Čeští experti dokončili stavbu tunelů na Islandu

Toto nové dopravní spojení bude pro obyvatele významné v zimních měsících, kdy nepříznivé počasí s přívaly sněhu často znemožní průjezd stávající, cca 60 km dlouhou trasou, která má alternativu pouze v objížďce 250 km dlouhé. Metrostav Praha a.s. zvítězil v roce 2006 společně s místní islandskou stavební firmou Háfell éhf v soutěži na realizaci tohoto projektu. Za tunelovou část stavby byl odpovědný Metrostav a.s., práce na silnicích a mostech byly prováděny firmou Háfell. Stavba je plně hrazena ze státních zdrojů, investorem stavby je státní organizace Vegagerdin (Islandská silniční správa), stavebním dozorem byla pověřena islandská firma Geotek. Práce byly zahájeny v září 2006, k slavnostnímu zahájení provozu došlo 2. října 2010.

» Portál hloubeného tunelu Ólafs

» Tunely usnadnily cestu obyvatelům dvou severoislandských měst Siglufjördur a Ólafsfjördur

Ostění a vybavení tunelů

Projektová dokumentace a veškeré specifikace jsou založeny na norských předpisech a zkušenostech. Oba tunely jsou stejného profilu, běžný profil je 53 m². V pravidelných vzdálenostech (cca 500 m) jsou v tunelech vyraženy rozšířené profily pro odstavení vozidel o příčném průřezu 75 m², u tří z nich je umožněno otáčení vozidel pomocí krátkého tunelu kolmého k ose hlavního tunelu.

Při ražbě se postupovalo s co nejdelšími záběry (obvykle 5 m) a pokud možno s minimálním počtem zajišťovacích prvků. Hlavním bezpečnostním prvkem zajišťujícím stabilitu výrubu bylo kotvení a stříkaný beton aplikovaný mokrou cestou. Při výskytu zhoršených geologických poměrů bylo dozorem nařízeno použití stříkaného betonu s ocelovými vlákny. Kotvení líce výrubu bylo lokální podle místních geotechnických podmínek v každém záběru a použity byly trvalé kotvy SN nebo CT BOLT se systémem Combi Coat®, které mají povrch opatřen galvanizovanou vrstvou a epoxidovým potahem. Při výstavbě byly použity kotvy vyráběné norskou firmou Orsta. Během ražeb byl obvykle aplikován stříkaný beton v tloušťce 50-80 mm ve stropě výrubu, po dokončení ražeb bylo technickým dozorem investora navrženo další kotvení, zejména stěn výrubu, a po celém obvodu se aplikovala vrstva stříkaného betonu opět v tloušťce 50-80 mm.

Definitivní odvodnění je řešeno pomocí boční podélné drenáže (DN 50), sváděné po cca 50 m přes čisticí šachty (DN 400) do hlavní drenáže (DN 110). Úseky hloubených tunelů u všech čtyř portálů jsou zhotoveny z monolitického železobetonu pomocí posuvného bednění. Provozní technologii tunelu tvoří rozvody elektroinstalace zajišťující osvětlení tunelu a funkci bezpečnostních systémů. Větrání zajišťuje celkem 26 ventilátorů.

» Příčné řezy tunelem a zálivem

Postup výstavby

Pro ražbu tunelu byl zvolen postup výstavby s cílem minimalizovat možná rizika úpadní ražby s co možná nejrychlejším dokončením projektu. Oba silniční tunely byly proto raženy zároveň, což rozdělilo výstavbu na dvě samostatné tunelové stavby v dojezdové vzdálenosti podle ročního období až 250 km. Tunel Siglu o délce 3650 m se razil z jednoho portálu do zcela neobydleného a nepřístupného fjordu Hédins. Zhruba 1500 m byla ražba ve stoupání (dovrchní), zbytek tunelu se razil úpadně ve sklonu 3 %, což s sebou přinášelo problémy s nutností stálého čerpání vody z čelby pomocí systému provizorních čerpacích jímek ve vzdálenosti cca 5000 m s automatickým zapínáním čerpadel. Ražba tunelu začala v září 2006 a tunel byl proražen v březnu 2008 s průměrným měsíčním výkonem 200 m, přičemž nejlepší měsíční postup byl 302 m.

Tunel Ólafs byl ražen z obou jeho portálů. Ze strany městečka Ólafsfjördur začala ražba v listopadu 2006 a zhruba 5000 m tunelu ve stoupání bylo dokončeno v dubnu 2009, kdy se tunel z této strany prorazil do již vyraženého úseku tunelu v délce 1900 m, raženého z fjordu Hédins. Ražba tohoto úseku byla dokončena cca měsíc před prorážkou. Průměrný měsíční postup na kratší ražbě dosahoval 220 m, na delším úseku pouze 180 m za měsíc, přičemž maximální výkon byl 330 m. Nižší měsíční výkony byly zapříčiněny výskytem neočekávaných velkých přítoků studené vody pod velkým tlakem. Výstavba úseku tunelu Ólafs, dlouhého 1900 m, z fjordu Hédins byla podmíněna provedením nezbytných prací na překonání fjordu pomocí silničního náspu a mostu, jež byly částečně dokončeny v předstihu v roce 2007, tedy ještě před prorážkou tunelu Siglu. Protože fjord byl přístupný pouze po moři, doprava mechanizace (bagr, lomová vrtačka, dempr) probíhala pomocí ?invazních? člunů a nebyla bez komplikací. Bylo např. nutné čekat dva týdny na vhodné počasí, neboť vlny nesměly být vyšší než 400 mm. I doprava od místa vylodění na místo stavby byla složitá. V bažinatém terénu se postupovalo pomocí dřevěných plošin, postupně překládaných tak, aby po nich bylo možné přejíždět. Když už šlo mechanizací pohybovat po pevném břehu jezera, bylo nutné nejprve zaměřit a přemístit velké balvany, které byly v cestě, aby po průjezdu strojů mohly být vráceny do původní polohy. Dokončený úsek ve fjordu Hédins dokumentuje fotografie, pořízená v září 2010.

» Dokončený úsek ve fjordu Hédins

Původní termín dokončení stavby byl prosinec 2009. Vzhledem k zastižení neočekávaných podmínek při ražbě byl termín otevření nové dopravní cesty pro dopravu posunut investorem na říjen 2010, přičemž kompletní dokončení projektu je naplánováno na 4. prosinec 2010.

Geologické poměry

Tunely projektu Hédinsfjadargöng byly raženy v horském masívu Tröllaskagi (poloostrov Trollů). Nadloží tunelů se pohybuje od 5 m v blízkosti portálů až do více než 800 m pod vrcholem hor. Skladba pohoří je tvořena lávovými příkrovy čedičů o mocnostech 10-15 m s vložkami sedimentů a tufů o mocnostech od 0,2 m do 1,5 m. Jednotlivé vrstvy protínají téměř svislé pravé čedičové žíly o mocnosti až několik metrů. Většina basaltových žil a zlomů je vysoce zvodnělá a představuje hlavní cestu pro pohyb podzemních vod. Největší zlomy jsou doprovázeny až několik metrů mocnou tektonickou brekcií, s kterou byly při ražbě spojeny stabilitní problémy.

Vzhledem ke značné výšce nadloží, komunikaci puklin, žil a zlomů s povrchem byly zejména v delším úseku tunelu Olafs zastiženy velké (a neočekávané) přítoky podzemní vody, s teplotou pouze mezi 2 až 4 °C, jejíž tlak dosahoval až 30 barů. Zastižené hydrogeologické podmínky při ražbě tunelu Olafs překvapily i místní zkušené odborníky a patří k nejobtížnějším na Islandu, pokud jde o přítoky vody.

» Nabíjení vrtů v místech silných přítoků vody

Použité technologie a mechanizace

Vrtání
Pro veškeré vrtání během výstavby bylo použito dvou 3lafetových vrtacích vozů Axera Tamrock T11-315TCAD. V obou tunelech se každý další záběr většinou vrtal na maximální záběr 5,27 m, pouze v případech zhoršených geologických poměrů se záběr zkracoval až na 3 m. Vrtací vozy jsou vybaveny poloautomatickým systémem TCAD (program pro měření pozice a směru vrtné korunky). Vrtací vozy byly používány pro:
· systematické vrtání průzkumných předvrtů (průměru 51 mm, obvykle v počtu 1 až 2 ks a délce 25 až 33 m, s překryvem 6 m), celkem odvrtáno 32 tis. m;
· vrtání pro trhací práce (obvykle se vrtalo cca 120 vrtů na jednu čelbu průměr 48 mm pro těžební vrty, 102 mm pro zálomové), celkem na projektu odvrtáno 1500 tis. m;
· vrtání kotev vyžadovalo průměr vrtů 48 mm, celkem vyvrtáno 109 tis. m vrtů pro kotvení;
· vrtání injektážních vrtů zahrnovalo vrtání vějířů vrtů (s počtem 5 až 40 vrtů průměru 51 mm na jednu čelbu, délka dle potřeby mezi 8 až 30 m), celkem přes 40 tis. m vrtů;
· pro instalaci izolace byl rovněž použit vrtný vůz (i když se jednalo o vrty průměru pouze 20 mm a délku 300 mm). Nasazení bylo úspěšné, bylo odvrtáno cca 46 000 vrtů s velkou přesností, pokud jde o jejich umístění a radiální směr.

Trhací práce
Byla používána univerzální emulzní trhavina Titan 7000, kterou dodávala firma Orica Mining Services. Nabíjení bylo prováděno pomocí čerpacího zařízení Mini SSE (Site Senzitized Emulsion), které se k čelbě dopravovalo na nákladním automobilu. V případě nepříznivých geologických poměrů v kombinaci s přítoky vody se použily klasické náložkové trhaviny.

Nakládání rubaniny
Pro nakládání byl používán nakladač Broyt D600W se lžící o velikosti 3,4 m3. Jedná se o stroj, který nemá vlastní pohon a k čelbě byl dopravován tažením pomocí dumperu. Vlastní pohyb nakladače na pracovišti je zapřením o lžíci a provedením následného posunu. Jako záloha byly na stavbě připraveny kolové nakladače Volvo 180E.

Doprava
Vytěžená hornina se přepravovala velkokapacitními dumpery Komatsu o nosnosti 35 t. Jejich počet na jednom tunelu byl při největších odvozních vzdálenostech 6 vozů. Rubanina byla ukládána na dočasné i trvalé skládky v blízkosti tunelových portálů. Vhodný vytěžený materiál byl zpracován v drtičkách na různé frakce a zavážel se do tělesa násypů budoucí přilehlé silnice a do zásypů u hloubených tunelů v oblasti portálů.

Stříkaný beton
Stříkaný beton se aplikoval standardně s pomocí čerpadla a manipulátoru Meyco Potenza. Používala se mokrá směs třídy C 35/40. Betonová směs byla podle zastižených geologických podmínek doplňována ocelovými vlákny typu Sika Fiber CHO 65/35 NB. Ošetřování betonu vodou se v průběhu prací nahradilo přísadou pro ošetření stříkaného betonu TCC 735, která je do betonu zamíchána již na betonárce.

Injektáže
Operace razicího cyklu se aplikovala pro omezení přítoku vody. Jde se o tzv. pre-grouting, což představuje cílenou injektáž prováděnou před čelbou s pomocí vějířů vrtů délky až 24 m.
Rozhodujícím kritériem pro zahájení injektáže jsou přítoky z průzkumných předvrtů. V případě, kdy se teplota vody pohybovala pod 15 ºC, byl kritickým rozmezím pro zahájení injektáží přítok v rozmezí 150 až 1000 l/min (původní maximum 600 l/min bylo technickým dozorem v silně zvodněných úsecích zvýšeno). Pro geotermální vodu byla kritéria mnohem přísnější - již při 20 l/min. pro vodu nad 15 ºC bylo předepsána těsnicí injektáž. Tunely totiž prochází v blízkosti geotermálních zón, s vrty zásobujícími teplou vodou obě městečka. I když přítoky do tunelu Olafs byly vysoké, nedošlo naštěstí k ovlivnění zdrojů teplé vody, vytékající v tomto případě účinkem hydrostatického tlaku, tedy bez čerpání.
Specifikace pro pre-grouting byly podrobně zpracovány pro cementové injektáže, pro které stavba měla k dispozici injektážní soupravu UNIGROUT EH 400 - 2x100 MWB s příslušenstvím od firmy Atlas Copco. Nakonec se cementové injektáže aplikovaly v relativně malém rozsahu v tunelu Siglu, kde bylo použito 460 t cementu.

» Zatopená čelba při úpatní ražbě

Chemické injektáže na bázi polyuretanů

V průběhu ražby v úseku tunelu Olafs od městečka Ólafsfjördur byly v dubnu 2007 poprvé zastiženy v předvrtech velké přítoky studené podzemní vody, vydatnosti až 3000 l/min z jednoho vrtu. Voda přítoků měla teplotu pouze 2-4 ºC a tlak až 32 barů. Tyto podmínky byly, jak bylo uvedeno výše, neočekávané, problém znamenala především teplota vody (cement přestával obvykle reagovat), a proto bylo potřeba přistoupit k aplikaci chemických injektáží, což původní rozbory v potřebné míře nepředpokládaly, a také chybělo vybavení odpovídající zjištěnému tlaku vody. Metrostav a.s. vzhledem k této situaci najal jako odborného konzultanta Ing. Tomasze Najdera, který v tu dobu dohlížel na provádění injektáží pro klienta Landsvirkjun, na stavbě Karahnjukar, rovněž na Islandu. Dále byla objednána technická pomoc firmy Minova Bohemia, jež realizovala veškeré dodávky injektážích hmot a potřebných zařízení. Pro injektování byly používány dvousložkové polyuretanové pryskyřice CarboPur WF, WFA, spolu s aditivy CarboAdd Thix 2 a CarboAdd Fast. Při vyplňování větších dutin a kaveren byla použita vysoce pěnivá dvousložková hmota GeoFoam.

Injektáže probíhaly s menšími přestávkami až do konce roku 2008, což mělo za následek zpomalení ražeb. Při zastižení větších puklin byla spotřeba hmot tak velká, že došly zásoby na stavbě a bylo nutné práce na čas přerušit.

V některých úsecích byla ražba velmi pomalá, s opakovanými injektážemi pomocí vějířů vrtů (6 až 40 vrtů na čelbě). Vrty byly v délkách od 8 m do 24 m, podle toho, kde byla v průzkumných předvrtech zastižena voda. Injektáž vrtu probíhala v závislosti na spotřebě PU hmot a zejména tlaku vody. Zpravidla se končilo při dosažení tlaku na manometru čerpadla v hodnotě 160 barů. Umístění, počet a délka vrtů se upravovaly podle zastižených podmínek.

Problém uzavírání předvrtů, kdy z vrtu tryská velké množství vody pod tlakem až 32 barů, řešila instalace obturátorů, většinou v párech. Protože nebylo možné obturátory osadit do vrtu ručně, byl mechaniky na stavbě navržen a realizován systém, kdy obturátory byly do vrtů zasouvány pomocí lafety vrtacího vozu.

I přes intenzivní aplikaci injektáží celkový přítok do tunelu postupně vzrůstal, až v červenci 2008, po přechodu velkou zvodnělou zónou, dosáhl celkový přítok 600 l/sec a vytvořil v tunelu ?řeku?. Po více než roce, kdy bylo v tunelu pokládáno drenážní potrubí, přítoky klesly zhruba na polovinu.

V obou tunelech se celkem spotřebovalo 633 t chemických injektážních hmot, z tohoto množství bylo pro stavbu Ólafs východ využito plných 590 t. Průměrná spotřeba injektážní směsi na běžný metr ražby tunelu činí 132 kg.

Izolace

V místě průsaků byly tunely vystrojeny izolací proti vodě a mrazu z polyetylenové pěny (PE) tloušťky 45 mm a jednotlivá místa také PE membránou tloušťky 1,5 mm. Jedná se o specifický systém izolací, používaný ve Skandinávii. Izolace z PE pěny je instalována v pásech širokých 2,7 m buď po celém obvodu tunelu, nebo jen v části profilu, podle konkrétního výskytu přítoků. Pásy jsou instalovány s 300mm překryvy v obou směrech, jejich hrany musí být v místech ukončení izolace důkladně připevněny k ostění, aby byla zajištěna jejich funkce jako izolace proti mrazu. Pásy byly ?napichovány? na 1,2x1,2m rastr krátkých kotev (min. 300 mm do horniny), na kterých jsou podložky. Následuje další podložka a matka zevnitř tunelu, spoje jsou navíc vyztuženy ocelovými pásy z prutů výztuže. Veškeré ocelové prvky jsou opět galvanizovány a opatřeny vrstvou epoxidu. V místech se silnými soustředěnými přítoky se musely nejprve nainstalovat ocelové nerez plechy o rozměru 1x1 m, které minimalizují mechanické účinky soustředěného proudu vody (celkem 6 míst), doplněné instalací PE membrány v místech plechů a v dalších místech s většími přítoky.

Materiály pro izolace byly dodány norskou firmou Skumtech A/S. Veškeré izolace byly opatřeny vrstvou stříkaného betonu (tl. 60 mm) s ocelovými vlákny, poslední 20mm vrstva obsahovala polypropylenová vlákna. Provedení izolací pro Metrostav a.s. zajišťovala místní firma Vatnskladningar ehf, jež byla založena pro tento účel.

» Nainstalovaná izolace PU pěny v zálivu s otáčním (před aplikací stříkaného betonu)

Závěr

Metrostav a.s. se v průběhu výstavby tunelů na Islandu musel vyrovnat z mnoha problémy souvisejícími s realizací prvního projektu v novém teritoriu, kdy např. vzhledem k poloze Islandu a dopravnímu spojení vznikla řada logistických problémů, když bylo potřebné např. zajišťovat lodní dopravu chybějících materiálů a zařízení pro chemické injektáže. Největší výzvou byly ztížené podmínky v části tunelu Olafs, jež se svojí obtížnosti řadí mezi ojedinělé v historii tunelářství, jak bylo doloženo z literatury, kdy se hledala řešení problémů v souvislosti s přítoky vody. Po dobu téměř dvou let se razilo v těžkých podmínkách s přítoky studené vody pod velkým tlakem, která v kombinaci s nezbytným větráním tunelu ochlazovala prostředí v tunelu a vytvářela pro raziče a mechanizaci velmi těžké podmínky. Je ke cti razičů a techniků, že se podařilo podmínky zvládnout a tunely dokončit.

» Pokládání asfaltového povrchu

Kromě uvedených problémů souvisejících se specifiky přírody na Islandu postihla projekt také ekonomická krize, která zasáhla tuto zemi jako jednu z prvních (a pravděpodobně v největší míře). V průběhu prací se konala řada obtížných jednání s investorem ohledně výskytu neočekávaných vodních výronů i změněných kurzovních podmínek (vzhledem k devalvaci islandské měny). Je opět ke cti obou stran, že přes všechny tyto obtíže se podařilo dosáhnout řady dohod a projekt úspěšně dokončit. Ze strany investora Vegagerdin a stavebního dozoru Geotek, se kterými probíhala zmíněná obtížná jednání, bylo pracovníkům Metrostavu často vysloveno uznání za zvládnutí těžkých podmínek.

Pracovníci Metrostavu a.s. svojí prací a přístupem získali na severu Islandu obdiv, podporu a přátelství místních obyvatel, kteří projekt po celou dobu výstavby sledovali a podporovali. Lze doufat, že draze nabyté zkušenosti bude možné v teritoriu znovu využít, při výstavbě dalších plánovaných tunelových staveb.

Základní údaje o stavbě
Místo stavby: Siglufjördur a Ólafsfjördur
Investor: Vegagerdin
Zhotovitel: Metrostav a.s., Háfell ehf
Termín zahájení: září 2006
Termín dokončení: původní termín 6. 12. 2009 posunut na 30. 9. 2010
Cena: nabídková cena 5,7 mld ISK
Subdodávky pro Metrostav: BM Valla, dodávky betonu; BÁS ehf, různé pomocné práce; Vatnskladningar ehf, izolace
Vedení stavby: Ing. David Cyroň (do 5/2007), Ing. Ermín Stehlík
Stavbyvedoucí: Stanislav Novotný, Ing. Štefan Ivor, Ing. Ivan Piršč

» Siglu, hloubený tunel a napojení na ražený tunel