29.5.2009 | Ing. Josef Hloušek, Ing. Otakar Hasík
Technická řešení dlouhých železničních tunelů z pohledu investora a projektanta, část I.
| obr. 1
| |
1. ÚVOD Železniční doprava byla v uplynulých dvou stoletích jedním z důležitých faktorů technického a hospodářského rozvoje mnoha českých regionů. V 19. století a v první polovině 20. století na našem území vznikaly železniční tratě, jejichž trasování a parametry odpovídaly tehdejším potřebám a hospodářským zájmům. Velký vliv na výběr trasy železnice má potřeba dodržení malého stoupání a limitní velikost směrového oblouku, které podstatně ovlivňují traťovou rychlost. Něco z minulosti S největšími problémy při trasování se setkávali stavitelé alpských železnic v 19. století. Obtížné trasovací podmínky přiměly často naše dávné předky, aby se v kopcovitém či hornatém terénu rozhodli překážku provrtat a vést trať raději tunelem. Jedním z prvních byla stavba trati přes horský průsmyk Semmering v letech 1848 - 1854. O její obtížnosti svědčí fakt, že na trati o délce 41,7 km pracovalo téměř 20 000 dělníků, je na ní kromě 129 mostů i 16 viaduktů a 14 tunelů. Nejkratší tunel je pouze čtrnáctimetrový a nejdelší má 1431 m. Na stavbě při nejrůznějších nehodách zahynulo 89 lidí. Dalšími náročnými alpskými železničními trasami bylo překonání Svatogotthardského a Simplonského průsmyku ve Švýcarských Alpách. Svatogotthardský tunel má délku 15 km, byl dokončen po desetiletém budování v roce 1882 a stavitelé se museli potýkat s velmi složitými geologickými podmínkami. Mladší, západněji situovaný tunel Simplonský o délce 7,3 km byl stavěn v letech 1895 – 1906. Současnost Železniční doprava prožívá v současné době určitou renesanci. Její udržení a rozvoj je mimo jiné také podporován dopravní politikou Evropské unie. Pro velké přepravní proudy cestujících mezi nejdůležitějšími evropskými centry a aglomeracemi nejlépe vyhovují koridorové konvenční a vysokorychlostní železniční spoje, které jsou konkurenceschopné automobilové i letecké dopravě. V ČR byly trati určené k modernizaci označeny jako I. – IV. tranzitní železniční koridor. Cílem modernizace je umožnění vyšší přepravní rychlosti a zajištění vyšší bezpečnosti. Dosažení lepších traťových parametrů bylo v mnohých úsecích umožněno zvětšením či odstraněním oblouků a vedením trati v nové stopě. Nové návrhové parametry vyvolaly nutnost vybudování mnoho nových inženýrských objektů. Od roku 2000 byla na našich tratích postupně realizována výstavba tunelů Vepřek, Krasíkovský, Tatenický, Třebovický, Malá Huba, Hněvkovský I, Hněvkovský II, Březenský, Vítkovský jižní a Vítkovský severní. Řada dalších tunelů je v projektové nebo předprojektové přípravě. SŽDC, s.o. v rámci své investiční činnosti připravuje další nové tunelové stavby. Mezi nejnáročnější, které vyžadují individuální přístup k bezpečnostnímu řešení, patří dlouhé tunelové objekty: − Modernizace trati Rokycany – Plzeň, tunel Ejpovice, dva jednokolejné tunely, délka 2 x 4 150 m,− Ústí nad O. – Choceň, nová trať, tunely Choceňské, 2 x dva jednokolejné tunely, délky 5 027 m a 5000 m, 1 171 m a 1 185 m, − Praha – Beroun, nové železniční spojení, tunel Barrandov, dva jednokolejné tunely, délka 2 x 24 760m.2. VÝVOJ ZPŮSOBU RAŽBY Nedílnou součástí vznikající železniční sítě byly od samého počátku i tunelové stavby. Objevy nitroglycerinu a bezpečnějšího dynamitu (1876 – Alfred Nobel) ve spojení s objevem pneumatického vrtání, znamenaly podstatnou racionalizaci prací. Provizorní vyztužení výrubu obvykle tvořila výdřeva, ražba byla prováděna po jednotlivých tunelových pasech ze směrové štoly až po definitivní vystrojení tunelu obezdívkou. Rozvoj moderních tunelářských technologií v 2. polovině 20. století umožnilo zavedení milisekundových odstřelů a řízených výlomů. To znamenalo zvýšení přesnosti trhacích prací a současně snížení seismických účinků na povrchu. V poloskalních horninách a v zeminách doznalo v období 60. a 70. let 20. století značného úspěchu nemechanizované štítování při výstavbě tunelů metra v Praze. Dnešní způsob ražení pomocí Nové rakouské tunelovací metody, která vědomě a cíleně využívá nosných vlastností horninového masivu, se začal v ČR používat začátkem 90. let 20. století. Velké a takřka výhradní zaujetí Novou rakouskou tunelovací metodou (NRTM) přetrvává v České republice i v současnosti. NRTM je v našich poměrech, charakteristických relativně krátkými tunely, oprávněně preferována. Poslední projekty dlouhých železničních tunelů v České republice již počítají s ražbou pomocí plnoprofilových tunelovacích strojů (TBM) a měly by tak přinést potřebné oživení vývoje. Ve světě je nejrozšířenější metoda výstavby dlouhých tunelů právě ražba pomocí TBM. Vedou k tomu různé důvody, z nichž některé uvádíme: − rychlejší postup ražby oproti konvenční metodě, kratší doba výstavby,− po velkém počtu ve světě strojem ražených tunelů jsou stroje TBM stále dokonalejší, jsou schopné si poradit s proměnlivými geologickými podmínkami, − stroj TBM zajišťuje vyšší bezpečnost a kulturu práce; pracovníci nejsou v přímém kontaktu s horninou, nemohou být zasaženi závalem, − stroj TBM má stálou kontrolu objemu odtěženého materiálu a nenarušuje okolí výrubu trhacími pracemi; nedochází tedy ke vzniku volných prostor za ostěním v důsledku nekontrolovaného odtěžení rozvolněné horniny; poklesy na povrchu jsou pak minimální, což je výhodné zejména při podcházení zastavěným územím, − kruhový profil tunelu je staticky nejvýhodnější a tedy nejbezpečnější při přiměřených nákladech. 3. PŘÍČNÝ ŘEZ TUNELU A DEFINITIVNÍ OSTĚNÍ Velikost příčného řezu tunelu má zásadní vliv na cenu. Rozměr vychází z tunelového průjezdného průřezu dle ČSN 73 7508 Železniční tunely. Pod tunelovým průjezdným průřezem je prostor pro konstrukční uspořádání koleje, nutné kolejové lože a tunelovou stoku a nahoře je nutný prostor pro trakční vedení. Nové železniční tunely, realizované u nás na koridorových tratích, jsou všechny dvoukolejné. Je to vhodné řešení pro krátké tunely (délka cca do 1 km). Dvoukolejná železniční trať je jimi vedena v nezměněné vzdálenosti kolejí 4,0 m. Plocha teoretického výrubu je cca 95,0 m2. Konstrukce se vyznačuje dvojím ostěním (primárním i sekundárním). Zpravidla deštníková izolace s bočními drenážemi za patkami opěr znamená, že ostění není zatíženo tlakem podzemní vody a není na něj dimenzováno. Odvodnění tunelu je umožněno jednotným sklonem trati v krátkém úseku tunelu. U tunelů délky do 1 km také není třeba budovat únikové štoly. Jiná situace je u dlouhých železničních tunelů. V souladu s evropskými zkušenostmi a zvyklostmi jsou dlouhé železniční tunely u nás navrženy jako dvojice jednokolejných tunelů. Při nehodě v jedné tunelové troubě slouží druhá tunelová trouba jako bezpečný prostor pro únik osob, současně je vyloučeno potkávání protisměrných vlaků. Základní příčný řez pro ražbu tunelovacími stroji je kruhový. Plocha teoretického výrubu je cca 2x 70,0 m2. Velikost profilu obdobných tunelů ve světě a v Evropě se velmi různí v závislosti na individuálních okolnostech (návrhová rychlost, navržené vybavení tunelu, aerodynamické řešení tunelu, použité vlakové soupravy, atd.). Velikost profilu potvrzuje aerodynamická studie. Tunely ražené tunelovacími stroji budou zajištěny jednoplášťovým ostěním ze železobetonových dílců / segmentů. To znamená, že tunelovaní stroj se bude při posunu opírat o zabudované ostění. Tohoto řešení se využívá při procházení úseků s horninami relativně malé tvrdosti, kdy je nutno použít typ stroje bez bočních přítlačných desek (rozpěr). Jednoplášťové ostění není provázeno drenáží. Ostění musí být nepropustné po celém obvodu – typ „ponorka“ a musí odolávat tlaku vody. Vzhledem k výšce nadloží do 100 m v našich morfologických podmínkách je to řešení staticky reálné. Jednoplášťové ostění je obecně optimální řešení pro ražbu tunelovacími stroji (u dvouplášťového ostění je celková tloušťka betonových vrstev větší než u jednoplášťového ostění). Jednoplášťové ostění znamená rychlejší výstavbu a nižší náklady.
obr. 1 Situace dlouhých tunelů na koridorových tratích
|