Češi razí tunel na Faerských ostrovech – zkušenosti z výstavby

Tým razičů má za úkol vyrazit celkem 1 200 metrů o objemu 80 000 kubíků horniny, především bazaltu, a následně provést izolace na ploše 9 000 m². Ražby probíhají skandinávskou metodou Drill & Blast, kterou Metrostav využil i při budování tunelů v Norsku, Finsku a na Islandu. Nový silniční tunel na Faerských ostrovech bude mít šířku 8,5 m a profil 65 m². Navazovat na něj bude kilometr nové silnice směrem k Ørðavíku a 400 m k Fámjinu. Samotné ražby zaberou cca 33 týdnů. Společnost Metrostav Norge se projektu účastní jako subdodavatel faerské stavební společnosti J&K Petersen. Inves­torem projektu je společnost Landsverk, faerská obdoba českého Ředitelství silnic a dálnic. Stavba byla zahájena v říjnu 2022.

Projekt Fámjinstunnilin byl dlouho projednáván vzhledem k jeho náročnosti na výstavbu i nízké populaci ve Fámjinu. Samotný tunel bude 1,2 km dlouhý a 8,5 m široký s přidruženými silnicemi na obou stranách v celkové délce 1,4 km, takže souhrnný projekt bude 2,6 km dlouhý. Celkové náklady na projekt se odhadují na přibližně 169 milionů dánských korun, a to včetně zvýšení cen. Hlavním důvodem výstavby tunelu jsou nepříznivé povětrnostní podmínky, tato oblast na Faerských ostrovech je brána jako nejvíce větrná. Tuto skutečnost jsme si vyzkoušeli, jak se říká, „na vlastní kůži“. V tunelu budou dva nouzové zálivy. Půdorysně je tunel tvořen třemi protisměrnými oblouky s poloměry 500 m, 600 m a 600 m. Podélný sklon tunelu začíná ve směru ražby přibližně na 6,5 %, po většině své délky má hodnotu zhruba 5 % a těsně před koncem ražené části se blíží nule. Plocha příčného řezu je 67,01 m², v místě nouzových zálivů je příčný řez rozšířen na 85,17 m².

Promyšlená příprava

Rozhodnutí o realizaci stavby přišlo v srpnu 2022, což znamenalo, že na kompletní „mobilizaci“ a zrealizování povolení bylo šest týdnů. V té době již byla vedena komunikace s dodavateli materiálového zabezpečení stavby. Fáze příprav je jednou z nejdůležitějších částí celého procesu, představuje významnou podporu hladkého průběhu samotné výstavby. Byla snaha řešit vše ve značném předstihu. Začátkem září se přešlo do fáze zřízení logistiky a přepravy strojní sestavy a budoucího staveniště na Faerské ostrovy. Přeprava na stavby probíhala z několika míst, avšak doručovací adresa byla jedna. Strojní sestava a materiál pro zřízení staveniště cestovaly ze Švédska, Norska, České republiky a od různých dodavatelů materiálu na stavbu. Zmobilizovat takto složitou přepravu vyžadovalo propracovaný časový harmonogram vykládání a skládání strojů i materiálů v jednotlivých přístavech nejprve v Evropě a později na samotných Faerských ostrovech. Určitá část materiálu byla přepravována přes Island, kde byl po cestě naložen teleskopický manipulátor Komatsu. Další výzva čekala po příchodu všech dodávek na Faerské ostrovy do hlavního přístavu v Tórshavnu, kde se vše překládalo na interní přepravu mezi ostrovy. Tórshavn je hlavní město na severním ostrově a bylo třeba vše přepravit na nejjižnější ostrov Suðuroy. Tam se muselo přistoupit k přepravě podle priorit a chronologického zřizování staveniště od základů.

Plánovaná dodávka první části materiálu dorazila koncem září, poslední část pak v polovině října. Příjezd techniků, vedoucích pracovníků za účelem zajištění podmínek pro první skupinu dělníků se uskutečnil rovněž koncem září. Vzhledem k tomu, že Faerské ostrovy patří mezi země, které se nacházejí mimo Evropskou unii, počítali jsme také s případným zdržením z důvodu možných komplikací s doklady. Díky promyšlenému časovému harmonogramu však do sebe vše plynule zapadalo, až na pracovní povolení pro zaměstnance Metrostavu, jehož vydání se o dva týdny zpozdilo. To způsobilo menší zdržení při zřizování staveniště, ale nakonec bylo staveniště připraveno k zahájení produkce 17. října 2022 podle smlouvy.

Mezitím hlavní dodavatel pokračoval v přípravných pracích portálu pro budoucí ražení tunelu. Již při otevírání portálové stěny byla evidována problematická geologická skladba horniny. Portál měl být hlouben trhacími pracemi, ale vzhledem k nekvalitní geologické skladbě byl otevřen stavebními stroji – bagry. Uvedený problém se automaticky promítl do naší části výstavby – ražby tunelu. Pracoviště portálu jsme přebrali 16. listopadu 2022, což bylo o měsíc později, než byla stanovena smlouva. S ohledem na nízkou ochrannou vrstvu nadloží v oblasti zaražení 1,5 až 3,5 m na úseku prvních 5 m bylo nutno přistoupit k důslednému zajištění portálové stěny a oblasti. V tak mělkém zaražení je třeba počítat s tím, že geologická skladba nebude výstavbě příliš nápomocna.

Zajištění portálu:

Jak je vidět na obr. 3 a 4, nadloží je zvětralé a skladba je bloková a mezibloková s jílovou výplní. Po dohodě s investorem a hlavním dodavatelem byl vypracován technologický postup zajištění a otevření prvních dvou záběrů a dále podle posouzení geologické skladby:

• použití stříkaného betonu typu E1000 o tloušťce 150 mm;
• zajištění svorníky kombi bolts a samo­závrtnými kotvami rastr 1,5 × 1,5 m;
• zastříkání druhou vrstvou betonu typu E1000.

Zajištění před otevřením prvního záběru:

• vybudování dvojitého umělého stro­pu – jehlování;
• zabudování podpůrné samonosné výztuže pod jehlování;
• zastříkání podpůrné výztuže a vytvoření nosníku.

Otevření prvního záběru:

• čelba byla navrtána se zhuštěným počtem děr pro omezení vibrací do nadloží;
• navrtal se extra obrys pro tzv. hladký výlom;
• čelba se střelila na dvakrát, a to nejprve spodní polovina a později vrchní polovina;
• takovým způsobem se otevřel i druhý záběr; oba záběry po 2,5 m, celkem 5 m.

Stoupání tunelu je skoro totožné se stoupáním terénu. Je předpoklad neměnné geologické skladby v nejbližším úseku ražení cca 60 m, kde se razí po vrstvách sedimentů.

Ražení tunelu je v současnosti možno shrnout do následujících etap.

• Začátek ražení s nízkou ochranou vrstvy nadloží do 10 m (viz obr. 6).
• Ražení se zajišťováním stropu předpolí (jehlování) na zkrácené záběry 3 m až 3,5 m a budováním norských rámů (podpůrná výztuž) přímo v čelbě. Vrtání extra obrysových děr a kotvení svorníky v rastru 1,5 × 1,5 m.
• Ražení s ochranou vrstvou nadloží 10 m až 20 m. V tomto případě byla geologická skladba již lepší, avšak nevyhovovala výška nadloží. Při vystřelení záběru na 5 m bylo stále velké riziko porušení ochranné vrstvy nadloží.
• Ražení s ochranou vrstvou nadloží 20 m a více. V tomto případě již byly splněny podmínky RSF koeficientu (rock stress factor), který musí být zohledňován při výšce nadloží menší, než je dvojnásobek šířky tunelu, což je v tomto případě 18 m. Při nadloží 20 m již počítáme s vytvořením přirozené horninové klenby pro stabilitu podzemního díla. Tady se již otevíralo na plný záběr 5 m a kotvením svorníky v rastru 2 × 2 m.

K 28. únoru 2023 bylo vyraženo 250 m tunelu a zabudováno bylo 24 oblouků norské výztuže, z toho je devět oblouků zesílených (tzn. dva oblouky na jednom místě), viz obr. 7.

Základní geologické informace o tunelu Fámjin

Faerské ostrovy geologicky patří do severoatlantické vulkanické provincie. Ta vznikla rozsáhlou vulkanickou činností zapříčiněnou otevíráním severního Atlantiku. Oblast patří do části nazývané FIBG – Faroe Islands Basalt Group – o celkové mocnosti přesahující 6,5 km, tvořené mohutnými výlevy tholeiitických bazaltů paleogenního stáří s polohami vulkano-sedimentárních
hornin.

Oblast ražby tunelu se stratigraficky nachází v souvrství Beinisvørð tvořeném převáženě střídáním mocnějšími polohami šedého afanitického bazaltu s málo mocnými polohami vulkanoklastik. Samotný tunel je ražen převážně v lávovém proudu lokálně označovaném jako IV, s tím, že v oblasti obou portálů probíhá ražba také v lávovém proudu III. Oba tyto proudy jsou odděleny vrstvou vulkanoklastik červené barvy. Specifickým pro území blízké oběma portálům je tzv. Dysjar, což je označení pro oblast tvořenou množstvím nepravidelných vyvýšenin, které jsou formovány izolovanými a oddělenými částmi bazaltových vrstev a vulkanoklastik, které vznikly jako blok pozdně glaciálním až postglaciálním skalním sesuvem z přilehlého úbočí hory.

Technologie a mechanizace

Tunel je ražen Norskou tunelovou metodou Drill & Blast. Technologie ražení je cyklická práce, která zahrnuje několik opakujících se operací.

• Vrtání záběru na požadovanou délku. Pro tento proces byl zvolen třílafetový vrtný stroj Sandvik DT1131i s lafetami na vrtání osmnáctistopými vrtnými tyčemi (obr. 10).
• Nabíjení produkčních vrtů emulzní trhavinou a použití neelektrických rozbušek, odstřel.
• Odtěžení odstřeleného materiálu z čelby bylo realizováno nakladačem Volvo L180H s bočním výklopem. Na odvoz horniny z čelby byly použity stroje CAT 730 – dumpery (obr. 8).
• Po vytížení horniny nastupuje operace mechanizované rámování, kdy hydraulické kladivo na rameni bagru shazuje uvolněné části horniny na profilu výlomu. Pro tento proces byl zvolen bagr Volvo EW180C s hydraulickým kladivem Epiroc SB 552.
• Po přípravu výrubu k zajištění musí být pozván stavební dozor k posouzení záběru, případně doplnění extra zajištění podle potřeby (tzv. geologický mapping). Zde se zařadí záběr do kácení třídy podle kvality horninového masivu Q indexem.
• K zajištění kácení se standardně používá stříkaný beton. Ve strojní sestavě máme pro aplikaci stříkaného betonu k dispozici stříkací robot Meyco Potenza (obr. 11).
• Poslední v řadě této cyklické práce je zajištění výrubu tzv. skalními svorníky – ankry. V uvedeném případě projektant zvolil CT kotvy. Kombinované ankry jsou předepnuty v hornině adaptérem/hmoždinou a později naplněné cementovou směsí pro finální ukotvení po celé délce.

Následuje návrat zpět na začátek pracovního cyklu a proces se opakuje. Je pravda, že do tohoto procesu mohou vstoupit další operace jako injektáž nebo budování sekundární výztuže, ty již však nejsou zahrnuty do pravidelného cyklu ražení a realizují se většinou v nestandardních případech nebo se plánují podle předpokládané změny geologické skladby.Případná injektáž je v takovém případě prováděna hlavně z důvodu stability podzemního díla, nikoliv zamezení přítoků, průsaků do tunelu. Tento systém je označován jako tunel s otevřenou hydrogeologií, kde částečně měníme proudění podzemní vody, která je odváděna ven z tunelu čerpacím systémem. V tomto případě bude voda z tunelu vytékat samotokem, kdežto ražení je prováděno dovrchně, do stoupání. Další operací, která může nastat, jsou tzv. předvrty – dlouhé vrty do předpolí čelby za účelem zjištění kvality horninového masivu, hydrologických poměrů, poruch aj. Pro předvrty se využívá stejný vrtný vůz jako pro vrtání produkčních vrtů, s rozdílem vrtného nářadí. Je třeba použít jiných vrtných tyčí se závitem, které lze prodlužovacími tyčemi nastavovat na požadovanou délku vrtu.

Z jiných projektů podobného charakteru, tedy z ražby tunelů metodou Drill & Blast, jsme získali zkušenosti, že tyto operace jsou vždy stejné nebo velmi podobné. Liší se pouze v závislosti na okolních podmínkách, tzn. potřebě injektovat, kvalitě horninového masivu atd. Dalším faktorem ovlivňujícím strojní sestavu je velikost ražených děl, kdy je třeba brát v úvahu velikost raženého profilu určující celkový objem rubaniny, který je nutné vytěžit. Obecně se v užších tunelech používají menší stroje, které se bez problému vejdou do jejich průjezdného profilu. U volby nakladače se pak bere v úvahu celková situace stavby, kdy se jinak těží v případě dvou paralelních tunelových rour spojených propojkami a jinak v případě jedné širší tunelové roury, kde je třeba vy­užívat bočního výklopu. V případě volby vrtné soupravy se bere na zřetel také velikost, kdy stroje se dvěma rameny jsou podstatně menší než stroje tříramenné. Stroj s více lafetami dokáže současně vrtat větší počet vrtů, a tedy podstatně zrychlit celkový čas vrtání. Zásadním parametrem při výběru vrtné soupravy je samozřejmě také její cena.

Zkušenosti z realizace – větru a ovcím navzdory

Typickým rysem pro práci na Faerských ostrovech je proměnlivost zdejšího počasí a s tím spojené komplikace ať už z hlediska logistiky, práce na zařízení staveniště, přípravy portálu aj. V úpatí kopce, pod kterým se razí tunel, bylo umístěno zařízení staveniště včetně skladu materiálu a dílny. Při silné bouři na začátku února 2023 došlo k poškození izolace dílny, kdy bylo následně třeba několik dní staveniště velmi zásadně reorganizovat. Vítr té noci dosahoval průměrné rychlosti cca 90 km/h, přičemž nárazy měly rychlost až 200 km/h. V takovém počasí se mohou převracet i větší auta, vzduchem létají a padají k zemi neuchycené předměty a kameny, je tedy nutno dbát zvýšené opatrnosti.

Třešničkou na dortu jsou všudypřítomné ovce, které samovolně putují po ostrovech a jednou kvůli nahánění ovcí dokonce muselo dojít k odložení odstřelu o několik hodin.Projekt Fámjinstunnilin má, jako každý další, své plusy a minusy. Ve světle časového harmonogramu stavby jsme v mírném zpoždění, což je způsobeno zdržením prací během otevírání portálu hlavním dodavatelem a odchylkami od projektové dokumentace v části geologie. Při ražení podzemních děl je geologická skladba úzce spjata s pokrokem, jakého je možno dosáhnout.

Stavba komplexně postupuje, snažíme se dohnat vzniklou časovou ztrátu změnou pracovní doby z plánovaných 12 hodin provozu na 24hodinový provoz. Při krátké stavbě, jako je tato, je velmi podstatné se rychle přizpůsobit podmínkám, ať už technického charakteru, nebo v našem případě geologického charakteru. My tuneláři mluvíme o takzvané cyklické práci, kde se operace rutinně opakují, proto je důležité na nové stavbě co nejrychleji získat pracovní rutinu cyklu. Z našeho pohledu se sestavený tým na projektu Fámjinstunnilin sladil velmi dobře po stránce pracovní i lidské. Spolupráce vedení projektu a dvou týmů ražení je, po nastavení určitých pravidel na začátku stavebních prací, na dobré úrovni a funguje na mezilidské důvěře. Jak již bylo zmíněno, adaptace ve zdejších podmínkách byla o něco složitější, Faerské ostrovy nejsou členem Evropské unie a bylo třeba si osvojit nové legislativní procesy a pravidla. Mnoho věcí se zjišťovalo doslova za chodu stavby. K 28. únoru 2023 bylo vyraženo 250 m tunelu, na staničení 1 327 m. Pozice ražení vůči povrchu ilustruje obr. 9.