Tunelové dílo Mrázovka a jeho význam v českém a mezinárodním podzemním stavitelství

Tunely Mrázovka, součást jihozápadní trasy Městského okruhu, nejsou, ač největší svým profilem, ani první, ani nejdelší tunelovou stavbou v pražské kotlině. Vinohradské železniční tunely, více než padesát kilometrů pražského metra a silniční tunely pod Letnou a pod Strahovem už dávno umístily Prahu na mapu světového tunelářství. V čem tedy spočívá hlavní význam Mrázovky?

Mrázovka patří do kategorie tunelů s nízkým nadložím, ražených pod městskou zástavbou, v zeminách nebo v intenzivně porušených skalních horninách, kde je rozhodujícím kritériem projektu kontrola stability a deformace nadloží. Tato kategorie tunelového stavitelství zaznamenala v posledních dvou až třech desetiletích ve výzkumu i v praxi velmi intenzivní rozvoj, jehož příčinou bylo, že míra tolerance veřejnosti, médií i politiků k jakýmkoliv poruchám na povrchu, způsobeným ražbou, výrazně poklesla. Stavitelé tunelů tak stáli před otázkou, buď vyvinout takové technologie, kterými se ražba na povrchu téměř neprojeví, nebo nestavět v zastavěných oblastech tunely vůbec. Z těchto důvodů došlo k vývoji mechanizovaných razicích štítů s pozitivní tlakovou kontrolou čelby, známých jako štíty zeminové a bentonitové a k neméně prudkému rozvoji Nové rakouské tunelovací metody (NRTM) v jejích mnoha variantách.

Když začali tvůrci Mrázovky počátkem devadesátých let minulého století o ražbě tunelu konkrétně uvažovat, byli si těchto okolností plně vědomi. Stáli před úkolem vybudovat dvě paralelní tunelové trouby zhruba 1000 m dlouhé, s šířkou přes 16 m, umístěné mělce v horninách pražského ordoviku s různým stupněm porušení a pod hustou zástavbou smíchovských ulic. Dosavadní mezinárodní praxe sice obsahovala několik silničních tunelů podobných rozměrů, nikoliv však s takovou kombinací nepříznivých faktorů, jako tomu bylo u Mrázovky.

Volba technologie ražby

I když moderní velkoprofilové razicí štíty dnes ve výstavbě tunelů převažují, nebyla tato metoda pro výstavbu Mrázovky shledána vhodnou. Relativně malá délka tunelových trub, navíc s asymetrickými rozplety, nasazení štítu ekonomicky znevýhodnila. Volba tedy jednoznačně padla na NRTM. Při této metodě není příčný profil tunelu ražen vcelku, ale je rozdělen na několik dílčích profilů, které se razí odděleně, včetně primárního ostění ze stříkaného betonu. Tyto dílčí profily se nakonec spojí tak, aby vytvořily konečný profil tunelu. Jednou z velkých výhod této technologie je skutečnost, že se dobře přizpůsobuje různým tvarům výrubů, jejichž velkým počtem se právě tunel Mrázovka vyznačuje. Sekvenční ražba byla kombinována s doplňujícími stabilizačními opatřeními, která představují především kotvení výrubu, ochranu nezajištěného záběru jehlováním či subhorizontálním mikropilotovým deštníkem a různé formy injektáže horniny.

Geologická stavba a fyzikálně mechanické vlastnosti ordovických břidlic a křemenců byly kromě konvenčních průzkumných vrtů studovány pomocí průzkumné štoly. Pro lokalitu Mrázovky je charakteristická variabilita geologických podmínek. Jak ražba, tak i skladba doplňujících stabilizačních opatření, musely být proto téměř permanentně těmto změnám přizpůsobovány.

Klíčovým prvkem tohoto projektu byla kontrola stability a deformací horninového masivu, zejména pod ulicí Ostrovského, která je umístěna v mělké terénní depresi mezi vrchy Mrázovkou a Pavím, kde výška nadloží nad tunely výrazně klesá (viz obrázek). Nadloží je tvořeno zvětralou břidlicí a nesoudržnými kvartérními vrstvami. Přibližně sto let staré, svou konstrukcí choulostivé, vícepatrové obytné domy v této ulici bylo nutno ochránit před deformacemi, které by měly nepříznivý vliv na uživatelnost bytů.

Průběh výstavby ražených tunelů

Základními profily byly profily automobilových tunelů: třípruhový, dvoupruhový a jednopruhový tunel, rozplet, ve kterém přecházel třípruhový tunel v tunel dvoupruhový a jednopruhový, dále tunelový profil křížení západní tunelové trouby (ZTT) s přístupovou chodbou do trafostanice a tunelovou propojkou (TP) číslo 2. Kromě profilů automobilových tunelů zde byly dále profily technologických a provozních částí tunelu. Jednalo se zejména o profily podzemní strojovny vzduchotechniky, trafostanice, čerpací stanice, větracího kanálu, větrací šachty, technologické šachty a profily průchozích nebo průjezdných tunelových propojek.

Ražba první, západní, tunelové trouby pomocí NRTM začala užitím tzv. horizontálního členění výrubu, kdy jsou dílčí výruby orientovány vodorovně, napříč příčným profilem tunelu. Toto členění, které je snazší z hlediska provádění, se však ukázalo v obtížných geologických poměrech Mrázovky jako neuspokojivé z hlediska deformační kontroly horninového masivu. Proto bylo horizontální členění změněno na členění vertikální, kdy jsou dílčí výruby orientovány v profilu tunelu svisle a poskytují účinnější kontrolu nadloží. Tato změna, realizovaná v podstatě bez přerušení ražby, přinesla rozhodující zlepšení v chování horniny. Světová tunelářská praxe obsahuje jen několik úspěšných příkladů podobné změny provedené během ražby, ale žádný v rozměrech a geologických podmínkách Mrázovky.

Deformace stěn výrubů, horniny před výrubem a kolem něj a povrchu terénu nad tunelem, byly permanentně sledovány pomocí komplexního systému monitoringu. Výsledky monitoringu byly určujícím faktorem při rozhodování o změnách způsobu ražby a o použití doplňujících stabilizačních opatření. Tato opatření měla rozhodující vliv na celkovou bezpečnost a ekonomiku projektu. Rozsah systému, hustota a koordinace jednotlivých měření a hlavně kvalita jejich interpretace přitom byly na špičkové mezinárodní úrovni, nebo ji v některých ohledech i předčily.

Výše uvedená nutná ochrana zástavby v ulici Ostrovského byla pro první, západní, raženou troubu, provedena pomocí kompenzační injektáže. Při této metodě jsou pod sledovanými objekty z předem provedených šachet předvrtány šikmé vrty, do kterých je možno během podcházející ražby vhánět pod tlakem injektážní směs. Případné deformace sledovaných objektů jsou tím kompenzovány na principu hydraulického lisu. Kompenzační injektáž byla použita pod ulicí Ostrovského jen pro západní tunelovou troubu. Na druhé, východní troubě její použití už nebylo nutné, protože zkušenostmi a monitoringem zdokonalená ražba byla sama o sobě schopna udržet deformace na povrchu v uspokojivé míře.

Další klíčovou oblastí výstavby byla realizace dvou tunelových rozpletů, v nichž se třípruhové tunely dělí na dva tunely menších profilů - dvoupruhový a jednopruhový. Rozplety s geometricky složitými profily se plochou největšího příčného řezu blížily k 330 m². Při ražbě těchto unikátních objektů byl opět v plné míře uplatněn adaptabilní charakter NRTM. Díky využití vhodných modifikací svislého členění profilů a díky kreativní aplikaci různých typů kotvení výrubů a optimálnímu uspořádání sledu prací v podélném směru, proběhla ražba bez mimořádných problémů. Totéž platí i pro náročné křížení jižní části západní tunelové trouby v napojení podzemní trafostanice a tunelové propojky číslo 2.

Ražba je podstatnou a nepochybně nejdramatičtější částí výstavby každého podzemního díla, a Tunel Mrázovka nebyl výjimkou, nicméně mimořádně konstrukčně i na provádění náročné je také definitivní ostění tunelů, které zajišťuje stabilitu zvodnělého horninového masivu po celou dobu životnosti tunelu, a také technologické vybavení a soubor bezpečnostních opatření, bez jejichž spolehlivé funkce je dopravní využití tunelu nemyslitelné.

Úspěch tvůrců Mrázovky je nepopiratelný a její význam přesahuje hranice této země. Čeští tuneláři přispěli do mezinárodní studnice technických inovací NRTM v několika směrech: Dokázali změnit sekvenci výrubu bez přerušení ražby, čímž výrazně zlepšili kontrolu horninového masivu. Podařilo se jim zavést a provozovat monitoring na úrovni podstatně vyšší, než je ve světě obvyklé, a tím zajistili vysokou úroveň bezpečnosti stavby a objektů nad tunelem. A to vše, v geologickém prostředí svou povahou krajně nepříznivém pro ražbu tunelů mimořádně velkého profilu. Zásluha o úspěch díla patří také všem organizacím, orgánům a jednotlivcům, podílejícím se na projektu. Jejich spolupráce byla příkladná. Budoucnost nepochybně ukáže, do jaké míry tento projekt přispívá ke zlepšení neudržitelné dopravní situace v oblasti Smíchova.

Čerpáno z knihy TUNEL MRÁZOVKA, vydala SATRA, spol. s r.o. v prosinci 2004.