Oceloví vládci podzemí

  • 19. 10. 2016 | zdroj: 100+1 zahraniční zajímavost Technika - Budování tunelů Vilém Koubek
  • Zpráva

Na první pohled konstrukčně jednoduché tunely jsou ve skutečnosti mistrovská díla. Vznikají díky složitým a komplexním řešením, která vyžadují roky plánování. O miliardách korun, potřebných pro spuštění projektu, nemluvě

Tunel je na první pohled věc konstrukčně jednoduchá - jedná se o zkratku v nerovném terénu plném překážek, může však vést i pod vodními plochami. Budovali je již dávní Babyloňané přibližně dva tisíce let před naším letopočtem, nebo například Římané, kteří jimi přiváděli vodu do akvaduktů. Tunely se však staly také středobody vojenských strategií - například během války ve Vietnamu se revoluční hnutí Vietcong výrazně spoléhalo na rozsáhlé sítě tunelů určených k pašování zbraní, zatímco podzemní skrýše poskytovaly jeho bojovníkům ochranu před americkými nálety.
První významnější tunel, určený výhradně pro usnadnění dopravy, se objevil v 70. letech 17. století: Jeho trasa o délce 158 metrů vedla skrz skalnatý kopec nedaleko francouzského města Béziers. Skutečný rozmach však přišel až v roce 1825, kdy Britský inženýr Marc Isambard Brunel vynalezl tzv. razicí štít. Ústrojí, které mělo usnadnit budování cesty pod Temží, nakonec předznamenalo zlatou éru tunelů a jeho základní myšlenka se stala odrazovým můstkem pro mnohá důmyslná zařízení současnosti.

Ropa i metro

Z jednoduchých tunelů časem vyrostly zcela zásadní dopravní tepny, které krátí cestu o desítky kilometrů. Po jejich kolejích se prohánějí vlaky rychlostí v řádech stovek kilometrů za hodinu: Gotthardský úpatní tunel ve Švýcarsku má například provozní rychlost stanovenou až na 250 km/h. Skrze tunely vede také například metro, plyn či ropa. Vysoký provoz však klade stále vyšší nároky na konstrukční kvalitu tunelů: zpřísňují se bezpečnostní opatření a zároveň stoupá komfort, který nabízejí. Pro nouzové případy jsou budovány systémy únikových šachet, servisní odbočky atd. Není proto divu, že jsou současné tunely považovány za jedny z nejkomplexnějších nevojenských staveb.

Roky plánování

Než ale tunelem projede první vozidlo nebo vlak, je potřeba provést řadu opatření a prozkoumat terén. „Záleží samozřejmě na velikosti, respektive náročnosti stavby, ale obecně lze říci, že příprava nového projektu se počítá řádově v letech," vysvětluje inženýr Štefan Ivor, vedoucí ražeb tunelů společnosti Metrostav a. s., jimiž povedou koleje spojující Ejpovice s Plzní-Doubravkou: Po dokončení se z nich stane díky délce 4 150 m nejdelší spojka České republiky. Inženýrsko-geologický průzkum terénu prostřednictvím vrtů, geofyzikálního měření, ražby průzkumné štoly nebo hydrogeologického měření odhalí, čím vším se bude muset tunel prokopat. Od získaných dat se pak odrazí technologie budoucího postupu. Materiál, který stojí v cestě tunelu, „zásadně ovlivňuje například způsob ražby, tedy zda bude nutné použít práce pomocí trhavin nebo se bude razit pomocí strojů. Určuje také, jaká bezpečnostní opatření je třeba udělat a tak dále," dodává Ivor. Často přitom nastane situace, kdy budoucí spojka protíná několik druhů podloží, a tím pádem bude její stavba ještě o stupeň komplikovanější.

Bezpečí za štítem

Pokud geologický průzkum odhalí, že tunel povede „měkkou" horninou, dělníky čeká kopání skrze vrstvy jílu, naplavenin, písku, bahna či štěrku.
V takovémto případě je rychlost ražby klíčová: měkké horniny mají totiž malou stabilitu a postupujícím prorážením tunelu narůstá riziko jeho zhroucení. Obvykle se v nich tedy pracuje prostřednictvím tzv. razicího štítu, konstrukce, která svým rámem zpevní čerstvě prokopanou oblast. Dělníci pak mohou bezpečně odklidit nežádoucí suť a zajistit stěny tunelu. Jakmile je úsek bezpečný, pronikne štít dále do podloží a celý cyklus se opakuje. V případě, že má vést budoucí tunel tvrdou skálou, napomáhá se ražbě obvykle prostřednictvím trhavin: dělníci skálu navrtají a do vzniklých děr umístí výbušniny. Následuje evakuace prostor a odstřel, který prokope část nové sekce. Ještě než se však pracovníci mohou vydat zpět do útrob stavby, je třeba z ní odčerpat jedovaté výpary, které se do vzduchu uvolnily kvůli explozi. „Při každé ražbě je vypracovaný projekt větrání. Běžně se používá foukací větrání: Před portálem tunelu se nachází ventilátor a do tunelu se montuje takzvaná lutna, kterou se žene čerstvý vzduch k čelbě, tedy do přední části vznikajícího tunelu. Odvětrávání je však nutné, i když se při práci výbušniny nepoužívají.
V Čejpovicích lutny měřily čtyři kilometry," vysvětluje Ivor.

Univerzální plamen

Alternativou ke značně destruktivním odstřelům je metoda postavená na teplotní roztažnosti materiálů: hornina se plamenomety zahřeje a posléze prudce zchladí vodou. Teplotní výkyv doprovází razantní roztažení a smrštění, kvůli nimž hornina popraská a rozpadne se. Trosky dělníci odklidí a procedura se opakuje.
V prostředí velmi tvrdých hornin nehrozí dělníkům tak akutní riziko závalu jako v případě měkké půdy. Stále se však nedá vyloučit, že se v proráženém prostoru neskrývají nebezpečné zlomy nebo kapsy se sutí. I v tomto případě se proto využívají různé formy výztuh - například ocelové kruhy nebo vrstva nastříkaného betonu.

Všestranní krtci

Relativně univerzální řešení při ražbě tunelu představují mechanické razicí štíty TBM (z anglického Tunnel Boring Machines). Jedná se o válcová zařízení, jejichž řezné hlavy přiléhají na stěnu tunelu a pomalu rotují: Brusné prvky přitom opracovávají horniny a vzniknuvší odpad odstraňuje zabudovaný dopravník z cesty. Jakmile je prostor před TBM dostatečně volný, posune se zařízení kupředu a pokračuje v ražení, zatímco bezprostředně za ním již mohou pracovníci instalovat ostění tunelu.
Speciální TBM pomáhá také při ražbě tunelů Ejpovice: Jmenuje se S 799 Viktorie, na délku měří přibližně 114 metrů a váží 1 800 tun.

Průměr řezné hlavy činí deset metrů a vybavena je jak pro práci v relativně měkkých horninách, tak ve skalách. Podle druhu horniny, kterým se „probojovává", může zvládnout denně v lepším případě vzdálenost 32 metrů, v horším pouhých osm metrů.

Proti proudu

Pod vodou vznikají tunely dvěma způsoby: buď se do práce nasazují TBM (viz Drahá rychlost), nebo se spojky nehloubí, ale skládají z předpřipravených částí. Do dna vodních ploch nebo řek je nejprve potřeba vybagrovat příkop, kterým povede tubus. Tunel se pak na souši složí z prefabrikovaných ocelových nebo betonových segmentů, které jsou vodotěsně pospojovány.
Připravenou konstrukci posléze lodě přepraví nad příkop, odkud je spuštěna na dno a usazena. Na scénu pak přicházejí potápěči, kteří stavbu propojí tak, aby mohla být odpečetěna a odčerpána voda. Z bezpečnostních důvodů je následně stavba ještě zasypána, aby s ní nemohl pohnout proud.

***

Razicí štít S 799 Viktorie má / / průměr deset metrů, měří na délku 114 metrů a váží 1 800 tun víte, že?

ŘÍMSKÉ KANÁLY
Jeden z nejstarších kanalizačních systémů světa se jmenuje Cloaca Maxima (v překladu „velká stoka") a v Římě jej nechal okolo roku 600 př. n. l. vybudovat legendární král Lucius Tarquinius Priscus. Při hloubení tunelů s rozměry přibližně 3 - 4 metry přitom byla použita metoda založená na zahřívání a chlazení hornin.

Drahá rychlost
Eurotunel vede pod kanálem La Manche a spojuje francouzské město Calais s britským Folkestone. Na délku měří 50,5 kilometrů a jeho podvodní část 37, 9 kilometrů, čím si získává světové prvenství. Jedná se o trojtubusový tunel: Ve dvou směrech vedou koleje, třetí spojnice slouží jako servisní oblast. Jeho stavba probíhala v režii celkem jedenácti razicích štítů TBM: Podvodní část hloubily tři francouzské a tři britské stroje naráz. Zbylých pět štítů pracovalo na souši, kde bylo potřeba vykopat spojovací části mezi vjezdy do tunelu a místem, na němž na pobřeží vniká pod hladinu moře. Díky vyspělé technologii ražeb nakonec stavba tunelu trvala „jen" od roku 1988 do 1994. Jeho cena se vyšplhala v přepočtu na dnešní ceny na více než 255 miliard korun. EE3D