Zpět na stavby

Sanace nestabilních železničních náspů v úseku Hájek – Dalovice

Díky geomorfologické stavbě naší země a také jejímu historickému vývoji nemáme nouzi o zajímavá technická řešení dopravních tras realizovaná ve složitých a rizikových geologických podmínkách, které je pak třeba neustále sledovat. Čas od času se tak vyskytnou sesuvy či poruchy a některé události jsou svým rozsahem a složitostí řešené problematiky opravdu unikátní.


Železniční trať v úseku Hájek – Dalovice je významnou a strategickou dopravní trasou, navíc s velmi bohatou, ale nedostatečně dokumentovanou historií jejího technického a stavebního vývoje. A geotechnické podmínky této trasy činí z tohoto úseku jistý „geotechnický klenot“ s ohledem na významnou složitost hydrogeologických a stabilitních poměrů.

Úvod

Dne 14. dubna 2018 došlo k sesuvu náspu železničního tělesa trati Chomutov – Cheb v úseku Hájek – Dalovice (km 181,720–181,785), pod 2. traťovou kolejí. Sesuvem v objemu cca 6 800 m3 byl zcela poškozen železniční svršek a trakční vedení. Propad železničního svršku byl o více než 5,7 m.
Sanace drážního tělesa byla provedena jako trvalá vyztužená zemní konstrukce s lícovým prvkem se sklonem 45–70°, z prvků GreenTerramesh. Během výstavby byly zastiženy velmi nestandardní podmínky uvnitř stávajícího zemního tělesa, které zapříčinily aktivaci rozsáhlého sesuvu. Tyto podmínky měly také vliv na následný rozvoj poruch zemního tělesa v navazujících úsecích. Z toho důvodu bylo v roce 2020 přistoupeno k realizaci rozsáhlé stavby Stabilizace nestabilních náspů zemního tělesa v úseku Hájek – Dalovice, v km 181,100–182,200. Stavba byla plně projektována a připravována v době prvních plošných lockdownů.

Limitující podmínky sanace náspů

Díky sanaci sesuvu v km 181,700–181,800 z roku 2018 a tehdy provedenému inženýr­sko-geologickému průzkumu byly z velké části známy velmi složité geotechnické podmínky stavby. Trať je vedena v prostoru bývalého uhelného dolu, tedy v částečně poddolovaném území. Podloží je tvořeno vysoce až extrémně plastickými jílovci ve stavu úplného zvětrání (F7/F8). Mocnost těchto jílovců se pohybuje podle geologického ověření v rozsahu 6–8 m. Stavbu navíc rozděluje koryto a údolní niva místního Vitického potoka, jehož průtok během roku výrazně kolísá.
Ze stavebních prací a historických dokumentů bylo zjištěno, že jádro tělesa náspu původní jednokolejné trati z roku 1870 až 1872 je tvořeno plastickými jíly. Ty byly uloženy mezi dřevěné bárky podpírající během výstavby zavážecí most. Násep byl opatřen masivním drenážním systémem. Vlivem rozvoje dopravy a průmyslu následně došlo k zdvojkolejnění a změně nivelety trati a tím k navýšení a dílčímu rozšíření tělesa volným přísypem jílovitými vápnitými štěrky, většinou odvaly z blízkých kamenných lomů. Po roce 1968 byla trať postupně elektrizována. Při rozšiřování a zvyšování náspu se však začaly používat tehdy obecně dostupné materiály z továren, elektráren a tepláren. Těleso se v podstatě rozšiřovalo vrstvením lupků, škvár, výzisků, jílovitých hlín a dalšího levného a tehdy zřejmě velmi „vhodného“ zásypového materiálu.
Občas se do něj také ukládal i popel. Nejeden pracovník do této „vrstvy“ zapadl až po pás. Tyto zásypové hmoty byly nad původním jádrem tělesa náspu uloženy velmi nerovnoměrně a proměnlivě. Profil tělesa se tak měnil v podstatě každých 5 m.
Zásadním pochybením během rozšiřování tělesa ve 20. století se ukázalo úplné zasypání a zneprůchodnění původního systému odvodnění původního náspu včetně vytvoření nepropustných vrstev jílovitých zemin a výzisků na svrchních částech tělesa. Míra saturace některých částí byla až téměř 100 %. Některé původní sanační plomby či drenážní prvky byly vyplněny hrubým lomovým kamenem, který vlivem agresivity průsaků chemicky zcela degradoval na drobný jílovitý štěrk a ten dále zvyšoval nepropustnost a saturaci tělesa vodou. Rekonstrukce náspu tak byla realizována v extrémně proměnlivých a geotechnicky velmi náročných podmínkách, které se i přes provedený průzkum ukázaly ve skutečnosti výrazně horší a značně proměnlivé.
Pro návrh celkového technického řešení stavby sanace nestabilních těles v úseku 181,400–182,200 bylo nutno plně respektovat velmi náročné limitující podmínky stavby.

  • Charakter zemin tvořících stávající násep naprosto vylučuje jejich zpětné použití či jakékoliv provedení zlepšení těchto zemin hydraulickými pojivy, zeminy jsou silně namrzavé či zcela nevhodné do náspů dopravních staveb (škváry, popel, zcela zvětralé eluvium, tepelně porušené jílovce, výzisk, heterogenní stavební suť, jílovité štěrky apod.).
  • Na místě stavby není dostatečný prostor pro případné zlepšování zemin.
  • Těleso železničního spodku musí být stabilní a splňovat veškeré normové parametry v dlouhodobém horizontu.
  • Konstrukce náspu železničního spodku musí být technologicky totožná s řešením stavby sanace sesuvu drážního tělesa v km 181,700–181,800 z roku 2018, technologie tehdy použitá pro sanaci sesuvu se ukázala jako velmi efektivní s minimálními konečnými deformacemi zemního tělesa.
  • V rámci stavby je třeba minimalizovat kombinaci více technologií a technologických postupů, která by zvýšila pravděpodobnost vzniku poruchy či deformace tělesa náspu.
  • Novou konstrukcí se upravují a zlepšují parametry železničního svršku v celém rozsahu stavby.
  • Rozsah prací je dán charakterem zemin, hydrogeologickými poměry a stabilitními poměry navazujících částí stávajícího náspu sanovaného v roce 2018, mostním objektem a navazujícími zářezy.
  • Omezení provozu na trati po dobu realizace stavby jako celku je dáno pevnou dobou kompletní traťové výluky, kterou nelze prodloužit pro stanovení konečného termínu nezbytného zprovoznění trati.
  • Dostupnost některých materiálů je vzhledem k podmínkám rychlosti výstavby aktuálně omezená a tomu bude přizpůsobeno technické řešení.
  • Ve stávajících částech tělesa náspu se nacházejí původní prvky drenážního systému, které budou hrozit při odhalení velkými výrony vody, a bude proto nutno upravit odvodnění stavby a řešit celkově koncepci odvodnění tělesa a stavební jámy ve vazbě na zkušenosti s realizací sanace sesuvu tělesa z roku 2018.

Členění stavby

Stavba Stabilizace nestabilních náspů zemního tělesa v úseku Hájek – Dalovice tak dostala i přídomek Dalovice II a III ve vazbě na nutné rozšíření sanace tělesa o zářez 181,000–181,400. Stavba tak sestávala z několika stavebních objektů, z nichž hlavním rozsahem prací byl objekt:

  • SO 02-10-02 Sanace železničního spodku v km 181,400–182,200.

Ostatními stavebními objekty byly:

  • SO 02-10-03 Železniční svršek v km 181,138–182,200;
  • SO 03-20-01 Most v km 181,570;
  • SO 02-71-01 Trakční vedení v km 181,000–182,300;
  • PS 04-01-01 Traťové zabezpečovací ­zařízení – dočasné přeložky.

Stavba SO 02-10-02 byla organizačně členěna na čtyři úseky. Úsek I: km 181,425–181,550; úsek II: km 181,578–181,715; úsek III: 181,790–182,100 a úsek IV: km 181,100–181,425 (tento úsek je části stavby v zářezu). Každý z těchto úseků představoval individuální technologickou část stavby se samostatným přístupem a způsobem provádění odtěžení a sanací železničního spodku – náspu.

Postup sanace náspu

Nejrozsáhlejší a nejproblematičtější částí stavby tělesa železničního spodku byly úseky I a II. Sejmutí původního železničního svršku, demontáž trakčního vedení a odbagrování horní vrstvy náspu proběhlo bez potíží. Při odtěžování dalších vrstev původního tělesa se objevil stav, který překonal i ty nejpesimističtější předpoklady. Problém nebyl ani tak ve výskytu velmi různorodé skladby popílků, strusky a dalšího nehodnotného zemního materiálu, ale zejména v chování nejstarších částí zemního tělesa.
V těchto úsecích se při obnažování základové spáry měnily podmínky v podstatě denně. V úseku II navíc docházelo k velmi četné aktivaci jak lokálních, tak i hlubších sesuvů, zasahujících do původního jádra tělesa. Postupně tak muselo být odtěženo výrazně větší množství zeminy. Celkově si stavba vyžádala vytěžení cca 100 000 m3 zcela nevyhovujícího materiálu. Velmi problematické podložní jílovce a zastižená proměnlivá terasa Vitického potoka si vyžádaly specifickou úpravu založení nového tělesa na zesílené konsolidační vrstvy. Ta je tvořena vrstvou kamene frakce 63/125 mm v mocnosti 1,2–2,7 m uložené ve výztužné separační tkané geotextilii. Lokálně bylo nutno podloží sanovat i betonovými plombami s ohledem na nízkou únosnost jílovců a hluboký neodvodnitelný horizont sanace. Na konsolidační vrstvu byla realizována bazální vrstva ze štěrku frakce 32/63 mm včetně vysokopevnostních geomříží pro zachycení velkých tahových sil v celé bazální části tělesa náspu.
Konsolidační vrstva si v konečném rozsahu stavby vyžádala objem cca 8 000 m3 hrubého štěrku a cca 560 m3 betonu C16/20. Po dokončení konsolidační vrstvy byla zahájena realizace nového vyztuženého zemního tělesa s lícovými prvky. Byly po­užity prvky GreenTerramesh, které byly realizovány do konečné geometrie se sklonem líce 33–70°, a to ve vazbě na výšku a profil nové zemní konstrukce i ve vazbě napojení na most či těleso sanace sesuvu z roku 2018. Hlavní zásypové materiály byly ze štěrkodrti frakce 0–32 mm a byly ukládány po vrstvách tloušťky 0,25 m a zhutňovány vibračními válci. Ukládaný materiál byl vyztužován jednoosými geomřížemi 110/30 kN/m či dvouosými geomřížemi 55/55 kN/m. Poloha výztužných geomříží byla dána podle předpokládaných tahových namáhání náspu a předpokladu vývoje konsolidace nového zemního tělesa. V líci zemních prvků nebyla položena zemina pro ozelenění svahu.
V průběhu výstavby byly instalovány prvky dlouhodobého monitoringu hydrostatickou nivelací a pevnými geodetickými body. Podle výsledků výpočtového modelu bylo předpokládáno, že dojde během ukládání a zhutňování nového materiálu k celkovému přetvoření tělesa náspu v rozsahu 120–150 mm a s poklesem v oblasti železničního svršku do 35 mm (420 dní od dokončení). V současné době se měřená sedání ustálila. Vnitřní přetvoření tělesa dosáhlo hodnoty cca 165 mm a pokles železničního svršku do 25 mm. Celkově je tak zřejmé, že původní jádro a podloží více reaguje na zvýšené přitížení novým tělesem, jelikož byla použita štěrkodrť, nikoliv lehké materiály, jako je struska, popel a podobné suroviny.
U úseku IV (navazující zářez) se během hlavních prací plně odhalila příčina dlouhodobého rozpadu geometrie koleje (GPK). Ačkoli v tomto místě občasně probíhaly rekonstrukční práce, nikdy nedošlo k řádnému zahloubení drenážního systému vodou silně dotovaného podloží. Hlavní problém spočíval ve zcela nedostatečné ochraně zemní pláně před promrzáním. V místě byly zastiženy polohy až 200 mm mocné, zcela degradované právě vlivem promrzání. V kombinaci s trvalou saturací se tak jednalo o plovoucí podklad konstrukčních vrstev železničního svršku.

Závěr

Sanace tělesa odhalila během výstavby mnohé poznatky a geotechnické zajímavosti, které se do náplně tohoto článku nedostaly. Klíčový vliv na kvalitu sanace měla velmi úzká odborná spolupráce zkušeného technického dozoru investora, autorského dozoru a stavbyvedoucího dodavatele SO 02-10-02. V článku se autor pokusil alespoň o základní popis problematiky návrhu sanace a realizace v náročných přípravných i geotechnických podmínkách. Příprava projektové dokumentace byla zahájena v únoru 2020 a stavba byla stavebně dokončena v prosinci 2020. Náročné podmínky zadání se díky odbornému přístupu klíčových účastníků podařilo beze zbytku naplnit. Celkově se použilo více než 240 000 m2 výztužných geosyntetik, po 0,25 m bylo uloženo celkem cca 75 000 m3 nového zemního tělesa a bylo použito celkem 6 200 ks prvků GreenTerramesh šířky 3 m s délkou podstavy 4 m. Jedná se tak o dokončení největší zemní vyztužené konstrukce tohoto typu v České republice. Třeba, nebo i právě proto tato stavba získala ocenění železniční stavba roku – rekonstrukce a opravy železničních tratí 2020.