VMO je jednou z nejvýznamnější části komunikačního systému města Brna a zároveň v úseku VMO Dobrovského i součástí republikové silniční sítě I/42 a mezinárodní silniční sítě E461. Úsek s Královopolskými tunely navazuje na trasu od Pražské radiály, přes MÚK VMO Hlinky a VMO Žabovřeská. Velký městský okruh za stavbou VMO Dobrovského pokračuje úsekem VMO MÚK Sportovní a VMO Lesnická.
Rozhodující část stavby je tvořena dvěma paralelními dvoupruhovými tunely. Tunel I má celkovou délku 1 239 m. Ražená část má délku 1 053 m a hloubené části budované v zapažených stavebních jámách délky 134 m v Žabovřeskách a 52 m v Králově Poli.
Tunel II má celkovou délku celkem 1 258 m a směrově je trasován tak, aby co nejméně podcházel povrchovou zástavbu. Ražená část má délku 1 060 m a hloubená délku 149 m v Žabovřeskách a 49 m v Králově Poli.
V prostoru ulic Dobrovského a Slovinská je vybudováno Technologické centrum tunelů s velínem, rozvodnou a vyústěním vzduchotechniky.
Stavba VMO Dobrovského B zahrnuje rovněž mimoúrovňové křižovatky (MÚK) VMO Žabovřeská – Hradecká a Hradecká – Královopolská v Žabovřeskách a část větví MÚK Dobrovského – Svitavská radiála přímo souvisejících s předpolím tunelů v Králově Poli.
Ražba štol a geotechnický průzkum
Samotné výstavbě tunelů předcházel v létech 2001 – 2003 podrobný geotechnický průzkum realizovaný společností GEOtest, a. s., v rámci kterého byly kromě vyhloubení inženýrskogeologických vrtů v linii tunelových trub i vyraženy tři průzkumné štoly s cílem zjistit geotechnické podmínky horninového prostředí v trase tunelů. Štoly sloužily rovněž k ověření zvolené technologie ražení a zjištění účinků stavby na městskou zástavbu. Dvě štoly v délce 831 byly vyraženy v profilu tunelu II a jedna štola v délce 365 metrů v profilu tunelu I.
Koncepce geotechnického průzkumu byla volena tak, aby průzkumné práce prováděné z povrchu byly sladěny s ražbou průzkumných štol. Celkem bylo v linii projektovaných tunelů vyhloubeno 22 jádrových vrtů. Hloubka vrtů se pohybovala v rozmezí 8,0 – 60,0 metru. Úkolem sondážních prací bylo zejména podat informaci o kvartérním pokryvu území a úrovni povrchu podloží tvořeného neogenním jílem.
Kvartérní pokryvný útvar se skládá ze dvou typů zemin. Prvním z nich jsou navážky, které jsou přirozeným důsledkem mnohaleté stavební činnosti v tomto prostoru. Původní pokryv představují sprašové hlíny ukládané eolickou činností během pleistocénu. Jílovité hlíny v podloží spraší mají zpravidla smíšenou eolicko-deluviální genezi. Báze kvartérního pokryvu je zastoupena štěrkovitými sedimenty, velmi často hlinitými či zajílovanými.
Předkvartérní podloží je v celém zájmovém území budováno klastickými sedimenty neogenního (miocénního) spodnobádenského stáří. Z hlediska inženýrsko-geologického se jedná o vápnitý, značně prachovitý jíl. Hornina má nazelenale šedou barvu, v připovrchové zóně bývá zabarvena žlutohnědě či rezavohnědě. Průzkumnými pracemi bylo zjištěno, že jíly jsou značně tektonicky postižené, místy v zónách až několik desítek metrů mocných, mají hrubě blokovitý až nepravidelně drobně úlomkovitý rozpad.
Specifika výstavby
V roce 2006 byla zahájena stavby tunelů Dobrovského a souvisejících křižovatek. Samotná ražba tunelů začala v lednu 2008 a trvala do dubna 2010. Do srpna 2012 probíhaly navazující stavební práce v podobě hydroizolací, výstavby sekundární obezdívky, vozovky, elektroinstalací a montáž technologií.
Královopolské tunely je třeba s ohledem na kombinaci nepříznivých faktorů ovlivňujících jejich výstavbu považovat za výjimečné inženýrské dílo, a to nejenom v měřítku České republiky. Aspekty mající vliv na průběh prací jsou především specifické geologické podmínky, nízké nadloží, hustá povrchová zástavba a velikost příčného profilu.
Ražba tunelů probíhala převážně v tunelářsky netypickém prostředí vysoce plastických jílů. Hlavní nepříznivou vlastností těchto zemin je jejich nízká pevnost, která neumožňuje vytvoření přirozených horninových kleneb. Prakticky veškerá zatížení tedy musí přenést ostění tunelu. Další nepříznivou vlastností jílů jsou jejich výjimečně dlouhé deformační procesy. Nadloží se v trase tunelů pohybuje pouze v rozmezí 5 až 20 m, což při šířce výrubu 14 m a v kombinaci s výše uvedenými pevnostními charakteristikami nadložích vrstev vylučuje vytvoření horninové klenby. Veškeré objemové ztráty vznikající v průběhu ražby tunelu se projeví v plné míře na poklesové kotlině na povrchu.
Tunely přímo či v těsné blízkosti podcházejí desítky obytných a dalších, často několikapatrových budov mnohdy ve špatném statickém stavu. V zájmové oblasti je dále velká hustota vedení inženýrských sítí (včetně plynovodů) a dopravních tras včetně křížení s tramvajovými tělesy. Poklesy na povrchu nad tunelem iniciované ražbou mohly vyvolat výrazné poškození nadzemních objektů s rizikem vzniku havarijních stavů. Kromě deformací, které předpokládal statický výpočet, bylo však třeba uvažovat i se zvýšenými deformacemi v případě nestandardního vývoje.
Příčný profil výrubu činil 130 m2 v základním profilu a 142 m2 v nouzovém zálivu. Konstrukce ražených tunelů byla navržena dvouplášťová s mezilehlou uzavřenou tlakovou hydroizolací ze svařované folie PVC. Tunelová konstrukce je budována z primárního nosného ostění a sekundárního trvale nosného ostění.
Monitoring
Geotechnický sled výstavby byl prováděn sdružením „TUNELY DOBROVSKÉHO MONITORING“, Pozici vedoucího člena sdružení vykonávala akciová společnosti GEOtest, a.s.
Královopolské tunely byly prováděny v souladu se zásadami tzv. Observační metody, kdy je průběh výstavby kontinuálně monitorován a účinky razicích prací na povrchovou zástavbu jsou průběžně porovnávány s předpoklady projektu. V případě odlišností od předpokladu jsou přijímána okamžitá opatření pro minimalizaci vlivu ražby na povrch. Z těchto důvodů byly kladeny vysoké nároky na rozsah, kvalitu, operativnost a komplexnost geotechnického monitoringu.
Monitoring výstavby sestával z širokého komplexu metod:
Geologický a geotechnický sled v podobě kontinuálního sledu ražby tunelu a tunelových spojek pro zatřídění horninového prostředí do technologických tříd a dále sledu hloubených příportálových úseků tunelu v Žabovřeskách a Králově Poli.
Hydrogeologický monitoring v trase ražené části tunelu včetně oblasti Technologického centra a hloubených příportálových úseků tunelu v Žabovřeskách a Králově Poli. Monitoring oscilace hladin a kvality podzemních vod v rozsahu základních fyzikálně chemických analýz a vybraných kontaminujících látek.
Měření konvergenčních profilů na primárním ostění tunelů TI, TI, tunelových spojek a větracího kanálu. Měření konvergenčních profilů na sekundárním ostění ražených tunelů a jejich hloubených úseků.
Kontrolní geodetická měření tuhých prvků primárního ostění – nosníků HBX. Kontrolní měření sekundárního ostění (dilatačních celků) ražených a hloubených úseků tunelu (Žabovřesky, Královo Pole, vzduchotechnického kanálu).
Nivelační měření terénu pomocí bodů v profilech napříč poklesovou kotlinou situovaných převážně kolmo k ose tunelových trub.
Měření svislých deformací v horninovém prostředí v extenzometrických vrtech v okolí výrubu.
Měření vodorovných deformací v horninovém prostředí v inklinometrických vrtech v trase tunelových trub, v trase hloubeného úseku tunelu Žabovřesky (v oblasti obytných objektů Voroněžská a Záhřebská), sled stability betonových konstrukcí definitivního i provizorních portálů a hloubeného úseku tunelu TII na Žabovřeské straně pomocí inklinometrických pažnic instalovaných před betonáží. Monitoring stability podzemních stěn jámy Technologického centra.
Geodetický monitoring betonových konstrukcí v hloubených úsecích tunelu v Králově Poli a Žabovřeskách, včetně sledu zajišťovaných svahů v oblasti stavebních jam, dále monitoring betonových konstrukcí Technologického centra a tramvajových kolejí v ulicích Palackého a Jana Babáka. Nedílnou součástí geodetických prací bylo zaměřování nových prvků monitoringu – dokumentovaných vrtů a periodická měření zhlaví extenzometrických vrtů.
Monitoring napětí kotev v betonových konstrukcích v hloubených úsecích tunelů v Žabovřeskách a Králově Poli, sled napětí na kotvách v severní stěně Technologického centra v místě průchodu tunelu TI.
Seismická měření a seismický průzkum objektů nadzemní zástavby v oblastech s možností negativního ovlivnění stavební činností. Jednalo se zejména o sesismické účinky v průběhu výstavby Technologického centra a při hloubení podzemních stěn.
Monitoring nivelačními, náklonoměrnými a deformometrickými metodami pro kontrolu svislých pohybů sledovaných objektů, změn sklonu sledovaných stavebních konstrukcí a sled deformací (posunu na trhlinách) v zónách předpokládaného negativního ovlivňování stavbou tunelů.
Monitoring výškových posunů vytipovaných šachet vodovodních či kanalizačních potrubí a šachet kabelovodů procházejících přes poklesovou kotlinu v zóně ohrožení.
Monitoring technického stavu hlavních kanalizačních řadů vedených podélně nebo příčně v území dotčeném poklesy od ražby tunelů v zóně ohrožení.
Sledování vývoje poruch na ohrožených nadzemních objektech v podobě periodických statických prohlídek objektů v zóně ohrožení v poklesové kotlině i mimo poklesovou kotlinu a na objízdných trasách.
Měření hluku zaměřená na monitorování vlivů stavební činnost související s ražbou tunelu na povrchu a při ústích podzemních staveb.
Monitoring vibrací a posouzení jejich vlivu na osoby na pracovištích ve vytipovaných objektech zejména v době průchodu ražby a provádění bouracích prací v tunelu.
Tenzometrická měření napětí rozpěr dočasně pažicích stavební jámu v průběhu výstavby Technologického centra.
Monitoring potencionálních úniků zemního plynu v období ražby tunelů v objektech nadzemní zástavby v zóně ohrožení poklesovou kotlinou a kontinuální sled výskytu metanu ve sklepních prostorách vybraných stavebních objektů pomocí automatických detekčních stanic.
Tenzometrická měření a měření teplot na sekundárním ostění pro doplnění informací o stavu napjatosti obezdívky a zatížení teplotním spádem.
Hydrogeologická problematika
(RNDr. Jitka Novotná)
Specifičnost prostředí, ve kterém ražba silničních tunelů probíhala, a charakter budovaných stavebních objektů kladly zvýšené nároky na hydrogeologický průzkum před výstavbou a na monitoring v průběhu i po dokončení stavebních prací a předání do provozu.
Stavba byla realizována v několika hydrogeologických zcela odlišných prostředích. Oblast královopolského portálu zastihla sedimenty údolní nivy Ponávky, které jsou litologicky tvořeny velmi propustnými fluviálními štěrky. Generelní směr proudění podzemní vody je v této oblasti S-J. Vlastní ražba tunelů probíhala v neogenních jílech, které jsou naopak velmi málo propustné. V oblasti žabovřeského portálu byla ražbou zastižena terasa, tvořená málo mocnou, ale plošně rozsáhlou akumulací fluviálních štěrků.
Z hlediska dopadů na vlastní stavbu i vlivu stavby na hydrogeologické poměry byla nejsložitější oblast údolní nivy Ponávky. Už v době ražby průzkumných štol došlo k výraznému snížení hladiny podzemní vody (nebo její úplné ztrátě) v existujících domovních studních. Pokles hladiny podzemní vody se opakoval při dokončovacích pracích vjezdu do tunelu, jak je patrné z grafu č. 1, na kterém je uvedeno kolísání hladiny podzemní vody v sedimentech údolní nivy. Snaha o minimalizaci dopadů vlastní stavby na hydrogeologické poměry vedla k úzké spolupráci mezi hydrogeology a projektanty. Složité základové poměry v oblasti královopolského portálu byly na základě informací o pohybu hladiny podzemní vody stavebně řešeny protivztlakovou vanou, která byla pro převedení podzemní vody obsypána propustným materiálem. To vedlo k obnovení proudění podzemní vody a opětovnému zvýšení hladiny podzemní vody ve studních.
Mimo monitoringu kvantitativního byl prováděn i monitoring kvalitativní. Byly sledovány parametry, které mohou souviset s výstavbou a provozem komunikací. Monitoringem kvality bylo prokázáno, že v důsledku ražby tunelů nedošlo ke zhoršení kvality podzemní vody v oblasti, i když vody v lokalitě mají typický charakter městských vod – například vysoký obsah rozpuštěných látek, vysoký obsah chloridů a dusičnanů.
Postupy hodnocení průběhu výstavby
Sběr naměřených hodnot, jejich centrální evidence a archivace byly uskutečňovány v kanceláři geomonitoringu. Kancelář zodpovídala za koordinaci měření, jejich vyhodnocení a vypracování podkladů pro jednání Rady monitoringu (RAMO). Rada fungovala jako poradní orgán správce stavby. Na zasedání RAMO probíhalo komplexní hodnocení průběhu výstavby tunelu ve vztahu k bezpečnosti a ekonomice výstavby, zejména vůči varovným stavům na povrchu a v podzemí. RAMO vydávalo doporučení týkající se mimo jiné i provádění monitoringu. Výsledky měření a dílčí závěry monitoringu byly sdíleny prostřednictvím databázového systému BARAB v síti internet, který byl zpřístupněn všem zainteresovaným osobám.
Závěr
Ražba Královopolských tunelů představuje významné inženýrské dílo realizované v nepříznivém horninovém prostředí pod územím se souvislou městskou zástavbou. Určitá časová prodleva od dokončení průzkumných štol v roce 2003 po zahájení ražby tunelů v roce 2008 způsobila pokles stability masívu v okolí jejich výrubů a při přestrojování primární obezdívky vznikaly místy nezaviněné nadvýlomy. Během prodlevy pravděpodobně došlo k částečnému odvodnění neogenního masívu a tím i k zlepšení jeho stability v nových výrubech tunelových trub.
Obecně lze průběh ražby tunelových trub a následné stavební činnosti zhodnotit jako úspěšné nejen proto, že během ražby nedošlo k žádné mimořádné události. Oproti dříve realizovaným podzemním dílům (primárním kolektorům) v obdobném prostředí brněnských neogenních jílů byly dopady ražby na povrchovou zástavbu významně menší a v jejím průběhu nebylo třeba přistupovat k výraznějším bezpečnostním a havarijním opatřením v podobě omezení dopravy, stěhování obyvatel z ohrožených budov, haváriím inženýrských sítí (plyn, voda apod.) a demolici budov. Po vhodně zvoleném technickém řešení se podařilo obnovit původní hydrogeologické poměry v hydrogeologicky nejcennější části dotčeného území – v údolní nivě Ponávky. Průběh ražby ukázal, že průzkumné, projekční i stavební práce byly nastaveny efektivně a mají hlavní podíl na bezproblémové realizaci tohoto zatím největšího podzemního liniového díla ve statutárním městě Brně.
Ing. David Rupp,
oborový manažer GEOtest, a.s.
mob.: +420 724 205 943, e-mail:rupp@geotest.cz
RNDr. Jitka Novotná,
oborový manažer GEOtest, a.s.
mob.: +420 728 167 387, e-mail:novotna@geotest.cz
GEOtest, a. s.
Šmahova 1244/112, 627 00 Brno
tel.: 548 125 111, fax: 545 217 979
e-mail: info@geotest.cz, www.geotest.cz
