Provozované, realizované a projektované tunely na IV. železničním koridoru

Úvod

Tranzitní železniční koridory se na našem území staly nástrojem k plnění evropské dohody o mezinárodních železničních magistrálách (AGC) a dohody o nejdůležitějších trasách mezinárodní kombinované dopravy a souvisejících objektech (AGTC), ke které Česká republika přistoupila v roce 1991, respektive jako nástupnický stát ČSFR s účinností od ledna 1993. Na základě studií proveditelnosti byly definovány a prostorově zakotveny čtyři tranzitní železniční koridory, k jejichž hlavním cílům patří napojení vybrané sítě Správy železnic na hlavní evropské magistrály, naplnění podmínek integrace ČR do evropských struktur (Evropská unie, NATO), snižování zátěže životního prostředí, zvýšení bezpečnosti provozu novými dokonalejšími technologickými zařízeními, zvyšování cestovní rychlosti v osobní železniční dopravě, zvyšování spolehlivosti a pravidelnosti v nákladní dopravě i rozšíření služeb pro přepravce využitím mezinárodní kombinované dopravy. Napřimování trasy a úprava jejího výškového řešení, kterou je mnohdy podmíněno dosažení požadované rychlosti 160 km/h, lze v některých případech dosáhnout pouze začleněním tunelů. Na IV. tranzitním železničním koridoru, jenž je součástí severojižního evropského propojení Stockholm – Záhřeb a na našem území spojuje města na ose Děčín, Praha, Tábor, Veselí nad Lužnicí a Horní Dvořiště, bude tunelů hned jedenáct v celkové délce 12,9 km. V současné době je šest tunelů již v provozu, tři tunely jsou právě ve výstavbě a dva nejdelší v celkové délce 7,9 km se projektují ve stupni dokumentace pro stavební povolení. V rámci České republiky se tak jedná o trasu s mimořádným množstvím tunelů.

Cílem článku je podat čtenáři souhrnnou informaci o všech tunelech na IV. tranzitním železničním koridoru. Na článek navazují texty popisující konkrétní technické řešení tunelů ve vysokém stupni přípravy projektové dokumentace. Zároveň připomíná významné momenty z realizace již provozovaných tunelů, mapující nejen technický vývoj v oboru podzemních staveb, ale i možnosti optimalizace technického řešení spojené s aplikací observační metody při profesionálním přístupu všech účastníků výstavby. Články právě realizovaných tunelů budou uvedeny v dalším čísle časopisu.

Provozované tunely

Traťový úsek Votice – Benešov u Prahy
Co do počtu tunelů je úsek Votice – Benešov u Prahy rekordmanem celého IV. koridoru. Na traťovém úseku délky 18,4 km se nachází celkem pět dvoukolejných železničních tunelů o celkové délce 2,69 km. Ve směru od Votic do Benešova se jednalo o hloubený tunel Votický (590 m) a ražené tunely Olbramovický (480 m), Zahradnický (1044 m), Tomický I (324 m) a Tomický II (252 m). Ačkoli se na projektování tunelů podílely tři projektové kanceláře, podařilo se návrh technického řešení koordinovat a unifikovat, což budoucímu provozovateli tunelů výrazně zjednodušuje činnosti spojené s jejich údržbou. Stavební práce na úseku Votice – Benešov započaly v srpnu 2009 a slavnostní ukončení stavby proběhlo v polovině čer­vna 2013. I když technické řešení tunelů bylo co do geometrického tvaru tunelu, použití kabelovodů, hydroizolací, tunelových drenáží na odvedení podzemní vody a dalších konstrukčních prvků unifikováno, geotechnické podmínky značně ovlivňující postupy výstavby byly jak u jednotlivých tunelů, tak i v rámci každého jednoho tunelu značně odlišné. Tunely na traťovém úseku Votice – Benešov u Prahy procházely geomorfologickou soustavou označovanou jako Jihočeská vysočina. Území se nachází při jihovýchodním okraji středočeského plutonu v blízkosti výběžku moldanubika a je tvořeno zejména paleozoickými, hlubinnými a žilnými vyvřelinami. Horniny jsou charakteristické svou značnou petrografickou pestrostí. Převažujícími horninovými typy jsou drobnozrnné žilné granity a aplity; v části území porfyrické, středně zrnité, amfibol-biotitické žuly typu Čertova břemene a porfyrické, středně zrnité biotitické žuly s amfibolitem sedlčanského typu. Lokálně se v trase tunelu vyskytují kontaktní metamorfity zastoupené cordieritickými rulami a migmatity různého stupně zvětrání.

Při ražbě tak bylo možné v tunelech zastihnout jak velmi pevný a obtížně rozpojitelný granodiorit, tak eluvium rul charakteru zeminy, které bylo v některých případech možné z čelby prakticky odebírat rukou. Asi nejmarkantnější změna geotechnických podmínek co do vzdálenosti jednotlivých geotechnických typů horninového masivu byla zastižena u tunelů Votický a Olbramovický. Zatímco při hloubení Votického tunelu byly v granodioritu používány masivní trhací práce velkého rozsahu (obr. 2), u těsně navazujícího Olbramovického tunelu, který od portálu Votického tunelu dělil zářez tratě délky cca 100 m, probíhala zpočátku ražba ve zcela zvětralých rulách (obr. 3). V úseku mezi tunely byla navíc zastižena žíla pevného, ale silně podrceného aplitu, jenž puklinovým systémem přiváděl do stavební jámy značné množství podzemní vody.

Tunely na úseku Votice – Benešov mají svá specifika i z hlediska návrhu požárněbezpečnostního řešení a zajištění bezpečnosti provozu. V případě Zahradnického tunelu bylo vzhledem k jeho délce 1 044 m nutné na základě požadavků evropské směrnice TSI SRT o bezpečnosti v železničních tunelech navrhnout únikový východ. Směrnice předepisuje, že horizontální a/nebo vertikální únikové cesty vedoucí na povrch musí být k dispozici nejméně každých 1 000 m. Vzhledem k tomu, že všechny tunely jsou navrženy jako dvoukolejné a k úniku není možné použít druhou tunelovou troubu, bylo nutné řešit únikovou cestu zvláštní štolou a schodišťovou šachtou, umožňující evakuaci osob na povrch území.

V případě tunelů Votický a Olbramovický, jejichž portály jsou od sebe vzdáleny pouze 100 m, bylo zase nutné na základě téže směrnice z požárněbezpečnostního hlediska oba tunely považovat pouze za jeden tunel, jehož fiktivní délka byla součtem délky obou tunelů i zářezu mezi nimi. Směrnice požadovala, aby dva či více než dva po sobě jdoucí tunely byly považovány za jediný tunel, pokud rozestup mezi tunely na volném prostranství byl kratší než maximální délka vlaku, který má být na dané trase provozován, prodloužená o 100 m. Tento požadavek byl při délce úseku mezi portály samozřejmě splněn (obr. 4). V zářezu mezi portály obou tunelů pak byla situována nástupní plocha složek integrovaného záchranného systému a požární nádrž, ze které by v případě požáru v tunelu bylo možné zavodnit potrubí požárního „suchovodu“, situované pod služebním chodníkem v obou tunelech. K nástupní ploše byla zřízena přístupová komunikace. Zajištění potřebného tlaku vody v požárním potrubí se v takovém případě předpokládá požárními cisternami.

Votický tunel
Avizované geotechnické podmínky v místě Votického tunelu byly v porovnání s tunely Olbramovický nebo Tomický I a II na stejném traťovém úseku velmi příznivé. Kromě zóny hlubšího dosahu zvětrání uprostřed tunelu a v oblasti výjezdového portálu měl tunel procházet navětralými granity s ortogonálním systémem puklin. V průběhu projektování přípravné dokumentace došlo v úseku nynějšího tunelu k výškové úpravě trasy. Ve vazbě na navazující úseky bylo nutné niveletu zahloubit až o 1 m a tím vzrostla hloubka navrhovaného zářezu až na bezmála 20 m. Při této hloubce stavební jámy již vstupují do hry kromě investičních nákladů i otázky spojené s dlouhodobou stabilitou jejích svahů a nároky na údržbu tratě. Bylo proto provedeno technicko-ekonomické posouzení variant vedení trasy v otevřeném zářezu a přesypaného tunelu, ze kterého vyšla jako vítězná tunelová varianta. Ražený tunel nebyl v tomto úseku navržen pouze z důvodu nízkého nadloží, které se pohybovalo od 0 do max. 9 m a nedovolovalo by tak dosáhnout požadované bezpečnosti pro ražbu. V oblasti výjezdového portálu byl tunel oproti původní úrovni terénu dokonce mírně přesypán. Dobré geotechnické podmínky ve spodní etáži stavební jámy umožnily originální návrh technického řešení, kdy byly stěny stavební jámy navrženy jako svislé a tvořily spojitou podporu pro klenbu tunelu. Tento konstrukční systém umožnil zmenšit šířku stavební jámy o 3 m, zmenšit objem výkopu o 25 000 m³ horniny v rostlém stavu a díky podepření klenby ostění na bocích tunelu snížit tloušťku konstrukce o 100 mm i stupeň jejího vyztužení v porovnání s tunelem realizovaným ve svahované stavební jámě. Svislé stěny nejnižší etáže stavební jámy byly vyrovnány nevyztuženým betonem, který byl od ostění tunelu separován PE fólií (obr. 5).

Navržený konstrukční systém využívající přímé interakce betonové konstrukce a boků stavební jámy vyžadoval poměrně přesné tvarování boků stavební jámy. Pro rozpojování horniny byla proto nejprve používána největší dostupná skalní fréza v ČR (obr. 6). Pevnost horniny byla však i nad možnosti tohoto stroje, a proto se přistoupilo k použití trhacích prací. Boky stavební jámy pak byly v poslední etáži vyrovnávány monolitickým betonem.

Vzhledem k riziku poškození hydroizolační fólie při provádění zpětného zásypu bylo ostění tunelu navrženo jako vodonepropustné s těsněním pracovních spár mezi bloky betonáže vnitřními těsnicími pásy. Vzhledem k tomu, že se jednalo o první použití tohoto typu konstrukce takového rozsahu, rozhodl se stavebník i zhotovitel po dokončení betonáže ostění horní část volně přístupné klenby před provedením zásypu zaizolovat fóliovou izolací (obr. 7).

S ohledem na urychlení výstavby se zhotovitel rozhodl pro použití samonosné výztuže ostění, což je typické spíše u ražených tunelů. Díky tomu byla betonáž ostění nezávislá na montáži výztuže (obr. 8). Ta mohla být prováděna v předstihu, neblokovala bednicí vůz a tím ani postup betonáže. Bednicí vůz pro vnitřní bednění tvořila masivní ocelová „mostní“ konstrukce s pojezdem po kolejnicích situovaných na základových pasech ostění. Bednicí vůz umožňoval betonáž ostění v blocích délky 10 m. Vnější bednění tvořila rovněž ocelová konstrukce, která pojížděla po kolejnicích upevněných na horní úrovni spodní etáže stavební jámy. I tento způsob bednění tunelového ostění byl ojedinělý a vyžadoval od výrobce speciální technické řešení. Výstavba tunelu probíhala proudově od těžení stavební jámy až po instalaci vnitřního vybavení. Na rozdíl od ražených tunelů výstavbu tunelu komplikovaly zejména v zimním období drsné klimatické podmínky. V celé délce 590 m se použil konstrukční typ tunelu založeného na základových pasech bez spodní klenby.

Olbramovický tunel
Celková délka tunelu 480 m byla rozdělena na hloubené úseky délky 60 m u obou portálů a úsek délky 360 m ražený Novou rakouskou tunelovací metodou. Nad trasou tunelu se v rozsahu předpokládané poklesové kotliny nenacházely žádné objekty, které by mohly být výstavbou tunelu negativně ovlivněny. V ose tunelové trouby povrch terénu překonával morfologicky výrazný hřbet zvaný U Martina s nadmořskou výškou v rozmezí cca 465 m n. m. až 502 m n. m.

Vrtným průzkumem byla zastižena hladina podzemní vody v úrovni kaloty tunelu v hloubce 5,20–28,00 m pod povrchem terénu. Prozkoumanost území v oblasti tunelu byla vysoká, v délce tunelu bylo při návrhu technického řešení k dispozici devět jádrových vrtů, jejichž hloubka zasahovala až pod úroveň počvy tunelu. Horninový masiv tvořily granitoidy a metamorfované horniny (ruly) různého stupně zvětrání. Střídání poloh granitu, biotitických rul a grafitických břidlic o různém stupni zvětrání i tektonického porušení bylo charakteristické pro celou ražbu tunelu. Vzhledem k pestrým geotechnickým podmínkám bylo pro ražbu tunelu navrženo pět technologických tříd výrubu, jež umožňovaly aplikaci observační metody podle skutečně zastižených geotechnických podmínek.

Hloubení stavební jámy výjezdového portálu bylo zahájeno 1. listopadu 2009. Po vyhloubení jámy byla pak 10. prosince 2009 zahájena ražba tunelu (obr. 9). Ta probíhala od výjezdového portálu až do 23. dub­­na 2010 a skončila 47 m před raženým vjezdovým portálem. Důvodem byly obavy ze špatných geotechnických podmínek v oblasti vjezdového portálu, které se při hloubení stavební jámy potvrdily. Dne 23. dubna 2010 byla proto zahájena „protiražba“ od vjezdového portálu a prorážka tunelu byla uskutečněna v hoře, což je v takovém případě bezpečnější než prorážka do stavební jámy. V porušeném horninovém masivu bylo použito mechanické rozpojování horniny, v kvalitnějších polohách pak bylo nutné nasadit trhací práce. Pro celou délku hloubených úseků tunelu a v připortálových úsecích ražených tunelů byl ve špatných geotechnických podmínkách s nízkým nadložím použit konstrukční typ ostění se spodní klenbou. Kvalita horninového masivu vyžadovala mimořádnou pozornost při zajišťování stability výrubu. Přesto docházelo k lokálním nestabilitám čelby (obr. 10). Ve střední části tunelu bylo ostění založeno na základových pasech. Aplikace observační metody se netýkala pouze způsobu zajištění stability výrubu a nasazení technologických tříd výrubu.

Podle skutečně zastižených geotechnických podmínek bylo dimenzováno i sekundární ostění a v dobrých geotechnických podmínkách bylo použito sekundární ostění bez výztuže, což v době výstavby ještě nebylo zcela běžné. Správnost ekonomického návrhu sekundárního ostění bez výztuže se léty provozování tunelu potvrdila a ostění nevykazuje známky poruch, které by ohrožovaly jeho funkci nebo životnost.

Zahradnický tunel
Tento tunel byl ze všech pěti tunelů na trase realizován v nejkvalitnějším horninovém masivu. Záměrně není pro popis vlastností horninového masivu použit termín „v nejlepším“, protože vysoká pevnost a abrazivita zastiženého granitu představovala při ražbě značné komplikace. Nízký stupeň rozpukání horniny a velká vzdálenost diskontinuit paradoxně ztěžují ražbu, protože hornina může při nepříznivé orientaci puklin k líci výrubu nebo k rovině čelby vypadávat ve velkých blocích, což se negativně projevuje na velikosti vzniklých nadvýrubů.

Bylo proto nutné věnovat mimořádnou pozornost vrtným schématům a obecně provádění trhacích prací. Zhotovitel nasadil v té době novou technologii řízeného vrtání stroji Boomer řady L2C a E2C, vybavenými systémem ABC Regular/Total, které umožňovaly částečně nebo zcela automatické vrtání podle zadaných vrtných schémat s minimálními odchylkami od projektovaných parametrů. Parametry horninového masivu ovlivňovaly i množství trhaviny potřebné na jeden záběr ražby tunelu, jež bylo při ploše výrubu cca 100 m² až 6× větší než u ostatních tunelů na úseku Votice – Benešov. Při ražbě v granitu nebyly v primárním ostění používány výztužné rámy a stříkaný beton byl vyztužen pouze ocelovými sítěmi (obr. 11).

K dalším zvláštnostem při ražbě tohoto tunelu patřila i na naše poměry mimořádná délka záběru při ražbě, která dosahovala až 4 m, a emulzní trhavina používaná k rozpojování horniny. Na rozdíl od klasicky používané trhaviny, která je distribuována v délkách dodávaných výrobcem, je u emulzní trhaviny možné do vrtu načerpat pouze množství nezbytně nutné k rozpojení horniny v daném vrtném schématu. Emulzní trhavina byla do vrtů čerpána z nabíjecího vozu, jehož součástí bylo počítačem řízené směšovací čerpadlo, zásobníky jednotlivých složek pro výrobu trhaviny a zařízení pro dávkování trhaviny do vrtů. Po smísení jednotlivých komponent vznikla trhavina, která byla do vrtu čerpána aplikační jehlou spolu s rozbuškou. Ke zvýšení bezpečnosti provádění trhacích prací přispíval i neelektrický roznět. Tato technologie byla použita pouze u Zahradnického tunelu.

Požadavky na zajištění bezpečnosti provozu si vyžádaly vytvoření únikového východu pro potřeby evakuace v případě havárie v tunelu. Ten byl situován cca 300 m od výjezdového portálu. Místo vyústění únikového objektu na povrch území bylo nutné stanovit s ohledem na výšku nadloží, dostupnost a zástavbu na povrchu. Bylo tedy nutné k únikové šachtě kruhového tvaru o poloměru 7 m a hloubce 26 m (obr. 12) vyrazit z tunelu ještě přístupovou štolu délky cca 60 m. V šachtě je umístěno schodiště, umožňující výstup z tunelu na povrch. Povrchový objekt je situován u místní komunikace nad obcí Zahradnice. Přetlakové větrání únikové cesty je zajištěno tak, aby v případě požáru v tunelu do ní nepronikal kouř a byl tak garantován bezpečný únik osob i zásah složek IZS.

Tunel Tomický I
Druhým nejkratším tunelem na úseku Votice – Benešov je tunel Tomický I s celkovou délkou 324 m. K raženému úseku tunelu délky 216 m přiléhají na jižním a severním portále hloubené úseky délky 48 m a 60 m. Podélný sklon tunelu 10,00 ‰ klesá směrem od vjezdového portálu k výjezdovému. Při ražbě tunelu převažoval horninový masiv tvořený drobnozrnným biotitickým granitem až granodioritem, případně migmatitem ovlivněným kontaktní metamorfózou z doby intruze plutonu. Tektonicky porušené a rozpukané granodiority byly prostoupeny žilnými vyvřelinami (pegmatit, aplit, kvarcit a žilná žula). Poměrně malá délka tunelu nemusí být vždy synonymem pro jednoduchý způsob výstavby. Zpravidla je to právě naopak, neboť s ní často souvisí malá výška nadloží. V případě Tomického tunelu výška nadloží nepřesahovala 15 m a v oblasti portálů se pohybovala kolem 7 m (obr. 13). Z tunelářského hlediska výška nadloží nepřesahovala 1,5 průměru tunelu, což může být příčinou komplikací při výstavbě. Kvalita horniny se však s hloubkou pod terénem rychle zlepšovala a tunel byl v celé délce navržen bez spodní klenby.

Určité komplikace představovala přesnost provádění výrubu. Zejména ve dně tunelu docházelo vzhledem k použití trhacích prací k nadvýrubům, které musely být s ohledem na požadavky týkající se pláně železničního svršku vyplňovány hubeným betonem. V průběhu výstavby se pro vyrovnání přerubaného dna tunelu prováděly zkoušky použití popílkocementového stabilizátu. Z důvodu špatné dostupnosti stavby, komplikovaného provádění a pomalého náběhu pevnosti materiálu se od tohoto úmyslu upustilo. Výstavba hloubených i ražených úseků tunelu proběhla bez větších komplikací. Jako u všech portálů tunelů na tomto úseku byla použita bezúdržbová varianta zásypu lomovým kamenem a citlivé zasazení do krajiny zajišťovaly gabionové zdi (obr. 14).

Tunel Tomický II
Tunel Tomický II byl vyprojektován později než ostatní tunely na úseku Votice – Benešov u Prahy. S délkou pouhých 252 m je nejkratším tunelem nejen na traťovém úseku, ale na celém IV. tranzitním koridoru. Při obou portálech bylo vždy 24 m tunelu provedeno ve stavební jámě, zbývajících 204 m bylo vyraženo NRTM. Na tunel navazuje poměrně hluboký skalní zářez (obr. 15). Železniční trať tunelem prochází v jednosměrném oblouku o poloměru R = 1 471,805 m v podélném sklonu 10 ‰.

Projektová dokumentace předpokládala na základě prognózy geotechnických podmínek nasazení čtyř technologických tříd výrubu s délkou záběru od 2,5 m (pro nejlepší podmínky) do 1,5 m (pro nejhorší). Při vlastní ražbě však byly použity pouze dvě. Jednalo se o technologickou třídu výrubu NRTM 3 s délkou záběru do 2,0 m a technologickou třídu NRTM 4 s délkou záběru do 1,5 m. Stabilitu výrubu standardně zajišťovaly ocelové příhradové rámy, ocelové sítě, stříkaný beton tloušťky 200 mm nebo 150 mm a horninové hydraulicky upínané svorníky. Po obvodě kaloty byly navrtány ocelové jehly z betonářské oceli, které stabilizovaly líc výrubu před pádem úlomků horniny a tvorbou nadvýrubů. Deformace primárního ostění nepřesahovaly 10 mm. Železniční trať s tunelem v tomto úseku vyrovnává oblouk, který by ve stávající stopě znemožňoval průjezd vyšší traťovou rychlostí (obr. 16).

Traťový úsek Tábor – Sudoměřice u Tábora
Sudoměřický tunel
Trasa tunelu prochází pod západním výběžkem vrchu, ležícím mezi Černým potokem a jeho levobřežním přítokem při jižním okraji Sudoměřic. Nadmořská výška terénu stoupá od místa jižního portálu z hodnoty cca 539 m na nejvyšší kótu cca 555 m n. m. a poté se svažuje k místu severního portálu s povrchem terénu na úrovni opět cca 540 m n. m. Celé území v okolí projektovaného tunelu se zemědělsky využívá, k jižnímu portálu zasahuje cíp lesního porostu. Území je budováno horninami pestré série moldanubika. Převažujícím horninovým typem jsou biotit-sillimanitické pararuly, někde částečně migmatitizované. Na několika místech byly zastiženy i přímo migmatity. Jedná se o středně až hrubě zrnité horniny s převažující šedou barvou. Horniny jsou při svém povrchu ve vrstvě o mocnosti 1,1–1,9 m silně až zcela zvětralé (třída R5 a R6). Směrem do podloží horniny poměrně rychle přecházejí do mírně zvětralých hornin (R4). Báze zóny mírného zvětrání je v úrovni 3 m až 4 m pod povrchem terénu, výjimečně až 6 m. Hlouběji se vyskytují horniny navětralé (R3–R2) až zdravé (R2). Podzemní voda je vázána na puklinový systém přípovrchové zóny, popř. jde o kombinovaný systém s průlinovým prostředím zemin pokryvu. Jedná se o kolektor s volnou až mírně napjatou hladinou podzemní vody ,která zhruba odpovídá tvaru terénu. Již poměrně mělce pod povrchem jsou pukliny sevřené a prakticky nepropustné. Výjimku tvoří pouze tektonicky porušené zóny.

V průběhu výstavby se podařilo dosáhnout významných změn technického řešení, které minimalizovaly rizika spojená s ražbou tunelu a vedly ke snížení provozních nákladů po uvedení tunelu do provozu. Tunel byl původně navržen v délce 430 m, přičemž délka ražené části činila 393 m, délka hloubeného úseku na jižním portále 17 m a délka hloubeného úseku na severním portále 20 m. Výška nadloží dosahovala max. 18 m. Z hlediska výstavby představovalo značné komplikace zahájení ražby od jižního portálu. V době zpracování dokumentace pro stavební povolení a zadání stavby byl ve výstavbě úsek dálnice D3 od Chotovin do Tábora a v úseku Mezno – Chotoviny probíhal na dálnici zkušební provoz. Obslužnost území zajišťovala komunikace I/3 E55 ve směru Praha – Tábor – České Budějovice – Linec, která v oblasti jižního portálu křižuje nově navržený tunel. Přerušení provozu na této komunikaci proto bylo v té době vyloučeno a projektant navrhl podchod komunikace raženým tunelem se spodní klenbou o ploše výrubu cca 100 m². Nadloží tunelu v místě křížení s komunikací dosahovalo jen 2,7 m, a to včetně konstrukčních vrstev vozovky. I přes veškerá navržená doprovodná opatření a ražbu s vertikálním členěním výrubu se jednalo o velmi rizikový úsek jak z hlediska ražení tunelu, tak provozu na komunikaci v nadloží.

V období od dokončení dokumentace pro zadání stavby, provedení soutěže na výběr zhotovitele a zahájení stavebních prací na tunelu došlo ke zprovoznění dálnice D3 a k výraznému poklesu intenzity dopravy na komunikaci I/3. Na návrh zpracovatele realizační dokumentace stavby se rozhodl zhotovitel předložit stavebníkovi alternativní způsob provedení tunelu v oblasti křížení metodou „želva“. Jednalo se o metodu kombinující výstavbu tunelu v otevřené stavební jámě a ražbu pod zastropením, které tvoří klenbová konstrukce betonovaná přímo na upravené dno stavební jámy (obr. 17). Díky vstřícnému přístupu zástupců stavebníka – Správy železnic i autorského dozoru byl návrh přijat s podmínkou, že změna nevyvolá navýšení investičních nákladů a nepovede k prodloužení termínu výstavby. Na místo křížení komunikace a tunelu bylo svoláno jednání za účasti kompetentních zástupců SŽ, ŘSD ČR Středočeského a Jihočeského kraje, odboru dopravy Jihočeského kraje a Tábora, Policie ČR a místně příslušné správy a údržby silnic. Po vysvětlení problematiky křížení tunelu s komunikací a zejména ujištění zhotovitele o předpokládané době přerušení provozu došlo k pozitivnímu závěru, že provoz na komunikaci může být po dobu výstavby želvy přerušen a provoz převeden na objízdné trasy. Dne 9. října 2013 bylo vydáno rozhodnutí o úplné uzavírce silnice I/3 v místě křížení s novým železničním tunelem na dobu 64 dnů od 12. října do 15. prosince 2013. Podle schválené realizační dokumentace zhotovitel dílo dokončil s pětidenním předstihem a bezpečné ražení tunelu pod zastropením již probíhalo s obnoveným provozem na povrchu. Na jižním portále došlo ještě k výraznému zjednodušení trvalého zajištění zářezu před tunelem. Původní konstrukce tvořená mikropilotovými stěnami a trvalými lanovými kotvami byla nahrazena svahovaným zářezem v přirozeném sklonu a zajištěním portálového svahu gabionovou konstrukcí (obr. 18). Tato změna si vyžádala prodloužení tunelu z původních 390 m na stávajících 444 m. Uvedené změny jsou důkazem, že i v průběhu realizace stavby lze při pozitivním přístupu všech účastníků výstavby dosáhnout optimalizace technického řešení ku prospěchu stavebníka i zhotovitele.

Tunely ve výstavbě

Tunelům Mezno, Deboreč a Zvěrotickému tunelu, které jsou právě ve výstavbě, budou v příštím čísle časopisu Stavebnictví věnovány podrobné články popisující návrh a realizaci těchto staveb. Z toho důvodu jsou v dalším textu uvedeny pouze základní informace.

Tunely Mezno a Deboreč na úseku Sudoměřice – Votice
Stavba železničního úseku Sudoměřice – Votice navazuje na již provozované úseky Tábor – Sudoměřice a Votice – Benešov. Jeho součástí jsou dva dvoukolejné tunely Mezno délky 840 m a Deboreč délky 660 m ražené Novou rakouskou tunelovací metodou. Díky úpravě směrového a výškového vedení trasy dojde v nově prováděném traťovém úseku ke zkrácení původní jednokolejné tratě z 19,9 km na 17 km, tj. o 2,9 km. Kromě zdvoukolejnění nového úseku dojde i ke zvýšení rychlosti na 160 km/h a po zavedení systému ERTMS (European Rail Traffic Management System), resp. ETCS budou naklápěcí vlakové soupravy jezdit až rychlostí 200 km/h. Běžné soupravy budou úsekem projíždět max. rychlostí 170 km/h. Tím se zkrátí doba jízdy až na polovinu (cca 13 minut). Stavba byla zahájena 1. května 2018, stavební práce by měly být dokončeny v roce 2022 a s předáním díla stavebníkovi se počítá k 31. červenci 2023. Slavnostní prorážka tunelu Deboreč se uskutečnila 11. února 2020. Tunel Mezno byl proražen o šest měsíců později, 14. srpna 2020 (obr. 19).

Tunel Zvěrotice na úseku Soběslav – Doubí
Hloubený dvoukolejný Zvěrotický tunel délky 370 m je součástí stavby Modernizace trati Veselí nad Lužnicí – Tábor – II. část, úsek Veselí nad Lužnicí – Doubí u Tábora, 2. etapa Soběslav – Doubí. Traťový úsek je veden z velké části v nové stopě podél dopravního koridoru dálnice D3 (obr. 1). Tunel je situován v těsné blízkosti Soběslavi (obr. 20). Přeložka má délku 8,8 km a po dokončení dojde ke zrychlení doby jízdy u rychlíkových spojů o 8 minut. Projekt byl původně navržen na rychlost 160 km/h, v průběhu výstavby došlo po úpravě technického řešení ke zvýšení rychlosti pro naklápěcí vlakové soupravy až na 200 km/h, pro standardní vlakové soupravy na 185 km/h. Předpokládaná doba výstavby je od září 2019 do května 2023. Zahájení provozu je plánováno v listopadu 2022.

I když se jedná o krátký tunel, geotechnické podmínky se v jeho trase výrazně mění. U vjezdového i výjezdového portálu se nachází pevné skalní horniny pevnostní třídy R3/R4. Ve středí části tunelu horninový masiv tvoří silně zvětralá hornina charakteru zeminy. Tomu odpovídá i způsob dosažení stability boků stavební jámy. Zatímco v připortálových oblastech je stavební jáma navržena jako svahovaná, ve střední části je zajištěna stěnami z velkoprůměrových pilot, které jsou kotveny předpjatými pramencovými kotvami. Geotechnické podmínky ovlivnily i konstrukční typy tunelového ostění. V dobrých geotechnických podmínkách v úsecích u obou portálů je klenba tunelu založena na základových pasech. Ve střední části mezi pilotovými stěnami tvoří základovou konstrukci spodní klenba. Plošný základ tohoto typu je schopen zajistit jak příznivé rozdělení vnitřních sil v konstrukci, tak zejména minimalizovat sedání a koncentraci napětí pod základem.

Tunely v přípravě projektové dokumentace

Na dva nejdelší tunely, kterými zároveň celkový počet tunelů dosáhne čísla jedenáct, IV. koridor teprve čeká. Jedná se o tunel Chotýčany délky 4 806 m a Hosínský tunel délky 3 120 m (obr. 21) na traťovém úseku Nemanice – Ševětín. Celému procesu přípravy projektové dokumentace těchto tunelů byla věnována mimořádná pozornost, protože jak jejich délka, tak složitost geotechnických podmínek vyžaduje s ohledem na bezpečnost provádění i výši investičních nákladů pečlivou optimalizaci návrhu technického řešení. Nelehkým úkolem bylo vlastní projednání vedení trati v hustě obydleném území. Podkladem pro zpracování dokumentace pro územní rozhodnutí byly studie, které prověřovaly výhodnost ražení dvou jednokolejných tunelů nebo jednoho dvoukolejného tunelu, možnosti použití konvenční tunelovací metody nebo ražby tunelovacím strojem i varianty zajištění bezpečnosti provozu s ohledem na dostupnost oblasti v nadloží i ekonomické efektivity vynaložených investičních nákladů. Návrh technického řešení zásadním způsobem ovlivňuje a upravuje nařízení Komise (EU) č. 1303/2014 Bezpečnost v železničních tunelech. Její požadavky je nutné při návrhu trasy i technického řešení mít na paměti a v plném rozsahu respektovat. V době zpracování studie zákon o železnicích předpokládal návrh železničních tratí do maximální rychlosti 160 km/h. Přesto byl profil tunelu i směrové podmínky trati navrženy tak, aby vyhovovaly i na rychlost 220 km/h. Bylo zřejmé, že by v případě použití nižších traťových parametrů tunely v budoucnosti tvořily úzké hrdlo, které by limitovalo provoz v celém traťovém úseku. V současnosti je zřejmé, že tato úvaha byla správná. Problematice návrhu variant technického řešení a jejich posuzování byl věnován článek Varianty technického řešení a způsobu ražby železničního tunelu Chotýčany v časopise Stavebnictví č. 10 z roku 2012 [1], který je možné získat po bezplatné registraci z archivu časopisu na internetové adrese https://www.casopisstavebnictvi.cz/files/dokumenty/stavebnictvi-2012-10-5.pdf. V současné době probíhá zpracování dokumentace pro stavební povolení a aktuálnímu popisu technického řešení i stavu projektu se věnuje samostatný článek v tomto čísle časopisu.

Závěr

Tunely na IV. tranzitním železničním koridoru ukazují, že výstavba moderní železniční infrastruktury s požadavky na směrové a výškové vedení trasy splňující podmínky provozování rychlostí 160 km/h a vyšší se bez těchto staveb neobejde. Projektování tunelů klade na inženýry vzhledem k vyžadovanému širokému spektru znalostí vysoké nároky. Pokud má být technické řešení optimalizováno jak z hlediska technicko-ekonomického, tak z hlediska bezpečnosti provádění, je nutno posoudit a vyhodnotit celou řadu aspektů a posoudit rizika vyplývající z omezené znalosti horninového masivu. Při návrhu trasy je spolupráce dopravního inženýra a geotechnika zcela nezbytná, neboť necitlivý přístup k trasování může být příčinou mnoha komplikací a výrazného prodražení stavby.

Příklady z praxe projektování a výstavby tunelů na IV. železničním koridoru ukazují, že aplikace observační metody a úprava technického řešení na základě skutečně zastižených geotechnických podmínek může při výstavbě tunelů přinášet pozitivní výsledky. Doba přípravy projektové dokumentace dopravních staveb v České republice je v řádu roků až desítek let a v tomto období může dojít k zásadním změnám okrajových podmínek, za kterých bylo dané řešení navrženo. Je proto nutné platnost těchto podmínek ověřovat a odpovídajícím způsobem na jejich změny reagovat. V případě společného zájmu všech účastníků výstavby se daří provádět optimalizace i v průběhu výstavby, i když jsou zpravidla komplikací nejen pro stavebníka, ale především pro projektanta realizační dokumentace a zhotovitele, kteří jsou vázáni smluvními termíny i cenou díla. Přesto se v případě popisovaných tunelů celou řadu takových případů podařilo uskutečnit. Cesta k lepšímu využití observační metody a optimalizací technického řešení v průběhu výstavby vede přes správné a transparentní nastavení smluvních vztahů mezi objednatelem a zhotovitelem díla.

Je smutnou pravdou, že náročnému oboru tuneláře-geotechnika se na vysokých školách věnuje čím dál méně studentů a v praxi tato profese začíná pomalu odumírat. Chybějící kontinuita v předávání zkušeností může vést k celkovému snížení profesních dovedností s negativním dopadem na bezpečnost provádění a výši investičních i provozních nákladů. Nezbývá než věřit, že popularizace podzemních staveb formou dostupných informací o projektovaných i realizovaných tunelech přiláká nové zájemce o tento atraktivní obor, kteří se budou podílet na projektování a výstavbě tunelů nejen na konvenčních, ale i čím dál více zmiňovaných vysokorychlostních tratích.

Zdroj:
[1] MAŘÍK, L. Varianty technického řešení a způsobu ražby železničního tunelu Chotýčany. Časopis Stavebnictví. Brno: EXPO DATA spol. s r.o., 2010, roč. VI, č. 10, str. 31–36.