Traťové tunely metra a stanice Espoonlahti, Finsko

  • 24. 11. 2016 | zdroj: Silnice a železnice Železniční infrastruktura Ing. Aleš Gothard
  • Zpráva

Článek popisuje základní informace o projektu Länsimetro (Západní metro) ve Finsku z části realizovaném firmou Metrostav. Popisuje účel projektu a shrnuje jeho parametry a technické požadavky ražeb a vyztužovacích prvků.

FINSKO A JEHO EKONOMIKA

Finsko je severská země sousedící na souši s Ruskem, Švédskem a Norskem. Na území Finska s rozlohou přes 338 tisíc km2 žije asi 5,4 milionů obyvatel, přičemž průměrná hustota zalidnění je nevelká – 16,04 obyvatel/km2 (v ČR je to 133 obyvatel/km2). Finsko je nazýváno „zemí lesů a tisíců jezer“, kdy lesy pokrývají asi 25 % jeho území a vodstvo dalších zhruba 10 %. Více než 62 % obyvatel žije dnes ve městech. V aglomeraci hlavního města Helsinek žije okolo 1 milionu obyvatel.
Finská ekonomika se pod tlakem série domácích a externích faktorů zatím nevrátila na úroveň předkrizového roku 2008. Po třech letech recese se však hrubý domácí produkt Finska v roce 2015 zvětšil o 0,4 %. Hlavními překážkami dalšího hospodářského růstu jsou pokles produktivity práce, nedostatek investic a snížení kupní síly. Také finský vývoz klesl od počátku mezinárodní finanční krize zhruba o pětinu. Hospodářstvím otřásla především krize v papírenském průmyslu a postupný úpadek společnosti Nokia. Ten skončil prodejem divize mobilních telefonů. Negativně se na finském hospodářství projevila také recese v Rusku. Deficit veřejného hospodářství je i nadále vysoký a zadluženost se má dle předpokladů dále zrychlovat. Dluh veřejného hospodářství se v roce 2016 odhaduje na 64 % k HDP. S HDP na obyvatele 34,5 tisíce EUR ale i tak Finsko stále převyšuje o 10 % průměr EU.
Stavební průmysl se v roce 2015 podílel na tvorbě HDP 5 %. V roce 2013 ve stavebnictví pracovalo zhruba 60 tis. zaměstnanců. Ve Finsku působí několik velkých mezinárodních stavebních firem, mezi které patří Lemminkäinen, Skanska, YIT nebo SRV.

ÚČEL A HISTORIE PROJEKTU

Finsko je i přes svůj relativně plochý reliéf zemí protkanou mnoha tunelovými stavbami. Tunel Päijänne je dokonce druhým nejdelším tunelem na světě s délkou přesahující 120 km. Pitnou vodou, ze stejnojmenného jezera, zásobuje celou aglomeraci Helsinek. Jeho výstavba probíhala v letech 1972 – 1982. Dalším významným projektem stojícím za zmínku je v minulém roce dokončená Kehärata. Jedná se o tunelový železniční obchvat Helsinek s celkovou délkou přes 18 km. Dokončení projektu se zdrželo o téměř tři roky vzhledem k nutnosti přeprojektovat část trasy vedoucí pod mezinárodním letištěm. V místech pod letištní plochou bylo zastiženo množství kyseliny produkované bakteriemi rozkládajícími propylene glycol, základ tzv. „de-icing agent“. Ten se aplikuje jako odmrazovač na letadla v zimní období.
Länsimetro (v překladu: „Západní metro“) je projekt prodloužení jediné stávající trasy helsinského metra do sousedního města Espoo. Espoo je druhé nejlidnatější město ve Finsku a jeho dopravní spojení s Helsinkami autobusovou dopravou je kapacitně nedostačují a lidé cestující mezi Helsinkami a Espoo čelí každodenním dopravním zácpám. Rozšiřování hlavních komunikací vedlo pouze k posunutí dopravních zácp blíže k centru Helsinek (tzv. Down-Thomsonův paradox). V první fázi nový úsek linky naváže na konečnou stanici Ruoholahti a povede směrem na západ přes ostrov Lauttasaari, dále k univerzitě Aalto, až do rezidenční čtvrti Matinkylä. Celá trasa první fáze Länsimetra vede v podzemí v délce 13,5 km. Během realizace první fáze bylo rozhodnuto o navazujícím pokračování výstavby druhou fází projektu. Díky tomu, že projekt nebude přerušen, bylo dle studií ušetřeno zhruba 130 mil. EUR. Také druhá fáze povede pouze v podzemí a přidá dalších 7 km linky metra. Celkově bude zbudováno 13 nových stanic a 23 vertikálních šachet sloužících k vyrovnávání tlaku a jako nouzové východy. Stavební práce na první fázi projektu započaly v roce 2009 a předpokládané uvedení do provozu je na podzim tohoto roku. Současně byly zahájeny ražební práce na druhé fázi projektu s předpokladem uvedení do provozu nejdříve v roce 2020. Celkové náklady jsou zkalkulovány na 1,9 mld. EUR a financování je zajištěno z části přímo ze státního rozpočtu (30 %) a dále z rozpočtů měst Helsinky a Espoo.
Metrostav se ve sdružení s finskou společnosti Destia Oy podílel už na výstavbě dvou dílčích částí první fáze projektu v letech 2010 – 2013. První zakázkou byla ražba tří přístupových tunelů v celkové délce 1,2 km. Další zakázkou byla ražba 1,5 km dlouhého úseku dvou jednokolejných traťových tunelů metra, vedoucí z části pod mořem a z části pod komplexem bývalého finského výrobce mobilních telefonů Nokia.
V druhé fázi projektu uspěl Metrostav ve výběrovém řízení na ražby jednoho úseku traťových tunelů a stanice metra Espoonlahti. Tato zakázka bude realizována ve sdružení se stejným partnerem, společností Destia Oy. Smlouvu na tuto zakázku podepsali zástupci klienta a zhotovitele 18. 4. 2016 a vlastní práce jsou tak teprve v počátcích. Dělení prací mezi partnery v JV je velmi podobné jako při realizaci předchozích zakázek. Metrostav bude zajišťovat horizontální ražby tunelů včetně jejich vyztužení svorníky, stříkaným betonem a konsolidování skalního masivu injektážemi. Destia Oy zabezpečí zbudování zařízení staveniště, odvozy rubaniny a lomovou ražbu vstupů do stanice a větracích šachet.
Městská část Espoonlahti je rezidenční oblastí s 16 tis. obyvateli a veškerou občanskou vybaveností. Ražby budou prováděny pod nebo velmi blízko několika škol, zdravotnických zařízení a sportovních středisek. Z předem zpracované risk analýzy vyplývá, že ražební práce budou částečně ovlivněny maximálními přípustnými limity seismického zatížení vlivem trhacích prací na okolní zástavbu. Vibrace z trhacích prací jsou skalním podložím přenášeny do základů a dalších konstrukcí budov. Největší komplikace jsou očekávány při ražbě stanice, která se nachází přímo pod nákupním centrem Lippulaiva a nedaleko stojícího kostela s částečně prosklenou střechou. Zkracování délky nakročení a minimalizace mezní nálože lze předpokládat také v úseku ražeb, kde tunel podchází stáj s dostihovými koňmi.
Výběrové řízení na dodavatele bylo vypsáno dle finských standardů YSE1998 (finská obdoba Červené knihy FIDIC) jako dvoukolové. První kolo proběhlo formou prekvalifikace jednotlivých uchazečů. Jediným kritériem druhého kola výběrového řízení se stala nejnižší nabídnutá cena. Smluvním jazykem projektu je finština, ve které se také vede veškerá projektová dokumentace a v níž probíhají kontrolní dny investora stavby.
Stavební dozor zajišťují přímo zástupci společnosti Länsimetro Oy. Zadávací dokumentaci zpracovali projektanti ze společností Kalliosuunnittelu Oy a Rockplan Ltd. Realizační dokumentaci zajišťuje společnost Saanio & Riekkola Oy.
Termín pro předání díla dalšímu dodavateli, jehož úkolem bude provádět betonářské práce v technologických komorách a stanici a pokládku prefabrikovaných segmentů v traťových tunelech metra je 13. 10. 2017.

GEOLOGICKÉ POMĚRY FINSKA A PROJEKTU

Finsko je součástí Baltského štítu, který byl dříve nazýván Fennoskandie. Na západě je překryt Skandinávským pohořím, vyzvednutým při kaledonském vrásnění, které probíhalo v několika fázích ve starších prvohorách. Na území Finska jsou většinou hlubinné vyvřeliny (žuly) a metamorfované horniny (ruly, svory). Ve čtyřech oblastech jižního Finska se vyskytuje odrůda žuly zvaná rapakivi (červenohnědé zbarvení, s velkými elipsovitými vyrostlicemi živce). Nejrozsáhlejším geomorfologickým celkem země je Finská jezerní plošina (Järvi Suomi). Zaujímá asi třetinu rozlohy Finska na sever od Lahti. V jižním Finsku se jezerní plošina skládá ze tří volně spojených pánví v nadmořské výšce 76 – 78 m, které jsou vyplněny několika jezery.
Dle geologické dokumentace budou ražby vedeny převážně žulovou skalní bází. Na trase se nicméně nachází množství poruchových zón, na ilustraci vyznačených červenými polygony (3D model na předchozí straně), které předznamenávají nutnost okamžitého zabezpečení výrubu stříkaným betonem a možné zkracování délky nakročení. V předstihu budou také prováděny konsolidační injektáže, ty jsou na ilustraci vyznačeny jako jednotlivé injektážní deštníky, kde fialové jsou systematicky prováděné a zelené nesystematicky, na základě zkoušek hltnosti. V předstihu byl proveden seismický průzkum podloží a množství průzkumných jádrových vrtů, na jejichž základě projektant navrhl způsob vyztužení výrubu v celé trase tunelu.

ZÁKLADNÍ PARAMETRY PROJEKTU

Traťový úsek LU24 Espoonlahti je v pořadí dvanáctým úsekem prodloužení linky metra směrem z Helsinek do Espoo. Po svém dokončení propojí tři sousední nově budované úseky Soukka, Kivenlahti a ze severu navazující úsek Sammalvuori. Poslední jmenovaný úsek je projektovaný jako podzemní depo metra. Metrostavem budovaný úsek Espoonlahti se sestává z ražeb 2 684 m jednokolejných traťových tunelů, 80 m propojovacích tunelů a téměř 300 m dlouhé jednolodní stanice. Součástí projektu je také ražba dvou rozrážek a technologických komor pro větrací šachty a traťové výměny vedoucí k sousednímu úseku Sammalvuori. Zatímco traťové tunely budou raženy v relativně malém příčném řezu 36,2 m2, stanice a technologické komory budou svou velikostí v příčném řezu až 338 m2. Celkový objem rubaniny je dle projektu 203 545 m3. Nadloží se bude pohybovat v rozmezích 7 – 30 m. Ražební práce budou prováděny tunelovací metodou Drill&Blast, která je mimořádně vhodná do skandinávských geologických podmínek. Ražby budou prováděny z 300 m dlouhého přístupového tunelu ústícího do servisního tunelu paralelního s budoucí komorou stanice. Přístupový i servisní tunel byly realizovány v předstihu jiným dodavatelem. Zahájení vlastních ražebních prací se předpokládalo ke konci května tohoto roku a na začátku června se skutečně otevřelo 6 – 8 čeleb (4 do traťových tunelů a další 2 – 4 do komory stanice). Ze stanice budou ražby v obou směrech vedeny úpadně s klesáním od 1 – 3 %.

METODA RAŽBY A VYZTUŽENÍ VÝRUBU

Primární zajištění výrubu bude realizováno různými typy svorníkové výztuže a stříkaného betonu. Dodatečné svorníkování a další vrstvy stříkaného betonu pak slouží jako definitivní vyztužení tunelu. Svorníky s mechanicky rozpínanou hlavou jsou uvažovány jako dočasné v délkách 3 – 6 m. Jejich používání bude závislé na kvalitě horninového masivu za účelem okamžitého zabezpečení výrubu v případě hrozby uvolnění skalního bloku ohrožujícího bezpečnost pracoviště. Trvalé svorníky jsou projektovány jako pruty z hřebínkové oceli Ř 25 – 36 mm, které budou osazovány systematicky v rastru dle požadavků stavebního dozoru. Všechny trvalé svorníky budou osazeny distančními centrátory, které zaručí minimální požadovanou tloušťku krytí cementovou zálivkou. Oba typy svorníkové výztuže budou vhledem k požadované životnosti 100 let povrchově ošetřeny vrstvou žárového pozinkování v tloušťce 105 µm a vrstvou epoxidového nátěru v tloušťce 300 µm.
Podobně jako svorníky se i stříkané betony dělí z hlediska času jejich aplikace na bezpečnostní a trvalé. Bezpečnostní nástřik betonu na výrub tunelu bude prováděn při zhoršených geologických podmínkách. V dobrých geologických podmínkách není nutné obnažený výrub zastříkat a práce na ražbách mohou pokračovat. Definitivní ostění, které bude tvořenou dalšími vrstvami stříkaného betonu (v tloušťkách od 70 – 120 mm), může být prováděno v minimální vzdálenosti 80 m od čelby tunelu. Minimalizuje se tím možnost poškození trvalé vrstvy betonu účinkem vibrací trhacích prací. Maximální povolená tloušťka vrstvy definitivního ostění je 40 mm a každá další vrstva smí být aplikována až poté, co podkladní vrstva dosáhla pevnosti alespoň 5 MPa. Až na výjimky bude veškerý beton stříkán s rozptýlenou výztuží s polypropylenových vláken (s dávkováním 7 kg/m3). Kvalitativní požadavek na výsledný beton je stanoven pro třídu C35/45 XC3, XA2, XF1. Dávkování polypropylenových vláken je dán mimo jiné požadavkem na energetickou pohltivost E > 1 000 J. Předepsané zkoušky budou opakovány každých 100 m3 aplikovaného betonu a finální tloušťka vrstvy bude kontrolována odvrtáním jednoho otvoru na každých 100 m2 plochy výrubu.
K rozpojování horniny se budou používat začerpávané emulzní trhaviny v kombinaci s klasickými náložkovými trhavinami dodávané firmou Orica s neelektrickým roznětem. Při ražbách bude použito zhruba 550 tis. kg trhavin. Uvažovaná délka běžného záběru je 5 m a výtěžnost se dle předchozích zkušeností s ražbou ve finských žulách očekává přes 95 %. Z pohledu minimalizace nepříznivých účinků trhacích prací na okolní zástavbu je velmi důležitá přesnost odvrtání produkčních vrtů, konstrukce vlastní nálože a především bezchybné načasování každého vrtu. Vrtné schéma profilu traťového tunelu se sestává z více než 100 produkčních vrtů, z nichž každý musí být načasován tak, aby jeho náložka explodovala samostatně. Dá se tak zabránit překročení limitů pro seismické účinky trhacích prací, které jsou online monitorovány a ihned po odpalu odesílány objednateli i dodavateli stavby. Při překročení limitů hrozí dodavateli mimo náhrad za poškození majetku třetích stran také vysoké pokuty od objednatele stavby. Trhací práce lze provádět ve všední dny od 7:00 – 22:00 a v sobotu od 9:00 – 18:00.
Důležitou součástí ražeb bude také provádění konsolidačních a vodu vytěsňujících injektáží předpolí čelby. Na základě geologického průzkumu byla projektantem určena místa, kde se bude injektovat systematicky bez ohledu na výsledky zkoušky hltnosti masivu (Lugeon test). Injektážní deštníky se budou provádět v délkách 15 – 24 m vždy minimálně ve dvou fázích. Vývrty se budou utěsňovat mikrocementovou suspenzí až do konečného tlaku 40 bar. Po šesti hodinové technologické přestávce se mezi již zrealizované vývrty provedou stejně dlouhé zbylé vývrty a následuje druhá fáze injektáže. Po jejím dokončení se na dvou kontrolních vývrtech provede test hltnosti. Pokud splní kritérium, lze pokračovat v ražbě. V opačném případě je nutné provést další fázi injektáže. Na úseku LU24 – Espoonlahti je výkazem výměr předpokládáno zainjektování 1,3 mil. kg mikrocementu a dalších zhruba 0,3 mil. kg dalších cementů (např. ultrafine). Za zmínku také stojí ražba vertikálních šachet, kterou bude provádět partner ve sdružení, společnost Destia Oy. Před vlastní ražbou šachty budou v předstihu Metrostavem vyraženy technologické komory, do kterých budou tyto šachty ústit. Z povrchu se poté zahájí vrtné práce tak, že jsou vývrty provedeny v celé délce šachty (tzn. až 30 m). Trhací práce jsou prováděny směrem od ústí šachty do technologické komory k povrchu zavěšením náloží do požadované hloubky a následným odpalem. Rozpojená rubanina volně padá do předem vyražené komory a je pravidelně odtěžována přístupovým tunelem na povrch. Tato metoda ražby šachty je velmi rychlá a efektivní. Na čas náročné je na ní nutnost ručního obtrhání výrubu a jeho zabezpečení stříkaným betonem suchou směsí z ruky. Veškeré vyztužení šachty se provádí z posuvné pracovní plošiny.

STROJNÍ SESTAVA

Základem uvažované strojní sestavy jsou vrtací vozy firmy Sandvik DT1130i a D920i. DT1130i je osazen třemi 20“ lafetami, menší D920i je osazen dvěma 18“ lafetami. Pomocí těchto strojů lze provést jednotlivý záběr v délce až 5,6 m. Dalším strojem je kolový bagr Liebherr A316 s instalovaným rotátorem Engcon a pracovními nástroji na obtrhání výrubu. Vzhledem k ražbám pod zastavěnou oblastí nelze pro obtrhání použít jinak velmi vhodný impaktor. Vzhledem k nemožnosti skládkovat vytěžený materiál v blízkosti portálu tunelu je odtěžba plánována pomocí kolového nakladače a nákladních automobilů použitelných na veřejné komunikaci. Stříkaný beton bude aplikován pomocí manipulátoru stříkaného betonu Meyco Potenza. Větrání díla bude zajištěno jako foukací ventilátorem Removex o výkonu 2 × 160 kW a lutnovým tahem o průměru 1 600, resp. 1 200 mm.
Začerpávání emulzí trhaviny bude zajišťovat výrobcem trhavin dodávaná nabíjecí jednotka mini SSE osazená na tunelovou plošinu firmy Normet s dvěma pracovními koši.

OSÁDKY A TURNUSOVÁNÍ

Na projektu bude pracovat kolem 40 stálých zaměstnanců společnosti Metrostav z České republiky a Slovenska. Dalších zhruba 20 zaměstnanců partnera ve sdružení bude zajišťovat práce na ražbách šachet a odtěžbě rubaniny z tunelu. Dorozumívacím jazykem v rámci sdružení je angličtina.
Zaměstnanci Metrostavu budou pracovat v devítitýdenních cyklech. Šest týdnů stráví prací ve Finsku a další tři týdny budou doma na turnusovém volnu. Směny se tak střídají každé tři týdny, přičemž vždy pouze jedna směna odjíždí domů a nahrazuje ji směna vracející se z turnusového volna. Zaměstnanci pracují ve dvanáctihodinových směnách, z čehož dvě hodiny tvoří zákonem stanovené přestávky. Práce budou probíhat v nepřetržitém provozu šest dní v týdnu včetně svátků. Jedinou výjimkou budou Vánoce a Nový rok, kdy se stavba uzavře a práce se znovu zahajují až po návratu osádek z dovolené.

ZÁVĚR

Ražby byly zahájeny na začátku června 2016 a v polovině listopadu téhož roku bylo vyraženo více než 1 250 m tunelů, což odpovídá 52 % z celkové délky ražeb. Zbývající část ražeb však představuje stále více než 2/3 celkového množství kubatury ražených částí. Do současnosti totiž byly raženy především traťové tunely v malém příčném řezu. Naopak stanice, nebo traťová výměna s rozpletem budou raženy až v začátku roku 2017.
Metodou Drill&Blast vyrazila společnost Metrostav už téměř 25 km tunelů v několika zemích severní Evropy, mimo Finska také na Islandu a v Norsku. V tomto roce bude usilovat o posílení své pozice na trzích severní Evropy získáním dalších významných zakázek.

ZÁKLADNÍ INFORMACE O STAVBĚ
Investor: Länsimetro Oy
Projektant: Kalliosuunnittelu Oy a Rockplan Ltd
Dodavatel: Joint Venture Metrostav a. s. a Destia Oy
Doba výstavby: 4/2016 – 10/2017
Náklady: 31 mil. EUR, tj. 837 mil. CZK

TECHNICKÉ ÚDAJE O STAVBĚ
Celková délka ražených tunelů: 2 984 m
Celková kubatura ražených částí: 245 000 m3
Předpokládaný objem injektáží: 1,6 mil. kg
Celková délka svorníkové výztuže: 111 tis. m
Celkové množství stříkaného betonu: 13,5 tis. m3