PRŮZKUMNÉ PRÁCE A MĚŘENÍ PŘED RAŽBOU PRŮZKUMNÉ ŠTOLY

Před zahájením razičských prací bylo prováděno dlouhodobé hydrogeologické sledování hladin podzemních vod na již vybudované síti monitorovaných hydrogeologických vrtů. Hladina podzemní vody v těchto vrtech je sledována již od roku 2009. Tato síť se rozšířila i o vrty u konce průzkumné štoly a v dostatečném předstihu před ražbou byly i tyto vrty monitorovány. Souběžně proběhla i aktualizace pasportů studní a přirozených pramenů.

Před ražbou průzkumné štoly byl v předstihu proveden soubor geofyzikálních měření z povrchu terénu podél celé trasy průzkumné štoly. Tato měření zahrnovala komplex geofyzikálních měření za použití seizmických, geoelektrických, gravimetrických a georadarových metod. Cílem zmíněných měření bylo v předstihu před ražbou průzkumné štoly lokalizovat průběhy poruchových zón, a především indikaci primárních krasových jevů (závrtů, korozních diskontinuit, kaveren s různou zeminovou výplní). Interpretace vyhodnocení geofyzikálních měření umožnila v předstihu stanovit úseky ražby s potenciálním rizikem možnosti nestability výrubu z hlediska nafárání zvodnělých i nezvodnělých poruchových pásem či krasových kaveren a také rozsah těchto rizikových oblastí v oblasti jak STT, tak i jižního tunelu JTT.

Výsledky těchto geofyzikálních měření, prováděných z povrchu, ukázaly v předstihu řadu problematických úseků. Rizikové úseky jsou z výsledků geofyzikálních měření patrné v následujících oblastech severního a potažmo i jižního tunelu:

–             úsek cca 0,500 – 0,600 km v STT – zkrasovatělé vápence lochkovského souvrství v nadloží štoly

–             úsek cca 0,650 – 0,750 km v STT – hranice zkrasovatělého lochkovského souvrství (devon) a požárského (přídolského) souvrství (silur), která je na terénu patrná morfologickou depresí, jejíž linie směřuje k místu havárie stoky „P“ v roce 1981, kde byly zastiženy hluboké krasové jevy, vyplněné zvodnělými zeminami.

 

PRŮZKUMNÉ PRÁCE A MĚŘENÍ V PRŮBĚHU RAŽBY PRŮZKUMNÉ ŠTOLY

Základní činností podrobného inženýrskogeologického průzkumu realizovaného ve štole bylo geotechnické a geologické sledování nezajištěného čela výrubu štoly a dna a stěn těžní šachty. Tato činnost byla prováděna každý záběr při nepřetržitém provozu a musela být prováděna velmi podrobně s ohledem na její využití k následné interpretaci (prognóze) složitých geologických poměrů do obou tunelů Radlice, ale i jako vstupní parametry pro zatřídění horninového masivu do geotechnických klasifikací horninového masivu QTS, RMR či GSI. Na základě vyhodnocení diskontinuit v horninovém masivu byla průběžně prováděna strukturní kinematická analýza nezajištěného horninového masivu s ohledem na možné vyjíždění a vypadávání horninových bloků z nezajištěné části čela výrubu štoly a následně predikce pro samotné tunely.

V návaznosti na průběžně prováděné geotechnické a geologické sledování byly operativně vyhodnocovány bezpečnostní jádrové předvrty o délce 20 m v místech s předpokládaným zvýšeným geologickým rizikem pro ražbu štoly.

S určitým odstupem za ražbou se, obdobně jako na průzkumných štolách Mrázovka, Blanka či na stavbě SO 514 (tunel Lochkov), realizovaly z průzkumné štoly radiální presiometrické vějíře v rámci kterých se ve vrtech provedly soubory presiometrických měření za účelem zjištění přetvárných vlastností horninového masivu. Tyto vrty byly též využity pro geofyzikální měření.

V průběhu ražby průzkumné štoly bylo s větší intenzitou prováděno měření hladiny podzemní vody v monitorovaných vrtech a samozřejmě byl zaznamenáván jak iniciální přítok podzemní vody na čele výrubu, tak i celkový přítok z průzkumné štoly, měřený indukčním průtokoměrem. V součinnosti s ražbou bylo provedeno i korozní geoelektrické měření bludných proudů.

SKUTEČNĚ ZASTIŽENÉ INŽENÝRSKOGEOLOGICKÉ POMĚRY

Tunel Radlice je situován převážně do vyvýšené plošiny Dívčích hradů, která je omezena strmými svahy (na východě údolím Vltavy, na jihu Prokopským údolím). Aktuálně předpokládané geologické poměry jsou dobře patrné z podélného geologického řezu (viz Obr. 1).

Horniny skalního podloží jsou paleozoického stáří. Patří do regionálně geologického útvaru zvaného Barrandien. Od východu, od údolí Vltavy na Smíchově, jsou to nejprve horniny silurské tektonické kry, na které po výrazném tektonickém poruchovém pásmu navazují horniny devonské (dvorecko-prokopské vápence a lochkovské souvrství), které tvoří strmý sráz dominanty plošiny Dívčích hradů. Po nich následují horniny silurské (v přídolském – dnes nazývaném požárském souvrství, kopaninském a liteňském souvrství) a dále ordovické horniny (v kosovském, královodvorském, bohdaleckém a v oblasti hloubených tunelů i zahořanském souvrství). Z hlediska stratigrafie je sled jednotlivých souvrství přesně naopak. Tyto paleozoické horniny byly pak při variském vrásnění nejprve zvrásněny a posléze rozlámány podél tektonických linií. Před křídovou transgresí došlo v oblasti Dívčích hradů k hlubokému fosilnímu zvětrání a v některých devonských vápencích i ke vzniku hlubokých primárních krasových útvarů – lokálně i depresí se zeminovou výplní, obsahující zbytky křídových sedimentů peruckého souvrství.

Průzkumná štola byla navržena tak, aby její ražba zastihla především riziková devonská souvrství (dvorecko-prokopské vápence a lochkovské souvrství) a také následná silurská souvrství. Jádrový 70 m dlouhý horizontální vrt z konce průzkumné štoly měl za cíl ověřit hranici mezi silurskými horninami a ordovickými horninami kosovského souvrství.

Ražba vlastní průzkumné štoly probíhala od přístupové šachty nejprve v navětralých, posléze zdravých, deskovitě vrstevnatých silurských horninách liteňského a kopaninského souvrství (střídání vápnitých prachovitých břidlic s pevností zdravé horniny 25–35 MPa a vložek vápenců s pevností 35-70 MPa), které tvoří tektonickou kru v oblasti budoucích zlíchovských portálů až po ul. Křížová. Po průchodu ražby tektonickou poruchovou zónou s nižšími pevnostními i přetvárnými parametry, ražba pokračovala v pevných devonských horninách (tvořící terénní elevaci – vrch Dívčí hrady). Nejprve tedy ve dvorecko-prokopských deskovitě až lavicovitě vrstevnatých vápencích s pevností horninového materiálu 40–130 MPa, a posléze v lochkovských vápencích s pevností horninového materiálu 52–125 MPa. Vápence lochkovského souvrství jsou zde výrazně masivní, lavicovitě vrstevnaté, čisté, bez vložek břidlic, narůžovělé, až dolomitické. Na křížení puklin a podél souvislých diskontinuit jsou výrazně krasově zvětrány až do hloubky štoly cca 80-90 m pod povrchem (viz Obr. 2).

Na Obr. 2 je patrná čelba výrubu v devonských vápencích lochkovského souvrství, kde je patrné korozní krasové zvětrání horninového masivu až do hloubek 90 m pod terénem a fotografie přítoku podzemní vody z krasové pukliny v lochkovském souvrství, který způsobil částečné zatopení dna průzkumné štoly

Při ražbě v lochkovském souvrství byly zastiženy drobné rozevřené dutiny do 0,5 m, místy částečně vyplněné na stěnách krystaly kalcitu. Ve staničení 0,517 km byla v pravé straně čela výrubu nafárána krasová puklina, částečně vyplněná písčitou a jílovitou výplní, ze které se otevřel soustředěný přítok podzemní vody až cca 10 i více l/s (foto na Obr. 2), jenž velmi rychle způsobil částečné zatopení dna průzkumné štoly.

Při dalších postupech se přistoupilo k systematické realizaci jádrových předvrtů, délky 20 m s překryvem cca 4 m. Krasová korozní alterace horninového masivu byla přítomná v celém úseku ražby ve vápencích lochkovského souvrství. Při inženýrskogeologické dokumentaci ražby průzkumné štoly bylo zjištěno, že krasové jevy jsou vázány pouze na tyto chemicky čistší lochkovské vápence v kotýské facii. Tím však není vyloučené krasovění ražbou zastižených dvorecko-prokopských vápenců. V určitém podílu však tyto hlíznaté vápence obsahují jílovité břidlice (převážně v obalu hlíz), které mohou fungovat jako izolátory mezi jednotlivými puklinami, proto je zde nižší pravděpodobnost výskytu krasových jevů ve větších hloubkách a ve větším rozsahu. Výrazné krasovění tedy probíhalo v lochkovském souvrství pouze podél systému průběžných propojených puklin a jeho rozsah tomu odpovídal. Stále však není vyloučena přítomnost rozsáhlejších krasových forem (hlubokých depresí) v širším okolí průzkumné štoly, a to především v oblasti jižního tunelu, neboť zde se dostáváme blíže k místu závalu kmenové stoky „P“.

Při následné ražbě bylo zjištěno, že při přechodu z lochkovského souvrství (devon) do silurských hornin přídolského (požárského) souvrství ve staničení 0,661 km, krasové porušení horninového masivu již mizí.  Přídolské (požárské) souvrství je zde charakterizováno střídáním vápnitých prachovitých břidlic s pevností horninového materiálu 7–17 MPa a bituminózních vápenců s pevností 61–115 MPa. Ve staničení 0,700 km přešla ražba štoly do kopaninského souvrství, zastoupeného vápnitými, šedočernými, prachovitojílovitými břidlicemi, zpočátku s vložkami tmavě šedých jemnozrnných vápenců, jejichž podíl ve výrubu postupně klesal. Na konci v pořadí čtvrté výhybny, tj. ve staničení 0,771 km, byla zastižena poloha světle šedého až tmavě zelenošedého diabasu, přesněji lávového granulátu (paleozoického submarinního tufitického výlevného bazaltu). Dále se tyto polohy vulkanického původu objevovaly na rozhraní kopaninského a liteňského souvrství (silur). Pevnost horninového materiálu těchto diabasů (lávových granulátů) se pohybovala v rozmezí 23–68 MPa. Společně s lávovým granulátem byly v tomto úseku dokumentovány světle šedé, laminované tufitické břidlice až prachovce.

Při ražbě byly dokumentovány výraznější nesoustředěné přítoky podzemní vody na čele výrubu, a to převážně jen v oblasti tektonické kry silurských hornin v úvodní části ražby průzkumné štoly tedy cca až po ul. Křížová, kde je stále nízké nadloží. Po následném přechodu ražby do devonských vápenců, kde strmě stoupá nadloží nad štolou, bylo čelo výrubu suché, místy vlhké. Výjimku tvořil soustředěný přítok z krasové dutiny ve staničení 0,517 km na začátku vápenců lochkovského souvrství. To koresponduje s teorií, že hladina podzemní vody je v těchto devonských horninách vázána na přípovrchovou zvodeň (v hloubce cca 10 m pod terénem v oblasti Dívčích hradů) a do hloubek, ve kterých je ražena průzkumná štola, se podzemní voda dostává převážně jen po rozevřených, průběžných zkrasovatělých diskontinuitách. Při realizaci bezpečnostních jádrových předvrtů z čelby nebyl zaznamenán výraznější přítok podzemní vody – vrty byly převážně suché. U analyzovaných vzorků podzemní vody z přítoků v průzkumné štole byl zatím potvrzen pro devonské horniny stupeň agresivity XA1, pro silurské horniny stupeň agresivity XA1 až XA2.

V rámci inženýrskogeologického průzkumu byla také prováděna strukturní analýza horninového masivu metodou klíčových bloků. Na základě podrobného vyhodnocení diskontinuit v horninovém masivu byla tato strukturní kinematická analýza nezajištěného horninového masivu průběžně prováděna s ohledem na možné vyjíždění a vypadávání horninových bloků v nezajištěné části čela výrubu štoly (viz Obr. 3). Podrobnou strukturní analýzou horninového masivu bylo zjištěno, že při zastižené kombinaci průběžných ploch vrstevnatosti a tektonických puklin dochází k tvorbě uvolněných horninových bloků v nezajištěné části výrubu. Následně bude ve vybraných profilech provedena i predikce pro výruby samotných tunelů.

Během realizace tunelu Radlice bude celé ostění průzkumné štoly zlikvidováno. Ražba byla prováděna observační metodou – technologií NRTM. Technologické třídy NRTM byly definovány jako vztah kvality horniny (stanovené na základě informací předběžného IGP) vyjádřené počtem klasifikačních bodů QTS, velikosti výrubu a předpokládané reakce horniny na otevření výrubu. Při ražbě štoly byly realizovány následující třídy (TT NRTM):

Rozrážka štoly probíhala z těžní šachty hloubky 12,4 m nepravidelného šestiúhelníkového tvaru s profilem 56 m². Navazující odtěžovaný úsek štoly ve staničení 0 – 26,150 m byl realizován odlišným způsobem, než předpokládal projekt, a to z důvodu zastižení konstrukcí předstihově realizované části rampy G (tunelová větev G) v jiné výškové úrovni, než bylo předpokládáno na základě existující dokumentace skutečného provedení. Konstrukce předstihově realizované části tunelové větve G je tvořena mohutnou železobetonovou deskou tl. 1,7 m uloženou na jedné straně na železobetonovém průvlaku založeném z části na pilotách a z části na mikropilotách. Na druhé straně byla deska uložena na železobetonové stěně výšky 4 m a tloušťky 0,8 m založené na pilotách. Průměr pilot byl 450 mm. Průzkumná štola byla v místě portálové stěny rozšířena na celou šířku šachty (cca 6,3 m) a výškově odtěžena ke spodnímu líci železobetonové desky tunelové větve G. Tato skutečnost měla dopad na technické řešení zajištění stěn prvních cca 17 m průzkumné štoly. Svislé a šikmé stěny výrubu (výšky 4-9 m) byly zajištěny vrstvou stříkaného betonu min. tloušťky 100 mm s výztužnou ocelovou sítí Ø 8/ 150 x 150 mm a dále zajištěny hřeby ze samozávrtných kotevních tyčí R 32 L, délky 3,5 m v rastru cca 1,5 x 1,5 – 1,9 m (šířka x výška). Z důvodu stísněných prostorových podmínek při manipulaci a údržbě stavební mechanizace provedl zhotovitel rozšíření prostoru pod zvýšenou železobetonovou stropní deskou a částečně pod železobetonovou deskou výjezdové tunelové větve (rampy) ze Zlíchovského tunelu. Jednalo se o odtěžení a následné zajištění levé strany prostoru v úseku 0 – 26,150 m. Maximální plocha výrubu zde činí 72 m².

Ražený úsek štoly ve staničení 45,125 – 850 m má v převážné délce (704,875 m) plochu výrubu 13,46 m², zbývající část tvoří profil výhybny s plochou výrubu 23,35 m² (viz Obr. 4). Profil štoly je umístěn excentricky uvnitř kaloty budoucího profilu tunelu.

 

PRESIOMETRICKÉ ZKOUŠKY

V trase průzkumné štoly bylo realizováno celkem 7 vrtných profilů, v nichž byly uskutečněny série presiometrických zkoušek pro vyšetření pevnostních, a především přetvárných vlastností horninového masivu v okolí průzkumné štoly i budoucího tunelu. Každý z presiometrických profilů je umístěn v rovině kolmé na podélnou osu štoly a sestává ze 4 radiálně orientovaných vrtů o délce 7-20 m do obou stěn, stropu a počvy štoly, jak dokumentuje Obr. 5. Následně byla v těchto presiometrických vrtech realizována geofyzikální měření (georadar, seizmika, seizmická tomografie mezi vrty).

(Obr.5)

Byla uskutečněna měření ve všech 7 presiometrických profilech PP-1 až PP-7, umístěných ve stratigraficky a strukturně odlišných typech geologického prostředí. Níže jsou uvedeny výsledky z vybraných profilů, které vystihují zastižené geologické prostředí.

Profil PP-1 byl situován v prostředí výrazně porušené silurské tektonické kry s převládajícím vývojem tektonicky porušených prachovitojílovitých vápnitých břidlic a mikritických kalových vápenců. Hodnoty naměřených presiometrických modulů se zde pohybovaly v rozmezí E_def,p = 63–619 MPa (Æ168 MPa). Jedná se též o oblast podchodu budoucí větve tunelu pod tratí ČD.

Profil PP-3 (oblast budoucích tunelových rozpletů v severním tunelu) v prostředí dvorecko-prokopských vápenců byl charakterizován výskytem zdravých deskovitě vrstevnatých mikritických kalových vápenců s ojedinělými vložkami vápnitých břidlic. Hodnoty naměřených presiometrických modulů se zde pohybovaly v rozmezí E_def,p = 142–1247 (Æ 678) MPa.

Výrazně kompaktnější prostředí pak bylo zastiženo v místě vějíře PP-4 u zdravých masivních, lavicovitě vrstevnatých dolomitických vápenců lochkovského souvrství (devon). I přes to, že byly tyto vápence krasově navětralé, byly zde naměřeny vysoké hodnoty presiometrických modulů v intervalu E_def,p = 720–4924 (Æ 2770) MPa.

Následná silurská souvrství charakterizuje například presiometrický profil PP-5, který byl umístěn v horninách přídolského (požárského) souvrství, které zde bylo charakterizovaného majoritním zastoupením zdravých vápnitých prachovitých břidlic a minoritním zastoupením bituminózních vápenců. Zde byly naměřeny hodnoty presiometrických modulů v intervalu E_def,p = 600–2021 (Æ 850) MPa. Výrazně vyšší hodnoty modulů byly zjištěny u vložek pevnějších vápenců, které zde představovaly jen lokální nehomogenity a při následné interpretaci deformačních vlastností celého horninového masivu byla doporučena hodnota modulu přetvárnosti bližší vápnitým břidlicím, tj. E_def = 550 MPa.

 

STATICKÉ ZATĚŽOVACÍ ZKOUŠKY HORNINOVÉHO PROSTŘEDÍ

Součástí terénního měření přetvárných charakteristik horninového masivu (přesněji prvků horninového masivu o rozměrech řádově přibližně 0,1 až 1 m) v průzkumné štole byla i série statických zatěžovacích zkoušek deskou. Zkoušky byly realizovány jako rozpěrné, s horizontálně umístěnou zatěžovací kolonou a vyvozováním tlaku pomocí dvou protilehlých zatěžovacích desek o ploše 0,20 až 0,50 m2 do protilehlých boků průzkumné štoly, v nichž byla pro realizaci zkoušek vytvořena čtvercová okna v ostění o rozměrech 1×1 m, jak je patrné z Obr. 6. Celkem byla navržena realizace rozpěrných zatěžovacích zkoušek na 8 místech staničení štoly, z nichž již první série dvou zkoušek přinesla cenné výsledky, potvrzující zcela zásadní vliv orientace diskontinuit na velikost přetvárných parametrů v daném směru zatížení.

 

GEOFYZIKÁLNÍ MĚŘENÍ

Od staničení 0,517 km, tj. po nafárání krasové pukliny ve vápencích lochkovského souvrství, bylo realizováno celkem 14 bezpečnostních jádrových předvrtů o délce 20 m, u kterých byl prováděn geologický popis hornin, laboratorní zkoušky hornin, sledován přítok podzemní vody a také geofyzikální měření sestávající ze seizmického měření a vrtného georadaru.

Další geofyzikální měření probíhá v současnosti na vrtných profilech směřovaných do jižního tunelu. Vrty pro geofyzikální měření byly nejprve zaměřeny inklinometrem pro stanovení jejich skutečného průběhu, který je nutný pro stanovení geometrie. Následně byla v těchto vrtech realizována vrtná georadarová měření, seizmokarotáž a seizmické prosvěcování mezi vrty – seizmická tomografie. Tato měření pomohla s interpretací tektonických linií a rozhraní jednotlivých litologických celků.

 

ZHODNOCENÍ ZÍSKANÝCH VÝSLEDKŮ

Výsledky geotechnického průzkumu zájmového území lze jednoznačně považovat za velmi přínosné. Získané informace přispějí k zefektivnění návrhu raženého tunelu Radlice, ale i dalších úseků hloubených tunelových částí. Především v souvislosti s ražbou v oblasti zjištěných krasových jevů je průzkumná činnost zcela nepostradatelná.

Dosavadní výsledky inženýrskogeologického průzkumu prováděného formou průzkumné štoly pro tunel Radlice ukazují především na to, že pravděpodobně nejrizikovější oblastí z hlediska možného zastižení krasových jevů v horninovém prostředí se jeví oblast výskytu chemicky čistých vápenců lochkovského souvrství (devon). Ve vápencích lochkovského souvrství byla potvrzena přítomnost drobných krasových jevů v hloubce až cca 90 m pod terénem. Ve staničení 0,517 km došlo v průzkumné štole k nafárání krasové pukliny ve vápencích s přítokem podzemní vody, který částečně zaplavil štolu. Rizikovým úsekem je samozřejmě i hranice lochkovského souvrství (devon) a přídolského (požárského) souvrství (silur). Pro rizikovost tohoto místa hovoří i morfologická deprese v terénu – linie této tektonicky predisponované deprese vede k místu havárie kmenové stoky „P“ v roce 1981, kde byly na rozhraní zmíněných souvrství zastiženy hluboké krasové jevy, vyplněné zvodněnými zeminami. Do těchto vyjmenovaných rizikových oblastí v jižním tunelu by měly směřovat další průzkumné práce.

 

Zdroj:

Poznatky z inženýrsko-geologického průzkumu pro tunel Radlice, RNDr. Radovan Chmelař, Ph.D., Mgr. Libor Síla, Mgr. Pavel Tůma, Ing. Boleslav Březina, časopis Tunel, 01/2016