje hlavně v údolích a depresích. Hladina kopíruje morfologii terénu a je závislá na srážkách, protože oblast není dotována povrchovými vodami. Hloubka hladiny je proto značně proměnlivá.

Zahájení prací, realizace stavební (portálové) jámy

Vlastní práce na pracovišti průzkumu byly zahájeny počátkem května 2025. Nejprve byla provedena část DIO, dopravně inženýrská opatření. V tomto případě se jednalo zejména o instalaci svislého dopravního značení na komunikaci 104 Jílové u Prahy – Petrov.

Následně se zahájila skrývka ornice dotčené lokality v průměrné tloušťce 270 mm o celkové kubatuře zhruba 4,5 tisíc m3. Zemina byla deponována v blízkosti budoucího portálu a slouží jako ochranný val oddělující pracoviště průzkumu od stávajících rekreačních objektů.

Výkop portálové jámy byl rozčleněn do tří výškových částí (úrovní). Sklon stěny pro vlastní portál byl v poměru 3 : 1 (výška 5,0 m). V prostřední části byl sklon mírnější,
1 : 1 a 1 : 1,75 (5,0 m), ve vrchním úseku byl sklon 1 : 1,75 (výška proměnná). Sklony svahu byly zvoleny s ohledem na předpokládanou geologickou skladbu podloží. U sklonů 1 : 1 a 3 : 1 byla stabilita svahů zajištěna formou hřebíkovaného svahu.

Hřebíkovaný svah byl prováděn s postupným odtěžováním shora po etážích rovnajících se svislé vzdálenosti úrovně hřebíků. Toto provizorní zajištění sestávalo ze stříkaného betonu a z KARI sítí. Sítě byly k zemině (hornině) kotveny zemními hřeby délky 3,0 a 4,0 m. Stavební jáma je přístupná pomocí sjezdové rampy široké cca 6,0 m. Obecně se jedná o provizorní konstrukci. Doba mezi dokončením ražby průzkumné štoly a výstavbou vlastních tunelů však může být delší než dva roky.

V místě zarážky štoly byl v koordinaci s hloubením stavební jámy proveden deštník ze samozávrtných kotev IBO ø 51,0 mm délky 8,0 m v počtu 15 ks. Množství prvků pro zajištění ražby štoly bylo upraveno podle skutečně zastižených geologických podmínek zjištěných při odtěžování jámy a nahradilo původně projektovaný mikropilotový deštník.

Deformace stěn portálové jámy jsou monitorovány geodeticky trigonometrickou metodou. Vodorovné deformace v horninovém masivu jsou sledovány inklinometrickým měřením ve svislém vrtu osazeném v blízkosti portálové jámy. Stavební jáma byla dokončena v srpnu 2025.

Realizace průzkumné štoly

Základní údaje

Plocha výrubu štoly je 13,5 m2, světlá plocha je 11,4 m2. Plocha výrubu ve výhybně je 25,24 m2, světlá plocha výhybny je 23,4 m2. Zvětšená výhybna má pak plochu výrubu 47,57 m2 se světlou plochu 42,61 m2.

Samotná ražba průzkumné štoly je realizována na základě principů tzv. nové rakouské tunelovací metody. Tato observační metoda umožňuje pružně reagovat na zastižené inženýrskogeologické podmínky horninového masivu, a to především připravenými technickými a organizačními opatřeními.

Ražba průzkumné štoly byla zahájena na konci srpna 2025 po dokončení deštníku, a to z portálu úpadně ve sklonu 4,0 %. S ohledem na kvalitu horninového masivu bylo již od počátku nutné použít trhací práce. V trase štoly jsou ve vzdálenosti max. 189,0 m navrženy výhybny délky cca 25 m.

Celá průzkumná štola je rozdělena do
tzv. kvazihomogenních celků. Těmto celkům pak přísluší jednotlivé technologické třídy, které zajišťují bezpečnou ražbu v předpokládaném horninovém prostředí.

Výškové a směrové vedení

Průzkumná štola bude vedena v ose levé tunelové trouby tunelu Kamenná Vrata, tzn. osa štoly leží v ose tunelu ve výšce 1,90 m nad bodem nivelety budoucího levého pásu dálnice. Štola je prvních 346,4 m vedena v přímé linii, dále pokračuje v oblouku o poloměru 5395,3 m úsekem délky 95,4 m a na tento úsek navazuje v oblouku o poloměru 1802,2 m a délky 95,10 m.

Dále štola pokračuje v oblouku o poloměru 1356,5 m na délce 868,2 m. Poslední dva úseky jsou v oblouku o poloměru 1829,7 m na délce 109,9 m a o poloměru 7601,6 m na délce 102,0 m. Dno počvy (výrub) štoly je umístěno 1,90 m nad úrovní nivelety levého pásu dálnice. Štola je ražena úpadně v jednotném spádu 4,0 %, kopírujícím výškové vedení tunelu. Přístupová rampa má sklon cca 15 %. Celková délka štoly je 1617 m. Štola je v počvě široká zhruba 3,0 m a vysoká přibližně 3,7 m.

Ražba průzkumné štoly, primární ostění

V závislosti na kvalitě horninového masivu je ražba průzkumné štoly
realizována pomocí vrtacích a trhacích prací nebo pomocí mechanizovaného rozpojování hornin. Konstrukce primárního ostění štoly je tvořeno stříkaným betonem C25/30 s třídou náběhu pevnosti J2, KARI sítí 6 x 6 / 150 x 150 a svorníkovou výztuží HUS/IBO.

Technologické třídy NRTM

Technologické třídy (TT) NRTM štoly jsou navrženy v závislosti na geologických podmínkách, velikosti výrubu a reakcích horniny na provedení výrubu do jednotlivých vystrojovacích tříd NRTM 3, 4 a 5a. TT NRTM jsou zatřiďovány dle vztahu kvality horniny vyjádřené klasifikací QTS, velikostí výrubu a reakcí horniny na provedení výrubu. Sekundární ostění není navrženo, jedná se o dočasné průzkumné dílo.
V tab. 1 až 3 jsou uvedeny jednotlivé technologické třídy. Pro každou z nich platí na základě realizační dokumentace stavby pracovní posloupnost jednotlivých operací.

Současný stav a výhled prací

V měsíci říjnu probíhají ražby v technologické třídě TT3. Denní záběry jsou zpravidla dva, trhací práce probíhají ráno a večer. Denní výkon se pohybuje kolem 4 m. V říjnu byla rovněž dokončena ražba první výhybny a celkový výkon ražeb se ke konci měsíce bude blížit 185 TM.

Závěr

Průzkumná štola Kamenná Vrata poskytne cenné poznatky o geologických, inženýrskogeologických a hydrogeologických poměrech zájmového území. Výsledky průzkumu tvoří podklad pro návrh technického řešení a bezpečné provedení stavebních prací v rámci další přípravy tunelu Kamenná Vrata. Realizací průzkumné štoly na úseku D3 mezi Prahou a Jílovým u Prahy se otevírá klíčová etapa přípravy inženýrské stavby 0301 Praha – Jílové u Prahy.

Text a foto: Metrostav TBR a.s.