Zakládání staveb, a. s. se významnou měrou podílí na výstavbě tunelového podchodu řeky Vltavy IV. provozního úseku metra C „Nádraží Holešovice-Ládví“. Pro vyššího dodavatele stavby – Metrostav, a. s. – provádí Zakládání staveb, a. s. veškeré pažicí konstrukce v prostoru obou břehů Vltavy, zemní práce v řečišti a definitivní stabilizaci tunelu ve dně řeky. Realizační dokumentaci těchto prací zpracoval Metroprojekt, a. s., dodavatelskou dokumentaci FG Consult, s. r. o. a Ing. Petr Nosek (GE Atelier).

Níže uvedený text mohou čtenáři považovat za úvod do problematiky tohoto tématu, jímž přibližujeme celkovou koncepci řešení stavby a práce dosud na této zakázce realizované. Vzhledem k ojedinělosti stavby a její mimořádné technické zajímavosti a obtížnosti budou jednotlivým aplikovaným technologiím speciálního zakládání věnovány samostatné příspěvky na tento článek navazující.
(Pozn. red.: V této souvislosti prosím čtenáře, aby omluvili podobně laděné pasáže, popisující – byť z jiného úhlu pohledu – např. určité technologické postupy či pracovní procesy. Tomuto opakování nebylo možné se při nejlepší vůli vyhnout, neboť by tím jednotlivé příspěvky ztrácely na srozumitelnosti.)

Celková koncepce průchodu metra údolní nivou

Koncepce překonání řeky Vltavy trasou C pražského metra mezi Holešovicemi a Trojou prošla složitým a mnohaletým vývojem, jehož popis lze v ucelené formě nalézt např. v [1]. V jakékoli variantě řešení však byla omezujícím faktorem blízkost dočasné koncové stanice metra „nádraží Holešovice“ k Vltavě, a tedy strmost stoupání trasy v případě alternativy mostního spojení obou břehů, resp. příkré klesání do tunelového podchodu ve směru na Troju.

V roce 1998 rozhodli zastupitelé hl. m. Prahy o realizaci tzv. krátké varianty, která neobsluhuje sídliště Bohnice a směřuje z trojského břehu přímo do Kobylis a podchází dno Vltavy tunelem. V této výsledné variantě napojení dočasné koncové stanice metra byly navrženy dva nezávislé jednokolejné tunely mělce uložené pod řečištěm. Z důvodu výše zmíněných dispozičních omezení jsou oba tubusy prostorově zakřivené kruhovými oblouky, a to půdorysně i v niveletě. Na tubusy pak navazují železobetonové komůrky tunelů v obou směrech, jejichž výstavba probíhá v otevřených jamách zajištěných kotvenými, resp. rozpíranými podzemními stěnami.

Princip technického řešení podchodu Vltavy

Provedení tunelového díla pod Vltavou spočívá v postupném vysunutí obou nezávislých komůrkových profilů jednokolejných tunelů ze suchého doku na trojském břehu do výkopu ve dně řeky a jejich zaústění do břehové jímky na holešovické straně. Po stabilizaci obou takto zatažených tubusů ve výkopu a utěsnění jímek na holešovické i trojské straně budou na tubusy připojeny tunely ve směru k nádraží Holešovice a do Kobylis.
Tubusy v řečišti budou na bocích zasypány vytěženými štěrkopísky, nad stropy bude do úrovně původního dna proveden ochranný těžký kamenný zához.

Vlastní tubus je navržen jako uzavřená železobetonová komůrka vnějších rozměrů 6,50 x 6,42 m se stěnami a deskami tloušťky 0,70, resp. 0,72 m. Celková délka vysouvaného tubusu v pravé koleji je 168,0 m. V suchém doku byl tento tubus betonován do posuvného bednění ve čtrnácti dílech délek 12,0 m.
V průběhu zatahování byl tubus v čelech vodotěsně uzavřen koncovými víky. Přední svislý závěs byl fixován cca 56 m od čela tubusu na pontonech, zadní čelo bylo opatřeno podporami, na nichž byl tubus v této zadní části přizvednut a tažen v suchém doku po vysouvací dráze vymezené směrovými úhelníky osazenými na podélných základových pasech. Řešení podchodu Vltavy z hlediska vlastní konstrukce tubusů viz [2].

Geologie

Oblast staveniště se nachází na dně vltavského údolí v jeho mohutném meandru. Předkvarterní skalní podklad je tvořen ordovickými sedimentárními horninami ve facii vrstev letenských, libeňských a vinických. Jedná se o převážně jílovité břidlice, které jsou při povrchu ve stavu eluvia, níže pak zvětralé až navětralé.

I ve větších hloubkách byly ověřeny horniny tektonicky porušené, prostoupené mnohočetnými všesměrnými plochami nespojitosti.
Terasa Vltavy je tvořena písky, písky se štěrkem až hrubým písčitým štěrkem. V bazální poloze jsou horniny ulehlé se značným obsahem kamenité frakce s balvany křemenců, buližníků a granitů. V břehových partiích jsou v nadloží při povrchu původní údolní nivy uloženy nejmladší povodňové sedimenty, reprezentované jemně písčitými hlínami, hlinitými písky až slídnatými jemnozrnnými písky.
Povrch území v břehové části je utvářen poměrně subtilními navážkami charakteru písčitohlinité až štěrkovité zeminy místy s obsahem stavební suti, kamenů a dalšího cizorodého materiálu.
Souvislá bohatá kvarterní zvodeň je vázána na terasové silně propustné sedimenty a přímo souvisí se stavem vody ve Vltavě. Normální stav vltavské vody se pohybuje kolem kóty 180,15 m n. m., zvednutí hladiny při dvouletém a pětiletém povodňovém stavu vody lze očekávat o 1–2 m.
V těsném sousedství řeky není podzemní voda výrazně agresivní vůči betonovým konstrukcím.

Trojská strana – suchý dok

Suchý dok je umístěn na trojském břehu v trase tunelů metra ve směru do Kobylis a svým čelem částečně zasahuje do řečiště. V doku je postupně vždy jeden tubus tunelu vybetonován, vystrojen a před vlastním zatažením uzavřen koncovými víky. Po zaplavení doku je jeho čelo částečně demontováno (příslušná polovina) a tubus je zatahován připraveným zářezem ve dně řeky do jímky na holešovické straně. Postup se po opětovném osazení a utěsnění čela doku a vyčerpání vody opakuje pro druhý tubus. Po jeho definitivním usazení ve dně řeky a utěsnění čela jímky budou vybetonovány břehové části tunelů a jímka suchého doku bude zrušena zásypem.

Konstrukce suchého doku je navržena tak, aby pracoviště ochraňovala při dvouletém povodňovém průtoku v řece, který je dán výškou hladiny 181,20 m n. m. V čele doku s úrovní výkopu 167,70 m n. m. dosahuje tak maximální hloubka 13,5 m pod hladinu.
Pažicí konstrukce suchého doku je v jeho břehové části tvořena monolitickými železobetonovými podzemními stěnami tloušťky 600 mm kotvenými až ve třech výškových úrovních předpínanými pramencovými kotvami. Spodní dvě úrovně kotvení byly navrženy pod hladinu podzemní vody ve značně propustném prostředí sedimentů vltavské terasy. Vrtání a osazování kotev tak muselo být prováděno pod ochranou speciálně vyvinutých preventrů, které odolávaly tlakům až 10,0 m vodního sloupce. Podzemní stěny byly v této břehové části doku prováděny z terénu upraveného 1,5 m nad hladinou podzemní vody. Na obou podélných stranách doku je souvislost podzemních stěn pravidelně porušována „lamelami“ z osmi štětovnic, jejichž vytažením při ukončení stavby bude obnoveno proudění poříční podzemní vody.

V oblasti před ulicí Povltavskou je suchý dok ukončen příčnou dočasnou těsnicí jílocementovou stěnou, aby práce v pažené jámě dále ve směru na Kobylisy mohly pokračovat i při zatopeném doku.
Samostatnou částí pažení suchého doku je jeho čelní uzavření zasahující do řečiště. Relativní složitost této konstrukce je dána požadavky zadání:

• úplná demontovatelnost vždy poloviny čelní stěny doku pro vysouvání obou tubusů a zpětná montáž;
• s postupem stavby expozice pažicí konstrukce z lícové i rubové strany (výkop v doku a rýhy v řečišti);
• kombinace zatěžovacích stavů v několika pracovních fázích zahrnujících vyčerpání doku, opětovné napuštění, vlnobití či event. kolizi pažicí konstrukce se zasouvaným tubusem.

V technickém řešení je tak aplikováno výrazné posílení únosnosti pažení návrhem některých „nestandardních“ prvků:

• vlastní podzemní stěny ve tvaru mohutných „T“–profilů;
• přikotvení T–profilů do skalního podkladu trubními mikropilotami;
• tuhé vnitřní rozpěrné rámy;
• osazení štětovnic s vysokou únosností (PU25, dovoz z Lucemburska).

V čele jímky je navržena demontovatelná stěna z uvedených štětovnic PU25 osazovaných do rýhy podzemní stěny vytěžené drapákem pod ochranou samotuhnoucí jílocementové těsnicí suspenze. Beton podzemních stěn této části doku zasahující do řečiště je ukončen v úrovni dna řeky a do čerstvého betonu jsou straženy štětovnice IIIn, které budou při rušení jímky odříznuty potápěči pod vodou v úrovni zpětně upraveného dna.
S postupujícím výkopem uvnitř jímky byly ve třech úrovních instalovány ocelové, resp. železobetonové převázky a rozpěrný systém z ocelových nosníků a trub. Rám v oblasti šikmých rohových rozpěr je navržen jako tuhý celek, dlouhé rozpěry přes šířku jámy jsou navrženy z ocelových trub s klasickým kloubovým osazením na převázkách. Rozpěrný systém byl instalován vždy při vytěžení stavební jámy resp. při snížení hladiny vody uvnitř jámy těsně pod příslušnou rozpěrnou úroveň.

Stejně tak byly při zaplavování doku rozpěrné konstrukce rozebírány vždy při stabilizaci hladiny těsně pod příslušnou úrovní rozepření.
Vzhledem k celkové povaze pažicí konstrukce a s uvážením jejích možných tvarových změn v průběhu všech pracovních fází v řádu až prvních desítek milimetrů byly všechny spoje rozpěrných konstrukcí navrženy jako montážně svařované.

Ve dně jímky byl položen podkladní beton a podél čelní stěny zajištění byl vybetonován úložný práh společný pro oba vysouvané tubusy tunelu metra. Na vnitřní straně čelní stěny byly následně nad úložným prahem vybetonovány tři železobetonové stojky tvořící s úložným prahem rám ve tvaru dvojitého U, vetknutí stojek (pilířů) do úložného prahu a do skalního podkladu je zajištěno prostřednictvím armokošových mikropilot. Tento železobetonový rám stabilizuje čelní stěnu v době zasouvání tubusů při demontovaném rozepření jímky a hrany pilířů chrání zámky ponechaných štětovnic proti eventuálnímu poškození v případě kolize se zasouvaným tubusem.

V bočních pažicích stěnách čela jímky byly osazeny průchodky pro instalaci šoupat zajišťujících řízené zaplavování doku, a to v případě vysokých stavů vody ve Vltavě a před zasouváním tubusů. Po zaplavení doku byla pravá polovina čelní stěny rozebrána odříznutím štětovnic 2–5 cm pod úrovní úložného prahu a jejich postupným vytahováním vibrátorem.

Holešovická strana – břehová jímka

Břehová jímka na holešovické straně tvoří jakousi „kuchyňku“, v principu přechodový prostor mezi čelem zasouvaných tunelů a jednotlivými výkopy tunelů pravé a levé koleje ve směru na stanici „nádraží Holešovice“. Půdorysně nepravidelný tvar jímky s mohutným gravitačním opěrným blokem mezi zaústěním obou tubusů je dán složitostí trasování obou kolejí.

Zajištění jímky je opět navrženo podzemními stěnami tloušťky 600 mm, ve dvou čelech oddělených gravitačním opěrným blokem je navržena demontovatelná štětová stěna z larssen IIIn. Uvnitř je jímka rozpírána ocelovými rozpěrami přes ocelové převázky. Před zasouváním tubusu bylo v čelní stěně jímky na povodní straně potápěči vyříznuto okno příslušného rozměru a tubus byl posléze uložen v jímce na úložný práh.

Zemní práce v řečišti

Pro uložení pravého (povodního) tunelu byl napříč řečištěm proveden zářez šířky v patě 12,0 m se svahováním 1:2 v břidlicích a 1:2,5 ve štěrkopíscích. Maximální hloubka výkopu pod normální hladinou v řece (180,15 m n. m., průměrná hloubka řeky 4,0 m) je 12,4 m, mocnost těžby ve štěrkopíscích dosahovala až 7,5 m pod dno řeky, zahloubení v prostoru nivelety zasahovalo pod povrch skalního podloží. Zemní práce v řečišti reprezentovaly v této první etapě vytěžení 25 200 m3 štěrkopísků a 12 300 m3 břidlic.

Většina těžebních prací byla provedena lanovými drapáky zavěšenými na nosičích Liebherr a UB. Těžební mechanizmy operovaly z lodí flotily Zakládání staveb, a. s., vytěžený materiál byl ukládán do tlačných van, které byly obsluhovány člunem Močál. V provizorním přístavišti vybudovaném v rámci staveniště je výkopek dna z části deponován pro použití ke zpětným zásypům, zbývající objem zemin je odvážen na skládku.
Jediným zásadním problémem výkopových prací se ukázalo ověřování přesnosti úpravy dna zářezu (viz též článek Řízená těžba štěrkopísků a břidlic pod hladinou Vltavy na str. 25). Projektem byly stanoveny pro dané podmínky relativně přísné tolerance +10/–20 cm vůči ideální hloubce –30 cm pod spodní hranou průřezu tubusu. Přes řadu ne zcela uspokojivých metod zaměřování tvaru dna od použití olovnice, kontaktních tyčí, ručního sonaru přes sonarová měření z měřické lodi Valentýna Povodí Vltavy byla v závěrečné fázi těžebních prací vyrobena kontaktní šablona – léra, která byla umísťována po 2 m po délce zářezu, čímž byl při šířce šablony 1,0 m zmapován povrch dna v profilech á 1,0 m. Vlastní poloha léry byla zaznamenávána totální stanicí prostřednictvím terčů nad hladinou vody, tvar zvlněného dna byl proti šabloně doměřován ručně potapěči.

Definitivní stabilizace tunelu

Tubus je ve výkopu po zaplavení osazen na úložné prahy obou břehových jímek a v celé jeho délce jsou v řečišti provedeny podpůrné základové bloky vždy v párech ve vzájemné vzdálenosti 6,0 m podél osy tubusu. Podélně i příčně je tubus stabilizován přibližně svislými mikropilotami umístěnými v obou jeho stěnách symetricky v podélných vzdálenostech 12,0 m.
Betonové základové bloky půdorysných rozměrů 1,1 x 1,6 m s kontaktní plochou na spodní straně tubusu o velikosti 1,1 x 1,3 m jsou dimenzovány na zatížení provozovaným tunelem v definitivním stádiu jako plošný základ na zvětralé až navětralé břidlici. Vzhledem k průzkumem avizované mocnosti eluviálně rozložených břidlic 1,0 m byla projektovou dokumentací předepsána minimální hloubka základové spáry 1,5 m pod povrchem skalního podkladu. Pro dodržení tohoto požadavku bylo nutné přehloubit výkop zhruba v 1/3 délky trasy na holešovické straně, kde se niveleta tunelu zvedá, a to vždy v rozměru cca 2,5 x 2,5 m pod každým základovým blokem. Tyto místní výkopy byly zaplombovány betonem v úrovni okolního výkopu.

Základové bloky jsou betonovány gravitačně z hladiny řeky s mírnou podporou čerpadlem do tvarovaných pytlů zhotovených z geotextilie Stabilenka s úpravou pro napojení betonářské kolony. Potápěči zafixují vaky na závěsech instalovaných v betonu stěn tunelu a pomocí tyčí je urovnají pod desku dna tubusu tak, aby zasunutí za jeho hranu činilo min. 1,3 m. Před vlastní instalací vaků je vždy příslušná základová spára potápěči vizuálně zkontrolována a dno je eventuálně dočištěno, aby vak po naplnění betonem plně dosedl na kvalitní základovou spáru. V místech, kde bylo zjištěno přehloubení výkopu pod spodní přípustnou úroveň, se ve spolupráci s potápěči provádí výplň těchto prohlubní betonáží pod vodou nebo je používáno postupné vrstvení vaků v párech nad sebou. Takto je zajištěna plná aktivace betonových bloků jak proti povrchu navětralých břidlic, tak na styku s komůrkovým nosníkem tunelu.
Pro plnění vaků je použit beton pevnostní třídy C20/25. Pro speciálně navrženou směs pro betonáž pod vodou s cílem dosažení pevnosti 1,0 MPa po deseti hodinách a 10,0 MPa
po čtyřiadvaceti hodinách od uložení byla použita polypropylenová vlákna, urychlovače a plastifikátory.

Zkoušku plnění vaku „na sucho“ dokumentuje obrázek na str. 20, pokusy přímo v řečišti, v prostoru kotevní brány č. 1, tak fotogenické nebyly.
Kromě fixační funkce v definitivním stádiu zajišťují stabilizační mikropiloty kotvení komůrkového profilu proti účinkům vodorovných sil způsobených vlnobitím – např. při provozované plavbě nad tubusem – a také vzdorují podélným silám vznikajícím v tubusu osazením rozpěr ve třetí rozpěrné úrovni v trojské jímce (v mělčí holešovické jímce není rozepření v úrovni stropu tubusu zpětně instalováno). Tyčové mikropiloty jsou osazeny v každé pracovní spáře tunelu vždy v uložení lichých párů vaků. Pro provedení mikropilot jsou v pracovních spárách tubusu osazeny průchodky z ocelových trub 159/4,5 mm. Přes ně jsou prováděny vrty o průměru 145 mm. Do cementové zálivky se osazují plnoprofilové mikropiloty průměru 130 mm (maximální plastická rezerva únosnosti profilu), na povodní straně je jejich délka 6 m a na vnitřní straně 3,5 m.

Během stabilizování tubusu vaky je nutno čelit fenoménu vztlaku, způsobovanému jejich přetlakovým plněním. Přetlak plnění je nutný pro aktivaci patek a je zajištěn přirozenou cestou kvazihydrostatickým tlakem betonové směsi nebo – v případě velkých ztrát v betonářských kolonách – nasazením čerpadel. Vzhledem k tomu, že dutý utěsněný tubus neposkytuje přes svoji zdánlivou mohutnost potřebnou protizátěž, byly po délce zatahovaného tunelu navrženy tři kotevní brány – ocelové příčníky na stropní desce tunelu, kotvené vždy na obou stranách prostřednictvím páru tyčových kotev CPS32 do skalního podloží. Dvě kotevní brány jsou umístěny v řečišti – na straně u holešovické jímky a zhruba ve středu toku – třetí je napojena na čelní železobetonový 2U-rám v trojské jímce. Kotvy byly instalovány v předstihu před vlastním zatahováním (brány musely být plně funkční v okamžiku betonování prvních vaků v oblasti pod pontonem ihned po zatažení tubusu); v řečišti byly dříky kotev dočasně přerušeny v úrovni dna výkopu. Masivní ocelová konstrukce umístěná v jejich hlavách plnila funkci ochrannou a umožnila rychlé nastavení kotev do úrovně stropu tubusu pro montáž bran.

Vaky byly potom betonovány takovým způsobem, aby uvažovaným vztlakem nezatuhlých vaků nebyla překročena určená maximální hranice momentového namáhání betonového komůrkového průřezu.

Těsnění čelní stěny suchého doku

Po uložení a stabilizaci tubusu byly štětovnice PU25, odstraněné z čela doku, seříznuty (boky tunelu), resp. zkráceny o výšku zaplaveného tubusu, a posléze opět osazeny jako pažicí a těsnicí prvek čela doku. Železobetonový čelní rám jímky i vlastní tubus jsou opatřeny těsnicími prvky (plastový waterstop v nikách) a vodítky (ocelové L a U profily) pro umístění „na míru“ připravených ocelových panelů sloužících jako ztracené bednění pro betonáž těsnicího prstence v prostoru čelního rámu jímky. V nikách úložného prahu a pilířů čelního U-rámu jímky byly před zahájením zaplavování doku osazeny vedle waterstopu injekční hadičky, jejichž prostřednictvím budou doinjektována eventuální netěsná místa na styku betonů rámu a těsnicího prstence.
Kromě těsnicích prvků a ztraceného bednění jsou ve stropní desce tubusu fixovány mohutné ocelové konzoly, proti nimž jsou zpětně osazovány rozpěry třetí výškové úrovně.
Před zahájením opětného čerpání doku byla provedena betonáž těsnicího prstence, při postupném čerpání vody v doku je zpětně sestavován v příslušných úrovních rozpěrný systém jímky a současně kompletováno mikropilotové ukotvení tubusu v řečišti.

Ing. Petr Nosek, GE Atelier
Foto: Libor Štěrba

Literatura:
[1] Kutil, Jindra, Romancov, Růžička: Metro do severního města – tunely na IV. provozním úseku trasy C pražského metra, sborník mezinárodní konference Podzemní stavby Praha 2000, Praha 10/2000
[2] Vítek, J. L.: Tunely metra pod Vltavou na trase IV C1,
časopis Tunel 4/2001