Řízení a organizace ražby traťových tunelů pátého úseku trasy A metra

Výstavba pátého provozního úseku trasy A pražského metra byla pozoruhodná mj. tím, že na realizaci jednokolejných traťových tunelů byly poprvé v historii českého podzemního stavitelství nasazeny tzv. zeminové štíty. Článek se tentokrát snaží přiblížit použité technologie a principy fungování plnoprofilových tunelovacích strojů z hlediska řízení a organizace prací. Postupné zdolávání projektované trasy pomocí zeminových štítů a především divácky spektakulární prorážky byly mediálně hojně sledovány. O samotné technologii bylo rovněž publikováno množství článků v odborných magazínech a odpřednášeno nespočet příspěvků ať již na konferencích domácích, tak i na fórech zahraničních. Moderní tunelářská technologie neušla pozornosti ani časopisu Stavebnictví. V č. 05/2011 byl otištěn článek s názvem TBM opět v Praze, ale tentokrát trochu jinak. Text se zabýval obecnými informacemi o výstavbě jednokolejných traťových tunelů při prodloužení provozního úseku trasy A pražského metra a mimo jiné i principem fungování zeminových štítů. Tentokrát jsme se rozhodli zaměřit se na ty oblasti technologie a principy fungování plnoprofilových tunelovacích strojů, kterým dosud nebyla v článcích věnována taková pozornost. Každá část příspěvku, který bude postupně rozdělen do tří po sobě jdoucích čísel, je obsahově uzpůsobena tematickému zaměření daného čísla časopisu. V tomto čísle věnovaném facility managementu budou zeminové štíty probrány právě z tohoto pohledu – neboť pro správné a efektivní zvládnutí celé technologie tunelovacích strojů je důležité soustředit se nejen na stroj jako takový, ale i na všechny podpůrné činnosti související s ražbou. Mnohdy má jakýkoli výpadek podpůrné činnosti větší dopad na splnění časového plánu ražeb nežli výpadek přímo na stroji. Mezi doprovodné technologie, jež byly pro tento projekt zvoleny, patří hlavně: * pásové dopravníky pro odvoz materiálu z čelby, respektive odtěžovací komory; * kolová doprava železobetonových dílců ostění tunelu a ostatního zásobovacího materiálu pomocí tzv. multifunkčních vozidel (MSV); * systém dvoukomponentní injektáže vyplňující prostor mezi (vnějším) rubem ostění a výrubem, který umožňoval dopravu výplňové malty pomocí trubního vedení v tunelu a neztěžoval tak organizaci a řízení ostatních transportních procesů. Za podpůrné činnosti na ražbách plnoprofilovými tunelovacími stroji můžeme považovat: * komunikaci a organizaci postupu prací; * provoz technologických zařízení; * zásobování stavby materiálem, především segmenty tunelového ostění; * dálkový monitoring ražeb; * činnost BOZP. Pásová doprava Rubanina se přepravovala pomocí pásové dopravy. Pásový dopravník propojoval stroj s mezideponií umístěnou v prostoru zařízení staveniště. Dopravník musí být dimenzován tak, aby byl kapacitně schopen těžby i při maximálních postupech stroje. Specifikem pásové dopravy u technologie tunelovacích strojů je to, že pás musí být prodlužován plynule spolu s postupujícím strojem tak, aby měl stroj pokaždé prostor, kam bude sypat těženou rubaninu. Za tímto účelem jsou na staveništi zřízeny tzv. zásobníky, ve kterých je navinuta určitá délka pásu. Tím, jak stroj postupuje, se pás plynule odvíjí. Ve chvíli, kdy se odvine celá délka pásu v zásobníku, je třeba pás opět prodloužit. Jeho prodlužovaní probíhá tím způsobem, že se v jednom místě nařízne a pomocí vulkanizačních spojů se prodlouží opět o dalších cca 400 m. V případě projektu metro V. A byly zásobníky navrženy jako vertikální věže. Dvoukomponentní výplňová malta Materiálem zvoleným pro výplň mezikruží vymezeného výrubem a vnějším lícem tunelového ostění se stala tzv. dvoukomponentní injektáž. Jejím základním principem je existence dvou složek, které jsou samy o sobě tekuté až do okamžiku vzájemného smísení. V tu chvíli nastává nejprve proces gelace a následně i tuhnutí směsi. Tím, že jsou složky tekuté, je lze čerpat separátním potrubím, čímž vzniká dopravní cesta nezávislá na ostatní logistice. Dvoukomponentní injektáž je směsí vody, cementu, bentonitu a plastifikační přísady (komponenta A) a vodního skla (komponenta B). Její příprava probíhá přímo na staveništi v míchacím centru zřízeném pro tento účel. To je vybaveno zabudovanou automatickou řídicí jednotkou. Do ní je určeným technikem zadána kompletní procedura míchání včetně přesného dávkování jednotlivých složek. Pracovníci obsluhy míchacího centra poté jen zadají objem záměsi, která se má namíchat, a celý proces proběhne po spuštění automaticky. Záměs se poté potrubím transportuje do nádrže na stroji, odkud se posléze přes obálku štítu čerpá za ostění. Kolové platformy MSV Pro zásobování razicího stroje segmenty a materiálem byla používána vozidla MSV (multi-service vehicle). Jedná se o kolový, multifunkční nákladní automobil s tuhým robustním ocelovým rámem, na němž je na obou čelních stranách umístěna kabina se sedadlem a potřebnými ovládači chodu vozidla. Oboustranným umístěním kabin je možné s vozidlem rovnocenně pojíždět vpřed i vzad. Ocelový rám plní funkci korby pro nakládání materiálu, zároveň je na něj možno upevnit kabinu pro transport osob. Komunikace používaná při organizaci postupu prací Celý postup prací tunelovacím strojem se skládá z pravidelně se opakujících a na sebe navazujících fází ražeb a stavby prstenců. Čas od času je nutné na stroji provést odstávku. Během této odstávky se prodlužuje vedení (dopravní pásy, napájecí vysokonapěťový kabel, větrací lutna, potrubí na dopravu kapalin apod.) a provádí údržba stroje a inspekce jeho důležitých částí. V neposlední řadě se vyskytují i neplánované odstávky vynucené provozními poruchami, při nepředpokládaných geologických podmínkách nebo špatným načasováním a organizací prací. Organizaci prací během pracovní směny vrcholově vedl směnový stavbyvedoucí, který měl za úkol koordinovat ražbu dvou strojů současně, jejich zásobování materiálem, funkčnost pásových dopravníků pro těžbu rubaniny a veškeré doprovodné práce na povrchu spočívající v přípravě výplňové malty nebo ve správě nutného materiálu. Za údržbu a provoz veškeré doprovodné mechanizace pak zodpovídal směnový strojmistr, jehož úloha hraje při plně mechanizovaném způsobu ražby prakticky stejně důležitou roli jako u směnového stavbyvedoucího. Aby bylo vůbec v lidských silách všechny zmíněné operace efektivně řídit, je nutné zajistit komunikaci mezi všemi důležitými pracovníky. Na metru V. A se osvědčilo používání vysílaček. V celé trase raženého díla byly s postupem strojů postupně instalovány antény tak, aby bylo budované dílo v celé své délce pokryto signálem. Pro komunikaci byla stanovena striktní pravidla, jakým volacím znakem se má každý ze zaměstnanců hlásit a navíc kdy se má hlásit – například pilot tunelovacího stroje měl za povinnost vždy ohlásit konec a začátek postupu ražby. Stroj byl rovněž vybaven veřejnou telefonní sítí s možností dovolat se po celém světě. Nezřídka byla proto využívána konzultace pilota stroje přímo s německým výrobcem nebo s dodavatelem provozního softwaru. Zároveň se dalo dovolat z pilotní kabiny nejen do všech kanceláří po celém zařízení staveniště, ale například i do míchacího centra či k údržbě zásobníků pásových dopravníků. Ačkoli se nejednalo o její primární funkci, ukázala se popsaná komunikace velmi důležitá i z hlediska bezpečnosti. Z bezpečnostních důvodů zvukový signál ohlašoval rovněž spuštění či vypnutí pásového dopravníku, segmentového jeřábu či erektoru. Zásobování stavby segmenty Důležitá byla také správná organizace dovozu segmentů. Na staveništi se nacházela skládka o kapacitě rovnající se přibližně třídenní zásobě při maximálním postupu obou strojů. Před směnovými mistry pověřenými plánováním dovozu segmentů proto stál poměrně komplikovaný úkol. Vždy muselo být naváženo takové množství segmentů, aby pro ražbu vždy dostačovaly a aby stroje nemusely kvůli jejich nedostatku stát. A naopak – nesmělo být také navezeno přespříliš segmentů, které by poté nebylo kam složit. Organizaci návozů komplikovala i ta skutečnost, že segmenty se dovážely ze slovenského Sence, vzdáleného více než 350 km od Prahy. Pro sledování a řízení kompletního postupu segmentů od fáze jejich výroby až po fázi jejich instalace do tunelového ostění se využíval systém SDS (Segment Documentation System). Tento systém principiálně funguje na základě štítku s čárovým kódem a laserových skenerů. Při každém přemístění se daný segment skenuje a bezdrátové spojení se serverem tak monitoruje každý jeho pohyb. Software poté všechny zprávy zpracovává a uživatel je schopen okamžitě vyhodnotit, jaká je např. zásoba segmentů na skladě, kolik je jich momentálně na trase mezi výrobnou a staveništěm apod. Zaznamenávají se i veškeré provedené pevnostní zkoušky betonů, okamžik sestavení armokošů včetně jmen zaměstnanců, kteří výztuž vázali, apod. Zásobování stavby ostatními materiály Zásobování stavby segmenty nepředstavovalo jediný logistický oříšek. Pro plynulý průběh ražeb a výstavby ostění tunelu jsou nutné včasné dodávky ostatních materiálů, například napěňovací přísady pro úpravu rubaniny, vstupních materiálů pro výrobu výplňové malty (cementu, bentonitu, zpomalovače a urychlovače tuhnutí směsi) či různých provozních maziv a olejů. Spotřeba těchto materiálů pochopitelně souvisela s výkonem razicích strojů. Faktory, které znemožňovaly či omezovaly pravidelný průběh dodávek jednotlivých materiálů: * kapacita zařízení staveniště, zejména ploch určených ke skladování zásob, byla omezená; * nepravidelný průběh ražeb – časté a nepravidelné technologické přestávky (údržba a prodlužování pásových dopravníků, prodlužování hlavního napájecího kabelu, průtahy strojů předem vyraženými stanicemi, údržba a čištění stroje či kontrola řezné hlavy), a to zvlášť u každého stroje; měnící se výkony ražeb způsobené změnou geologických a hydrogeologických podmínek či požadavky na sedání nadloží; * nepřetržitý provoz, který ztěžují omezení či zákazy nákladní dopravy během víkendů a svátků; * zahraniční dodavatelé materiálů, jejichž výrobní závody se nacházejí daleko od místa výstavby (Francie, Itálie, Švýcarsko). Z výše uvedených důvodů je patrné, že často bylo poměrně obtížné pružně reagovat na měnící se podmínky a rychlost výstavby. Pro evidenci stavu zásob materiálu nebyl zaveden žádný sofistikovaný systém či software a kontroly probíhaly v podobě každodenních prohlídek zařízení staveniště příslušným odpovědným technickým pracovníkem. Ten pak sám na základě předpokládaného postupu výstavby a zkušeností vyhodnotil aktuální stav zásob a řídil objednávky na základě svého uvážení. Dále byl postupně s hlavními dodavateli řešen požadavek na uskladnění určitého množství materiálu alespoň v České republice, aby tak bylo možné jej v případě potřeby dopravit co nejrychleji. Řada produktů se totiž vyráběla až na základě požadavku odběratele, bylo tedy nutné vytvářet určité rezervy. Těmito opatřeními se tak podařilo zamezit ohrožení dalšího postupu razicích štítů, tzn. aby nechyběl materiál potřebný k ražbě. Dálkový monitoring Ačkoli monitoring ražeb a ražba dotčeného okolí díla představuje postup charakteristický pro Novou rakouskou tunelovací metodu, postupně se, zvláště v prostředí městské zástavby, využívá i při ražbách plnoprofilovými tunelovacími stroji. Monitoringem se v tunelářském odvětví rozumí sledování změn geometrie, mechanických a fyzikálních vlastností v zóně ovlivnění. Monitoring provádí nezávislá firma, kterou najímá investor díla. Během ražeb zeminovými štíty však realizační firma využívala i systém, který dovoloval sledovat průběh ražeb pomocí aktuálních dat získávaných on-line přímo ze stroje. Pilotovi obsluhujícímu tunelovací stroj bylo proto možné doslova hledět pod ruce. Systém má i mnoho dalších funkcí – jednou z nich je možnost promítnout aktuální pozici stroje do ortofotomapy. Všechna data se navíc archivují, proto je lze postupně vyhodnocovat. Stejně tak lze k datům přistupovat podobně jako k letecké černé skříňce a kdykoli se zpětně vrátit k určitému okamžiku ražby a opět jej posoudit. Kromě možnosti vyhodnocování dat ex-post lze provádět i preventivní opatření. V systému IRIS, jak se systém sledování ražeb německého výrobce VMT nazývá, lze nastavit různé limitní hodnoty (rychlost, tlačná síla, velikost krouticího momentu, množství těžené rubaniny apod.), při jejichž překročení vyšle systém varovný e-mail, případně varovnou zprávu SMS na zadané adresy, respektive telefonní čísla. Tímto způsobem lze efektivně předcházet případným budoucím potížím či okamžitě reagovat na mimořádné situace. Navigace – systém TUnIS TUnIS je podpůrný systém pro navigaci, správné směrové a výškové vedení stroje a v neposlední řadě i pro předepsané vedení samotné tunelové trouby. Systém zajišťuje průběžně pozici tunelovacího razicího stroje ve vztahu k ose tunelu a údaje zobrazuje přehledně graficky i číselně. Pilot stroje tak může díky přehlednému zobrazení sledovat v každém okamžiku pozici stroje ve vztahu k projektované trase tunelu. Jelikož se data průběžně aktualizují, může okamžitě reagovat na jakékoli vychýlení stroje z předepsaného směru (obr. 14). I přesto je v navigaci stále nezastupitelná role geodetů, kteří musí průběžně vyměřovat směrový polygon, ze kterého TUnIS průběžně čerpá aktuální souřadnice. Ještě důležitější než směrové vedení stroje, respektive ražba výrubu, je následné umístění tunelové trouby podle projektované trasy. Pro tento účel má TUnIS výpočetní algoritmus, který ze zadaných vstupních údajů vygeneruje vhodné schéma stavby prstence pro následující krok. V tomto případě je třeba zmínit, že na metru V. A se pro stavbu ostění použil tzv. univerzální prstenec. To znamená, že celá trasa je vyskládána pouze z jednoho typu oboustranně mírně kónického prstence. Trasu je proto možné půdorysně i výškově směrovat pouhým natočením prstence okolo podélné osy (viz obr. 13). *** Ing. Petr Hybský Absolvoval Stavební fakultu ČVUT v Praze v oboru konstrukce a dopravní stavby se zaměřením na geotechniku. Během studia sbíral praktické zkušenosti u firmy PERI v německém Weißenhornu a u firmy Metrostav a.s. na výstavbě trasy IV. C2 pražského metra. Po dokončení studia se stal zaměstnancem firmy na plný úvazek. E-mail: mailto:petr.hybsky@metrostav.cz Ing. Marcela Řeháková Vystudovala Stavební fakultu ČVUT v Praze v oboru konstrukce a dopravní stavby. Několik semestrů svého vysokoškolského studia strávila v zahraničí – na mnichovské Technische Universität a Pontificia Universidad Católica v Peru. Po dokončení studií nastoupila k firmě Metrostav a.s. do pozice přípravářky na projekt Výstavba metra V. A – TBM. E-mail: mailto:marcela.rehakova@metrostav.cz