Objednejte si bezplatné zasílání tištěné verze časopisuKONSTRUKCE Media, s. r. o.Com4In Group
ISSN 1803-8441
English - Google Translate Česky - Překladač Google French - Google Translate Italian - Google Translate German - Google Translate Polish - Google Translate Spanish - Google Translate Swedish - Google Translate   |   Přihlásit se   
Nacházíte se:  Úvod    Tunely    Vývoj podzemního stavitelství v České republice

Vývoj podzemního stavitelství v České republice

Publikováno: 4.7.2010
Rubrika: Tunely

Významný mezník ve vývoji tunelového stavitelství v celoevropském měřítku byl spojen s využitím střelného prachu při ražbě ve skalních horninách v 1. polovině 17. století – poprvé byl střelný prach použit v roce 1627 na Slovensku v rudných dolech v Banské Štiavnici. Bezesporu nejvýznamnější dobou v rozvoji tunelového stavitelství byla 2. polovina 19. století a začátek 20. století – období výstavby základní železniční sítě. Tehdy byly při stavbě dodnes obdivuhodných a používaných vysokohorských tunelů vytvořeny a propracovány základní klasické tunelovací metody pilířového typu s výdřevou.

Z této doby pochází celá řada alpských, apeninských a pyrenejských tunelů s délkou přes 10 km, např. známé tunely Velký Apeninský, Gotthard, Arlberg, Lötschberg, Mt Cenis a další. Simplonské tunely I a II byly při délce 19 730 a 19 750 m nejdelšími železničními tunely na světě po dobu téměř osmdesáti let. Až druhá polovina 20. století přinesla výraznou kvantitativní změnu, samozřejmě již s využitím moderních technologií ražby, včetně plnoprofilových tunelovacích strojů. V roce 1985 byl dostavěn 53 850 m dlouhý podmořský tunel Seikan mezi japonskými ostrovy Honšu a Hokkaido, čímž se rekordní tunelová délka skokem posunula. A zanedlouho poté, v roce 1994, byl uveden do provozu Eurotunel pod Kanálem La Manche, který je s délkou 50 500 m nejdelším evropským tunelem. V blízké budoucnosti však bude dokončen v rámci švýcarského Alptranzit projektu bázový tunel Gotthardský, jehož délka je úctyhodných 57 km.

HISTORICKÝ VÝVOJ V ČR
V úvodu zmíněný rozmach tunelového stavitelství v období 2. poloviny 19. století, související s celosvětovým nástupem železnice, probíhal ve stejném trendu, byť ve značně menším rozsahu, i v českém podzemním stavitelství. V první polovině 20. století k železničním tunelům přibyly v podstatně menší míře tunely silniční. Z hlediska historického vývoje je správné alespoň krátce připomenout i podzemní objekty jiného charakteru.

Podzemí historických měst
Významným projevem podzemní činnosti v minulosti byla výstavba podzemí historických měst. Sklepy, chodby a katakomby tvoří často rozsáhlé labyrinty pod historickými jádry měst. Tyto podzemní prostory, stejně jako sklepení hradů a zámků, byly téměř vždy původně určeny ke skladování potravin a získávání pitné vody, neboť v nich byly často pramenné jímky a studny, které byly v podzemí dobře chráněny proti znečištění. Zprvu pod jednotlivými domy, lemujícími středověká náměstí, vznikala důmyslně utvářená sklepení. Do tehdejších lednic vedly zpravidla z povrchu úzké komíny ke spouštění kusů ledu, roztátou vodu i přebytečnou podzemní vodu odváděly kanály trativodů, takže vysoká hladina vody neohrožovala stabilitu výrubů.

Později mimořádný hospodářský rozkvět některých středověkých měst vedl k tomu, že bohatí majitelé vytvářeli další patra rozsáhlých sklepení, které přesáhly půdorysy jednotlivých domů. Postupné vzájemné propojování sklepů v soustavu podzemních prostor souviselo nejen s rozšiřováním a propojováním majetku, ale přinášelo též velké výhody při mimořádných událostech, jakými byly časté požáry nebo obléhání nepřátelskými vojsky, nejčastěji obojí najednou. Výstavba a udržování plné funkčnosti podzemních soustav byly technicky náročné a současně nákladné. Je proto typické, že nejrozsáhlejší a nejdůmyslnější podzemní systémy měla města hornická, kde byly vedle havířů, nejpovolanějších odborníků pro takové stavby, i dostatečné zdroje bohatství. K nejrozsáhlejším a nejznámějším patří znojemské (obr. 1), jihlavské, táborské a brněnské podzemí.

Rudolfova štola v Praze
Dosud zachované a funkční dílo je pozoruhodnou historickou podzemní stavbou (1582 až 1593), jejíž význam jako čistě technického díla, spjatého s osobností císaře Rudolfa II. Habsburského, překračuje rámec Českých zemí (obr. 2). Jedná se o vodohospodářskou štolu délky 1 100 m, jejímž účelem bylo bez náročného čerpání zásobovat vodou uměle zřízené rybníky v Královské oboře (dnešní park Stromovka). Rudolfova štola protínala pro Prahu typický vltavský meandr, obtékající letenský ostroh, tvořený pevnějšími ordovickými břidlicemi.

První kanalizace s čistírnou odpadních vod
První projekt kanalizační sítě v Čechách byl vypracován pro Prahu profesorem Hergetem ze Stavovské inženýrské školy v roce 1787. Nerealizovaný projekt byl v roce 1791 přepracován a v letech 1818 až 1828, zásluhou osobní a zejména finanční podpory hraběte K. Chotka, nejvyššího purkrabího v Čechách, bylo vybudováno 44 km kanalizačních stok; splašky však jimi byly odváděny do Vltavy bez čistění.

Mimořádně kvalitní projekt kanalizační sítě pod Starým Městem a částí Nového Města pražského vypracoval v roce 1893 anglický inženýr W. H. Lindley. Realizace tohoto projektu byla dokončena v roce 1907 a spolu s 90 km stokové sítě přinesla Praze i první čistírnu odpadních vod v Bubenči. Od roku 1967 je stará bubenečská čistírna mimo provoz, z hlediska stavebního se však jedná o jeden ze skvostů industriální architektury konce 19. století (obr. 3).

Pevnostní podzemí
Obranné a únikové podzemní chodby hradů a středověkých bohatých měst byly v průběhu času nahrazeny důmyslnými podzemními stavbami, které byly realizovány jako aktivní součást zbraňových systémů a vojenské taktiky. K nejvýznamnějším podzemním stavbám tohoto typu patří barokní fortifikovaná města Terezín a Josefov z 2. poloviny 18. století a mohutná pevnostní obranná linie v severovýchodních Čechách (Sudetech) a na jižní Moravě z 30. let 20. století (obr. 4). Tato linie se nedočkala ve 2. světové válce svého uplatnění, nicméně technická úroveň stavebních prací na povrchu i v mimořádně rozlehlém podzemí, rychlost výstavby a její kvalita, jsou pozoruhodné.

Historické dopravní tunely a používané technologie výstavby
Při tunelování byl používán téměř výhradně pilířový systém ražení s provizorní výztuží tvořenou výdřevou. Různé možnosti způsobu pobírání (uspořádání postupu ražby v příčném řezu tunelu) vedly postupně ke vzniku několika typů klasických tunelovacích soustav. Opominou-li se dílčí vývojové fáze v uspořádání výdřevy v jednotlivých soustavách, lze rozlišit pět základních typů klasických tunelovacích metod – soustavu rakouskou, belgickou (podchycovací), německou (jádrovou), anglickou a italskou, z nichž první doznala největšího rozšíření.

Rakouská metoda v krokvovém uspořádání výdřevy byla použita poprvé v roce 1839 na prvním železničním tunelu v Rakousku - Uhersku na Jižní dráze u Gumpoldskirchen. Systém výdřevy se postupně zdokonaloval a tzv. rakouská metoda modifikovaná v podélnicovém uspořádání výdřevy se stala na více než 100 let nejuniverzálnější klasickou tunelovací metodou (obr. 5).

Klasické tunelovací metody byly bez podstatných změn používány v podzemním stavitelství více než 100 let. Až přibližně 50. léta 20. století znamenala faktické ukončení éry pilířového systému ražení a klasických tunelovacích metod, používajících výdřevu jako provizorní zajištění výrubu. Replika výdřevy plného výlomu Modifikované rakouské soustavy v měřítku 1 : 1 (obr. 6) byla jako exponát v roce 2008 postavena ve výukové štole Stavební fakulty ČVUT (někdejší průzkumná štola na zlato u Mokrska ve Středním Povltaví).

Historické železniční tunely
Pro železnici v Českých zemích, která má více než 160 let starou historii, je významným dnem 7. červenec 1839, kdy byl zahájen „první parostrojní provoz“ mezi Vídní a Brnem.

V průběhu 19. století a 20. století bylo postaveno na tratích Českých drah 149 železničních tunelů s délkou cca 36,5 km. K roku 2000 bylo celkem 103 tunelů starších než 100 let a 16 tunelů starších než 150 let.

Vzhledem k velkému množství starých železničních tunelů se lze zmínit pouze o některých pozoruhodnějších. Nejstarším dílem, s velmi pohnutou historií, byla stavba dvoukolejného Třebovického tunelu (1842 až 1845) na trati Česká Třebová – Olomouc, raženého jádrovou metodou v délce 508 m s velkými problémy v prostředí bobtnavých a silně tlačivých miocénních jílů. V roce 2005 byl v rámci modernizace železničních koridorů starý Třebovický tunel definitivně opuštěn a nahrazen zářezem s krátkým hloubeným tunelem.

Pozoruhodným dílem byl Slavíč, první hloubený tunel v Českých zemích, realizovaný v letech 1845 až 1847 na trati Přerov – Hranice na Moravě. Tunel délky 259 m byl také realizován jádrovou metodou, ale její „otevřenou“ variantou – opěry tunelu se provedly v rýhách, klenba byla vyzděna na skružích opřených o horninové jádro. V roce 1873 byla železniční trať přeložena o 100 m směrem jižním. Tunelový objekt ztratil svůj význam a byl opuštěn (obr. 7).

V současnosti nejstarším provozovaným je tunel Nelahozeveský I z roku 1848 na I. resp. IV. tranzitním železničním koridoru (obr. 8). Nejdelším železničním tunelem v ČR byl do roku 2007 tunel Špičácký na trati do Železné Rudy, jehož délka je 1 747 m. Byl ražen v letech 1874 až 1877 v masivu pevných svorových rul současně z šesti čeleb (dvě vnější, čtyři vnitřní). V době plného rozfárání se na stavbě účastnilo celkem 1 300 pracovníků, včetně techniků a inženýrů. V současné době je tunel provozován jako jednokolejný.

Historické silniční tunely
V první polovině 20. století k železničním tunelům přibyly v mnohem menší, téměř zanedbatelné míře tunely silniční, neboť nebyly, vzhledem k morfologii našeho území, na silničních tazích staršího typu nutné.

Téměř jako kuriozity lze uvést tři tunely, jejichž délky se pohybují v prvních desítkách metrů – Vyšehradský tunel v Praze (délka cca 30 m), Kokořínský tunel u Mělníka (dl. 23,7 m) a Sečský tunel (dl. 36,5 m – obr. 9) u hráze stejnojmenné přehrady v Železných horách. Všechny tři tunely plní stejné poslání – zajistily výrazné zkrácení velmi potřebného komunikačního spojení a současně ochránily cenné přírodní lokality a historické památky před ohrožením případnými povrchovými zářezy. Velkou raritou je tunel u obce Lažany v Českém Ráji, známý pod jménem Pekařova brána, který je dlouhý pouhé 4 m (obr. 10).

Typickým městským automobilovým tunelem je pražský Letenský tunel se světlou šířkou 10,3 m, světlou výškou 6,5 m a délkou 426 m (jeho výdřeva je na obr. 5), který byl v letech 1949 až 1953 postaven klasickým pilířovým systémem pomocí modifikované rakouské soustavy.

Obdobným automobilovým tunelem na protilehlé straně vltavského údolí měl být tunel Žižkov – Karlín, který byl vyprojektován ve stejné době prakticky ve stejných parametrech jako tunel Letenský. K realizaci automobilového tunelu však nedošlo a tak v současnosti existuje pouze stejnojmenný fragment původního záměru, kterým je tunel pro pěší délky 469 m. Byl postaven v letech 1949 až 1953 a je trvale využíván (obr. 11).

ROZVOJ MODERNÍCH TECHNOLOGIÍ V PODZEMNÍM STAVITELSTVÍ
Výsledky výzkumů v mechanice hornin, zejména v oblasti pevnostních a deformačních vlastností horninových masivů a jejich stabilitních projevů v čase, umožnily zavést do cyklických (konvenčních) postupů výstavby ražených tunelů progresivní prstencové systémy – nejprve v 60. univerzální prstencovou metodu s kruhovým tubinkovým ostěním, ukládaným erektorem a později v 90. letech Novou rakouskou tunelovací metodu, která se stala téměř naprosto převládající technologií výstavby tunelů v ČR po roce 2000 až do současnosti.

Výzkum v oblasti technologií rozpojování hornin vedl v průběhu 60. a 70. let k nasazení výkonných vrtacích zařízení a k řadě významných poznatků v trhací technice, umožňujících do konvenčního tunelování zavedení milisekundových odstřelů, bezzálomového způsobu ražby a řízených výlomů (hladký výlom, presplitting). To umožnilo zkvalitnění a zvýšení přesnosti trhacích prací, a to za současného snížení seismických účinků na povrchovou zástavbu. Beztrhavinové rozpojování méně pevných hornin umožnilo zavedení výkonných tunelových fréz, tunelbagrů a pneumatických impaktorů.

V poloskalních horninách a v zeminách doznalo na začátku 70. let značného rozšíření použití nemechanizovaného štítování, a to jak u menších profilů (kanalizační stoky a jiné komunální štoly), tak zejména u traťových tunelů metra. Rychlý rozvoj strojírenských technologií umožnil prakticky ve stejném čase zavést a v průběhu dalších 30 let velmi zdokonalit plynulou ražbu plnoprofilovými tunelovacími stroji. Tyto stroje „vyvrtávají“ celý profil tunelu najednou – pomocí soustavy speciálních rozpojovacích nástrojů, umístěných na otáčivé řezné hlavě s axiálním přítlakem.

Z ostatních tunelovacích metod, použitých u nás v období po roce 2000, je nutno zmínit jednu, která byla nasazena pouze jednorázově a ne zcela úspěšně, ale rozhodně znamenala obohacení našeho podzemního stavitelství: Jedná se o použití technologie obvodového vrubu s předklenbou. Tento postup, známý též pod názvem „metoda Perforex“ byla použit při výstavbě části železničního tunelu Březno u Chomutova.

Prstencová metoda a nemechanizované štítování
Obě tyto metody jsou těsně spjaty s výstavbou pražského metra v letech 1966 až 1990, která byla realizována v souladu s dohodou mezi vládami ČSSR a SSSR o spolupráci a technické pomoci při výstavbě podzemních tras MHD v Praze. Politické změny v „porevolučních“ 90. letech vyvolaly i změny v technické sféře a obě technologie v dalších letech při výstavbě metra, ani u jiných tunelů větších průměrů, již nenalezly uplatnění.

Objektivně je však nutno konstatovat, že v 70. a 80. letech používané technologie ražby – nemechanizované štítování a prstencová (erektorová) metoda – které nahradily klasické pilířové systémy s výdřevou, byly v našich podmínkách velmi výkonné a vesměs úspěšně aplikované. Zejména prstencová metoda, pro svá mnohá zdokonalení (např. použití „pilot-štoly“ různého umístění i tvaru (obr. 12), využití „metroplechů“ a Bernold-plechů, stříkaného betonu, dlouhých čelbových kotev, řízeného výlomu apod.), si vysloužila přídomek „pražská“ prstencová metoda. Poslední významnou stavbou, kde byly obě tyto technologie nasazeny, nebyla kupodivu žádná z částí pražského metra, ale Strahovský tunel, který byl dokončen ve dvou troubách po dlouhých 10 letech výstavby až v prosinci roku 1997 (obr. 13).

Nová rakouská tunelovací metoda
Pro české podzemní stavitelství se stala symbolem „porevolučních“ změn Nová rakouská tunelovací metoda (dále jen NRTM). Od 90. let minulého století až do současnosti nastalo velké a takřka výhradní zaujetí Novou rakouskou tunelovací metodou. Podstatný atribut této metody – observace chování a upravování původního návrhu konstrukce na základě analýzy vybraných monitorovaných veličin – je plně v souladu s ustanoveními nových evropských technických norem. Norma ČSN EN 1997-1:2004 s názvem „EUROKÓD 7: Navrhování geotechnických konstrukcí – část 1: Obecná pravidla“ totiž legalizuje jako jeden z možných přístupů navrhování geotechnických konstrukcí observační metodu. Tento postup, v ČR v 90. letech zdánlivě nový a progresivní, byl v podzemním stavitelství aplikován již od zveřejnění zásad NRTM v 50. a 60. letech 20. století. Princip NRTM přímo vyžaduje, aby se v průběhu ražeb prováděly korekce původního návrhu vystrojení tunelu na základě prováděných deformačních měření, tzv. konvergencí primárního ostění. Obrovské množství úspěšných aplikací v cizině, a po roce 1990 i u nás, potvrzuje správnost geomechanického pojetí této adaptabilní tunelovací metody. Není bez zajímavosti připomenout, že poprvé ve světě byla NRTM aplikována při výstavbě silničního tunelu Massenberg v rakouském Štýrsku, který byl dokončen v roce 1963.

Za první plnohodnotné aplikaci NRTM v České republice u velkých dopravních tunelů lze pokládat silniční tunely Hřebeč (Metrostav a. s.) – obr. 14 a Pisárecký (Subterra a. s.), které byly uvedeny do provozu na konci r. 1997 a nejdelší mezistaniční úsek na trase IV.B pražského metra Hloubětín – Rajská zahrada, uvedený do provozu v r. 1998 (Metrostav a. s.). Prvním železničním tunelem vybudovaným v ČR pomocí NRTM byl v r. 2002 tunel Vepřek (Metrostav a. s.) na I. tranzitním železničním koridoru (TŽK) u Kralup nad Vltavou.

Pomocí NRTM byla do současné doby v ČR úspěšně dokončena celá řada významných staveb – osm železničních tunelů (tab. I) v celkové délce 5 894 m (včetně 613 m dlouhé části jinak nejdelšího železničního tunelu Březno – 1 657 m) a sedm silničních tunelů (tab. II) v celkové délce 6 334 m (včetně nejdelšího silničního tunelu v ČR Panenská – 2 168 m).

Ve stadiu realizace pomocí NRTM je v současnosti přestavba železničního tunelu Jablunkovského na III. TŽK a pět železničních tunelů v úseku Benešov – Votice na IV. TŽK. Ve výstavbě jsou také čtyři tunely silniční či dálniční – tunel Prackovice (dl. 270 m) a tunel Radejčín (dl. 620 m) na dálnici D8 v Českém Středohoří (obr. 15), Královopolský tunel (dl. 1 240/1 260 m) na Velkém městském okruhu v Brně a rozsáhlý tunelový komplex Blanka (dl. 5 502/5 489 m) na Městském okruhu v Praze.

Díky rozšíření NRTM došlo u nás k rozvoji řady postupů a technologií, souvisejících především s vyztužováním výrubu a stabilizací nadloží. Vysoké úrovně bylo dosaženo v provádění a organizaci geotechnického monitoringu. V současnosti je u velkých staveb již pravidlem dostupnost údajů pro vybrané účastníky výstavby v on-line režimu, což umožňuje pro zainteresované osoby a orgány nejoperativnější využití monitorovaných veličin pro vyhodnocení a eventuelní úpravy postupu tunelování.

Přes nesporné úspěchy při mnohočetném nasazení NRTM se ve velmi těžkých geologických podmínkách a nízkém nadloží ukázaly i jisté limity její použitelnosti. Vedle použití mimořádných a technicky náročných doplňujících opatření při ražbě v uvedených podmínkách je nezbytné brát do úvah i nutnost současného zachování přiměřené hospodárnosti.

Dokladem tohoto tvrzení je dvojnásobný propad nízkého a zvodnělého nadloží silně tektonicky porušených ordovických břidlic v pražské Stromovce při ražbě tunelu Blanka na Městském okruhu (obr. 16). Bezpečné dokončení prací v podzemí si vyžádalo u obou tunelových trub rozsáhlé sanace nadloží mikropilotami a několika typy injektáže (trysková, tlaková cementová, tlaková chemická), včetně průkazného ověření jejich kvality.

Dvojnásobný propad nadloží, který vzniknul při přestavbě tunelu Jablunkov (obr. 17), je také charakteristický velmi nekvalitním horninovým masivem, tvořeným silně tektonicky porušenými až prohnětenými jílovci s velmi nízkou pevností, který neočekávaně mění svoje vlastnosti v důsledku nárůstu pórových tlaků.

Konvenční tunelování pod zástavbou s nízkým a málo kvalitním horninovým nadložím je z hlediska deformačního ovlivnění objektů těžko zvládnutelné. Dochází často k poruchám na objektech a v současné době je stále obtížnější pro investory vyjednat s majiteli dotčených nemovitostí vedení podzemní trasy pod jejich pozemky.

V odůvodněných případech je možno vliv konvenčního tunelování na povrchovou zástavbu účinně redukovat pomocí technicky náročné a nákladné kompenzační injektáže. Kompenzační injektáž spočívá v řízené redukci, resp. eliminaci, deformací nadloží nad raženým tunelem. Předem připravená struktura nadloží (vytvoření zpevněné zóny v masivu nad horní klenbou ostění a pod základovou spárou povrchové zástavby) a předem vybudovaný systém šachet s vějíři horizontálních vrtů pro tlakovou injektáž umožňují průběžně vyrovnávat deformace nadloží v podélné i příčné.

Použití kompenzační injektáže je pro svou náročnost i ve světě málo četné, a je proto velmi dobrou vizitkou našeho tunelářství, že byla již dvakrát úspěšně použita. V menším rozsahu při podchodu zástavby v ulici Ostrovského při ražbě tunelu Mrázovka v Praze, v podstatně větším rozsahu a úspěšně bylo sedání zástavby kompenzováno při právě probíhající výstavbě Královopolského tunelu v Brně (obr. 18).

Tabulka 1 – Železniční tunely postavené v ČR pomocí NRTM

Název tunelu Rok uvedení do provozu Počet kolejí Koridor Délka tunelu [m] Pořadí realizace
Vepřek 2002 2 I, IV 390  1 (148) 
Tatenice 2004 2 II, III 143 2 (149)

Krasíkovský

2004 2 II, III 1 101 3 (150)
Malá Huba 2005 2 II, III  324 4 (152)
Hněvkov I 2006 2 II, III  180 5 (153)
Hněvkov II 2006 2 II, III  462 6 (154)
Březno 2007 1 1 758 7 (155)
Vítkovské tunely 2008 2 x 2 I, III, IV 1 365/1 316 8 (156)

Tabulka 2 – Silniční tunely postavené v ČR pomocí NRTM

Název tunelu Kraj Rok uvedení do provozu Počet tubusů Počet pruhů v tubusu Délka tunelu [m] Pořadí realizace
Hřebeč Pardubický 1997 1 3 355 1 (9)
Pisárecký Jihomoravský 1997 2 2 513/500 2 (10)
Mrázovka Hl. m. Praha 2004 2 2-3 1 300 3 (15)
Valík Plzeňský 2006 2 2 390/380 4 (16)
Panenská Ústecký 2006 2 2 2 168/2 116 5 (17)
Libouchec Ústecký 2006 2 2 520/504 6 (18)
Klimkovice Moravskoslezský 2008 2 2 1 088/1 077 7 (20)

Plnoprofilové tunelovací stroje
Plnoprofilových tunelovacích strojů (TM – Tunnelling Machines) je celá řada typů. Nejzákladnější rozdělení rozlišuje razicí stroje (TBM – Tunnel Boring Machines) a štíty (SM – Shielded Machines).

Mechanizované štíty byly technicky upraveny pro tunelování v nejrůznějších podmínkách, z nichž nejobtížnější jsou silně tlačivé a zvodnělé zeminy. V těchto prostředích se používají typy štítů, které účinně zprostředkujícím mediem stabilizují čelo výrubu a zabraňují vnikání vody do prostoru štítu. Jedná se o pneumatický štít (APB – Air Pressure Ballance), bentonitový štít (SPB – Slurry Pressure Ballance) a zeminový štít (EPB – Earth Pressure Ballance). Jejich zásadním společným znakem je oddělení prostoru čelby, kde dochází k rozpojování horniny razicí hlavou, přepážkou dokonale těsnící proti úniku vzduchu, bentonitové suspenze či lubrikované zeminy (obr. 19). Toto uspořádání umožňuje ražbu v tlakově kontrolovaném prostředí, což má velmi pozitivní vliv na stabilitní i deformační chování čelby i celého ražbou ovlivněného horninového masivu.

Zeminové štíty patří k nejfrekventovanějším plnoprofilovým štítům, neboť tvoří 80 až 90 % všech v současnosti nasazených strojů s tlakovou kontrolou na čelbě a dosahují vynikajících výsledků v eliminaci deformací při tunelování pod nízkým nadložím se zástavbou. Používají se v tlačivých nestabilních horninách, bez masivní přítomnosti vody. Jejich princip tkví v tom, že přepážkou oddělená komora na čele štítu s razicí hlavou je trvale vyplněna rozpojenou zeminou, která svým tlakem vytváří reakci proti tlaku horninového masivu před čelbou. Z tlakové komory se zemina průběžně, ale v přesně řízeném množství odpovídajícím potřebnému tlaku na čelbu, odebírá šnekovým dopravníkem. Na průřezu zeminovým štítem (obr. 20) jsou velmi dobře patrné všechny podstatné části štítu, zejména šnekový dopravník, tlaková komora umožňující přístup na čelbu a moderní kruhový erektor pro výstavbu ostění.

Nasazení plnoprofilových tunelovacích strojů v minulosti
Ve světě nejrozšířenější metoda výstavby tunelů pomocí plnoprofilových tunelovacích strojů v pevných skalních horninách ani v tlačivých, případně zvodněných zeminách, nenašla zatím v současnosti v České republice uplatnění. Při tom se i u nás v 60. až 90. letech minulého století tato moderní technologie slibně rozvíjela. Připomeňme sled událostí v této oblasti plnoprofilového tunelování v letech 1970 až 1993:
✗ Razicí stroje – Výstavba dolů uranového průmyslu (v současnosti Subterra a. s.)

  • DEMAG ø 2,67 m – výstavba dolu (VD) Přísečnice (1974 – 1. nasazení tunelovacího stroje v ČR), VD Dřínov, VD Josefův důl, VD Slezská harta, kabelové tunely Praha – celkem 23 041 m
  • RS ø 2,6 až 3,8 m (obr. 21) – kabelové tunely a stoky v Praze, VD Josefův důl, VD Slezská harta, Brněnský oblastní vodovod (úseky Běleč I a II, Svařec, Bystrc Bosonohy), důlní otvírka Figaredo (Španělsko) – celkem 43 644 m

✗ Štíty plnoprofilové – Inženýrské a průmyslové stavby (v současnosti Skanska a. s.)

  • PRISTLEY ø 2,4 a 3,6 m: Kabelový tunel Žižkov, kolektor Žižkov, tepelný napáječ Malešice
  • Westfalia Lünen ø 1,6 m: Kanalizace Chodov, Kyje, Prosek

✗ Mechanizované štíty plnoprofilové (větší) – Metrostav (v současnosti Metrostav a. s.)

  • TŠčB-3 ø 5,8 m s ostěním z pressbetonu – trasa „A“ pražského metra – oba traťové tunely pod Vltavou Klárov – Staroměstská – (1973 – 1. nasazení plnoprofilového mechanizovaného štítu v ČR), pravý tunel trasy „A“ v úseku Staroměstská – Můstek, trasa „B“ – levý traťový tunel v úseku Můstek B – Florenc B, celkem cca 3 500 m

✗ Štít s výložníkovou frézou (obr. 22):

  • RŠF-1 – trasa „B“ – traťový tunel v úseku Florenc B – Invalidovna, celkem cca 2 000 m. (1986 – 1. nasazení v ČR).

Z uvedeného výčtu je patrné, že světový „mainstream“ plnoprofilového tunelování zdaleka nezůstal v „předrevoluční“ ČR bez povšimnutí a zdálo by se naprosto logické, že v nových podmínkách bude tento trend úspěšně pokračovat, opak však byl pravdou. I když možnost nasazení moderních tunelovacích strojů při výstavbě dlouhých tunelů velkých profilů byla i u nás zvažována, k žádné realizaci v posledních dvaceti letech nedošlo. Důvody jsou zřejmě z podstatné části ekonomické povahy – velká počáteční investice na pořízení tunelovacího stroje je možná poněkud demotivující, takže NRTM byla v našich poměrech, charakterizovaných relativně krátkými tunely, zřejmě oprávněně preferována. Jistou roli může hrát i dlouhodobá ztráta kontaktu s touto technologií; zkušenosti se ztratily s odchodem jejich nositelů z oboru.

Výhledy v nasazení plnoprofilových tunelovacích strojů
Poněkud asymetrický stav v našem podzemním stavitelství, spočívající ve zcela výhradním zaujetí Novou rakouskou tunelovací metodou, se v nejbližších letech nepochybně změní a k nasazení plnoprofilových tunelovacích strojů dojde. Vážnými adepty na jejich první nasazení jsou díky svým délkám železniční Ejpovický tunel, železniční tunel mezi Prahou a Berounem především traťové tunely na prodloužení linky „A“ pražského metra, kde již byly zahájeny práce předcházející nasazení vlastních tunelovacích strojů.

✗ Prodloužení linky „A pražského metra v úseku Dejvice – Motol
Z celého 12,7 km dlouhého prodloužení Dejvice – letiště Ruzyně se jedná o úsek V. A1 Dejvice – Petřiny, tvořený dvěma jednokolejnými tunely délky 4,54 km (obr. 23). Odtěžování rubaniny i doprava železobetonových tubingů do podzemí se předpokládá ze stavebního dvora na Petřinách.

✗ Železniční Ejpovický tunel na III. tranzitním železničním koridoru
Z celkové délky ejpovického tunelu 4 170 m se předpokládá nasazení tunelovacího stroje na úsek pod kopcem Homolka, tvořený dvěma jednokolejnými tunely délky 2800 m. Navazujícími úseky jsou hloubená jáma (dl. 150 m) a klasicky ražený tunel pod kopcem Chlum délky 1 220 m.

✗ Železniční tunel Praha – Beroun na III. tranzitním železničním koridoru
Tunel délky 24,7 km bude v celé délce realizován pomocí plnoprofilových tunelovacích strojů, pouze rozpletové úseky na pražské straně budou raženy pomocí NRTM. Vybraná severní trasa tunelu (obr. 24) se v maximální možné míře vyhýbá pro tunelování nevhodné oblasti Barrandienu, v níž je velmi pravděpodobný výskyt nebezpečných krasových jevů (závrty, kaverny).

Uvedené stavby, z nich první již začala, představují velkou výzvu pro naše renomované tunelářské firmy. Vytváření pracovních týmů, které se věnují přípravě nasazení plnoprofilových tunelovacích strojů v rámci zmíněných i dalších zakázek, je důležitým krokem v zajištění naší schopnosti i v této oblasti konkurovat zkušeným zahraničním firmám.

Technologie výstavby tunelů prováděných z povrchu
Kromě tunelů realizovaných výše popsanými metodami jsou na území České republiky samozřejmě využívány i tunely prováděné z povrchu, a to v obou základních modifikacích:

  • podzemní stavby hloubené, u nichž dochází k odstranění nadloží a vyhloubení prostoru pro podzemní stavbu buď v otevřené jámě svahované nebo pažené,
  • přesypávané tenkostěnné tunelové konstrukce, u nichž k odstranění nadloží a hloubení prostoru pro vlastní konstrukci tunelu nedochází. Po provedení konstrukce na stabilizovaném podloží jsou přesypány zeminou.

Přesypávané tenkostěnné konstrukce jsou prováděny současně s výstavbou zemních těles, zejména silničních a dálničních násypů. Dostatečná únosnost velmi subtilní tunelové konstrukce je získána jejím spolupůsobením s okolním zemním prostředím. Požadavky na materiál obsypu, způsob sypání, hutnění a monitoring jsou vázány přesnými pravidly technologického postupu.

Přesypávané konstrukce jsou známy ve třech systémech. Nejstarším a velmi frekventovaným typem jsou ocelové konstrukce z vlnitého plechu (TUBOSIDER, THYSSEN ARMCO). Dalším je systém BEBO z obdélníkových železobetonových prefabrikátů zmonolitňovaných na dvojici ocelových skruží. Největším u nás provedeným objektem tohoto typu je dvoukolejný železniční tunel na někdejší přeložce trati Sokolov – Chodov (obr. 25).

V posledních desetiletích nejfrekventovanějším typem těchto tunelů je typ Matiére, u nás známý pod zkratkou TOM 2, používající pro konstrukci ostění velkoplošné železobetonové prefabrikáty. V tomto systému lze bez problémů realizovat dvou- i vícelodní typy tunelových ostění. Příkladem může být jeden z posledních tohoto typu, které byly uvedeny do provozu – tunel Nová Hospoda na silnici I/20 u Písku (obr. 26).

Hloubené tunely se realizují klasickým postupem, spočívajícím ve vybudování rámové konstrukce v otevřené stavební jámě, která může být svahovaná, častěji pažená, kotvená nebo rozepřená. Příkladů těchto konstrukcí existuje velké množství, pro ilustraci uveďme stavební jámu s rozepřeným pažením na Královopolském tunelu v Brně (obr. 27).

V městských aglomeracích je, z důvodu minimalizace prostorových nároků a naléhavé potřeby rychlého zrušení povrchových záborů a obnovení provozu, výhodné nahradit dlouhodobě otevřenou jámu modifikacemi postupu zvaného „milánská“ metoda. Na konstrukčních podzemních stěnách, tvořících definitivní opěrové části ostění tunelu, se realizuje z povrchu (případně z nižší odtěžené úrovně) stropní konstrukce tunelu, která se následně zasype (obr. 28). Tato metoda v sobě  zahrnuje postupy typické jak pro ražené, tak i hloubené tunely. V současnosti se tento postup realizuje na úseku Špejchar – Prašný most tunelu Blanka (obr. 29).

Možnou variantou tohoto klasického postupu je vytvoření klenbové betonové konstrukce přímo na vytvarovaný terén, který vytvoří přímý podklad pro betonáž klenby – tzv. metoda „želva“. Definitivní klenba se následně po betonáži zasype. Příkladem budiž Jihlavský tunel na obchvatu města silnicí I/38 (obr. 30).

Ve stavebních jamách umožňuje tento postup termínově výhodnou současnou výstavbu podpovrchové i povrchové části objektu (metoda „top and down“).

ZÁVĚR
Podzemní stavitelství v České republice má vynikající tradici a velmi dobré perspektivy. Stalo se prospěšnou a potřebnou součástí celé řady dalších stavebně-inženýrských odvětví. Nejvýznamnější zastoupení má nepochybně v dopravě, kde se důstojně přiřazuje k uznávaně dominantnímu stavitelství mostnímu. Vzhledem k možnému rozsahu článku byla také jeho pozornost věnována především dopravním tunelům.

Pro pokračování velmi dobré úrovně našeho podzemního stavitelství je bezpodmínečně nutno doplnit cyklickou ražbu Novou rakouskou tunelovací metodu moderní technologií kontinuální ražby pomocí plnoprofilových tunelovacích strojů, které se mohou uplatnit především v mnohostranně obtížných podmínkách, jaké představují mělké tunely, tlačivé zeminy, podzemní voda a povrchová zástavba. V nich použití NRTM představuje často velmi obtížný „souboj s přírodou“. Použití určitého typu plnoprofilových strojů je možné i v pevných skalních horninách, včetně skalních hornin s poruchovými pásmy.

LITERATURA:
• Kolektiv autorů (incl. Barták, J.): Podzemní stavitelství v České republice, Praha: SATRA, 2007, 318 s.

Development of structural engineering in the Czech Republic
Undoubtedly, the period of the most significant tunnel engineering in the Czech Republic was recorded in the 2nd half of the 19th century and the beginning of the 20th century – the period of constructing the essential railway network. At that time, the basic classical tunnelling methods of pile type with timbering were created and made for constructing the still admired and utilized high-elevation tunnels. The text further points out to the modern tunnelling methods of the 20th and 21st centuries – such as the universal ring method with circular tube lining, storing erector and the method of non-mechanized shield-tunnelling (utilised in the 1960s through 1990s especially for the construction of Prague subway) and still used in the Czech Republic – New Austrian tunnelling method. It also mentions the one-off and not absolutely successful application of the technology of circuit indent with pre-vault (the Perforex method). The procedure was used for constructing a part of the railway tunnel by Březno u Chomutova.

Bookmark
Ohodnoďte článek:

Fotogalerie
Obr. 1 – Pohled na chodby městského podzemí ve ZnojměObr. 2 – Vstup do Rudolfovy štoly v pražské StromovceObr. 3 – Původní kanalizační čistírna od W. H. Lindleye ze začátku 20. stoletíObr. 4 – Jeden z dělostřeleckých srubů pevnosti Hanička v Orlických horáchObr. 5 – Modifikovaná rakouská soustava: a) výdřeva plného výlomu; b) zednická výdřevaObr. 6 – Replika plného výlomu výdřevy Modifikované rakouské soustavy (výuková štola Josef Stavební fakulty ČVUT)Obr. 7 – Opuštěný železniční tunel Slavíč – technická památkaObr. 8 – Tři Nelahozeveské tunely u Kralup n. VltavouObr. 9 – Sečský tunel u stejnojmenné přehrady ve východních ČecháchObr. 10 – Nejkratší tunel – Pekařova brána v Českém RájiObr. 11 – Karlínský portál tunelu pro pěší Žižkov - KarlínObr. 12 – Schéma „pražské“ prstencové metodyObr. 13 – Schéma výstavby Strahovského tuneluObr. 14 – Tunel Hřebeč v době výstavby (1994 až 1997)Obr. 15 – Severní portálová jáma tunelu Radejčín (10/2009)Obr. 16 – Druhý propad nadloží tunelu Blanka v pražské Stromovce (11/2008)Obr. 17 – Druhý propad nadloží tunelu Jablunkov (11/2009)Obr. 18 – Schéma kompenzační injektáže u Královopolského tunelu v BrněObr. 19 – Základní typy štítů s plnoprofilovým pobíráním: 1 – zemní tlak; 2 – mechanický přítlak štítu; 3 – hydrostatický tlak; 4 – tlak na čelbu pažícím mediemObr. 20 – Schematický řez zeminovým štítemObr. 21 – Razicí stroj RS 37 – 40Obr. 22 – Štít s tunelovou frézou RŠF-1Obr. 23 – Prodloužení trasy A pražského metra z Dejvic do MotolaObr. 24 – Schematický geologický podélný řez tunelem Praha – Beroun na III. TŽKObr. 25 – Výstavba přesypávaného tunelu Sokolov – ChodovObr. 26 – Přesypávaný tunel Nová Hospoda na silnici I/20 u PískuObr. 27 – Rozepřená pažená jáma na styku hloubeného a raženého Královopolského tuneluObr. 28 – Schema „milánské“ metody: 1 – vodicí zídky; 2 – podzemní stěny; 3 – hloubení a vybetonování stropu konstrukce; 4 – zpětný zásyp; 5 – odtěžování pod stropem tuneluObr. 29 – Odtěžování pod stropem u tunelu BlankaObr. 30 – Jihlavský tunel v průběhu čelního odtěžování

NEJčtenější souvisejicí články (v posledních 30-ti dnech)

Třetí madridský železniční tunel Atocha – ChamartínTřetí madridský železniční tunel Atocha – Chamartín (938x)
V roce 2017 se v Madridu chystá otevření stavby, která bude mít značný význam pro provoz španělských vysokorychlostních ...
Viktorie pokořila metu 1000 metrů (908x)
Již 1008 metrů severní tunelové trouby železničního tunelu Ejpovice vyrazili k dnešnímu dni raziči akciové společnosti M...
Prorážka prvního Ejpovického tunelu na trati Rokycany – PlzeňProrážka prvního Ejpovického tunelu na trati Rokycany – Plzeň (897x)
Myšlenka modernizace trati Rokycany – Plzeň se zrodila po přelomu tisíciletí; reálně se projektová příprava nastartovala...

NEJlépe hodnocené související články

„Příprava trasy „D“ pražského metra mohla být mnohem dále,“„Příprava trasy „D“ pražského metra mohla být mnohem dále,“ (5 b.)
říká v rozhovoru pro Silnice železnice David Krása, generální ředitel projektové společnosti Metroprojekt. „Déčko“ se mě...
„Některé části nadloží na tunelech v Ejpovicích nechápali ani geologové,“„Některé části nadloží na tunelech v Ejpovicích nechápali ani geologové,“ (5 b.)
říká v rozhovoru pro Silnice železnice Ing. Tomáš Kohout z divize 5 Metrostavu, ředitel jedné z nejnáročnějších infrastr...
Stuttgart 21 – tunel Bad CannstattStuttgart 21 – tunel Bad Cannstatt (5 b.)
Hlavní město Bádenska – Württemberska Stuttgart leží na jihozápadě Německa na řece Neckar, která je přítokem Rýna. Ve mě...

NEJdiskutovanější související články

Votický železniční tunel – technické řešení a zkušenosti z výstavbyVotický železniční tunel – technické řešení a zkušenosti z výstavby (6x)
Hloubený dvoukolejný tunel Votický má v rámci České republiky hned několik prvenství. S délkou 590 m je nejdelším hloube...
Ejpovické tunely: historie projektové přípravy a současnost výstavbyEjpovické tunely: historie projektové přípravy a současnost výstavby (1x)
V současnosti probíhá realizace nejdelšího železničního tunelu v ČR, z katastru obce Kyšice mezi Ejpovicemi do Plzně. Pr...
Realizace tunelů 4. koridoru Votice – BenešovRealizace tunelů 4. koridoru Votice – Benešov (1x)
Příspěvek popisuje realizaci staveb dvoukolejných tunelů – Tomického I. a II., Olbramovického, Votického a Zahradn...