Podjezd pod tratí Česká Třebová – Přerov pro páteřní cyklostezku Litovel – Červenka – Uničov

Úvod

V průběhu roku 2017 řešil investor, obec Červenka, dostavbu páteřní cyklostezky mezi městy Litovel a Uničov na svém katastrálním území. Celkem běžné silniční stavbě nevelkého rozsahu se kromě opěrné zdi a lávky přes potok do cesty postavila překážka v podobě III. železničního koridoru na trase Česká Třebová – Olomouc. V typicky rovinaté části Hané představovalo křížení cca 6 m vysokého zemního tělesa opravdový problém, ale zároveň i výzvu.
Vybudování nadjezdu nad elektrifikovanou tratí nepřipadalo v úvahu, protože lávka by musela být vedena ve výšce minimálně 15 m nad okolním terénem (obr. 2).
Stejně tak zahloubení cyklostezky pod úroveň stávajícího terénu nebylo možné vzhledem k všudypřítomné vysoké hladině podzemní vody. Provedení podjezdu klasickou výkopovou metodou za současných výluk na trati zase naráželo na vysoké poplatky. Jen pro ilustraci lze uvést, že sazba za jednodenní úplnou výluku na koridorové trati činí cca 920 000 Kč. Jako konečné technické řešení bylo navrženo protlačení předem vybetonovaného tělesa podchodu násypem železničního tělesa bez přerušení provozu vlakové dopravy. Jednalo se o unikátní technologii, která nebyla na našem území použita již desítky let. Zkušenosti s její realizací jsou popsány níže.

Parametry díla

Délka protlaku (rám podjezdu): 17,7 bm
Spád protlaku: 1 %
Teoretický profil výrubu: 9,61 m²
Nadloží štoly: 2,1 m (2,3 m pod temenem kolejnice)

Železobetonová konstrukce tělesa podjezdu byla navržena jako rámová, s tloušťkou stěn 300 mm, z betonu C35/45 – XC4, XD3, XF4.
Speciální geologický a hydrogeologický průzkum násypového tělesa dráhy nebyl zpracován. Předpokládalo se, že protlak bude pravděpodobně realizován převážně v navážkách, resp. ulehlém násypu drážního tělesa neznámého složení. Hladina podzemní vody byla předpokládána pod úrovní počvy, tj. pod niveletou protlačovaného podchodu. Z poznatků o historickém budování tzv. První Ferdinandovy dráhy (Severní dráhy císaře Ferdinanda) je patrné, že se do násypu využívaly místní suroviny, což je v tomto případě písčitá zemina, popř. sprašové hlíny.

Přípravné práce

Svah násypu drážního tělesa pro budoucí portál podchodu byl zajištěn ocelovými štětovnicemi Larsen IIIn, které byly zaberaněny do hloubky cca 3 m pod niveletu podchodu. Ochrana nadloží před ražbou budoucího podjezdu byla navržena mikropilotami, resp. horizontálními vrty. Nad štětovnicemi byly technologií horizontálního řízeného vrtání provedeny ocelové mikropiloty (21 ks) průměru DN 200 mm a délky 18 bm v jednotlivé osové vzdálenosti 300 mm. Tomu předcházelo zřízení provizorní zemní rampy pro příjezd vrtného zařízení.
Tyto mikropiloty sloužily jednak jako vetknuté ocelové nosníky tvořící zajišťující „strop“ a jednak byly použity k injektáži pro zpevnění nadloží nad protlačovaným profilem.
V první fázi prací na ochranných horizontálních mikropilotách byly vrtnými tyčemi průměru 86 mm provedeny vrty (obr. 4). Vrtné tyče byly ponechány ve vrtu až do okamžiku dokončení všech vrtů „ochranného deštníku“ v požadované horizontální rovnoběžné poloze. Až poté bylo realizováno zpětné zatažení ocelových trub profilu DN 219/10 mm (obr. 5). Správná projektovaná poloha ochranného deštníku byla zajištěna ocelovými odstavnicemi přivařenými k jednotlivým troubám tak, aby mezi sebou měly minimální rozestup 100 mm. Podařilo se dosáhnout směrové a výškové přesnosti horizontálních vrtů pro „ochranný deštník“, až na jednu výjimku, v rozmezí + 100 mm. Vzhledem k tomu, že se dodatečně ukázalo, že část vrtů musela projít starou záporovou stěnou, o jejíž existenci nebylo v době vrtných prací povědomí, lze tento výsledek pokládat za výborný (obr. 6). Chemická injektáž probíhala soustavou sedmi ocelových trubiček průměru 10 mm odstupňované délky, které byly přivařeny k ocelové troubě mikropiloty. Ty byly využity k postupné injektáži nadloží po vodorovných etážích vzdálených od sebe cca 1,7 m. K injektáži byla použita silikátová injektážní pryskyřice tak, aby výsledná pevnost skeletu byla do 5 MPa. Maximální tlaky injektáže musely být omezeny, aby došlo k úplnému vyplnění mezer v zemině násypu, ale zároveň se zamezilo riziku pozvednutí nadloží. Během injektování byl průběžně sledován pohyb kolejí na předem zřízeném bodovém poli.
Injektáž probíhala tak, aby se zamezilo průniku injektážních hmot do vzdálenosti 1,2 m od nivelety kolejí. Po ukončení injektážních prací byly ocelové trubky (mikropiloty) zality samozhutnitelným betonem a bylo odtěženo zemní těleso provizorní nájezdové rampy.

Betonáže podchodu

Jako podklad pro vybetonování železobetonového tělesa podchodu i jako platforma pro posun protlaku byla zhotovena masivní železobetonová deska (tloušťky 0,4 m, šířky 4,0 m a délky 24,0 bm). Tato deska sloužila pro instalaci technologické rampy protláčecího zařízení. Musela být pomocí opěrných bariér zakotvena do podloží 2 m hlubokými bloky, které byly s deskou vzájemně provázány výztuží. Při betonáži desky byly osazeny ocelové „kapsy“, které pak v průběhu protlačování podchodu sloužily k opření hydraulické soustavy s tlačnými písty pro posun tělesa podchodu. Kapsy byly osazeny v „kroku“ 1,5 m, ve dvou řadách. Každá řada obsahovala čtrnáct kapes. Opěrná plocha kapsy musela přenést tlak 4 000 kN.
Železobetonový monoblok (těleso podchodu) o vnitřních rozměrech DN 2 500/2 500 mm a vnějších rozměrech 3 100/3 100 mm byl vybedněn a vybetonován na technologické železobetonové rampě (obr. 7). Do betonu byly pro minimalizaci vzniku smršťovacích trhlin míchána PE vlákna délky 12 mm v množství 0,9 kg/m3.
Na celé délce 17,7 m nebyly navrženy dilatační a smršťovací spáry. Plně se potvrdil omezující vliv PE vláken na vznik trhlin.
Na vnější straně tělesa podchodu byla nástřikem aplikována vodotěsná izolace proti stékající vodě. Spodní strana korpusu byla namísto izolace chráněna zvýšením krytí výztuže o 10 mm. Pro oddělení tělesa podchodu od podkladní rampy během protlačování byla na desce umístěna PE fólie, která byla z důvodu snížení tření mezi styčnými plochami ještě ošetřena bentonitovou suspenzí (obr. 8).

Protlačování monolitického profilu 2 500/2 500 mm

Protlačovací souprava byla speciálně vyrobena k tomuto účelu. Její maximální potřebné tlaky byly stanoveny na základě odborného odhadu tření na plášti rámu a odporu na břitu při zatláčení. Systém byl navržen pro maximální tlak 8 000 kN umožňující protláčení v délce cca 30–35 m při běžných geotechnických podmínkách. Soustavu lze využít i k úsekům do délky 40 m při „mazání“ povrchu bentonitem pro snížení plášťového tření.
K protlačování byl využit hydraulický protláčecí systém, kdy byl na připravený železobetonový profil podchodu osazen sešikmený ocelový předštítek napomáhající výškovému a směrovému vedení díla a pokrývající sypný úhel horniny v čelbě. Mezi předštítkem a betonovou konstrukcí podchodu musel být umístěn roznášecí rám z překližky, aby se zabránilo drcení ŽB konstrukce.
Před zahájením razicích prací byl vypálen prostup ve štětové stěně a okamžitě se započalo s protlačováním. Pod ochranou ocelového břitu předštítku (obr. 9), ale i již dříve zřízeného mikropilotového deštníku byla pásovým mikrobagrem rozpojována zemina na čelbě. Vodorovnou dopravu vytěžené zeminy (rubaniny) zajišťoval smykový nakladač (obr. 10). Při odvozu vytěžené zeminy z tělesa protlačovaného podchodu bylo nutno chránit hydraulickou pohonnou jednotku protlaku přejezdovým plechem, který fungoval na principu padacího mostu.
Břit předštítku musel být vždy zatlačen v rostlé zemině, aby nedošlo k vypadávání zeminy se stropu a boků. Zajištění výrubu protlačovanou železobetonovou konstrukcí bylo již finální konstrukcí a v důlní terminologii se tak jednalo o definitivní sekundární ostění. Po protlačení, resp. vyražení technologického kroku (délky 1,5 m) byly tlačné písty protláčecí stanice staženy a celá tlačná stolice byla jeřábem posunuta do další kotvicí kapsy v podkladní železobetonové desce (železobetonová rampa). Celý proces se pak pravidelně 14× opakoval. V průběhu přesouvání tlačného zařízení do další kapsy byl ochranný přejezdový plech zvednut a zajištěn.
Během protlačování byly pečlivě sledovány výše tlaků v hydraulické soustavě a v případě dosažení vyšší hodnoty než 50% plánovaného tlaku se počítalo s aplikováním kluzné bentonitové injektáže pro maximální snížení třecího odporu tak, aby se předešlo možnému poškození protlačované ŽB konstrukce vlivem tlaků hydraulických agregátů. Za tímto účelem byly zřízeny čtyři injektážní otvory (dva v horní části a dva v dolní části podchodu) 1 m za předštítkem.
Směrové a výškové řízení protlaku bylo průběžně zajištováno terčem, laserem a geodetickými přístroji. Výškově bylo vedení rámu usměrňováno posunem po ploše betonové desky, směrově byl rám usměrňován levou a pravou sekcí hydraulických pístů.
Ražba byla zahájena v pondělí 7. září 2020 a ukončena ve středu 9. září 2020 (obr. 11, 12). Razicí práce probíhaly konti­nuálně celkem cca 60 hodin, kdy byl protlačen celý rám délky 17,7 m. Největší směrová odchylka činila na celé délce podjezdu 45 mm, výšková odchylka 35 mm.
Maximální tlačná síla 4 800 kN byla dosažena při zatláčení cca v polovině úseku. Průběh tlaku odpovídal předpokladu, kdy nejvyšší hodnoty byly při podchodu kolejí. Mimo profily koleje byly tlaky poloviční. Ke snížení tlaků nebylo zapotřebí zahájit mazání povrchu rámu přes otvory před čelbou (graf 1).

Geomonitoring a měření GPK (geometrické polohy kolejí)

Vzhledem k tomu, že realizace podchodu s minimálním nadložím probíhala pod jednou z nejfrekventovanějších tratí, bylo třeba věnovat náležitou pozornost systému měření poklesů nadloží. K tomuto účelu byla vytvořena soustava měřicích bodů, které byly vyznačeny a osazeny na každé kolejnici v ose ražby a pak oboustranně 1, 2, 3, 4, 5 a 6 m od osy protlaku. Celkově tak bylo na každé ze dvou kolejí vyznačeno třináct bodů, což znamená, že měření sestávalo z 52 měřicích bodů.
Měřilo se před zahájením prací, po zaberanění larsenových stěn, denně během vrtání ochranného deštníku a chemických injektáží, dále před zahájením protlačování, 2× denně během protlačování a ještě šedesát dnů po ukončení protlačování v předem stanovených cyklech.
Největší lokální poklesy kolejí (cca 25 mm) byly zaznamenány při realizaci ochranného deštníku z mikropilot. Jednou z hlavních příčin byly svislé komponenty již dříve zmíněné záporové stěny, jejíž přítomnost byla zjištěna až při vlastním protlačování podchodu. Oprava výškové polohy kolejnic byla řešena nejprve ručním podbitím a následně strojní podbíječkou.
Po celou dobu výstavby byl zachován provoz na trati SŽ. Pouze při realizaci horizontálních mikropilot, injektážních prací a ražby, tj. protlačování ŽB korpusu, byla na provozovaných kolejích snížena rychlost na 30 km/hod.

Úskalí výstavby

• Za prvé se jednalo v našich podmínkách o dlouho nevyzkoušenou technologii výstavby. Tomu odpovídala i zvýšená pozornost ze strany provozovatele železniční trati – Správy železnic, který v počátcích projevoval nedůvěru k navrhovanému řešení. Tomu se nebylo možné divit, protože obavy z byť jen nepatrného ohrožení provozu na koridorové trati byly opodstatněné. Odsouhlasování konečné podoby technologického postupu probíhalo na několika úrovních. Pro ilustraci je možné uvést, že v Předběžném souhrnném stanovisku k realizační dokumentaci stavby bylo ze strany SŽ uvedeno 52 připomínek k předložené dokumentaci a technologickému postupu. Ty musely být v co nejkratší době zapracovány do dokumentace a zohledněny v průběhu přípravy stavby. Nicméně je třeba ocenit konstruktivní a dělný přístup ze strany zástupců SŽ, který umožnil přípravu prací dotáhnout do zdárného
  konce.
• Jednokriteriální veřejná obchodní soutěž. S vypsáním soutěže na výstavbu cyklostezky, jejímž jediným kritériem je výše nabídkové ceny, nelze příliš polemizovat. Pokud je však součástí cyklostezky realizace objektu, který je předmětem tohoto článku, je to na pováženou. O možném vzniku rizika obecného ohrožení nemluvě.
  To ovšem není problémem investora této stavby, ale systémového nastavení. Nejlevnější řešení nemůže být nejlepší, a naopak – nejlepší dodavatel nemůže být logicky nejlevnější.
• Covid-19. Během února roku 2020 bylo předáno staveniště a odsouhlasen harmonogram výstavby. Dne 16. března bylo vydáno Vyhlášení mimořádného opatření při epidemii č. j. KHSOC/09179/2020/RES
  Zákaz vstupu, pohybu a pobytu ve městech Litovel, Červenka, Uničov, což prakticky znamenalo přerušení stavby. Byť byla karanténa zrušena 30. března 2020, byla stavba i její příprava do značné míry paralyzována. Je třeba si uvědomit i komplikace spojené s nezbytnými osobními schůzkami, konáním výrobních výborů a kontrolních dnů, jednání s orgány státní správy apod.
• Čerpání dotačních příspěvků. Finanční a ekonomické kritérium bývá nadřazeno výrobním a technickým požadavkům. I přes veškeré komplikace a technologické složitosti byla stavba vystavena trvalému tlaku na plnění termínů z důvodu nutnosti vyčerpat dotační tituly v daném roce. I když obecně lze konstatovat, že bude zřejmě snadnější přesunout finanční prostředky z jednoho účetního období do druhého, než například donutit beton ztvrdnout za kratší dobu než 28 dnů.

Závěr

Na stavbě se průběžným sledováním plně potvrdily parametry výsledného tlaku protláčecí soupravy a polohy z hlediska směru a poklesu uvažované v projektové dokumentaci.
Vlastní stavba byla dokončena v listopadu 2020 (obr. 1). Poté následoval její zkušební provoz a slavnostní uvedení do provozu (obr. 13).
Celkově je možno zkušenosti z realizace nové nebo spíše staronové technologie shrnout jako velice dobré. Lví podíl na výsledku měla velice dobrá spolupráce všech zúčastněných stran po celou dobu výstavby. S odstupem času lze říci, že přípravné práce, zejména z hlediska projektového a legislativně-administrativního projednání, byly složitější než samotná realizace.