Projekt tunelů Poříčí a Opevnění na dálnici D11 v úseku Trutnov – státní hranice s Polskem (2)
Soutěž na zhotovitele dlouho očekávaného úseku stavby dálnice D11 označovaného jako 1109 od Trutnova ke státní hranici s Polskem je ukončena a následovat by měla realizace. Jedná se o poslední úsek dálničního tahu Praha – Hradec Králové – Jaroměř – Trutnov – Královec (státní hranice), který propojí českou a polskou silniční síť. (Článek navazuje na předchozí část uveřejněnou v minulem čísle časopisu).
Principy NRTM a technologický postup ražení
Jedním z hlavních principů NRTM je zapojení horninového masivu do nosného systému tunelu a úprava technologického postupu prací i způsobu zajištění stability výrubu na základě skutečně zastižených geotechnických podmínek. Ty jsou při výstavbě ověřovány prostředky geotechnického monitoringu prováděného průběžně v závislosti na postupu ražby. Obecně platí, že čím kvalitnější horninový masiv se v okolí výrubu nachází, tím větší lze očekávat jeho zapojení do nosného systému „ostění-hornina“. V této souvislosti se hovoří o samonosné funkci horninového masivu, tj. zjednodušeně o době, kterou je schopen výrub bez dalšího zajištění zůstat stabilní. Aby nedošlo vlivem ražby k degradaci horninového masivu a snížení jeho samonosné funkce, je snahou stabilizovat výrub primárním ostěním a vyztužením nosného horninového prstence radiálním kotvením v co nejkratším časovém odstupu po odstranění horniny. Rozpojení horninového masivu probíhá v případě horší kvality horniny mechanicky např. tunelovým bagrem, u pevnějších hornin trhacími pracemi.
Kromě samotné kvality horninového masivu hraje významnou roli velikost a tvar výrubu a výška nadloží tvořeného kvalitní horninou. V případě tunelů Poříčí i Opevnění proto byly při návrhu technologického postupu ražby posuzovány nejen geotechnické podmínky v profilu tunelu, ale i v oblasti alespoň dvou průměrů výrubu nad vrcholem klenby. Jedná se o empirickou poučku, na základě které lze v kombinaci s matematickými modely simulujícími postup ražby vytvořit prognózu chování horninového masivu v okolí výrubu, které se na nosné funkci přímo podílejí.
Po zohlednění předpokládaných geotechnických podmínek, velikosti výrubu a navrženého postupu výstavby došlo k již popsané redukci sedmi kvazihomogenních úseků pouze na tři kvazihomogenní celky s předpokládaným charakteristickým chováním horninového masivu při ražbě. Následně jim byly přiřazeny technologické třídy výrubu NRTM, které definují způsob členění výrubu, délku záběru při ražbě, vzájemné vzdálenosti čeleb jednotlivých dílčích výrubů, způsob zajištění stability výrubu i případná opatření prováděná před čelbou. Jedná se o jehlování pomocí prutů z betonářské oceli ∅ 25 mm délky 4 m, které se vsazují do vrtů po obvodě kaloty. V případě technologické třídy výrubu 5a určené do nejtěžších geotechnických podmínek se jehlování provádí systematicky v každém druhém záběru (viz obr. 1).
Ve třídách výrubu 3 a 4 se předpokládá použití jehel podle konkrétních geotechnických podmínek zastižených při provedení záběru. Cílem jehlování je omezit tvorbu nadvýrubů a zvýšit stabilitu líce výrubu před provedením nástřiku primárního ostění. S ohledem na obecně příznivé geotechnické podmínky je navržena ražba s horizontálním členěním výrubu na kalotu a jádro bez použití spodní klenby. Jako výztuž nosného horninového prstence je navrženo radiální kotvení SN kotvami. Jedná se o plnostěnné ocelové tyče z betonářské oceli, které jsou vsazovány do vrtů s cementovou zálivkou. Na rozdíl od svorníků, které „svírají“ horninu mezi hlavou a kořenem a vlivem předpětí působí na horninový masiv zejména tahem, působí radiální SN kotvy způsobem uchycení do horninového masivu jako výztuž tahová i smyková. Tahově jsou aktivovány rozdílnou deformací horninového masivu po jejich délce, plochou průřezu vzdorují smykovým namáháním zejména na plochách diskontinuit. Zvyšují tak geotechnické parametry prokotveného horninového prstence. Do určité míry lze hovořit o „homogenizaci“ jeho vlastností. Do geotechnických výpočtů proto nejsou zahrnuty jako lokálně působící tahové prvky, ale jejich působení je modelováno zlepšením geotechnických parametrů prokotvené oblasti – v porovnání s tenkostěnnými hydraulicky upínanými svorníky, aktivovanými pouze třením na plášti v přímém kontaktu se stěnou vrtu, oblíbenými u zhotovitelů, SN kotva lépe splňuje požadavek na zapojení horninového masivu do nosného systému ostění-hornina, a to nejen svým působením v tahu i střihu, ale vzhledem k výrazně větší průřezové ploše a ukotvením do cementové zálivky i z hlediska životnosti, tj. celkové doby působení.
Základní informace o navrženém postupu ražení a způsobu zajištění stability výrubu udává tab. 1, přičemž kromě tloušťky primárního ostění a radiálního kotvení je pro třídu výrubu charakteristická i délka záběru, ve kterém se jednotlivé operace ražby cyklicky opakují. Délka nezajištěného záběru má vliv na stabilitu líce výrubu i přenášením zatížení horninovým tlakem v podélném směru i na stabilitu čelby. Úpravou délky záběru v přípustném intervalu příslušné technologické třídy výrubu tak lze při ražbě reagovat na skutečně zastižené geotechnické podmínky, optimalizovat postup výstavby a snižovat riziko nestability výrubu nebo tvorby nadvýrubů.
Rozdělení ražených úseků tunelů Poříčí a Opevnění do technologických tříd výrubu odpovídá konkrétní prognóze geotechnických podmínek v trase tunelu a podle principů observační metody bude upřesňováno při ražbě. Prognózu procentuálního rozdělení tunelových trub do technologických tříd výrubu ukazuje obr. 2. Z hlediska absolutních délek jednotlivých úseků udává zastoupení jednotlivých technologických tříd výrubu tab. 2.
Technologická třída výrubu 5a byla použita v připortálových úsecích navazujících na stavební jámy, ve kterých se výška nadloží pohybuje od 6 m do 15 m a zóna zvětrání může dosahovat až k profilu tunelu. Technologická třída výrubu 4 v připortálových úsecích navazuje na technologickou třídu výrubu 5a, přičemž výška nadloží nepřesahuje 20 m. V úsecích s vyšším nadložím je tato třída výrubu použita v tektonicky porušených zónách nebo v oblasti napojení výrubu propojek na hlavní tunelové trouby, kde je horninový masiv asymetricky prostorové namáhán. Technologická třída výrubu 3 je navržena v úsecích s výškou nadloží až 40 m a horninovým masivem, který tvoří kvalitní horniny pevnostních tříd R4 až R3. Při správném použití principů observační metody, kterou NRTM je, jsou při zachování bezpečnosti práce a současně splnění kvalitativních kritérií na ražbu vynakládány pouze nezbytně nutné finanční prostředky. Základním předpokladem je kvalifikovaný přístup jak ze strany zhotovitele, tak stavebního dozoru stavebníka a geotechnika stavby.
Celý článek naleznete v archivu čísel 11/2023.
