TUNNELS TUNELY
CONCRETE STRUCTURES ON BLANKA COMPLEX OF TUNNELS BETONOVÉ KONSTRUKCE NA TUNELOVÉM KOMPLEXU BLANKA
31
Pavel ŠOUREK
Vladimír PETRŽÍLKA
Jan L. VÍTEK
SATRA,spol.s r.o.
SATRA,spol.s r.o.
Metrostav a.s.
[email protected]
[email protected]
[email protected]
Fig. 1 Scheme of the Blanka project alignment Obr. 1 Schéma trasy projektu Blanka
BASIC PROJECT DATA TYPE OF STRUCTURE TOTAL TUNNEL LENGTH
CLIENT CIVIL DESIGNER PROJECT COORDINATOR TUNNEL CONTRACTOR CONSTRUCTION TIME
Urban road tunnel 5,483 m (northern tunnel tube) 5,471 m (southern tunnel tube) City of Prague, Prague City Investor Department SATRA,spol.s r.o., METROPROJEKT Praha a.s., PUDIS a.s. SATRA,spol.s r.o. Metrostav a.s. and EUROVIA CS, a.s. 2005–2012
INTRODUCTION Fig. 2 Crossing at the portal of the Strahov tunnel Obr. 2 Křižovatka u portálu Strahovského tunelu Fig. 3 Crossing “U Vorlíků“ Obr. 3 Křižovatka „U Vorlíků“
152
I
153
The largest underground construction project which is currently being implemented in the Czech Republic is the Blanka complex of road tunnels in Prague. This extensive project is being implemented within the framework of the development of the north-western part of the City Circle Road scheme (an inner circle), the length of which amounts to 6.382 km; the
length of tunnels on this section reaches 5.5 km. The Prague City Circle Road being built passes through a heavily urbanised environment in the central part of the city, running along the border of the historic core and also across the space of the protected natural monument of Královská Obora Park. With the aim of minimising the impact of traffic on the new route on the surroundings, the prevalent part of the new road was designed to run through tunnels. This is how the following three interconnected tunnel sections originated (Fig. 1): Brusnice tunnel section (1.4 km) begins at the northern portal of the Strahov tunnel (Fig. 2) and leads within the footprint of Patočkova Street, first in the form of cut-and-cover tunnels. Beyond the intersection with Myslbekova Street, the route enters a mined tunnel section, which ends before the Prašný Most intersection. Dejvice tunnel section (1 km) begins in the Prašný Most grade-separated intersection; the whole length of this section continues in the form of cut-and-cover tunnels, running within the footprint of Milady Horákové Street up to the location of the U Vorlíků grade-separated intersection (Fig. 3).
STRUCTURAL CONCRETE IN THE CZECH REPUBLIC 20062009
152
KONSTRUKČNÍ BETON V ČESKÉ REPUBLICE 20062009
153
Pavel KASAL
Jan KVAŠ
Metrostav a.s.
Metrostav a.s.
[email protected]
[email protected]
ZÁKLADNÍ DATA PROJEKTU TYP KONSTRUKCE CELKOVÁ DÉLKA TUNELŮ
INVESTOR PROJEKTANT STAVEBNÍ ČÁSTI KOORDINÁTOR STAVBY
Městský silniční tunel 5483 m (severní tunelová trouba) 5471 m (jižní tunelová trouba) Hlavní město Praha, Odbor městského investora SATRA,spol.s r.o., METROPROJEKT Praha a.s., PUDIS a.s. SATRA,spol.s r.o. Metrostav a.s. a EUROVIA CS, a.s. 2005 až 2012
Strahovského tunelu (Obr. 2) ve stopě ulice Patočkovy nejdříve hloubenými tunely. Za křižovatkou s ulicí Myslbekova vstupuje trasa do raženého úseku, který končí před křižovatkou Prašný most.
Fig. 4 Longitudinal section of tunnel section Královská obora Obr. 4 Podélný řez tunelového úseku Královská obora
Tunelový úsek Dejvice (1 km) začíná v mimoúrovňové křižovatce Prašný most a pokračuje v celé délce hloubenými tunely ve stopě třídy Milady Horákové až do místa budoucí mimoúrovňové křižovatky U Vorlíků (Obr. 3).
Tunelový úsek Královská obora (3.07 km) pokračuje od křižovatky U Vorlíků nejdříve krátkým hloubeným úsekem DOBA VÝSTAVBY na Letné, na který navazuje ražený úsek vedoucí směrem pod zástavbu, Stromovku (Královská obora), plavební kanál, ÚVOD Císařský ostrov, Vltavu a potom dalším hloubeným úsekem až Největší podzemní stavbou budovanou v současné době k trojskému portálu. v České republice je silniční tunelový komplex Blanka v Praze. Tak vznikne nejdelší tunel v České republice, který překoná Tato rozsáhlá stavba je realizována v rámci výstavby severozánejvětší délku ze všech stávajících více než dvakrát. Celý tunepadní části Městského okruhu, její celková délka činí 6,382 km, lový komplex je v současné době v pokročilé úrovni výstavby. délka samotné tunelové části dosahuje 5,5 km. Budovaný úsek V tomto článku budou zjednodušeně popsány pouze základní Městského okruhu hlavního města Prahy prochází silně urbanitypy použitých betonových konstrukcí tunelů. Podrobnější inzovaným prostředím střední části města na hranici historického formace lze získat z literatury [1, 2, 3, 4] jádra a rovněž prostorem chráněné přírodní památky Královská obora. Aby zásah provozu na nové trase minimálně ovlivnil okolí, byla navržena nová komunikace převážně v tunelech. Vznikly DISPOZIČNÍ ŘEŠENÍ A GEOLOGICKÉ POMĚRY tak 3 navazující tunelové úseky (Obr. 1). Trasa komunikace Městského okruhu je v celé délce vedena Tunelový úsek Brusnice (1,4 km) vede od severního portálu jako striktně směrově rozdělená se samostatným dvou až tří DODAVATEL STAVBY
Fig. 5 Cross section of cut-and-cover tunnels Obr. 5 Příčný řez hloubených tunelů
TUNNELS
CONCRETE STRUCTURES ON BLANKA COMPLEX OF TUNNELS
TUNELY
BETONOVÉ KONSTRUKCE NA TUNELOVÉM KOMPLEXU BLANKA 3.5 m wide throughout the section length; the clearance profile is 4.8 m high. The design speed is set at 70km/h. Geological conditions of the entire construction are relatively complex and quite variable. The tunnel route runs through the so-called Prague Basin, which is a sedimentation space of a vast Barrandian Synclinorium, where the bedrock consists of a faulted complex of aleuropelitic shales, greywacke, sandstone and quarzites of the Ordovician Age. Younger geological formations are represented by a Quaternary cover, with sandy loams with gravel prevailing, i.e. stones and boulders of various sizes and rubble. The thickness of the Quaternary sediments reaches up to 38 m, but usually does not exceed 15 m. Ground water mostly follows the bedrock surface, with the water table depth varying from 8 to 20 m under the ground surface. In the area of the passage under the Vltava River and adjacent river terraces, the cover layers are saturated with water at a depth depending on the level of the river. The maximum and minimum heights of the overburden above the tunnel crown are 44 m and 8 m, respectively. The shallowest overburden under the Vltava River bottom is a mere 14.5 m. TUNNEL LINING DESIGN ASSUMPTIONS In contrast to the final design, which had been carried out in compliance with requirements of Czech standards, the detailed design was developed following valid European directives. Another important assumption is the minimum design life of 100 years to be secured in an exposure class XA1 environment, and the fire resistance grade of REI 180. Requirements of the client and other subjects were contained in technical specifications.
Fig. 6 Typical shape of cut-and-cover tunnels Obr. 6 Typický tvar hloubených tunelů Fig. 7 Cut-and-cover tunnels in Letna area Obr. 7 Hloubené tunely na Letné
Královská Obora tunnel section (3.07 km) proceeds from the U Vorlíků intersection, first in the form of a short cut-and-cover tunnel in Letná, which is followed by a mined section heading under existing buildings, the Stromovka Park (Královská Obora), a shipping canal, Císařský Island, the Vltava River and then, through another cut-and-cover section, up to the Troja portal. The above-mentioned sections will give rise to the longest tunnel in the Czech Republic, which will more than twice surpass the length of all existing tunnels. The construction of the entire complex of tunnels is currently in a highly advanced stage. This paper will describe in a simplified way only basic types of concrete tunnel structures being used. More detailed information can be obtained from references [1, 2, 3, 4]. ROAD LAYOUT AND GEOLOGICAL CONDITIONS The City Circle Road route is throughout its length designed as a dual carriageway, with a separate, double to triple-lane tunnel tube for each direction. The tunnel alignment is designed in compliance with requirements of ČSN 73 7507/2006. The vertical alignment of the tunnels descends throughout the length from the Malovanka grade-separated intersection, down under the Vltava River. From this point it ascends up to the Troja portal (Fig. 4). The maximum longitudinal gradient value reaches 5 % or, on ramps, up to 8 %. The minimum longitudinal gradient is 0.3 %. The difference in altitudes of the alignment at the highest and lowest points of the tunnel is 113.5 m. The smallest radius of a horizontal curve on the main route is 330 m. Traffic lanes are
154
I
155
The lining internal forces and strain are calculated using finite element numerical models, taking into consideration all realistic loads and their combinations {dead weight, earth pressure, ground-water pressure, shrinkage and creep of the concrete lining, temperature effects (cooling/heating), loading induced by traffic above the roof deck: automobiles, trams, technological loads, etc. As far as the ground pressure is concerned, a unified loading coefficient of 1.35 was assumed for the ultimate limit state because of the fact that partial confidence coefficients could not be applied with respect to non-linear character of numerical calculations. In addition, a certain loading margin, which is equal to a 1 m-thick backfill layer, is further added to the assumptions to allow for the uncertainty of the actual use of the ground surface above the cut-and-cover tunnels. This measure will make it possible in the future to carry out minor terrain modifications above the tunnel, without a need for reinforcing the tunnel lining. Apart from the ultimate bearing capacity, the assessments also covered deformations of the tunnel lining structure, the stress and strain condition in the surrounding environment and, first of all, the widths of cracks in concrete. The maximum widths of cracks in the lining were set at 0.4 mm for structures exposed neither to the external environment nor the environment of the road in the tunnel. For other cases, the maximum crack width was set at 0.3 mm. The application of new Euro-standards resulted in a 5-10 % increase in the amount of reinforcement. TUNNEL DESIGN Tunnel design corresponds to the spatial and time-related conditions of the construction. With respect to a requirement that the entire design concept be unified, all of the tunnels are divided into the following three basic design types: cut-andcover tunnels, cover-and-cut (top-down) tunnels and mined tunnels.
STRUCTURAL CONCRETE IN THE CZECH REPUBLIC 20062009
154
KONSTRUKČNÍ BETON V ČESKÉ REPUBLICE 20062009
155 Fig. 8 Undeground parking and schem of tunnels in Letna area Obr. 8 Garážový objekt a schéma tunelů v oblasti Letné
pruhovým tubusem v každém směru. Dispoziční řešení profilu tunelu odpovídá požadavkům ČSN 73 7507/2006. Výškově trasa tunelů klesá v celé délce od křižovatky Malovanka až pod Vltavu odkud stoupá k trojskému portálu (Obr. 4). Maximální podélný sklon dosahuje 5 %, na rampě až 8 %. Minimální podélný sklon je 0,3 %. Rozdíl výšek nivelet mezi nejvyšším a nejnižším místem tunelu je 113,5 m. Nejmenší poloměr směrového oblouku hlavní trasy činí 330 m. Šířka jízdních pruhů v celém úseku je 3,5 m, výška průjezdného profilu 4,8 m. Návrhová rychlost je stanovena na 70 km/h. Geologické podmínky celé stavby jsou poměrně složité a dosti proměnlivé. Trasa tunelů leží v tzv. pražské pánvi, dílčím sedimentačním prostoru rozsáhlého barrandienského synklinoria, v němž je skalní podloží tvořeno zvrásněným komplexem aleuropelitických břidlic, drob, pískovců a křemenců ordovického stáří. Mladší geologické útvary jsou zastoupeny kvartérními pokryvy, z nichž převládá písčitá hlína se štěrkem, tj. kameny a valouny různé velikosti a stavební suť. Mocnost kvartérních sedimentů dosahuje až 38 m, zpravidla však do 15 m. Podzemní voda sleduje převážně povrch skalního podloží a její hladina se pohybuje v rozmezí 8 až 20 m pod terénem. V prostoru podchodu Vltavy a přilehlých říčních teras jsou vrstvy pokryvů nasyceny v závislosti na výšce hladiny v řece. Maximální nadloží ražených tunelů je 44 m, minimální 8 m. Nejmenší nadloží pode dnem Vltavy je jen 14,5 m.
mezní únosnosti rovněž deformace konstrukce ostění tunelu, deformace a napětí v okolním prostředí a především pak šířky trhlin v betonu. Maximální přípustné trhliny v ostění byly stanoveny na 0,4 mm u konstrukcí nevystavených vnějšímu prostředí ani prostředí komunikace v tunelu, jinak byla přípustná šířka trhlin stanovena na 0,3 mm. Vlivem uvažování nových euronorem došlo oproti předpokladům zadání k nárůstu cca 5 až 10 % výztuže v konstrukci. TECHNICKÉ ŘEŠENÍ Technické řešení odpovídá prostorovým a časovým podmínkám pro výstavbu. S ohledem na požadavek sjednocení celé koncepce návrhu jsou veškeré tunely zatříděny do tří základních typů technického řešení – a dvou systémů tunelů hloubených a jednoho systému tunelů ražených.
PŘEDPOKLADY NÁVRHU OSTĚNÍ TUNELŮ Oproti zadávací dokumentaci zpracované dle českých norem, bylo při tvorbě dokumentace realizační postupováno již podle platných evropských norem. Dalším důležitým předpokladem je uvažování životnosti díla minimálně 100 let v prostředí agresivity okolního prostředí třídy XA1 a požární odolnost REI 180. Požadavky investora a dalších subjektů byly dány technickými specifikacemi.
HLOUBENÉ TUNELY KLASICKÉ
Tyto tunely jsou navrženy vždy do otevřené stavební jámy zajištěné buď podzemními, záporovými, štětovými nebo mikropilotovými stěnami, případně svahováním nebo kotvenou skalní stěnou (Obr. 5 až 7). Tento typ konstrukcí je využíván převážně v místech se složitou prostorovou dispozicí (rozplety, technologická centra, podzemní garáže, viz Obr. 8) a v místech, kde je Vnitřní síly a deformace ostění se počítají pomocí numerických dostatek prostoru pro rozvinutí rozsáhlé stavební jámy. Ostění modelů metodou konečných prvků s uvažováním všech reál- včetně plášťové hydroizolace je navrženo jako uzavřené. ných zatížení a jejich kombinací (vlastní tíha, zatížení od zemníKonstrukční uspořádání v příčném řezu hloubenými tunely ho tlaku, hydrostatický tlak podzemní vody, smršťování a dotvapředstavuje typickou masivní rámovou konstrukci působící jarování betonu ostění, vliv teploty (ochlazení/oteplení), zatížení ko spojitý uzavřený rám o dvou až třech polích se společnou od dopravy nad stropem (automobily, tramvaje), technologická střední stěnou (stěnami). Nosnou konstrukci tunelu tvoří spodní zatížení, atd.). Pro zatížení od horninového tlaku byl pro mezzákladová deska (tloušťky převážně 750 mm) se stěnami a stroní stav únosnosti uvažován jednotný součinitel zatížení 1,35, pem. V trojském úseku je lokálně v místě s větší výškou zpětných neboť vzhledem k nelineárním numerickým výpočtům nelze zásypů u raženého portálu využito i hloubených tunelů s horní použít dílčí součinitele spolehlivosti. klenbou. Tloušťka stěn a klenby je 800 mm, tloušťka stropu je S ohledem na neurčitost skutečného využití povrchu terénu min. 1000 mm s náběhy ke stěnám. Konstrukce tunelu jsou nad hloubenými tunely je dále uvažována určitá rezerva za- monolitické železobetonové převážně z betonu třídy C30/37, tížení, která je předpokládána jako 1 m zemního zásypu. To základové části potom z betonu C25/30. Výztuž je vázaná z pruv budoucnu umožní případné menší úpravy terénu nad tune- tů, doplněná svařovanými sítěmi. V místech extrémních rozpětí lem bez potřeby zesilovat ostění tunelu. Posouzeny byly kromě stropu, až 26,2 m, resp. v místech s extrémní výškou zpětného
Fig. 9 Construction sequence of cover-and-cut tunnels Obr. 9 Postup výstavby tunelů s čelním odtěžováním
TUNNELS
CONCRETE STRUCTURES ON BLANKA COMPLEX OF TUNNELS
TUNELY
BETONOVÉ KONSTRUKCE NA TUNELOVÉM KOMPLEXU BLANKA walls and roof decks of these tunnels is finished. The excavation proceeds from an adjacent open construction trench used Cut-and-cover tunnels are designed to be built in open for traditional mined tunnel excavation, or via tunnel ramps construction trenches having their sides supported by (Figs.11) diaphragm walls, soldier pile and lagging walls, sheet pile walls or micropile walls, or having them sloped or anchored (in the In this system, the tunnels have a central wall common for the case of rock walls) (Figs. 5 through 7). This type of structure is southern and northern tunnel tubes throughout their length, used mainly in locations with a complex spatial configuration and the roof deck acts as a two to three-span continuous slab. (bifurcation chambers, service centres, underground car parking The cross-section of the tunnel tube consists of a 650 mmfacilities (Fig. 8)) and locations where there is enough space for thick reinforced concrete bottom bracing slab, 800 mm-thick excavation of a large construction trench. A closed system of diaphragm walls keyed into the sub-base (bedrock or surface the lining structure, inclusive of the waterproofing system, is deposits) and a reinforced concrete roof deck. The roof deck and designed. diaphragm walls are designed in C30/37-grade concrete, while The cut-and-cover tunnel structure is designed as a massive C25/30-grade concrete is designed for the bottom bracing slab. frame, acting as a continuous closed system with two to three The haunched roof deck thickness varies from 1000 to 1300 mm, spans with one or two dividing walls between them. The load- depending on the backfill height. Again, polypropylene fibres bearing tunnel structure consists of a bottom (foundation) slab are added to the concrete mix. The concrete is designed for XA2 (mostly 750 mm thick), walls and a roof deck. Even a tunnel to XF2 exposure grades. CUTANDCOVER TUNNELS
design with an upper vault is locally used in the Troja section, where the height of the backfill at the mined tunnel portal is greater. The walls and the vault are 800 mm thick, while the roof deck thickness amounts to 1000 mm, increasing toward the walls. The tunnel structures are in cast-in-situ reinforced concrete, mostly of C30/37 grade. The foundations are in C25/30 concrete. The tied-up reinforcement is supplemented by welded mesh. Post-tensioned, cast-in-situ roof decks are designed for locations where the flat-roof span is large, up to 26.2 m, and the height of the backfill is extreme, up to 6.5 m. Polypropylene fibres are added into the concrete mix to provide protection against fires.
The protection of the tunnel against ground water is provided by water retaining concrete to be used for load-bearing lining structures, in combination with elements sealing the expansion and construction joints. Tied up reinforcement and welded mesh are used for structures under the roadway and roof decks, while reinforcement cages fabricated from re-bars on site are used for the diaphragm walls. The concrete bottom bracing slab and the roof deck are cast without the use of formwork, on a levelled surface covered by blinding concrete cast on a gravel-sand sub-base. In the case of the roof deck, a separation layer formed by a PE membrane and geotextile is laid on the blinding concrete before casting the concrete. The The tunnel waterproofing is designed as a closed system lengths of the casting blocks of 21m were designed, taking into consisting of bentonite mats, supplemented with elements consideration the composition of individual lamellas forming improving the sealing of expansion and construction joints the diaphragm walls (2.8-7.2 m). The longitudinal reinforcement of two blocks is usually interconnected to form approximately (bitumen-coated steel sheet waterbars, PVC waterbars). 42 m long expansion blocks. Individual structural parts of the tunnels are cast mostly using the flow method, block by block, using a formwork system. The diaphragm walls are cast using the so-called easy-toThe casting blocks are mostly 12 m long. This length was compact concrete. The reason for its application is the effort selected with respect to savings in longitudinal reinforcement. to satisfy all requirements for properties of concrete imposed The longitudinal reinforcement of three working sections is by technical legislation (ČSN EN 206-1, ČSN EN 1538) and usually connected to form approximately 36 m long expansion requirements ensuing from the specific method of casting blocks of the three casting blocks. The tunnel roof deck is concrete into the trenches through tremie pipes, where proper a relatively bulky structure, where the effects of hydration compacting is not possible. The roof deck is cast in two layers, heat can unfavourably manifest themselves. For that reason, a in the same way as in the case of cut-and-cover tunnels, so that minimum content of cement was designed for the concrete the influence of hydration heat is reduced. mix and thicker parts of the structure were cast in layers. The bottom bracing slab is cast when the excavation inside the tunnel cross-section is completed. The connection of the COVERANDCUT TUNNELS slab with the diaphragm wall is carried out by milling two Cut-and-cover tunnels (using the so-called Modified Milan 150 x 75 mm longitudinal grooves in the wall and gluing Method – the MMM) are designed for the locations where 20 mm-diameter shear reinforcement bars into boreholes. Once a minimised plan area of temporary works and significantly exposed by the excavation, the entire inner surface of the walls reduced time for the temporary works are required, and the is trimmed by milling off of about a 0.5 m thick surface layer. depth of the circle road under the surface is not sufficient The final surface is provided by a layer of sprayed concrete with to allow mined tunnels to be built. These concrete lining a special finish. structures are designed as closed frames without waterproofing The backfill of the tunnel structure above the roof deck is carried envelopes. out using improved soil (3% lime stabilisation) to eliminate the The cut-and-cover tunnel construction procedure comprises ground surface settlement on which not only automobile traffic first the creation of monolithic structural diaphragm walls in a but also trams are running and will run in the future. Owing to shallow construction trench (either with the sides supported this measure, it is possible to use the material excavated during by anchored soldier pile and lagging walls or with sloped the construction, which is unsuitable for backfilling without the sides) (Fig. 9). Then the final roof deck structure is cast on the improvement. In addition, the improved backfill material can levelled surface of the construction trench bottom (resting partially interact with the tunnel structure, forming a pseudoon a capping on the diaphragm walls). Once hardened, the vault above the tunnel roof, thus reducing the load acting on concrete roof deck is backfilled. The final surface finishes can it. At the same time, significant savings in the construction cost be carried out then and traffic can be reinstated. The tunnel are achieved by leaving out the lightweight concrete which cross-section itself is excavated when a substantial part of the was required by the final design. 156
I
157
STRUCTURAL CONCRETE IN THE CZECH REPUBLIC 20062009
156
KONSTRUKČNÍ BETON V ČESKÉ REPUBLICE 20062009
157
úpravy a obnovit provoz. Odtěžení vlastního profilu tunelu se provádí až po dokončení převážné části stěn a stropů těchto tunelů, a to z navazující otevřené stavební jámy klasických tunelů, nebo z tunelových ramp (Obr. 10).
Fig. 10 Typical cross section of the mined double lane tunnel Obr. 10 Typický příčný řez dvoupruhového raženého tunelu
V celé délce mají tunely tohoto uspořádání společnou střední stěnu pro jižní i severní tunelovou troubu a stropní deska působí jako spojitá o dvou až třech polích. V příčném řezu je tubus tunelu tvořen spodní rozpěrnou železobetonovou deskou tloušťky 650 mm, podzemními stěnami tloušťky 800 mm vetknutými do podloží (skalního, nebo pokryvného) a stropní železobetonovou deskou. Stropní konstrukce a podzemní stěny jsou navrženy z betonu třídy C30/37, spodní rozpěrná deska je z betonu třídy C25/30. Tloušťka stropní desky s náběhy se pohybuje podle výšky zásypu v rozmezí 1000 až 1300 mm. Do betonu jsou opět přidána polypropylénová vlákna. zásypu a rovným stropem tunelu, až 6,5 m, je využito dodatečně Beton je navržen tak, aby odolával účinkům prostředí třídy až předpjatých monolitických stropů. Do betonu jsou přidávána XA2, resp. XF2. polypropylénová vlákna jako ochrana proti požárním účinkům. Ochrana tunelu proti podzemní vodě je zajištěna vodoneVodotěsná izolace tunelu je navržena jako uzavřená plášťová propustným betonem nosných konstrukcí ostění, s prvky pro na bázi izolačních bentonitových rohoží, doplněná prvky pro těsnost dilatačních a pracovních spár. Na konstrukce pod vodotěsnění dilatačních a pracovních spár. (těsnící plechy s bitu- zovkou a pro stropy je využito volné vázané výztuže a sítí, menovým povrchem a PVC dilatační těsnící pásy). pro podzemní stěny se z volné výztuže vytvářejí na staveništi armokoše. Spodní rozpěrná deska a stropní deska jsou betonoBetonáž jednotlivých konstrukčních prvků tunelu probíhá většivány bez bednicích prvků na srovnaný odtěžený povrch zakrytý nou proudovou metodou po sekcích do systémového bednění. podkladním betonem se štěrkopískovým podsypem. U stropní Délka pracovních záběrů převážně 12 m byla zvolena s ohledem desky je na podkladní beton před betonáží uložena separační na úspory v podélné výztuži. Tři pracovní sekce jsou obvykle vrstva tvořená PE fólií a geotextilií. Délky betonážních sekcí byly propojeny podélnou výztuží do dilatačních celků délky cca 36 m. navrženy s ohledem na skladbu jednotlivých lamel podzemních Stropní deska tunelu je poměrně masivní konstrukce, u které stěn (2,8 až 7,2 m) na 21 m. Dvě sekce se zpravidla spřahují pose mohou nepříznivě projevit účinky hydratačního tepla. Proto délnou výztuží do dilatací délky cca 42 m. byla betonová směs navržena s minimálním množstvím cementu a tlustší části konstrukce byly betonovány postupně po vrstvách. Betonáž podzemních stěn je prováděna za použití takzvaného „lehce zhutnitelného“ betonu. Důvodem pro jeho využití je snaha vyhovět všem požadavkům, které na vlastnosti betonu klade HLOUBENÉ TUNELY REALIZOVANÉ ČELNÍM technická legislativa (ČSN EN 206-1, ČSN EN 1538) a specifická ODTĚŽOVÁNÍM technologie způsobu uložení betonu do rýhy podzemní stěny Tato tunely stavěné tzv. modifikovanou milánskou metodou – přes sypákové roury bez možnosti zhutňování. Stropní deska je MMM, jsou navrženy v místech, kde je vyžadována minimalizace tak jako u klasických hloubených tunelů betonována ve dvou povrchového záboru spolu s jeho výrazným časovým ome- vrstvách z důvodu omezení vlivu hydratačního tepla. zením a přitom zde trasa okruhu není v dostatečné hloubce pod terénem pro rozvinutí tunelů ražených. Tyto betonové konstrukce ostění jsou navrženy jako uzavřené bez plášťové hydroizolace.
Spodní rozpěrná deska je betonována po odtěžení profilu tunelu. Propojení desky s podzemní stěnou je vytvořeno vyfrézováním dvou podélných drážek do stěn 150 x 75 mm a vlepením smykové výztuže ∅ 20 mm do vrtů. Celý vnitřní líc stěn je po odtěžení srovnán plošným ofrézováním o cca 50 mm. Konečné Postup výstavby čelně odtěžovaných tunelů spočívá nejprve zarovnání je provedeno pomocí vrstvy speciálního stříkaného ve vytvoření podzemních konstrukčních monolitických stěn betonu s povrchovou úpravou. v mělké stavební jámě, zajištěné buď kotvenými záporovými stěnami, nebo svahováním (Obr. 9). Dále se na srovnaném povr- Zásyp tunelové konstrukce nad stropem je z důvodu eliminace chu dna stavební jámy vybetonuje definitivní nosná konstrukce sedání povrchu terénu, po kterém je a bude provozována krostropu (uložená na hlavy podzemních stěn), která se po za- mě automobilové i tramvajová doprava, prováděn zlepšenou tvrdnutí opět zasype. Na povrchu se tak mohou provést finální zeminou (3% vápenná stabilizace). Tím lze lépe využít vytěžený
Fig. 11 Excavation the tunnel Obr. 11 Odtěžování uvnitř tunelu Fig. 12 Casting of the final lining of the mined tunnel Obr. 12 Betonáž definitivního ostění raženého tunelu
TUNNELS
CONCRETE STRUCTURES ON BLANKA COMPLEX OF TUNNELS
TUNELY
BETONOVÉ KONSTRUKCE NA TUNELOVÉM KOMPLEXU BLANKA MINED TUNNELS All of the mined tunnels are designed as double-shell structures, which are carried out using the conventional NATM (the New Austrian Tunnelling Method). The closed configuration is consistently used for the lining or even the intermediate waterproofing (Fig. 10)
of the side-wall blocks, which are cast using C20/25-grade unreinforced concrete. All of the double-lane tunnels and cross passages have their vaults in unreinforced or weakly reinforced concrete. The concrete for the upper vaults again contains polypropylene fibres.
Concrete cover over reinforcement is set for both surfaces at 50mm. Depending on the concrete placement location, The primary support consists of C20/25-X0 shotcrete, which is exposure grades XF2 and XC1 are used for the upper vault and reinforced with lattice girders from reinforcement bars, welded the other structures under the roadway level, respectively. mesh and rock bolts. The so-called horizontal excavation sequence (top heading, bench and invert) is used in the double- Individual parts of the tunnel lining are cast using a flow lane and triple-lane tunnels. The vertical sequence (side drifts method, block by block, in the direction from the mined and central pillar) is used only in a part of the triple-lane tunnel tunnel portals. The lengths of casting blocks are approximately in the Brusnice section. Additional measures were implemented 12.1 m and 10.5 m in the cases of double-lane tunnels and in critical sections, comprising pre-excavation grouting, canopy triple-lane tunnels, respectively. These lengths are determined tube pre-support, modification of excavation sequence or with respect to the radius of the horizontal alignment or to the combinations of the above measures. The thickness of the admissible reduction of the lining thickness resulting from the primary lining varies from 200 mm to 300 mm, depending polygonal arrangement of the casting blocks in the ground on the NATM excavation support class and the size of the plan. The upper vault is cast using travelling form units (Fig. 12), excavated cross-section. The excavated cross-sectional areas the other structures are cast partially using a formwork system of the double-lane tunnel and triple-lane tunnel are 123.5 m2 and partially individual forms. and 173.5 m2 respectively. The largest excavated area 286.6 m2 is achieved in the cavern for the ventilation plant, which, CONCLUSION together with the other associated service tunnels, is the most The extent of the whole project is unique in the Czech Republic. complicated part of the project in terms of the layout. It is comparable only with the development of the Prague Because of the impossibility of establishing a permanent gravity metro in the 1960s and 1970s. The duration of the planning drainage system, a waterproofing system was designed for the stage, the amount of induced investment, numbers of utility mined tunnels. It consists of a closed membrane envelope, network diversions, road closures and restrictions on traffic outer waterbars and a system of hoses allowing monitoring of inclusive of urban mass transit and, in general, the coordination contingent seepage and injection of grout between the outer and organisation of all construction activities also correspond to surface of the final lining and the waterproofing membrane. this extent. The tunnel construction operations proceed from The final lining of mined tunnels is designed as a closed, six main sites (Troja, Letná (Fig. 13), Hradčanská, Prašný Most, reinforced concrete, cast-in-situ frame consisting of an invert, Myslbekova and Malovanka) and several partial sites distributed side-wall blocks and a vault. The lining thickness varies from 450 along the route.
Fig. 13 Site Letna Obr. 13 Staveniště Letná
to 600 mm in various profiles. In addition, structures supporting The concrete casting process is essentially continuous the carriageway are parts of the tunnel cross-section. C30/37- throughout the Blanka complex of tunnels. It engages several grade concrete is used for all structures, with the exception batching plants in Prague. Over one million cubic metres of concrete will be placed during the course of the construction. In addition, about 3.0 million cubic metres of soil and rock, i.e. muck and material excavated from the cut-and-cover and cover-and-cut sections, will be moved. Once the entire complex of tunnels is complete (the completion scheduled for the end of 2012), including the atgrade section in Troja comprising a new Troja Bridge (Fig. 14), the living environment will be significantly improved not only in the immediate proximity of the route but also in the area of the historic core of Prague, which is a listed UNESCO World Heritage Site (Fig. 15). Today, this space is being excessively burdened by through traffic, having negative impacts on the environment and traffic capacity. At the same time, the network of principal roads indispensable to the life of the city will be expanded. Another, certainly immense, contribution of the whole project is the revitalisation of adjacent areas, which have been disregarded till now, turning them into absolutely new urban recreational areas. LITERATURE [1] Barták J., Šourek P. et al.: Underground Engeneering in the Czech Republic. Book for World Tunnel Congress 2007 in Prague, SATRA, 2007 [2] Šourek P.: Blanka Complex of Tunnels – Classical Cut-and-Cover Tunnels. TUNEL 1/2009 [3] Šourek P., Grünwald L., Remeš M., Kuňák J.: Blanka Complex of Tunnels – Cover-and-Cut Tunnels. TUNEL 2/2010 [4] Collection of Seminar Report Pragues Road Circles – Buildings of Concrete 2009, ČBS ČSSI 9/2009
158
I
159
STRUCTURAL CONCRETE IN THE CZECH REPUBLIC 20062009
158
KONSTRUKČNÍ BETON V ČESKÉ REPUBLICE 20062009
159
materiál z výstavby, který je bez zlepšení nevhodný do násypů. Zásypový materiál se zlepšením umožňuje i částečné dostatečné spolupůsobení s konstrukcí tunelu, kdy vytváří jakousi pseudoklenbu nad stropem tunelu a tak snižuje jeho zatížení. Zároveň dochází k významné úspoře stavebních nákladů vypuštěním lehčeného betonu obsaženého v zadávacím projektu.
covních záběrů je v případě dvoupruhových tunelů cca 12,1 m, v případě třípruhových tunelů potom cca 10,5 m. Tato délka je dána směrovým poloměrem trasy tunelu, resp. přípustným ztenčením ostění vlivem polygonálního kladečského plánu. Horní klenba je betonována do pojízdné hydraulické formy (Obr. 12), ostatní konstrukce potom do z části systémového a z části individuálního bednění
RAŽENÉ TUNELY Veškeré ražené tunely jsou navrženy jako dvouplášťové, reali- ZÁVĚR zované pomocí konvenční technologie NRTM (Nová rakouská tunelovací metoda). Ostění, případně i mezilehlá izolace jsou Rozsah celé stavby je v ČR unikátní a lze ho srovnat snad pouze s výstavbou pražského metra v 60. až 80. letech minulého stolezásadně uzavřené (Obr. 10). tí. Tomu odpovídá i délka přípravy stavby, množství vyvolaných Primární ostění je ze stříkaného betonu třídy C20/25-X0, vy- investic, počty přeložek inženýrských sítí, výluky a omezení doztuženého příhradovými rámy z betonářské výztuže, dále sva- pravy včetně MHD a vůbec koordinace a organizace celé výstavřovanými ocelovými sítěmi a svorníky. Ražba probíhá ve dvou- by. Vlastní realizace tunelů probíhá ze šesti hlavních (Troja, Letná pruhových i třípruhových tunelech s horizontálním členěním. (Obr. 13), Hradčanská, Prašný most, Myslbekova, Malovanka) Vertikální členění čelby u tunelů třípruhových je použito pouze a několika dílčích stavenišť umístěných po délce trasy. na části úseku tunelu Brusnice. Jako doplňující opatření jsou v kritických úsecích prováděny sanační injektáže, ochranné Ukládání betonové směsi v tunelovém komplexu Blanka je deštníky, úprava členění pobírání, případně kombinace uve- v podstatě neustálý proces zaměstnávající několik pražských dených úprav. Tloušťka primárního ostění se podle techno- betonáren. V průběhu výstavby dojde k uložení více než 1 milogických tříd NRTM a velikosti výrubního profilu pohybuje liónu m3 betonu. Dále bude přemístěno přibližně 3 mil. m3 od 200 mm do 350 mm. Výrubní profil dvoupruhového tunelu je zemního materiálu, rubaniny z ražených částí a výkopů z částí 123,5 m2 a třípruhového 173,5 m2. Největšího výrubního profilu hloubených. 286,6 m2 je dosaženo v objektu podzemní strojovny vzduchotechniky, který představuje spolu s ostatními technologickými Po dokončení celého komplexu tunelů, plánovaném na konec tunely dispozičně nejkomplikovanější část stavby. roku 2012, vč. povrchového úseku Troja spolu s novým Trojským mostem (Obr. 14) dojde ke značnému zlepšení životního proPro zajištění vodotěsnosti ražených tunelů, s ohledem na nestředí nejen v bezprostředním okolí stavby, v oblasti na hranimožnost jejich gravitačního odvodnění trvalou drenáží, byl cích historického centra Prahy zapsaného na seznam kulturního navržen hydroizolační systém sestávající z uzavřené fóliové izoa historického dědictví UNESCO (Obr. 15). Dnes je tento prostor lace, vnějších spárových pásů a monitorovacího systému hadic neúměrně zatěžován průjezdnou dopravou se všemi ekologicumožňujících injektáž mezi vnější líc definitivního ostění a izolakými, ale i kapacitními důsledky. Zároveň dojde k dalšímu rozšíci. Definitivní ostění ražených tunelů je navrženo jako uzavřené ření pro život města nezbytně důležitých hlavních komunikací. železobetonové monolitické sestávající ze spodní klenby, bočJistě obrovským přínosem celé stavby je revitalizace přilehlých ních bloků a horní klenby. Tloušťka se v různých profilech podoposud zanedbávaných území ve zcela nové městské rekrehybuje od 450 do 600 mm. Dále jsou součástí tunelu v příčném ační plochy. řezu nosné konstrukce nesoucí vozovku. Pro veškeré konstrukce je využito betonu třídy C30/37, pouze pro boční betonové bloky z prostého betonu je využito třídy C20/25. LITERATURA V rozsahu celých dvoupruhových tunelů a propojek je využito [1] Barták J., Šourek P. a kol.: Podzemní stavitelství v České republice. horní klenby z prostého, resp. slabě vyztuženého betonu. Do bePublikace pro Světový tunelářský kongres 2007 v Praze, SATRA, 2007 tonu horní klenby jsou opět použita polypropylenová vlákna. Krytí výztuže betonem je u obou povrchů stanoveno na 50 mm. [2] Šourek P.: Hloubené tunely klasického typu na stavbě tunelového komplexu Blanka. TUNEL 1/2009 Podle místa uložení betonu je využito tříd agresivity prostředí XF2 – pro horní klenbu a XC1 – pro ostatní konstrukce pod [3] Šourek P., Grünwald L., Remeš M., Kuňák J.: Čelně odtěžované tunely úrovní vozovky. na stavbě tunelového komplexu Blanka. TUNEL 2/2010 Betonáž jednotlivých částí ostění tunelu probíhá proudovou [4] Sborník příspěvků pro seminář Pražské okruhy – stavby z betonu metodou po sekcích ve směru od ražených portálů. Délka pra2009, ČBS ČSSI 9/2009
Fig. 14 New Troja Bridge Obr. 14 Nový Trojský most Fig. 15 Final parks close to the protected city region Obr. 15 Finální parková úprava v blízkosti chráněné oblasti města
