Ražba průzkumného díla metra I.D v Praze, úsek PAD4

Úvod

V lokalitě probíhají dva geologické průzkumy v lokalitách PAD4 a ­VO-OL, úsek označovaný jako PAD4 realizuje tým firmy Metrostav a.s., divize 5 a 8. Práce v tomto úseku započaly v červnu 2019. Šachty a štoly vybudované v rámci geologického průzkumu v oblasti Pankráce budou využity pro budoucí tunely linky metra D vedoucí ze stanice Pankrác do stanice Olbrachtova směr Depo Písnice. Cílem průzkumu je ověření geotechnických vlastností horninového masivu v plánované trase, především kosovského souvrství u stanice metra D Pankrác.

Definice projektu

Staveniště úseku PAD4 se nachází na rohu pankráckých ulic Budějovická a Na Strži (viz obr. 2). Úkolem realizačního týmu je vybudovat přístupovou šachtu, přístupovou štolu délky cca 25 m, na kterou navazuje esovitě zahnutá štola dlouhá 91 m, kde byly prováděny geotechnické zkoušky. Druhá zmiňovaná štola se stane součástí přestupového tunelu mezi provozovanými stanicemi metra C a D – Pankrác.

Realizace

Přístupová šachta
Práce na geologickém průzkumu na úseku PAD4 začaly v červnu 2019 převzetím staveniště a následnou přípravou ploch zařízení staveniště včetně rozvodů inženýrských sítí a zázemí pro pracovníky a stroje. Na tyto práce navázala realizace přístupové šachty (viz obr. 3), která je zajištěna převrtávanými pilotami o průměru 1 000 mm, má vnitřní průměr 7,6 m a hloubku cca 30 m. V hloubce cca 22 m je vnitřní průměr snížen na 7 m železobetonovou převázkou. Pod převázkou jsou do definitivní hloubky navrtány pouze sekundární piloty. Prostor mezi nimi fixuje stříkaný beton nanášený v suché formě. Hloubení přístupové šachty začalo v říjnu 2019. Do 6 m probíhalo hloubení z povrchu běžným bagrem, dále se pokračovalo až na dno bagrem Takeuchi TB138 FR umístěným na dně šachty, rubanina byla těžena ve výklopné vaně o objemu 2 m³ jeřábem RDK 300 a ukládána na mezideponii na povrchu.

Ražby v kalotě 1
Po vyhloubení šachty téměř na úroveň dna kaloty přístupové štoly byl zbudován dvouřadý mikropilotový deštník (mikropiloty 114/10 mm délky 15 m) nad budoucím profilem tunelu. Po dokončení hloubení, betonáže železobetonové desky na dně jámy včetně čerpací jímky a po jejím vystrojení byla 11. ledna 2020 zahájena první fáze ražby (viz obr. 4) samotného průzkumného díla. Jako nejvhodnější metoda ražby pro dané podloží byla zvolena NRTM (Nová rakouská tunelovací metoda). Ražba je rozdělena na čtyři typy – TYP 1–4 (viz tab. 1). Zadávací dokumentace počítala s ražbou převážně v technologické třídě TT5a, kde se předpokládaly kosovské břidlice, a posledních cca 24 m ražbu v TT4 v pevných diabázech. Celková délka raženého díla činí 116,7 m. Profil je v TYPU 1 dělen na kalotu a její dno (viz obr. 5), v TYPU 2 a 4 na kalotu 1, dno kaloty 1, kalotu 2 a dno kaloty 2 (viz obr. 6) a v TYPU 3 na kalotu 1 a dno kaloty 1 (viz obr. 7). Mezi základní vystrojovací prvky ražby patří ocelové sítě 150 × 150/8 mm, výztužné rámy Bretex, stříkaný beton C25/30, samozávrtné svorníky IBO32 délky od 4 do 6 m, čelbové kotvy IBO32 délky 8 m a předháněné jehly IBO32 délek od 4 do 8 m.

Součástí průzkumu jsou rozsáhlé pokusné injektáže právě do prostoru ražby kaloty 2, kde se při její samotné ražbě ověřuje její účinnost z důvodu složitých geologických vlastností horninového masivu kosovských vrstev pro budoucí ražbu jednolodní stanice Pankrác. Ražba průzkumného díla ovlivňuje řadu podzemních a nadzemních objektů, kde mezi nejvýznamnější patří průchod pod provozovanými tunely metra C včetně zahloubených objektů stanice Pankrác, kdy nejmenší vzdálenost vrchu raženého díla je cca 5 m od těchto objektů. Pro ražbu průzkumného díla byly Metrostavem pořízeny nové speciální stroje, protože úzké hrdlo šachty a poměrně velký profil raženého díla neumožňoval použít dostupné běžně používané razičské stroje. Šlo především o speciální tunelový bagr od rakouské firmy Wimmer a vrtací vůz od švédské firmy Epiroc, typ S2 (viz obr. 8). Pro nakládku rubaniny se používá kolový nakladač Bobcat S850. Pro ražbu prvních metrů tunelu se z důvodu stísněného prostoru používal výhradně bagr Wimmer včetně vrtání vystrojovacích prvků přes vrtací lafetu umístěnou na jeho rameni. Až po vyražení cca 40 m bylo možné použít pro vrtání děr vystrojovacích prvků vrtací vůz Epiroc S2, jenž se do podzemí vzhledem ke své délce musel spustit s demontovanými rameny a lafetami a v podzemí se opětovně ramena namontovala. Jeho nasazení samozřejmě zefektivnilo a zrychlilo časy vrtacích prací o 75 % oproti lafetě na bagru.

Ražba tunelu potvrdila informace z hloubení šachty, a to střídání kosovského souvrství měkkých břidlic s pevnými polohami křemenců s drénováním podzemní vody horninového masivu v relativně krátkém čase téměř po celou délku ražby. Z důvodu snižování hladiny podzemní vody docházelo k neočekávaně většímu ovlivnění okolí raženého díla. Již po vyhloubení šachty docházelo k sedání obou traťových tunelů provozovaného metra C mezi stanicemi Pankrác a Budějovická o cca 5 mm do vzdálenosti několik desítek metrů. Pevné diabázy byly zastiženy s posunutím cca 20 mm oproti prvotním předpokladům. Po vyražení průzkumného díla TYP 1 a 2 byla ražba na cca jeden týden zastavena s ohledem na provádění průzkumných prací. V této době dosáhly hodnoty sedání traťových tunelů stávající trasy metra C mezi stanicemi Pankrác a Budějovická cca 13 mm, čímž bylo vyčerpáno cca 62 % limitu, a to ještě před realizací samotné ražby pod těmito tunely. Z tohoto důvodu bylo na mimořádném jednání RAMO (Rada monitoringu) rozhodnuto o pokračování ražby v TT5b s použitím chemických injektáží, aby se sedání povrchu, především objektů metra C, minimalizovalo. Chemická injektáž byla prováděna přes vystrojovací prvky čelbových kotev a předháněných jehel. Použita byla dvousložková organicko-minerální pryskyřice MasterRoc MP368TIX, která byla čerpána přes zabudované IBO svorníky o průměru 32 mm délky 8 m s maximálním injektážním tlakem 100 barů. Chemická injektáž jednoznačně pozitivně omezila další sedání a vyplnila pukliny v okolí raženého díla, čímž přispěla ke zpevnění horninového masivu a ke snížení drenážní hladiny podzemní vody. V této technologické třídě se nakonec vyrazil zbytek průzkumného díla oproti předpokladům ze zadání.

Pokusné chemické injektáže
Po ukončení první fáze ražeb v červenci 2020 byly opětovně provedeny průzkumné práce na konci průzkumného díla a byla zahájena pokusná chemická injektáž v TYPU 2 podle předpokladů ze zadávací dokumentace. Cílem realizace pokusných chemických injektáží je zlepšit geotechnické parametry především kosovského horninového prostředí cca 1,5 až 1,9×. Pokusná chemická injektáž byla navržena především do prostoru ražby kaloty 2 (druhá fáze ražeb). Jako nejvhodnější materiál pro tuto injektáž byla zvolena dvousložková polyuretanová pryskyřice CarboPur WF, WX a dvousložková organicko-minerální pryskyřice MasterRoc MP368. Chemická injektáž se aplikovala do horninového prostředí přes ražbou ověřené ocelové IBO kotvy R32 různých délek (od cca 5 m až do 18 m) čerpadly o výkonu cca 20 l/min., tlakem od 30 do 80 barů. Čerpadla byla vystrojena digitálním dataloggerem s dotykovým displejem (viz obr. 9) – jednak pro přesnější určení spotřeb injektážního materiálu a zároveň pro kontrolu i dodržování předepsaných tlaků a množství injektáží přes akustický nebo červeně označený signál na displeji zařízení. Po ukončení pokusných injektáží byly opětovně provedeny vrty pro zkoušky parametrů proinjektovaného horninového prostředí.

Ražba v kalotě 2
Následně po ukončení pokusných injektáží a geotechnických zkoušek byly v listopadu 2020 zahájeny ražby druhé fáze průzkumného díla v kalotě 2 pro TYP 2 v délce cca 40 m a pro TYP 4 v délce 16,5 m. Ražba kaloty 2 a dna kaloty 2 (viz obr. 10) probíhala v proinjektovaném prostředí bez větších komplikací a dopadů na okolní zástavbu nebo samotné ražené dílo a spočívala v rozšíření budoucí kaloty přestupného tunelu na celou šířku. S postupnou ražbou kaloty 2 a dna kaloty 2 se bourala střední noha pravého ostění kaloty 1 a dna kaloty 1 stříháním hydraulickými nůžkami bagrem Terex TE210 (viz obr. 11). Nejsložitější operací razicího cyklu bylo napojování výztužného rámu Bretex kaloty 2 na rám Bretex kaloty 1, což vyžadovalo důkladné očištění a řádné napojení těchto statických prvků. Ražba kaloty 2 a dna kaloty 2 kromě prvních tří záběrů (TT5a) byla provedena v technologické třídě TT5b, podle zkušeností z předchozích ražeb první fáze. Ražba kaloty 2 a dna kaloty 2 byla ukončena v únoru 2021.

Současný stav
Aktuálně se realizují betonáže pochozích betonů a připravuje se poslední fáze ražeb, tj. ražba geotechnické zarážky do prostor budoucí stanice metra D – Pankrác. Geotechnická zarážka má délku cca 15 m, profil cca 2,6 × 3,4 m a je zajištěna stříkaným betonem tloušťky 200 mm, ocelovými KARI sítěmi 8/150 × 150 mm a výztužnými rámy Bretex (viz obr. 12). V geotechnické zarážce budou provedeny geotechnické zkoušky in-situ, a to především smykové a zátěžové zkoušky břidlic kosovského souvrství. Po vyhodnocení všech zkoušek a zkušeností z ražeb a pokusných injektáží předpokládáme ukončení průzkumných prací v létě 2021.

Závěr

Dosavadní práce na průzkumu vlastností horninového masivu a jeho chování k ražbám v předpokládaných složitých geologických podmínkách kosovských vrstev potvrdily důležitost průzkumu ve vztahu k připravované následující etapě samotné ražby jednolodní stanice Pankrác. Již dnes můžeme konstatovat, že vliv snížení hladiny podzemní vody v kosovském prostředí má negativní dopad na sedání nadloží včetně okolní zástavby na povrchu, a to více, než bylo předpokládáno. Na druhé straně se potvrdila správnost navržených chemických injektáží pro zpevnění tohoto horninového prostředí, především zajištění minimalizace výronu podzemní vody z nadloží. Zároveň je možné cílenou chemickou injektáží částečně upravovat sedání, respektive mírně nadzdvihnout nadloží a okolní zástavbu, a tím pádem redukovat rizika s tím spojená. Potvrdili jsme si však, že aplikace a úspěšnost chemických injektáží v blízkosti vyraženého díla klesá z důvodu ovlivnění samotné konstrukce raženého díla injektážemi, to znamená, že kvůli možným výrazným deformacím ostění díla je nutné snižovat injektážní tlak a případné množství injektážního materiálu.

Těší nás, že námi navržené a pořízené speciální strojní mechanismy a zapracování zkušené posádky se pro ražby tohoto díla osvědčily a plnily svou náročnou práci. Při takto složitých dílech je důležitá spolupráce a koordinace všech zúčastněných od investora, dozoru, projektanta, geologa až po velmi důležité údaje z geotechnického monitoringu, které jsou „očima“ nás všech na stavbě.