specifics of the design and construction of the final lining of tunnels

M AT E R I Á LY
M AT E R I A L S
A TECHNOLOGIE
AND TECHNOLOGIES
SPECIFIKA NÁVRHU A PROVÁDĚNÍ DEFINITIVNÍHO OSTĚNÍ
TUNELŮ A JEJICH APLIKACE PŘI REALIZACI DÁLNIČNÍHO
TUNELU LIBOUCHEC
SPECIFICS OF THE DESIGN AND CONSTRUCTION OF THE FINAL
LINING OF TUNNELS AND THEIR APPLICATION DURING
TH E LI BOUC H EC MOTORWAY TU N N E L CONSTR UCTION
LIBOR MAŘÍK
Při návrhu a provádění definitivního
ostění konvenčně ražených tunelů je
nutno zohlednit specifika tunelovací
metody, způsob provádění i skutečně zastižené geotechnické podmínky.
Metodika návrhu a kritéria posuzování
tunelových ostění se v mnohém liší od
betonových konstrukcí ostatních inženýrských staveb. Článek poukazuje na
některé důležité zásady návrhu ostění
a porovnává je s příkladem dálničního
tunelu Libouchec.
In the design and construction of the
final lining of conventionally drilled tunnels, it is necessary to take into account
specifics of the tunnelling method,
technology, as well as the uncovered
geotechnical conditions. The design
methods and criteria of tunnel lining
assessment largely differ from concrete
structures of other civil engineering constructions. This article highlights some
important principles of the lining design,
and compares them with the example of
the Libouchec motorway tunnel.
Konvenční tunelovací metody používané
v České republice pro ražbu dopravních
tunelů využívají systému dvouplášťového
ostění. Primární ostění ze stříkaného betonu zajišťuje spolu s nosným horninovým
prstencem v okolí výrubu jeho stabilitu do
doby provedení definitivního ostění. Definitivní ostění pak zvyšuje celkovou stabilitu
výrubu, plní funkci estetickou a v některých
případech zajišťuje i odolnost konstrukce proti průsakům podzemní vody. Správné pochopení nosného systému ostění –
hornina je důležitým okamžikem při návrhu primárního i definitivního ostění. Horninový masiv vyztužený v okolí výrubu svorníky, zpevněný tryskovou injektáží, zmrazováním nebo dalšími prvky zlepšujícími
jeho vlastnosti přispívá výrazně k celkové únosnosti systému. Pro obnovení rovnovážného stavu v horninovém masivu
oslabeném výrubem je nutné podepření
42
a vyztužení nosného horninového prstence provést v co nejkratší době po výrubu,
aby se degradace horniny nešířila od líce
výrubu dále do masivu. Významnou roli
při ražbě a návrhu jednotlivých prvků zajištění stability výrubu proto hraje čas. Zjištění skutečných geotechnických parametrů
horninového masivu a jeho napěťo-deformačních změn jako reakce na ražbu tunelu umožňuje optimalizovat během výstav-
klenbou spojena tuhým vetknutím, nebo
kloubově, vodonepropustnost může být
zajištěna plášťovou izolací, nebo použitím betonu odolného proti průsakům,
a to buď pouze v oblasti horní klenby
(obr. 1), nebo po celém obvodu tunelu.
Každé z řešení má své výhody i nevýhody a promítá se i do tloušťky a případného vyztužení ostění.
V případě nepříznivého sklonu tunelu,
by dimenze ostění. Nedílnou součást konvenčních tunelovacích metod tvoří geotechnický monitoring, který sledováním
zejména deformačních projevů výrubu,
resp. primárního ostění umožňuje přesněji stanovit předpokládané zatížení definitivního ostění.
Obr. 1 Deštníkový systém izolace horní
klenby a plošina pro montáž výztuže
Fig. 1 Umbrella insulation system used in
the upper vault and a platform for
the reinforcement assembly
VLIV
V O L BY K O N S T R U K Č N Í H O
SYSTÉ M U NA DI M E NZE
DEFINITIVNÍHO OSTĚNÍ
Kromě horninového prostředí, ve kterém
je tunel ražen a jehož kvalitu může projektant ovlivnit pouze částečně, hraje při
dimenzování definitivního ostění významnou roli konstrukční systém ostění, tj. tvar
výrubu, statické schéma konstrukce a volba hydroizolačního systému. Horní klenba
tunelu může být s patkami nebo spodní
nebo pokud ražba tunelu vyvolává nežádoucí snížení hladiny podzemní vody,
volí se hydroizolační systém utěsňující
ostění po celém obvodu. Konstrukce je
pak kromě horninového tlaku namáhána i tlakem hydrostatickým. Dalším faktorem ovlivňujícím dimenze ostění je způsob zajištění vodonepropustnosti ostění. V případě použití celoplošné fóliové izolace rozhoduje mezní stav únosnosti a vznik trhlin je posuzován pouze
s ohledem na agresivitu prostředí. Pokud
vodonepropustnost zajišťuje beton ostě-
BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE
6/2006
M AT E R I Á LY A T E C H N O L O G I E
M AT E R I A L S A N D T E C H N O L O G I E S
ní odolný proti průsakům, vyžaduje návrh
posouzení vzniku trhlin i s ohledem na
hloubku průsaku vody. Hydroizolační fólie
umístěná mezi primárním a definitivním
ostěním plní i separační funkci. Vyloučením přenosu smykových napětí z primárního do definitivního ostění omezuje fólie
statické namáhání ostění pouze na pozitivně působící radiální složku horninového tlaku. Ostění namáhaná hydrostatickým tlakem bývají vyztužena, přičemž
v případě použití betonu odolného proti
průsakům se množství výztuže dále zvyšuje. Při použití deštníkového systému
hydroizolace k zatížení hydrostatickým
tlakem nedochází, protože voda volně
odtéká podél ostění do bočních tunelových drenáží. Stupeň vyztužení se podstatně snižuje a zcela běžné je použití
nevyztuženého definitivního ostění.
KRITÉRIA
P R OVÁ D Ě N Í
DEFINITIVNÍHO OSTĚNÍ
Pro provádění monolitického definitivního
ostění je nutno v zadávacích podmínkách
stanovit příslušná kritéria. Ta určují nároky na složení betonové směsi, požadavky
na výsledné parametry betonu, tolerance
tloušťky ostění, pohledovou kvalitu povrchu ostění apod. Při provádění definitivního ostění tvoří vnější bednění konstrukce
primárního ostění, jehož povrch není ideálně tvarován. Při ražbě tunelu vznikají díky
rozpukání horninového masivu i technologii provádění nadvýruby, které jsou vyplňovány stříkaným nebo monolitickým betonem. Z důvodu zachování požadované
tloušťky definitivního ostění a omezení
odchylek od projektem určených dimenzí je nutno stanovit příslušná kritéria. Pro
ostění chráněné proti průsakům vody izolační fólií uvádí [1] kritérium:
vyšuje cenu betonu monolitického a kritéria povolují do určité míry vyplnit nadvýruby a geometrické nepřesnosti primárního ostění levnějším monolitickým betonem. Následkem toho dochází ke snížení
investičních nákladů.
Přísná kritéria na odchylky od požadované tloušťky definitivního vodonepropustného ostění vedla např. zhotovitele
tunelu Lainzer ve Vídni k vyrovnání povrchu primárního ostění pomocí monolitického betonu. Na obr. 2 není líc definitivního ostění, jak by se na první pohled
zdálo, ale povrch vyrovnaného primárního ostění. Důkazem je instalovaná separační fólie omezující přenos tangenciálních napětí mezi primárním a definitivním ostěním a právě montovaná výztuž
definitivního ostění.
Další důležitá kritéria definují požadavky na pohledovou kvalitu líce definitivního ostění. Zatímco povolenou šířku trhlin vyztuženého ostění určuje příslušná
Obr. 2 Vyrovnaný líc primárního ostění
– tunel Lainzer (Vídeň)
Fig. 2 Even face of the primary lining
– Lainzer Tunnel (Vienna)
norma, kritéria šířky trhlin nevyztuženého tunelového ostění v České republice neurčuje žádná norma ani směrnice.
V případě použití nevyztuženého ostění na tunelu Libouchec vedla tato skutečnost k několik měsíců trvající diskuzi mezi
objednatelem (ŘSD ČR) a zpracovatelem
RDS (IKP Consulting Engineers, s. r. o.).
Protože zadávací dokumentace s použitím
nevyztuženého betonu nepočítala, museObr. 3 Ocelová konstrukce bednícího vozu
v místě nouzového zálivu tunelu
Spital (Rakousko)
Fig. 3 Steel structure of the formwork
carriage in the place of an
emergency bay of the Spital Tunnel
(Austria)
(1)
pro ostění z betonu odolného proti průsakům platí
(2)
přičemž platí vždy menší z obou hodnot.
Minimální požadovaná tloušťka ostění činí
0,3 m. V případě použití hydroizolační
fólie je nutno současně splnit požadavky
na rovinatost primárního ostění z hlediska instalace izolační fólie. Uvedená kritéria
neomezují jen tloušťku ostění, ale umožňují zhotoviteli správně kalkulovat nabídkovou cenu. Cena stříkaného betonu přeBETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE
6/2006
43
M AT E R I Á LY
M AT E R I A L S
A TECHNOLOGIE
AND TECHNOLOGIES
lo dojít během výstavby tunelu ke konsenzu, který byl v porovnání se zahraniční
literaturou velmi konzervativní. Zahraniční
literatura [1] uvádí pro radiální trhliny v nevyztuženém ostění kritérium mezní šířky
od 2 mm, pro podélné trhliny ve vrcholu
klenby, na bocích tunelu a pro nepravidelné trhliny od 1,5 mm a pouze pro „půlměsíčkové“ trhliny v oblasti spár mezi bloky
betonáže je určeno nejpřísnější kritérium
0,5 mm. Podle literatury [2] není dokonce
šířka trhlin nevyztuženého ostění omezena a sanace se provádí pouze v případě,
že se prokáže škodlivost trhlin na funkci
ostění. Teprve při překročení stanovených
kritérií je nutno trhlinu sanovat.
Betonáž definitivního ostění probíhá
do bednicího vozu délky max. 12,5 m.
Délka bloku betonáže vodonepropustného ostění obvykle nepřekračuje 10 m.
Bednící vůz představuje složité zařízení podobné pohyblivému ocelovému
mostu, které je opatřeno čerpadlem
betonové směsi, příložnými i ponornými vibrátory, zařízením pro pojezd a možnost odbednění (obr. 3). I přes sofistikovaný systém betonáže a hutnění směsi
dochází zejména v dolních částech ostění ke vzniku pórů po vzduchových bublinách, které díky tvaru ostění nemohou
ze směsi uniknout. Podle [2] je přípustná
hloubka pórů u vyztužených ostění do
10 mm a u nevyztužených do 15 mm.
Observační metoda a definitivní
ostění tunelů
V případě, kdy tunelovací metoda dokáže
operativně reagovat na skutečně zastižené
geotechnické podmínky, mluvíme o observační metodě. Ve fázi zpracování projektové dokumentace je velmi obtížné stano-
vit zatížení horninovým tlakem. Geotechnický průzkum poskytuje pouze bodové
informace a výsledky laboratorních zkoušek prováděné na získaných vzorcích postihují pouze vlastnosti vzorků, nikoli horninového masivu jako celku. Proto se statické
výpočty omezují pouze na průkaz dimenzí ostění. Velikost zatížení ovlivňuje prognóza předpokládaných geotechnických podmínek v trase tunelu a jeho nadloží. Vlastní dimenzování definitivního ostění probíhá až na základě výsledků měření prováděných během ražby v rámci geotechnického monitoringu. Pomocí geodetických
měření se sleduje deformace primárního
ostění v závislosti na čase a s ohledem na
rychlost postupu jednotlivých čeleb dílčích
výrubů. K správnému naladění matematického modelu slouží i výsledky extenzometrických měření, která poskytují informaci
o velikosti deformace probíhající před čelbou a do okamžiku osazení geodetického
bodu na líci primárního ostění.
Pomocí inverzní analýzy je na matematickém modelu dosaženo obdobného chování horninového masivu, jako
při skutečné ražbě tunelu. Na základě výsledků geomonitoringu, geotechnických sledování při výstavbě a s ohledem
na tvar tunelu a způsob výstavby dochází k rozdělení ražených úseků tunelu na
kvazihomogenní celky. Pro každý z celků je proveden statický výpočet a určeny
dimenze ostění. V nepříznivých geotechnických podmínkách, kdy je ostění tunelu
namáháno hydrostatickým tlakem, nesymetrickým zatížením, nebo v úsecích
horninového masivu náchylného k bobtnání je zpravidla použito vyztužené definitivní ostění. V ostatních případech není
většinou nutné ostění vyztužovat. Namá-
hání definitivního ostění ovlivňuje okamžik jeho betonáže ve vztahu k rychlosti deformace primárního ostění. Pokud
u primárního ostění nedojde k uklidnění
deformace a definitivní ostění je vsazeno
příliš brzy, okamžitě přebírá část zatížení
horninovým tlakem. V případě betonáže
definitivního ostění do deformačně stabilizovaného výrubu k zatížení horninovým
tlakem dojde až v okamžiku degradace primárního ostění, resp. nosného prstence v okolí výrubu. Velikost deformace
primárního ostění proto při dimenzování
definitivního ostění nehraje zásadní roli.
Klasický příklad představuje silniční tunel
Strengen v Rakousku, kdy při ražbě dosahovala deformace výrubu až 800 mm
a dno kaloty se zdvíhalo až o 1 m. Přesto definitivní ostění tunelu neobsahuje
jediný prut výztuže, pouze v místě nouzových zálivů prostý beton nahrazuje
monolitický drátkobeton (obr. 4).
Zatímco v případě primárního ostění
je možnou reakcí na skutečně zastižené
geotechnické podmínky úprava tloušťky ostění, v případě definitivního ostění
dochází při zachování konstantní tloušťky ostění k úpravě množství výztuže.
Změna tloušťky je používána spíše u definitivního ostění dlouhých tunelů, kde se
mohou v trase výrazně měnit geotechnické podmínky a úspora betonu převyšuje náklady spojené s úpravou bednícího vozu. Nevyztužené ostění přitom není
výjimečným stavem, ale logickou reakcí
na skutečně působící zatížení, jehož účinky na ostění je díky svým pevnostním
a geometrickým parametrům schopen
přenést pouze betonový průřez.
Specifika provádění definitivního
ostění
Zpracování realizační dokumentace definitivního ostění ražených úseků tunelu klade
na projektanta vysoké nároky jak z hlediska znalosti technologických postupů práce,
tak vlastního provádění. Tunel tvoří velmi
stísněný podzemní prostor, kde musí být
jednotlivé konstrukční prvky dokonale sladěny. Patky definitivního ostění tvoří zároveň základ pro umístění dráhy pojezdu
bednícího vozu, umístění pracovních spár
Obr. 4 Ostění nouzového zálivu tunelu
Strengen vyztužené monolitickým
drátkobetonem (Rakousko)
Fig. 4 Lining of the Strengen Tunnel
(Austria) reinforced by
cast-in-place FRC
44
BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE
6/2006
M AT E R I Á LY A T E C H N O L O G I E
M AT E R I A L S A N D T E C H N O L O G I E S
Obr. 6 Distanční prvky pro rozepření výztuže
o primární ostění
Fig. 6 Distant elements for range spacing
of the primary lining reinforcement
Obr. 5 Samonosná výztuž v tunelu
Libouchec
Fig. 5 Self-supporting lining in the
Libouchec Tunnel
mezi klenbou a patkami je třeba navrhnout tak, aby umožnilo bezproblémové
ustavení bednícího vozu a zatěsnění spár
mezi již provedenou patkou a právě betonovanou klenbou. Betonáž probíhá proudově a doba odbednění se pohybuje v intervalu od 10 do 12 hodin po dokončení betonáže. V případě vyztuženého ostění vyžaduje proudový způsob výstavby přípravu výkresů výztuže tak, aby její skladba
umožnila zabednění volného čela bloku
i rychlé doplnění výztuže před betonáží
bloku následujícího. Směr betonáže proto
ovlivňuje skladbu výztuže a je nutno jej
v projektu zohlednit.
Zcela specifickou vlastností tunelových
ostění je samonosnost výztuže úseků
izolovaných mezilehlou fóliovou izolací. Ukotvení výztuže pomocí speciálních kotev prostupujících hydrozolaci je
sice možné, ale standardně se nepoužívá. Vhodným uspořádáním výztužných sítí, prutové výztuže a distančních prvků lze vytvořit samonosnou konstrukci, která umožní provádět železářské
práce v předstihu před instalací bednícího vozu a prováděním betonáže (obr. 5).
Na vnitřní straně ostění zajišťují požadované krytí výztuže běžně používané
distanční prvky, na vnější straně je nutno
pro zajištění polohy výztuže vůči nepravidelnému tvaru primárního ostění použít speciálně upravené a rektifikovatelné
distanční prvky (obr. 6).
Betonáž ostění do bednícího vozu probíhá střídavě na obou stranách tunelu,
aby nedocházelo k nesymetrickému zatížení formy. Ve vrcholu klenby je nutno
ponechat v ostění otvory pro dodatečné
vyplnění vrchlíku klenby injektážní směsí,
aby definitivní ostění po celém obvodu dotlačovalo mezilehlou izolaci, resp.
podepíralo konstrukci primárního ostění.
TUNEL LIBOUCHEC
Tunel Libouchec jako součást nově budovaného dálničního úseku 807/II umožní
v prosinci 2006 prodloužení dálniční sítě
České republiky z Ústí nad Labem až na
státní hranici se SRN. Z důvodů kapacitních i bezpečnostních je tunel Libouchec
směrově rozdělen do dvou tunelových
trub, každé o dvou jízdních pruzích. Zhruba ve třetinách jeho délky propojují obě
tunelové trouby průchozí tunelové propojky. Trasa vedená ve směrovém oblouku o poloměru R = 1 060 m stoupá od
jihu k severu ve sklonu 4,5 % a umožňuje průjezd tunelem návrhovou rychlostí 80 km/h.
Horninový masiv tvoří ortoruly různého stupně zvětrání. V příportálových
oblastech do oblasti kaloty tunelu částečně zasahují i vrstvy pokryvných útvarů. Celkově však horninový masiv vykazoval během ražby vysoký stupeň stability.
Extenzometrická měření prováděná z povrchu území i měření deformací primárního ostění dávala po celou dobu výstavby dobrý předpoklad pro použití nevyztuženého definitivního ostění. K ustálení deformací docházelo do týdne po provedení primárního ostěním. Geotechnické podmínky v podloží tunelu umožnily
v celé jeho délce použít konstrukci ostění uloženou na patkách. Deformace primárního ostění dosahovala v oblasti por-
BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE
6/2006
tálů max. 45 mm, standardně však v úsecích nevyztuženého ostění nepřekračovala 10 mm. Stabilitu výrubu zajišťuje dvouplášťové ostění s mezilehlou fóliovou izolací instalovanou pouze v oblasti horní
klenby. Podzemní vodu odvádí směrem
k jižnímu portálu tunelu podélná tunelová drenáž situovaná podél patek definitivního ostění. Deštníkový hydroizolační systém zajišťuje, že ostění není zatíženo hydrostatickým tlakem. Po vyhodnocení geotechnických podmínek zastižených během ražby a po konzultaci se
zhotovitelem navrhl zpracovatel RDS provést větší část definitivního ostění jako
nevyztuženou. Ani v místě vyztuženého
definitivního ostění však nebyla výztuž
patky a klenby propojena, což zlepšovalo přístup a provádění boční tunelové
drenáže a snižovalo nebezpečí poškození mezilehlé izolace (obr. 7). V místě pracovní spáry bez propojení výztuže statické schéma konstrukce obsahovalo vnitřní
kloubovou vazbu.
Požadavky na beton ostění přesně specifikují zvláštní technické a kvalitativní
podmínky vypracované investorem. Betonáž definitivního ostění z betonu C25/30
XF4 XD3 probíhala po ustálení deformací primárního ostění. Příznivá byla především rychlost, s jakou došlo k ustálení deformací primárního ostění. Projektant zpočátku považoval návrh nevyztuženého ostění za zcela logickou a přirozenou reakci na chování horninového masivu během ražby tunelů. Reakce
zástupců supervize Ministerstva dopravy
ČR i investora byla však zpočátku odmítavá. Důvodem k opatrnosti byla absence
kritérií pro použití nevyztuženého ostění
v českých normách a předpisech.
45
M AT E R I Á LY
M AT E R I A L S
A TECHNOLOGIE
AND TECHNOLOGIES
Obr. 7 Konstrukční řešení tunelu Libouchec
bez propojení výztuže patek a klenby
Fig. 7 Structural solution of the Libouchec
Tunnel without connection of the
reinforcement of the footings and
the vault
K hlavním problémovým okruhům,
které musely být v souvislosti s použitím
nevyztuženého betonu ostění vyřešeny, patřila kromě únosnosti ostění i problematika vzniku, počtu a přípustné šířky
trhlin, požární odolnosti konstrukce a metodiky jejího posouzení a v neposlední řadě i požadavků na kvalitu líce ostění. Diskuse, průkazy i zkoušky potřebné
pro odsouhlasení použití nevyztuženého
definitivního ostění trvaly několik měsíců.
Nakonec však došlo k vzájemné dohodě všech účastníků výstavby a provádění nevyztuženého ostění bylo za přísných
kritérií povoleno. Šířka horizontální trhliny
byla omezena na 0,5 mm v době převzetí díla investorem, 1 mm na konci záruční doby a jako maximum byla stanovena
hodnota 1,5 mm. Šířka smršťovacích vertikálních trhlin byla omezena na 2 mm
v době převzetí díla, resp. max. 3 mm na
konci záruční doby. Přípustný počet průběžných trhlin na délku bloku betonáže
nesměl přesáhnout dvě.
Pro betonáž použil zhotovitel stejného bednícího vozu, jako v případě tunelu Panenská. Vnitřní líc ostění obou tunelů
je proto identický, stejně jako délka bloku
betonáže 12 m. Vyztužené bloky definitivního ostění navrhl projektant pouze v připortálových úsecích tunelů a v místě propojek. Bloky se skříněmi SOS a požárními hydranty byly vyztuženy pouze lokálně
v prostoru výklenků a jejich bezprostředním okolí. Ostatní úseky tunelu vyztuženy nebyly. V příportálových úsecích konstrukce výztuže splňovala kritéria samonosnosti, přičemž nosné prvky tvořily svařované armokoše z betonářské výztuže
spojované na přesah pomocí lanových
spojek (obr. 8). Měkké spojení umožňu46
je na rozdíl od použití tuhých rámů stykovaných šroubovanými spoji rektifikaci geometrie celé samonosné výztuže. Omezuje
také nebezpečí poškození izolace při možném posunu výztuže během manipulace
s bednícím vozem. V místě výklenků SOS
skříní a požárního hydrantu a v místě propojek tunelových trub výztuž vzhledem
k nízkému procentu vyztužení a velikosti
profilu jako samonosná navržena nebyla.
Stabilitu výztuže do doby betonáže zajišťovaly speciální kotvy prostupující hydroizolací do primárního ostění.
Zahájení betonáže definitivního ostění provázely problémy se vznikem trhlin
tvaru půlměsíce ve vrcholu klenby. Vyskytovaly se v blocích betonáže bez rozdílu, zda se jednalo o vyztužené či nevyztužené ostění. Po dohodě se zhotovitelem navrhl projektant šachovnicový
způsob provádění ostění. Při zhutňování
směsi pravděpodobně docházelo k přenosu vibrací tuhou konstrukcí bednícího
Obr. 8 Spojování samonosné výztuže
pomocí lanových spojek
Fig. 8 Combining self-supporting
reinforcement with cable joints
vozu na čerstvě odbedněný blok ostění.
Úprava technologického postupu přinesla
očekávaný výsledek a vznik trhlin již dále
nepokračoval.
S prováděním nevyztuženého ostění byla spojena i problematika upevnění
kabelových chrániček, které jsou u železobetonového ostění navázány na výztuž.
V případě nevyztuženého ostění upevňoval zhotovitel chráničky pomocí plátů
hydroizolační fólie natavených na již instalovanou fólii (obr. 9).
Samostatnou úlohu v prosazování nevyObr. 9 Upevnění kabelových chrániček
v nevyztuženém ostění
Fig. 9 Fastening of cable protective pipes in
the non-reinforced lining
BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE
6/2006
M AT E R I Á LY A T E C H N O L O G I E
M AT E R I A L S A N D T E C H N O L O G I E S
ztuženého definitivního ostění sehrála
problematika požární odolnosti konstrukce. Požární specialista z důvodů kladného projednání realizační dokumentace se zástupci hasičského záchranného
sboru vyžadoval posouzení vzorku konkrétní receptury betonové směsi i tloušťky ostění prováděného podle technologického postupu analogického s betonáží
ostění v tunelu. Požární zkoušku provedla autorizovaná zkušebna firmy PAVUS na
vzorku o rozměrech 2 x 2 m a tloušťky
400 mm. Vzorek připravený a ošetřovaný
podle technologického postupu provádění ostění z betonové směsi používané na
tunelu Libouchec byl po 90 dní vystaven klimatickým vlivům obdobným prostředí v tunelu. Do každého z pěti vývrtů bylo po tloušťce vzorku ve vzdálenosti
50 mm vsazeno sedm teplotních snímačů, které v průběhu zkoušky zaznamenávaly průběh teploty v čase. Další čidla
byla umístěna na neohřívaném povrchu
vzorku. Teplotní zatěžování probíhalo po
dobu 180 minut podle normové celulózové křivky, popsané rovnicí (3).
Tn = T0 + 345 log (8t + 1)
(3)
Cílem experimentu bylo zjistit:
• tloušťku vrstvy betonu, která odpadne při vystavení vzorku betonu ostění
požáru,
• průběh teploty po tloušťce ostění,
• celkový odpad betonu z plochy vystavené požáru.
Výsledky experimentu byly pro mnohé
Obr. 10 Graf nárůstu teploty ostění v čase
pro umístění snímačů 100 [1],
200 [2], 300 [3] a 350 mm [4]
od neohřívaného povrchu ostění
Fig. 10 Graph of temperature growth in the
lining in time for the placement of
sensors 100 [1], 200 [2], 300 [3]
and 350 mm [4] from the unheated
lining surface
velkým překvapením. I když se dalo očekávat, že konstrukce účinkům požáru
odolá, byly očekávány povrchové odprysky způsobené uvolňováním páry. Během
provádění zkoušky a při následném
chladnutí vzorku nedošlo k odprýsknutí ani jediného úlomku betonu, ani k vytvoření větších trhlin. Mikroskopické trhlinky vznikaly nepravidelně v ploše ostění. Výsledky zkoušky ukázaly, že po ukončení zkoušky dosahuje teplota v hloubce
50 mm pod ohřívaným povrchem v průměru 308 °C (max. 363 °C). S narůstající vzdáleností od ohřívaného líce vzorku dochází k prudkému snížení teploty
a 100 mm pod povrchem již průměrná
teplota nepřesahuje 121 °C, resp. max.
131 °C. Teplota na rubu ostění, který v tunelu představuje kontakt s izolační fólií,
nepřesáhne hodnotu 23 °C. Vyhodnocení zkoušky ukazují grafy na obr. 10 a 11.
Z ÁV Ě R
Při zpracování RDS tunelu Libouchec byly
důsledně dodržovány principy observační
metody. Na základě skutečně zastižených
geotechnických poměrů došlo k úpravě
návrhu definitivního ostění. Použití nelineárních materiálních modelů betonu
vedlo k ekonomickému návrhu ostění. Ve
vyztužených úsecích tunelu umožnilo snížení množství výztuže, v úsecích s dobrými geotechnickými podmínkami k její úplné eliminaci. Na celý úsek raženého
tunelu bylo místo původně plánovaných
700 t použito jen 150 t výztuže. Vyztužení
horní klenby se pohybovalo od 26 kg/m3
ve standardních blocích betonáže až po
47 kg/m3 v blocích se zaústěním tunelových propojek. I v tomto směru došlo
v porovnání s původně předpokládanými
88 kg/m3 k výrazné redukci. Požadovanou požární odolnost konstrukce prokázala požární zkouška. I bez použití polypropylenových vláken nedošlo při teplotním zatěžování podle celulózové normo-
BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE
6/2006
Literatura:
[1] Richtlinie 853, Eisenbahntunnel planen, bauen und instand halten, DB
Netz Deutsche Bahn Gruppe, platnost
od 1. 6. 2002
[2] Richtlinie Innenschalenbeton, Ausgabe
Oktober 2003, Österreichische
Betonvereinigung für Beton- und
Bautechnik, A-1040 Wien, Austria
[3] Protokol o zkoušce požární odolnosti č. Pr-05-1.02.202 vydaný dne
21.12.2005 pro výrobek Výsek tunelového ostění tunelu Libouchec, PAVUS,
a. s., pobočka Veselí nad Lužnicí
vé křivky (3) k odpryskům betonu, nebo
jinému poškození jeho povrchu.
Nedostatečná propracovanost českých
norem a předpisů z hlediska použití
nevyztužených ostění značně komplikuje fáze projektování i vlastní realizaci díla.
Precedentní příklad použití nevyztuženého definitivního ostění na tunelu Libouchec a činnost projektanta v roli supervize RDS železničních tunelů Nového spojení v Praze přispěla k prosazení nevyztuženého definitivního ostění i na této stavbě. V konečném důsledku mohou vést
získané zkušenosti ke zlevnění dopravních tunelů v České republice a posunu českého tunelářství blíže ke světovým
trendům v oblasti podzemních staveb.
Ing. Libor Mařík
IKP Consulting Engineers, s. r. o.
Jirsíkova 5, 186 00 Praha 8 – Karlín
tel.: 255 733 522, fax: 255 733 605
e-mail: [email protected], www.ikpce.com
Obr 11. Teplotní gradient v ostění, křivky
nárůstu teploty v čase 30, 90 a
180 min
Fig. 11 Temperature gradient in the lining,
temperature growth curve in time
– 30, 90 a 180 min
47