Obnova technických sítí v Brně

Kolektory jsou liniové podzemní objekty, umožňující vedení a ukládání inženýrských sítí při zachování jejich přístupnosti pro stálou kontrolu, opravy, údržbu popřípadě výměnu, bez narušení povrchu komunikací. Po ukončení výstavby téměř odstraní rušivé zásahy do života města. Pro podzemní linii stavby, nesoucí označení kolektor, je třeba splnit dvě základní podmínky: musí být určena nejméně pro dvě různé inženýrské sítě a v převážné délce zajištěn pohyb obsluhy vytvořením průchodu v horizontálních částech o šířce nejméně 0,75 m a výšce 2,1 m.
Pokud jsou inženýrské sítě umísťovány v určité větší části města do kolektorů a jejich kontrola a řízení je soustředěno do dispečinku, mluvíme o kolektorovém systému.
Podle dimenzí a významu inženýrských sítí rozlišujeme systémy kolektorů primárních (vedení do rozvoden, vodáren, telefonních ústředen, centrálních zdrojů tepla) a sekundárních (distribuční rozvody až po zásobené objekty).

Přehledná situace: 1 primární a sekundární kolektory v historickém centru města; 2 sídliště Vinohrady; 3 sídliště Kamenný Vrch; 4 jižní část města Brna-Zvonařka

Budování kolektorů v Brně

V Brně je v dlouhodobějším výhledu výstavba kolektorů koncepčně řešena v Územním plánu města Brna, zejména ve vazbě na celkový rozvoj města.
V generelu byly zpracovány dva základní okruhy primárních kolektorů kolem historického jádra a navazující průmyslové oblasti mezi ulicemi Křenovou, Cejlem a řekou Svitavou.
Realizace kolektorů byla zahájena v roce 1973 stavbou primárního kolektoru Dornych - Křenová. Ve svých počátcích tato výstavba řešila problémy v koordinaci dílčích dopravních staveb s obnovou inženýrských sítí. V dalším vývoji byly kolektory stále důsledněji začleňovány do širšího rámce rozvoje města. Pro hlavní trasy se ustálil rozměr na kruhovém profilu průměru 5,10 m s rovným dnem o světlé výšce 4 m. Výstavba sekundárních kolektorů byla zahájena v nově budovaném sídlišti Vinohrady v roce 1983 a dokončena 1987. V kolektoru jsou uloženy veškeré inženýrské sítě sídliště mimo kanalizace a plynu. Jeho celková délka je 4554 m.
V sídlišti Kamenný Vrch se začalo s výstavbou na přelomu roku 1986/87. Stavba kolektoru v délce 2604 m byla dokončena v r. 1994. Kolektor je řešen v podstatě stejně jako kolektor na sídlišti Vinohrady.
Obnova a nová výstavba inženýrských sítí v kolektorech byla řešena také v areálech brněnského Výstaviště a Fakultní nemocnice u ?Svaté Anny?. Kolektory Vinohrady, Kamenný Vrch, Výstaviště i ve Fakultní nemocnici byly hloubeny z povrchu.
V roce 1991 byla zahájena Intenzivní příprava výstavby sekundárního kolektorového systému v historickém jádru města Brna (dále jen HJmB), na základě generelu zpracovaného v a.s. Aquatis Brno, dnes a.s. Pöyry Environment. Snaha co nejméně narušit život v této části města vedla ke stavbě kolektorů podpovrchově, tj. hornickým způsobem.
Sekundární kolektory jsou uvažovány i pro rozvojovou oblast jižní části centra Brna-Zvonařka, navazující na historické jádro. Výstavba kolektorů v této části byla zahájena v roce 2001. Do dnešního dne je realizována část v délce 1037 m pro potřeby obchodního centra Vaňkovka (z celkové plánované délky 3613 m). Kolektory jsou hloubeny z povrchu.
Výstavba sekundárních kolektorů v historickém jádru Brna je velmi zajímavá z hlediska řešení obnovy inženýrských sítí v náročných podmínkách sevřených ulic centra města (např. blíže obtížně zjistitelné podzemní prostory, průzkumem pro liniové stavby těžko definovatelné rozhraní mezi navážkami a původním terénem, apod.).
Sekundární kolektory v HJmB a sekundární kolektory jižního centra jsou navzájem propojeny s kolektory primárními.

Sekundární kolektory v historickém jádru města

Požadavek na zásadní řešení obnovy inženýrských sítí v HJmB vyplynul ze skutečnosti, že jejich potřebnou funkci již nešlo většinou zajistit stávajícími způsoby. Omezený uliční prostor ve středu města byl zaplněn natolik, že další ukládání inženýrských sítí bylo z prostorových důvodů obtížné, někdy i vyloučené. Rozhodujícím problémem byla nutnost obnovit popř. rekonstruovat kanalizaci, která se v této části města nachází v hloubkách 5 až 7 m a byla v havarijním stavu. Od rozhodnutí provést obnovu kanalizace podpovrchovým způsobem ve štolách, které by bylo nutné po uložení kanalizace vyplnit (zabetonovat), byl už jen krůček k rozhodnutí, tyto štoly nevyplňovat a upravit tak, aby mohly být využity pro uložení dalších sítí. Takto navržené sekundární kolektory sledují v maximální míře uliční síť a umožňují kromě uložení inženýrských sítí i odvedení splaškových a dešťových vod z jednotlivých nemovitostí.
Do kolektorů v HJmB jsou ukládány tyto sítě:

• parovod, výhledově horkovod;
• vodovod;
• kanalizace;
• kabely silové;
• kabely sdělovací;
• kabelová televize;
• kabely vlastního vybavení (napájení, ovládání, signalizace).

Do kolektoru není ukládán plynovod, s jehož osazováním není počítáno ani do budoucna.
Výstavba první trasy kolektorů v HJmB byla zahájena na sklonku roku 1992 úsekem dlouhým 450 m v ulicích Josefská-Masarykova. Generel, tvořící systém rozdělený na 20 úseků, předpokládá jejich postupnou výstavbu a postupné předávání do provozu. Tyto úseky jsou z hlediska stavebního zákona vedeny jako stavby.

I. etapa
Do poloviny roku 2001 byla výstavba I. etapy systému dokončena. V této etapě byly vybudovány a jsou ve správě Technických sítí Brno, a.s., následující úseky:
1. stavba: Kolektor Josefská-Masarykova;
2. stavba: Kolektor Josefská-Minoritská-Orlí;
3. stavba: Kolektor Kapucínské náměstí-Květinářská;
4. stavba: Kolektor Panská-Radnická;
5. stavba: Kolektor Jánská;
6. stavba: Kolektor Jánská-Malinovského náměstí.
Celková délka uvedených úseků je 1790 m, což je cca 32 % délky celého systému.

Podélný řez ulicí Josefskou s kolektorem

II. etapa
Dokončování raženého profilu v ulici Kobližné

Po ročním přerušení pokračovala výstavba kolektorů tzv. II. etapy. Pro její financování byla využita možnost Fondu ISPA (Instrument for Structural Policies for Pre-Accession - nástroj strukturální politiky v předvstupním období), který byl zřízen Evropskou unií v roce 2000 jako speciální podpůrný program připravený Evropskou komisí k podpoře uchazečských států při přípravě jejich vstupu do EU a byl určen pro sektor dopravy a životního prostředí. Poslední verze žádosti na obnovu technických sítí v HJmB byla podána v září 2000. Žádost byla schválena do konce roku, a následně bylo 7. 2. 2001 podepsáno příslušné finanční memorandum se závazným termínem dokončení výstavby do 31. 12. 2005. Příspěvek z fondu ISPA hradil náklady ve výši cca 45 %.
V průběhu roku 2001 bylo nutné splnit ještě další podmínky finančního memoranda. Stavební práce byly zahájeny v březnu 2003 a dokončeny v listopadu 2005.

Sekundární kolektory II. etapy výstavby byly rozděleny na 5 staveb:
7. stavba: Kolektor Kobližná-Poštovská-Kozí;
8. stavba: Kolektor Sukova;
10. stavba: Kolektor nám. Svobody-sever-východ;
11. stavba: Kolektor nám. Svobody-západ-Zámečnická;
18. stavba: Kolektor Zelný trh-Starobrněnská.
Celkem bylo postaveno dalších 1651 m. Po dokončení II. etapy je v provozu celkem 58 % celého systému sekundárních kolektorů.

Vedení sítí
V pojednávaném systému kolektorů v centru Brna se v trase kolektoru ustálilo umístění vodovodů při podlaze a v horní části profilu rozvody centrálního zásobení teplem. Náplň doplňují kabelové rozvody v kolektoru po obou jeho stranách a kanalizační potrubí. Kanalizační kruhové potrubí ø 400 - ø 1200 mm je ukládáno do podlahy. Domovní kanalizační přípojky a dešťové vpusti jsou přiváděny do spadišť, jejichž výška je daná rozdílem úrovně domovní přípojky a stoky v podlaze.
I spadiště jsou oddělena od vnitřku kolektoru vodotěsnými uzávěry, k odvětrání dochází kanalizačními šachtami umístěnými mimo kolektor a domovními přípojkami. Odvodnění podlahy kolektoru je gravitační přes vodní uzávěr se zpětnou klapkou.
Odbočování vedení do objektů je zásadně řešeno tak, že průchod je veden z prostoru vytvořeného zvýšením štoly kolektoru. Vlastní domovní přípojka má podlahu nad úrovní kolektoru. Přístup do takové přípojky (může být jednostranná či oboustranná) je z průchozí chodby po žebříku a průběžná trasa sítí je bez změny nivelety. Podstatnou předností takového vedení je skutečnost, že domovní přípojky jsou vedeny převážně v úrovni suterénů. Odbočování a křižování uložených sítí je řešeno v technických komorách. Při odbočování jednostranném (komory tvaru T) jsou sítě na straně odbočení zvednuty tak, aby pod nimi vznikl průchozí profil. Při odbočování na obě strany (křižování) jsou průběžné sítě zvednuty na obou stranách, kabely, odbočující z jedné strany kolektoru do odbočky na straně druhé jsou vedeny po pomocné konstrukci a klenbě, kde jsou přístupné z obslužné plošiny. Potrubí jsou zvedána do úrovně plošiny k vytvoření průchodu. Předností uvedeného způsobu vedení sítí je možnost pohybu obsluhy i s případným dopravním mechanismem bez překonávání překážek.
Zásady statického výpočtu a chování pozemních konstrukcí jsou podrobně popsány v článku [1]. Výsledky, získané konvergenčním měřením při stavbě a přísnými zatěžovacími zkouškami po dokončení výstavby I. etapy, prokázaly správnost přijatého řešení. Byly proto aplikovány po přizpůsobení se vlivu některých odlišností daného prostředí i pro výstavbu II. etapy.

Příčný řez sekundárním kolektorem:
1 primární ostění (stříkaný beton H V4-B25 s příhradovou ocelovou výztuží a ocelovou sítí);
2 sekundární ostění vyztužené ocelovou sítí;
3 železobeton H V4-B25;
4 beton prostý B15;
5 vodotěsná izolace;
6 drén DN 80 (odvodnění během výstavby);
7 odvodňovací žlábek;
8 kabelový kanálek;
9 stoka;
10 chránička pro čištění kanalizace

Inženýrsko-geologické poměry
Z hlediska inženýrsko-geologických poměrů převážná část kolektorů II. etapy (s výjimkou kolektoru na Zelném trhu - sprašové hlíny) zasahuje více či méně do vápnitých jílů, tzv. brněnských téglů a do podzemní vody, jejíž proměnná hladina je v některých místech až nad kolektorem. Ražby tedy probíhaly většinou v soudržných zeminách, částečně v soudržných navážkách a nesoudržných píscích a štěrcích. Velikost záběru, a tím i vzdálenost výztužných rámů primárního ostění, byla 0,8 až 1,0 m. Základní metodou výstavby zůstala však Nová rakouská tunelovací metoda (NRTM), jdoucí ruku v ruce s observační metodou sledování prací.

Konstrukční řešení
Ochrana díla proti spodní vodě byla řešena těsněním s krystalizačními účinky, vytvořeným nástřikem mezi primárním a sekundárním ostěním. Stěny a klenba byly opatřeny vrstvou ze směsi MONOCRETE MONOMIX XP TH s přísadou XYPEX ADMIX C 1000 o tloušťce nejméně 15 mm. Podkladní beton a spodní část svislého ostění je opatřena nátěrem XYPEX CONCENTRATE, který byl užíván též ve všech pracovních spárách, vzniklých přerušením betonáže. V jednotlivých úsecích je izolace prováděna do výšky přesahující o 1,0 m zjištěnou hladinu podzemní vody. V příčném řezu mají kolektorové chodby i komory tvar kruhové klenby a rovných opěr. Primární ostění je tvořeno stříkaným betonem, svařovanými sítěmi a v převážné míře svařovanými nosníky z betonářské výztuže ANKRA a ASTA. Sekundární ostění kolektorů, prováděné zpravidla se značným časovým odstupem, je opět ze stříkaného betonu, kombinovaného se svařovanými sítěmi při obou površích.
Rozměry běžného příčného řezu kolektoru jsou zřejmé z obrázku. Kanalizační kruhové potrubí průměru až 1200 mm je ukládáno dodatečně do podlahy po provedení definitivní obezdívky. Výkop pro kanalizační potrubí byl otevírán postupně v délce 4 m a postupně bylo prováděno zabetonování trub v délce 3 m. To vše v jednom dni. Při řešení jednotlivých větví kolektorové stoky se uvažuje s veškerými domovními přípojkami. Revizní šachty na kanalizaci v podlaze kolektorů jsou uzavřeny vodotěsnými poklopy.
Rozměry technických komor byly přizpůsobeny konkrétním statickým a stavebním podmínkám, většinou jsou 4,8 m vysoké a šířky 4,8 až 5,4 m a délky 8,4 m. Základová spára kolektorů je přibližně jednotná v celé délce a pohybuje se okolo 7,0 m pod úrovní povrchu. Ani pozemní zástavba není příliš hluboko založena, z čehož vyplývá nezbytnost zabezpečit okolní objekty proti indukovaným účinkům ražby. Z geotechnických vlastností zemin byl stanoven rozsah ovlivnění objektů. Při rozhodování o rozsahu zajištění bylo přihlíženo i k historické hodnotě objektů a jejich současnému stavu.

Řez ostěním sekundárního kolektoru: 1 primární ostění (stříkaný beton); 2 sekundární ostění (stříkaný beton); 3 příhradová výztuž; 4 hydroizolace; 5 výztužná ocelová síť

Příčný řez kolektorovou přípojkou: 1 vodovod; 2 centrální zásobování teplem; 3 kabely silové a slaboproudé; 4 kanalizační stoka; 5 přípojky inženýrských sítí; 6 domovní přípojka kanalizace; 7 kanalizační spadiště

Ochrana povrchové zástavby
Pro zabránění poklesů okolních staveb vlivem ražby slouží clona ze sloupů tryskové injektáže, umístěná mezi pozemní a kolektorové objekty. Myšlenka podchytit základy čelních stěn objektů byla opuštěna, neboť rozdílné uložení jednotlivých stěn objektů by mohlo dlouhodobě vést k jejich poruchám. Průměr a vzdálenosti jednotlivých sloupů, vytvořených tryskovou injektáží, jsou voleny tak, aby clona nevytvářela souvislou stěnu. Tak je zachována možnost pohybu podzemní vody. V předstihu před zahájením vlastních prací byla provedena pasportizace téměř všech objektů na povrchu. Při pasportizaci byly na objektech osazeny body pro následné nivelační měření. Tyto body navazují na profily konvergenčních měření v ražených kolektorech a na body osazené na povrchu v ose kolektorů. Tím byly vytvořeny měřicí profily, na kterých se následně provádělo měření konvergencí, nivelace na povrchu a v podzemí. Měření na povrchu jsou prováděna v předstihu před průchodem čelby (1 až 2 měsíce) a v průběhu ražby ve vazbě na měření konvergence a nivelace v profilech ražených kolektorů. Z měření lze dedukovat souvislosti a případná opatření. O kvalitě tunelářských prací dostatečně vypovídají naměřené hodnoty. Rozhodující část poklesů se pohybovala do 4 mm a hodnoty naměřených hodnot nivelací a konvergencí v podzemí se pohybují v rozmezí od 0-4 mm. Na základě těchto údajů je zřejmé, že se zvolená technologie provádění prací osvědčila.

Výhled

V současné době probíhá výběrové řízení na dodavatele stavby části primárního kolektoru Koliště v délce 197 m. Stavba by měla být zahájena ještě do konce pololetí tohoto roku.
Dále je zadáno zpracování dokumentace pro stavební povolení na 19. stavbu sekundárních kolektorů, týkající se Dominikánského náměstí. Z hlediska naléhavosti se v současné době jeví jako nejdůležitější pokračovat výstavbou kolektorů v ulici Česká (12. stavba) a v ulici Dvořákova-Beethovenova (9. stavba).
Příčný profil České ulice je zcela zaplněn stávajícími inženýrskými sítěmi. Značný podíl připadá na vedení parovodního a kondenzátního kanálu. Ten se často nachází nad starou kanalizační stokou, takže znemožňuje její rekonstrukci otevřeným výkopem.
Z hlediska vytvoření podmínek pro změnu topného media v HJmB (přechod z parního rozvodu v kanálech na horkovod v kolektoru) je potřebné propojení sekundárních kolektorů s primárními, tzn. napojit 9. stavbu: Kolektor Dvořákova-Beethovenova na primární kolektor. Provoz kolektorových systémů je zajištěn stálou kontrolou z dispečinku a pravidelnými pochůzkami. Tuto činnost zajišťuje a.s. Technické sítě Brno.

Závěr

Uložení technických sítí v kolektoru má tyto výhody:

• umístění několika druhů médií v minimálním podzemním prostoru při zachování jejich přístupnosti;
• zvýšení životnosti trubních a kabelových vedení;
• sítě jsou pod stálou kontrolou;
• okamžitá signalizace poruch, omezení úniku médií na minimum;
• údržbářské a opravárenské práce, vč. odstraňování havárií bez dopadu na povrch;
• možnost dodatečné pokládky nových sítí, popř. výměny stávajících za propustnější, bez rozkopání povrchu;
• během výstavby dochází k minimalizaci výkopových prací, omezení hlučnosti, prašnosti atd.

Kolektory jsou jednou z cest komplexní rekonstrukce inženýrských sítí. V podmínkách historického centra Brna toto řešení již plně prokázalo svoji oprávněnost. V případě kolektorů v HJmB přispěla výšková konfigurace zájmové oblasti a do značné míry i havarijní stav převážné části stok ke společnému řešení systému kanalizace a kolektorové soustavy. V okamžiku, kdy došlo k rozhodnutí orgánů města, že obnova stokové sítě má být realizována hornickým způsobem, vznikla srovnatelná varianta pro potlačení hlavní nevýhody kolektorových systémů - vyšších investičních nákladů.

Použitá literatura
[1] Tunel 02/1994: Prof. Ing. J. Barták, ČVUT Praha, Ing. Fr. Dvořák - Výstavba podpovrchového kolektoru Josefská-Masarykova v Brně
[2] Tunel 03/1997: Ing. Bř. Sedláček, Aquatis a.s. - Výstavba sekundárních kolektorů v historickém jádru města Brna po 5 letech
[3] Tunel 02/2004: Ing. Fr. Dvořák, Ing. Bř. Sedláček, Ing. V. Torner, Aquatis a.s. - Výstavba sekundárních kolektorů v historickém jádru města Brna spolufinancovaná ze zdrojů EU
[4] Tunel 02/2005: Ing. Bř. Sedláček, Aquatis a.s., Ing. E. Konopásek, Ing. J. Vraňan, Metrostav a.s. - Zkušenosti z výstavby kolektorů K10 a K11 v Brně