Rv.555 Sotrasambandet – kabelové tunely v Bergenu
Firma Metrostav a.s. ve sdružení s lokálním partnerem aktuálně dokončuje v norském Bergenu stavbu dvojice kabelových tunelů, které jsou kritickou částí jednoho z největších infrastrukturálních projektů v Norsku. Raziči v průběhu stavby zúročili zkušenosti z předchozích projektů ve Skandinávii a narazili na několik očekávaných i neočekávaných výzev. Stavba je aktuálně těsně před dokončením a práce směřují k úspěšnému předání zadavateli.
Firma Metrostav a.s. působí v Norsku již šestým rokem. Jejím prvním projektem na tamním stavebním trhu byl v roce 2014 celkem 1,5 km dlouhý tunel Langaneset, následoval tunel Joberg (2 km), kde měla firma možnost předvést společně se severskou metodou ražby Drill-and-Blast také vlastní bohaté zkušenosti s Novou rakouskou tunelovací metodou (NRTM). V nadcházejících letech pak realizovala tunely Moane a Vollåsen (300 + 400 m) na obchvatu města Kongsberg a tunely Mjønes a Slørdal (0,7 + 2,5 km) na silnici Fv.714 poblíž Trondheimu. K tunelům postupně přibyly i železobetonové konstrukce. Na projektu obchvatu města Kongsbergu to byly portály a podjezdy a na projektu Fv.714 Åstfjordkryssinga mimo již zmiňované tunely také 750 m dlouhý most přes fjord. Současný projekt dvojice kabelových tunelů v Bergenu je součástí budoucího rozsáhlého projektu optimalizace stávající komunikace Rv.555 Sotrasambandet v Bergenu, který je popsán v následující kapitole.
Projekt Rv.555 Sotrasambandet
Silnice Rv.555 je jedinou spojnicí města Bergen s okrsky Fjell, Sund a Øygarden ležícími na západ od centra na ostrovech Litlesotra, Sotra a na několika dalších, menších ostrovech. Celkem žije v oblasti 36 500 obyvatel. Stávající komunikace má pouze jeden jízdní pruh v každém směru. Vyhrazené pruhy pro cyklisty a MHD zcela chybějí. S rostoucím vytížením této komunikace roste nehodovost. Kromě obyvatel cestujících za prací do centra Bergenu využívají tuto cestu v opačném směru i pracovníci průmyslových závodů na ostrově Sotra. Ve špičkách se tak na cestě tvoří dlouhé kolony v obou směrech. Při silném větru také dochází k omezování nebo úplnému zastavení provozu na mostě Sotrabrua. Vzhledem k neexistenci smysluplné alternativní cesty je tak celá oblast zcela odříznuta.
Projekt Rv.555 Sotrasambandet (obr. 2) počítá s vybudováním nové kapacitní komunikace v uspořádání s minimálně 2 + 2 jízdními pruhy, která se na východě napojí na stávající silnici směrem do centra města a na západě na páteřní komunikaci přes ostrov Sotra. Komunikace by tak měla převést velký objem dopravy hustě osídleným územím se složitou topografií. Právě osídlení a topografie však přinášejí největší překážky. Ve velké části je nově plánovaná trasa vedena v podzemí, a to včetně nájezdových a výjezdových ramp. Celkově se projekt skládá z 9 km nové silnice na povrchu, čtyř tunelů o celkové délce 4800 m, pěti křižovatek, 28 mostů, 22 tunelových portálů a 14 km chodníků a cyklostezek.
Přechod úžiny mezi pevninou a ostrovem Litlesotra byl zvažován podmořským tunelem, ale vzhledem k návaznosti na okolní dopravu by připojovací rampy a samotný tunel musely překonávat velký výškový rozdíl. Z toho důvodu byla zvolena varianta s novým mostem. Celá oblast podél pobřeží je však hustě zastavěna luxusními domy, a tak jediným vhodným místem pro nový most je stopa stávajícího vedení velmi vysokého napětí (VVN). Přeložka tohoto vzdušného vedení je také první částí celého projektu, která se začala realizovat.
Zbytek projektu bude pokračovat jako celek formou PPP projektu, jehož součástí je mimo samotné stavby i kontrakt na údržbu v době trvání 25 let. V současné době investor vybral čtveřici uchazečů, kteří se budou o projekt ucházet. Zajímavostí je, že mezi touto čtveřicí není ani jedna norská firma. To je částečně dáno velikostí projektu – cena se odhaduje na 10 mld. norských korun (přibližně 25 mld. Kč) – a jednak skeptickým přístupem norských firem k PPP projektům.
Část K3 – přeložka velmi vysokého napětí
Jak již bylo zmíněno, kritickou částí projektu je výstavba nového mostu (obr. 3). Její zahájení je podmíněno přeložením vedení VVN, které zásobuje ostrov Sotra a terminál na zpracování ropy a zemního plynu (obr. 4).
Nová trasa vedení začíná u trafostanice Breivik, kde bude vzdušné vedení svedeno z nového stožáru devíti velkoprůměrovými vrty do tunelu Breivik, kterým povede dále k mostu Sotrabrua. Pod mostem budou kabely VVN z tunelu vyvedeny vertikální šachtou a železobetonovou věží těsně pod mostovku, kde budou převedeny na kabelový žebřík. Na konstrukci mostu bude vedení převedeno přes mořskou úžinu na ostrov Litlesotra. Na druhé straně mostu bude vedení svedeno železobetonovou věží a kabelovým žlabem do tunelu Knarrevik. Tento tunel končí napojením na druhou vertikální šachtu, která ústí do podzemních prostor rozvodny Litlesotra. V rozvodně bude vedení zpět napojeno na stávající vzdušné vedení.
Po připojení nového vedení bude to staré sneseno a uvolní tak místo pro stavbu nového mostu a navazující komunikace. Zároveň vznikne několik nových stavebních parcel v místě ochranného pásma původního vedení.
Stavba přeložky vedení VVN je rozdělena na část stavebně-technologickou a vlastní uložení kabelů. Metrostav a.s. ve sdružení s norskou firmou Bertelsen & Garpestad AS získal začátkem roku 2018 kontrakt na stavebně-technologickou část v hodnotě 200 mil. norských korun (přibližně 500 mil. Kč).
Součástí kontraktu je příprava portálů, ražba a zajištění tunelů, hydroizolace, systém odvodnění a čerpání, železobetonové konstrukce portálů a šachet, technologické zařízení tunelů a kabelové lávky pro uložení kabelů.
Tunely Breivik a Knarrevik
Oba kabelové tunely mají společné základní charakteristiky. Standarní velikost profilu je 24 m2, šířka 5,4 m a výška v koruně klenby 4,7 m. Příčný sklon je nezávisle na směrovém vedení trasy 3 % doleva. Oba tunely vedou v první části trasy úpadně a následně stoupají k šachtě, nejnižší místo se tedy nachází uvnitř tunelu, a proto je nutné řešit jejich dočasné i trvalé odvodnění. Pro otáčení vozidel v tunelech je navrženo několik výhyben s rozestupem 150–200 m.
Tunel Breivik
Tunel Breivik je z dvojice tunelů s délkou 1445,7 m tím kratším (obr. 1, 5). Začíná u trafostanice Breivik, odkud klesá 4,47 % sérií zatáček směrem na západ. Nejnižšího bodu –5,3 m n. m. dosahuje v oblasti Drotningsvik, kde zpod skalní plošiny přechází pod rokli naplněnou navážkou.
V tomto místě skalní nadloží klesá z 55 m na 10 m. Po podejití rokle pak tunel strmě stoupá ve sklonu 12,50 % až k šachtě Drotningsvik. Tunel vede čtyřmi oblouky a pouze malá část je vedena v přímé trase. Celkově je v něm navrženo deset výhyben, jedna záchytná nádrž a jedna čerpací stanice. Z velké části je tunel veden pod rezidenční a průmyslovou zástavbou a poslední část kopíruje trasu estakády vedoucí k mostu Sotrabrua.
Tunel Knarrevik
Tunel Knarrevik je dlouhý 1750,6 m a začíná u konce estakády na západní straně mostu Sotrabrua. Tunel od začátku trasy klesá se sklonem – 6,75 % a na začátku také prochází řadou zatáček. Na rozdíl od tunelu Breivik však následně přechází do několika přímých úseků oddělených jednotlivými oblouky. Nejnižší bod tunelu –48,16 m n. m. se nachází v oblasti, kde tunel podchází mořský fjord Arefjordpollen. Toto místo je zároveň místem s nejnižším nadložím – cca 30 m. Následně pak tunel stoupá ve sklonu 12,5 % k šachtě pod rozvodnou Litlesotra. Tunel má jedenáct výhyben a jednu čerpací stanici kombinovanou se záchytnou nádrží. Na rozdíl od tunelu Breivik je tunel Knarrevik (obr. 6) veden pouze v začátku své trasy pod rezidenční zástavbou, dále pak pokračuje pod nezastavěným skalnatým územím a podchází vodní nádrž v místě její hráze a rovněž fjord.
Koncept finálního čerpání prosakující vody
Zajímavě je navržen koncept finálního čerpání vody prosakující do tunelu po dokončení stavby. Voda prosakující do tunelu bude sváděna drenážním potrubím směrem k čerpací stanici v nejhlubším místě tunelu a odtud čerpána ven. V tunelu Breivik je z výhybny číslo 7, která je cca 270 m od čerpací stanice, veden 200 m dlouhý vrt, kterým bude voda vytékat do moře. V tunelu Knarrevik je voda čerpána tunelem do výhybny číslo 11, odkud je pak kratším vrtem vedena do jezera na povrchu.
Pro případ výpadku čerpání jsou v obou tunelech navrženy záchytné nádrže s objemem odpovídajícím očekávanému přítoku za 24 h, přesněji 450 m3. Tyto kaverny o půdorysu 300 m2 jsou řešeny jako boční rozrážky z hlavní tunelové trouby tunelu a leží pod jeho úrovní. V tunelu Knarrevik je čerpací stanice s čerpadly umístěna ve stejné kaverně jako záchytná nádrž (obr. 7). V tunelu Breivik bylo kvůli nízkému nadloží v místě čerpací stanice nutné nádrž oddělit od čerpací stanice a posunout ji o 40 m do místa s dostatečným nadložím. Spojení nádrže a čerpací stanice bude provedeno dvojicí vrtů o průměru 400 mm.
Geologie a technologie ražby
Většina délky trasy obou tunelů byla předpokládána v kvalitní rule s lokálními poruchovými zónami. Geologický průzkum odhadoval několik méně zásadních poruch o různé mocnosti. Při povrchu se dalo předpokládat vyplnění puklin jílem.
Podzemní voda byla předpokládána výlučně puklinového charakteru s lokálními přítoky a tlakem nepřesahujícím hydrostatický tlak. Pro oblasti s většími přítoky se počítalo s těsnicími injektážemi. Podmínky pro těsnost tunelů byly obecně stanoveny na 20 l/min/100 m, v oblasti pod ekologicky citlivými mokřady pak zpřísněny na 10 l/min/100 m.
Vzhledem k předpokladu kvalitní horniny v podloží byla pro ražbu tunelů použita pro Norsko typická technologie Drill-and-Blast s využitím trhacích prací pro rozpojení horniny. Pro stroje byla velmi určující velikost výrubu. Standardní stroje pro silniční tunely se do tak malého profilu nevejdou, bylo proto nutné pro potřeby projektu zajistit velikostně odpovídající stroje.
Technologie ražby Drill-and-Blast je v zásadě velice jednoduchá. Hornina se navrtá vrtným vozem (obr. 8), nabije trhavinami a odpálí. Rozvolněná hornina se pak naloží a odveze na meziskládku, případně k trvalému uložení. Po vytěžení se výrub začistí nejprve strojně a pak ručně, zajistí svorníky a stříkaným betonem. Vzhledem k aktuálně zastiženým geologickým podmínkám se používají různé délky a počty svorníků i různé typy a tloušťky stříkaného betonu. Ve velmi nepříznivých geologických podmínkách se může přistoupit k použití těžšího zajištění, kterým je jehlování, výztužné oblouky ze stříkaného betonu a ohýbané žebříkové oceli nebo ostění z litého betonu.
Hlavní výzvy a problémy v průběhu ražeb
V průběhu ražby narazil dodavatel na několik očekávaných a několik neočekávaných problémů, se kterými se musel vypořádat, a to za dodržení bezpečnosti a kvality prováděných prací.
Parametry raženého profilu
Výzvou, která byla očekávána už v přípravné fázi projektu, byla samotná velikost raženého profilu. Logistika celé ražby se musela vyřešit tak, aby bylo možné zajistit plynulý chod prací a minimalizovat prostoje pro výměnu strojů na čelbě. V začátku realizace projektu musely být dodatečně přeprojektovány výhybny tak, aby je bylo možné využít jako meziskládku rubaniny a zároveň v nich byl dostatečný prostor pro nakládání na automobily odtěžby. Výhybny byly prodlouženy, jejich náběhy rozšířeny a strop zvýšen (obr. 9). V celé délce úpadních ražeb byly také v každé výhybně raženy výklenky pro dočasné čerpací jímky.
Zahájení ražebních prací
Mimořádnou výzvou bylo také samotné zahájení ražebních prací. Na obou portálech je velmi omezený prostor a bylo složité zajistit veškeré vybavení pro ražbu tunelu. Portál tunelu Knarrevik se nachází v těsné blízkosti estakády velmi frekventovaného mostu Sotrabrua, hned za mostem je několik domů a proti portálu směřuje místní komunikace. Portál tunelu Breivik leží v blízkosti méně frekventované silnice, vedle níž vede chodník a cyklostezka, které často využívají školáci a veřejnost. V těsné blízkosti portálu vede dvojice vzdušného vedení VVN a na severní straně je několik rodinných domů. Zadavatel projektu opakovaně zdůrazňoval, že zajištění nepřerušeného chodu vedení VVN je v národním zájmu Norska. Díky elektrickému proudu přepravovaného tímto vedením je do zemí Spojeného království dopravováno zhruba 30 % jejich celkové spotřeby ropy a zemního plynu. Blízkost frekventovaných silnic a obytných budov byla velkým bezpečnostním faktorem pro trhací práce při zarážení tunelu Breivik (obr. 10). Pro zajištění absolutní bezpečnosti při prvních odpalech bylo zvoleno zakrytí portálu těžkými masivními odpalovými rohožemi v kombinaci se sítěmi. Výrub byl zároveň rozdělen na několik dílčích částí, které se trhacími pracemi otevíraly postupně.
Vibrace
Další komplikací přímo spojenou s prováděním trhacích prací jsou vibrace. Norské právní předpisy, na rozdíl od jiných severských zemí, předepisují limity pro maximální zatížení okolní zástavby vlivem trhacích prací pouze pro vertikální složku. Limity jsou určeny v závislosti na konstrukci budovy nebo zařízení a na charakteru jeho založení. Díky běžnému založení přímo na skále jsou limity pro rodinné domy relativně vysoké, naopak limity pro některá technologická zařízení, jako například trafa, jsou velmi nízké. Pro monitorování vibrací (obr. 12) byly po diskusi s dozorem stavby používány příložné senzory a porovnání naměřených hodnot se zadanými limity bylo vyhodnocováno po každém odpalu. V průběhu ražeb bylo několik míst, kde se vibrace na některých měřicích bodech s přibližující ražbou blížily limitům a zhotovitel proto přijal opatření na jejich omezení. Základním a hojně využívaným opatřením pro omezení vibrací je úprava časování odpalu a použití milisekundových zpožďovačů, čímž se sníží mezní množství současně odpalované nálože a zmenší vibrace (obr. 13).
Nejvíce se komplikace spojené s dodržením předepsaných limitů projevily v oblasti, kde tunel Breivik podcházel pod estakádou mostu a roklí zaplněnou navážkou. Dvojice pilířů estakády je založena na patkách na navážce, což výrazně snižuje povolené vibrace. Zároveň byla v oblasti s nízkým nadložím zastižena nepříznivá geologie. Všechny tyto faktory vedly k velmi obtížnému hledání optimálního řešení trhacích prací a postupně bylo přes úpravy časování, zkrácení záběru a snižování jednotlivých náloží nutno přistoupit až k členění čelby tunelu na dva odpaly.
Vzhledem k nejasnému původu navážky (nebylo jasné, zda jde o stavební, nebo komunální odpad) panovaly zároveň obavy z možného pronikání kontaminované vody do tunelu. Zadavatel proto v této oblasti objednal systematickou těsnicí injektáž (obr. 14), aby se zabránilo případnému pronikání vody do tunelu a minimalizovala se tím možná rizika. Při pracích na těchto injektážích byly z důvodu bezpečnosti využívány speciální ochranné pracovní pomůcky, aby se riziko pro pracovníky snížilo na minimum.
Ražba záchytných nádrží
Zajímavá z pohledu provádění byla také ražba obou záchytných nádrží (obr. 15, 16). Jejich poloha, která je výrazně pod úrovní samotných tunelů, vyžadovala najít takové řešení, které bylo v možnostech jednotlivých strojů při zachování navrhované geometrie. Pro přechod z tunelu do nádrže byla vybudována rampa se sklonem 27 %. Ta po naklesání na požadovanou úroveň přechází do vodorovného dna nádrže. Řešení to bylo ambiciózní a v několika ohledech na hranici možností strojního vybavení, ale realizace byla úspěšná a ražba nádrží proběhla rychleji, než se původně předpokládalo.
Ražba pod mořem
Kromě běžných poruchových zón, které se dařilo překonávat s použitím běžného zajištění, zadavatel očekával velmi komplikovanou ražbu tunelu Knarrevik při podchodu pod mořem. V této oblasti byly očekávány dvě větší poruchové zóny a mocnost skalního nadloží klesala k pouhým 30 m. Panovala navíc obava, že pukliny poruchové zóny nemusí být zcela vyplněny a mohou přivádět do tunelu mořskou vodu. Vzhledem ke značné nejistotě a velkým rizikům spojeným s ražbou v takových podmínkách proběhla před zahájením ražeb v této části trasy velmi intenzivní příprava. Dodavatel i objednatel se pravidelně scházeli s řadou odborníků a diskutovali možná rizika a způsoby jejich eliminace.
Jako doplnění původního inženýrko-geologického průzkumu objednal zadavatel provedení 350 m dlouhého jádrového vrtu paralelně s trasou tunelu a v průběhu ražeb byl z čelby tunelu dvakrát proveden průzkum seismickou refrakcí.
Pro zajištění dostatečného prostoru pro případné těžké vystrojení byla také změněna geometrie profilu tunelu. Kromě běžných opatření pro zlepšení stability výrubu, jako je jehlování nebo výztužné rámy ze stříkaného betonu, byl na stavbu přivezen ocelový štít (obr. 17) s možností mechanického podepření čelby a nezajištěné části výrubu, který měl být nasazen v případě akutně hrozící ztráty stability výrubu při čelbě tunelu. Štít je zároveň možné použít jako formu pro betonáž ostění. K betonáži ostění se přistupuje v místech, kde běžné vystrojení stříkaným betonem nestačí, například v oblastech s bobtnajícími horninami.Systematicky byla pro celou ražbu pod mořem nařízena i předstihová injektáž, která v této oblasti měla funkci jak těsnicí, tak konsolidační – vzhledem k přítomnosti očekávaných poruchových zón. Systematicky bylo prováděno také vrtání dlouhých průzkumných vrtů, které tak poskytovalo dobrou představu o podmínkách v předpolí čelby. Stejně tak bylo ve většině délky úseku použito systematické jehlování a zkrácené záběry.
Nemalá diskuse se pak týkala určení finální polohy čerpací stanice a záchytné nádrže. Pro lepší zmapování geologických podmínek byla proto v prvním kroku vyražena hlavní tunelová trouba, při jejíž ražbě se dále ověřovala kvalita okolní horniny průzkumnými vrty mimo tunel. Díky tomu bylo možné vybrat nejlepší místo. Pro minimalizaci nebezpečí ražby v nepříznivých geologických podmínkách byla nádrž zkrácena a zároveň rozšířena tak, aby byl zachován její objem.
Celkově vzato nebyly pod mořem nakonec zastiženy zvlášť nepříznivé geologické podmínky. Většina trasy byla vyražena se zajištěním jehlami a pouze dva úseky byly vystrojeny výztužnými oblouky ze stříkaného betonu (obr. 18). Ražba však kvůli injektážím, jehlování a krátkým záběrům postupovala mimořádně pomalu.
Aktuální rozpracovanost a následující práce
V době publikace tohoto článku jsou oba tunely doraženy a definitivně vystrojeny – tunel Breivik (obr. 1) byl proražen v listopadu 2019 a tunel Knarrevik v polovině ledna 2020 (obr. 11). Všechno zařízení a vybavení pro ražby je demobilizováno a poslední raziči stavbu opustili koncem ledna.
Ihned po ražbách a dokončení finálního vyztužení tunelů začaly práce na drenážích a finální vozovce v tunelu, současně s tím probíhá montáž kabelových lávek i technologického vybavení tunelu. Vzhledem k omezenému prostoru v tunelu a faktu, že i po prorážce (obr. 19) je tunel přístupný pouze z jedné strany, probíhají tyto práce ve dvou směnách, kabelové žebříky a izolace se montují na denní směně a práce na drenážích a vozovce probíhají v noci. Na portálech se připravuje stavba prefabrikované konstrukce portálu a následně bude upraveno okolí portálu. Aktuálně je tunel Breivik těsně před dokončením, v tunelu Knarrevik práce intenzivně pokračují a měly by být dokončeny v průběhu května 2020. Posledním krokem pak je uložení kabelů do tunelu a jejich napojení na rozvodnou síť.
Závěr
Pro Metrostav a.s. je projekt Rv.555 Sotrasambandet pátým projektem v Norsku za posledních pět let a tunely Breivik a Knarrevik sedmým, respektive osmým tunelem v této zemi protkané tunely. V Norsku, Finsku a na Islandu už zaměstnanci Metrostavu nasbírali mnoho zkušeností, tento projekt však prověřil v několika aspektech jejich připravenost a přichystal si několik nových a nečekaných zkoušek. S blížícím se koncem projektu je vidět, že se tyto výzvy podařilo týmu razičů a techniků překonat a projekt směřuje k úspěšnému předání zadavateli.
