Manipulace se stroji při ražbě traťových tunelů pátého úseku trasy A

  • 25. 09. 2013 | zdroj: Stavebnictví, Marcela Řeháková, Petr Hybský
  • Zpráva

V druhém pokračování série článků popisujících ražbu jednokolejných traťových tunelů pátého provozního úseku trasy metra A pomocí zeminových štítů se zaměříme na starty a průtahy razicích strojů a na dopravu jejich dílčích částí.

Ražba tunelů pomocí tunelovacích strojů je principiálně poměrně jednoduchou činností, která se jen nepatrně liší podle toho, jaký typ stroje se pro výstavbu tunelu použije. Plnoprofilové tunelovací stroje jsou pro ražby konstruovány a tato činnost je jim „vlastní“. Obtížné a atypické jsou však ty fáze výstavby, kdy je nutné připravit stroj pro zahájení ražby, protáhnout stroj určitou částí trasy či jej přestěhovat z jedné tunelové trouby na jinou apod. V takovém případě nelze používat žádná unifikovaná řešení, ale naopak navrhnout řešení šitá na míru každého jednotlivého pracoviště.
Pro zajímavost uveďme několik případů ze zahraničí, kde byla používána poměrně neobvyklá řešení při manipulaci se strojem. Kupříkladu na italském dálničním tunelu Sparvo, pozoruhodném již tím, že pro jeho ražbu byl nasazen dosud největší zeminový štít s průměrem řezné hlavy přesahujícím 15 m, bylo nutné tento „kolos“ po doražení jedné tunelové trouby otočit a zahájit ražbu sousední tunelové trouby v opačném směru. Manipulováno bylo se strojem, jehož hmotnost dosahovala téměř 3000 t, tj. s břemenem, které by nebyl schopen přemístit žádný jeřáb na světě. Aby bylo možné provést kompletní U-obrátkový manévr, inženýři z firmy Toto Costruzioni Generali nejprve zhotovili betonový podklad o rozměrech přibližně 2400 m2, jehož výšková tolerance byla maximálně 1 mm. Na tento betonový podklad byly osazeny kovové pláty, po nichž se měl následně stroj smýkat.
Martina, jak se největší tunelovací stroj na světě nazývá, se následně umístila na platformu, kterou podpíralo osmdesát vzduchových vaků. Tyto vaky zajistily, že se pod strojem vytvořila tenká vrstva vzduchu, která výrazně snížila tření mezi strojem a betonovým podkladem. Dvojice demprů poté byla schopna celý stroj táhnout po předem připraveném podkladu tak, aby jej přemístila z již vyražené tunelové trouby k portálu druhého tunelu, který se měl razit paralelně s předchozím.
Další velmi nezvyklé řešení bylo zvoleno na stavbě Limmerské vodní elektrárny. V tomto případě bylo nutné vyrazit technologický tunel ve velmi špatně přístupném terénu. Doprava částí stroje pomocí nákladních automobilů by byla značně komplikovaná, proto bylo rozhodnuto o dopravě částí stroje na místo určení pomocí lanové dráhy. Z uvedených případů je patrné, že pro fáze výstavby, jakými jsou doprava částí stroje, jeho montáž, jeho případné průtahy a obrátky a konečně jeho demontáž, je nutné hledat stále nová a nová řešení, šitá na míru konkrétním podmínkám.
Přibližme si způsoby, jakými se na stavbě metra V. A montovaly stroje, zahajovaly ražby, protahovaly stanice a probíhaly demontáže. Montáž stroje

Velkou výzvou pro každého zhotovitele provádějícího ražby tunelovacími stroji je samotné zahájení ražeb. Ne vždy existuje na staveništi dostatek prostoru pro smontování často více než sto metrů dlouhého strojního komplexu v prostoru před portálem budoucího tunelu. Mnohdy ražby začínají ve stísněných poměrech hloubené šachty omezených rozměrů, které dovolí spuštění pouze štítové části stroje.
Na staveništi BRE 1 na Vypichu, kde byly ražby jednokolejných tunelů pražského metra zahajovány, byla předem vyhloubena montážní šachta kruhového průřezu o průměru 26 m a hloubce 32 m, která byla zajištěna převrtávanými pilotami. Výhodou bylo, že na šachtu přímo navazoval v té době již vyražený dvoukolejný tunel, který se použil jako montážní komora, do níž bylo možné umístit závěs tunelovacího stroje. Štít se do jámy spouštěl po částech a smontoval se na dně šachty.

Start stroje

Štíty se během ražeb pohybují pomocí hydraulických lisů umístěných radiálně po obvodu vnitřního povrchu štítu. Tyto lisy se opírají o poslední instalovaný prstenec tunelového ostění. V okamžiku, kdy se lisy o ostění začnou opírat zvýšenou silou, se v důsledku Newtonova třetího zákonu akce a reakce začne celý stroj posouvat vpřed. Lisy jsou navíc rozděleny do skupin tak, že každou skupinou lisů lze vyvozovat různou tlačnou sílu. Tímto principem je možné štít řídit výškově a směrově, tzn. pokud je třeba zatáčet vpravo, zatíží se více levá skupina lisů, při nutnosti směřovat štít vzhůru se více zatíží spodní skupina lisů apod. (viz obr. 6, 7, 8).

?? V okamžiku startu však ještě není instalován žádný prstenec tunelového ostění. Proto je nutné vybudování konstrukce, která bude schopna přenášet síly tlačných lisů, jež během postupu standardně přenáší právě segmentové ostění. Tato konstrukce, kromě toho, že musí být navržena s dostatečnou statickou únosností, musí být navíc i velmi přesně smontována, protože právě na ní je navázán první prstenec tunelové trouby a jakákoli nepřesnost při stavbě odrážecí konstrukce se postupně přenáší i na vlastní konstrukci tunelu.
Pro zahájení ražeb ze šachty na Vypichu byl v případě metra V. A použit ocelový startovací rám. Z důvodu omezeného prostoru v šachtě bylo nutné předem vyrazit část tunelu, tzv. zarážku, do které se vsunula štítová část stroje. Teprve za ni byl postaven a zafixován startovací rám. Ocelová konstrukce startovacího rámu obsahovala rovněž ocelový prstenec, ke kterému se po částečném odjetí stroje přišrouboval prstenec ze železobetonových segmentů. Poté se stroj posunul o jeden záběr a byla tak zahájena standardní ražba. Ocelový startovací rám byl použit ještě jednou, a to v případě startu z otevřené stavební jámy E2, umístěné mezi stanicemi Veleslavín a Červený vrch. Tentokrát však ražba nezačala v předraženém tunelu, ale přímo u kolmé stěny stavební jámy. Startovací rám byl umístěn za štítovou částí stroje. Do prostoru mezi něj a mezi stěnu stavební jámy se spolu s postupem stroje postupně ukládaly prstence ostění.
Kromě otevřených jam bylo nutné provést starty i z ražených stanic. V tomto případě nebylo možné použít popsaný startovací rám, který by se vzhledem ke svým rozměrům do ražených částí sotva vešel, nemluvě o komplikacích s jeho montáží a instalací.
V ražených stanicích se proto použil pro start stroje odlišný typ konstrukce. Ten spočíval ve vytvoření ocelového polygonu zafixovaného do železobetonového límce. Na polygon byly po vsunutí stroje do předraženého tunelu po obvodu navařeny ocelové konzole. Na tyto konzole se umístil ocelový prstenec, do kterého se zapřely tlačné lisy stroje. Poté, co stroj vykonal postup o jeden záběr, se instaloval prstenec segmentového ostění a následně pokračovala ražba ve standardním režimu. Průtahy stroje

Celá organizace výstavby pátého provozního úseku trasy A pražského metra byla navržena tak, že ražby traťových tunelů probíhaly v souběhu s ražbou stanic. Byla proto důležitá přesná koordinace prací tak, aby stanice byly připraveny pro příjezd stroje a aby stroj mohl být staničním úsekem co možná nejefektivněji protažen.
Pro průtah bylo nutné ve stanici vybudovat železobetonovou kolíbku, do níž se zabetonovala dvojice vodicích kolejnic. Stroj byl při dopředném pohybu smýkán právě po těchto kolejnicích, které musely být pečlivě lubrikovány. Tím, že stroj spočíval pouze na kolejnicích, styková plocha s podkladem se minimalizovala, čímž se minimalizovala i třecí síla, kterou musel štít při průtahu překonávat.
Pro dopředný posun stroje byly využity jeho tlačné lisy, kterými se posouvá i během standardní ražby. Do kolejnic za stroj byl vždy navařen odrážecí rám, do kterého se opírala spodní skupina lisů. Vzhledem k tomu, že při průtazích stanicemi stroj nemusel překonávat odpor horninového prostředí, byla tlačná síla, vyvozená pouze těmito několika lisy, zcela dostačující. Po posunu stroje o dílčí záběr se rám demontoval a posunul o další krok tak, aby se od něj stroj mohl opět odrazit. Celý proces se neustále opakoval až do chvíle, kdy došlo k přesunutí stroje přes celou délku stanice. Za štítem musela být instalována další platforma, po které se pohyboval závěs tunelovacího stroje. Ten je totiž v jiné výškové úrovni než štít. Při prvním průtahu bylo do kolíbky sypáno pískové lože, do něhož se kladly železobetonové tybinky, čímž se kompenzoval výškový rozdíl mezi štítem a závěsem. Ukázalo se, že toto řešení je poměrně časově zdlouhavé, neefektivní a vzhledem k nedostatku prostoru ve stanici organizačně velmi náročné. Proto se v dalším průtahu přistoupilo k instalaci ocelových konstrukcí pro posun závěsu. Ocelové konstrukce byly mnohem snazší na montáž a navíc je bylo možné používat opakovaně, což systém průtahu nejenom urychlilo, ale i zlevnilo. Z tohoto důvodu byly následně vyhotoveny ocelové konstrukce i pro průtah štítové části stroje (viz obr. 15, 16). Zhotovení železobetonové kolíbky se ukázalo jako velmi pracné a zdlouhavé řešení.

Demontáž stroje

Když se oba stroje určené pro výstavbu jednokolejných tunelů metra prorážely za velké účasti čestných hostů do prostoru stanice Dejvická, bylo možné prohlásit ražby za dokončené. Pracovníci projektového týmu TBM si však byli vědomi, že jejich práce ještě zdaleka nekončí. Nyní bylo nutné vyřešit možná nejobtížnější úkol, kterým byla demontáž a postupný odvoz obou strojů. Ačkoli byl stroj fyzicky demontován až v samém závěru projektu, bylo nutné s plánováním začít již ve fázi přípravy a výroby stroje. Demontáž totiž měla být prováděna v prostoru obratových kolejí provozované stanice Dejvická a části stroje měly být vytahovány zpět nově vyraženými tunely. V návrhu se počítalo s tím, že řezná hlava bude při demontáži rozřezána na tři díly tak, aby ji bylo možné tunelem protáhnout. Kdyby totiž zůstala vcelku, do profilu tunelové trouby by se nevešla. Zároveň musela být rozřezána tak, aby ji bylo možné v budoucnu opět složit dohromady pro případ dalšího využití stroje. Proto se řezná hlava již vyráběla s tím, že bude v budoucnu řezána.
Před příjezdem stroje musel být prostor stanice Dejvická stavebně připravován tak, aby vznikl dostatečný prostor pro příjezd strojů, ale i pro instalaci mostového jeřábu, se kterým se uvažovalo pro manipulaci s díly stroje. Demontáž musela být předem naplánována i s ohledem na skládání dílů stroje ve velmi stísněných podmínkách stanice. Vznikl proto třídimenzionální výkres, na kterém bylo možné teoreticky ověřit, že demontáž bude možné fyzicky provést.
Během tří měsíců byly oba stroje postupně demontovány a převezeny na skladovací plochy v Horních Počernicích, kde v současné době probíhá jejich postupná repase a konzervace tak, aby byly připraveny pro další stavbu. *

***

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 GmbH 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. na pozici přípravářky na projekt Výstavba metra V. A – TBM. E-mail: mailto:marcela.rehakova@metrostav.cz