Řízené horizontální vrtání ve skalním prostředí v příkladech
Foto: TALPA-RPF s.r.o.
Bezvýkopová technologie pro vrtání ve skále je náročnou disciplínou, pro její úspěšnost je klíčové splnění dvou podmínek. Prvou je znalost charakteru horninového prostředí v místě vrtání a druhou je kvalita projektové přípravy.
Geologický průzkum provedený během přípravy projektu postaveném na bezvýkopové technologii by měl být samozřejmostí. Ve skutečnosti je převážná míra projektů postavena na extrapolaci dřívějších průzkumných vrtů. Ty bývají často vzdálené od místa realizace bezvýkopové technologie, takže skutečná geologie v lokalitě zcela neodpovídá předpokládaným podmínkám. Následující příklady ukazují význam splnění těchto podmínek v praxi.
Zřejmě nejvhodnějším příkladem, kdy byly splněny obě výše uvedené podmínky a kdy jsme mohli pracovat podle velmi kvalitního projektu, bylo bezvýkopové provedení dvouramenné shybky výtlaku pod řekou Vltavou v Praze. Oba vrty v délce 160 m byly vedeny z těsné blízkosti komunikace ulice Rostocká, překonaly nejprve Šárecký potok v hlubokém zářezu a pokračovaly na Císařský ostrov. Provedení pilotního vrtu bylo zvláště na břežní straně velmi náročné, převýšení mezi břehy a nejnižším bodem pod řekou bylo 12 m. Informace získané během pilotního vrtu potvrzovaly předpokládaný výskyt drobů a břidlic v různém stavu navětrání, takže hornina měla tendenci odlučovat se po deskách tloušťky až 100 mm. Tento fakt by mohl způsobit vypadávání bloků horniny do vytvořeného vrtu a zablokovat vtahování potrubí do vrtu. Proto byl zvýšen rozměr vrtaného otvoru z plánovaných 550 mm na 700 mm. Do takto připravených vrtů bylo pak bezpečně vtaženo polyetylénové potrubí D400 mm. Provedení první shybky trvalo deset dní, ve druhém případě s využitím zkušeností byl vrt proveden za sedm dní.
Případem stavby, ve které se projektem předpokládané geologické podmínky výrazně lišily od skutečnosti, bylo bezvýkopové provedení pokládky ocelové chráničky DN 300 pod budoucím tělesem dálnice u Mirotic. Důvodem pro volbu této technologie byla relativně velká hloubka uložení chráničky pod aktuálním terénem. Provedení pokládky do výkopu by bylo jistě finančně i technicky velmi náročné, takže se řízené horizontální vrtání s valivými dláty přímo nabízelo. Geologický průzkum nebyl v místě vrtání proveden, důvodem byla zřejmě snaha dále nenavyšovat cenu projektových prací. Projektovaná délka ocelové chráničky DN300 mm byla 54 m, projekt byl postaven na předpokladu výskytu hornin třídy R3 až R6, tedy hornin s pevností v prostém tlaku kolísající od 15 MPa až po maximálně 50 Mpa. Tyto parametry odpovídají podmínkám pro standardní použití valivých dlát a pro realizaci byl vybrán stroj Ditchwitch 40 AT s maximálním tahem 18 tun. Pilotní vrt překonal nejprve vzdálenost 25 metrů od stroje ke startovací jámě do hloubky 4,5 metrů a po 54 metrech dospěl k cílové jámě. Provedení pilotního vrtu trvalo dva dny, což bylo oproti předpokladu dvakrát déle. To bez pochyb vypovídalo o mnohem vyšší pevnosti v prostém tlaku vrtané horniny. Přesto jsme přistoupili k rozšiřování vrtu valivými dláty na rozměr 300 mm. Vzhledem ke zjištěným pevnostním vlastnostem horniny byl navíc přidán krok rozšíření na 400 mm a v závěru pak na 500 mm. Vrt byl po ukončení operace rozšiřování evidentně volný, bez kusů horniny v celé délce. Kontrolní průtah rozšiřovačem celým vrtem byl s minimálními tahy. Proto mohlo být přistoupeno ke vtahování ocelového potrubí. Během procesu vtahování potrubí však došlo k postupnému nárůstu tahových sil a posléze po cca 40 metrech k zaseknutí potrubí. Místo, kde bylo potrubí zaseklé, bylo už mimo plánované těleso dálnice, takže v tomto místě byl povolen výkop. Jeho provedení ve skalním prostředí při hloubce cca 6 metrů trvalo týden. Po dokončení výkopu byla provedena vizuální prohlídka stěn jámy a bylo zjištěno, že osa vrtu prochází v kontaktní ploše dvou horninových vrstev, z nichž jedna byla měkčí a díky tomu během operací rozšiřování došlo k postupnému vychylování vrtného nářadí do této měkčí vrstvy. Vtahované ocelové potrubí se tak přes vzniklou odchylku nemohlo dostat a zůstalo stát. Po zhodnocení situace jsme se rozhodli zaměnit stroj a použít výkonnější DitchWitch 60, jehož tahové možnosti jsou o 50 procent vyšší. Ten uvolněné potrubí vytlačil z vrtu a poté provedl ještě jednu operaci rozšíření na rozměr 600 mm. Díky těmto opatřením mohly být práce dokončeny a potrubí vtaženo. V uvolňovacím výkopu byly odebrány vzorky horniny, které byly odeslány do laboratoře. Výsledky testování ukázalo, že se jednalo o rulu s průměrnou pevností v prostém tlaku 207 MPa a o kvarcit s pevností v prostém tlaku 170 MPa. Obě horniny se tak dají přiřadit do pevnostní třídy R1.
Náklady na realizaci včetně vyprošťovacích prací vysoce převyšovaly smluvní cenu díla.
Dalším příkladem je výstavba kanalizace v obci Plesná u Ostravy, kde byly některé úseky kanalizace projektovány ve skalním podloží. Projektant pro úseky v délce 139 m a 186 m navrhnul provedení štolováním a jejich realizace trvala více než jeden rok. V technické zprávě byly předpokládány jílovité zeminy případně zvětralé jílovité břidlice spíše až charakteru zemin. Nebyly však vylučovány ani zóny kompaktnějších břidlic. V průběhu prací však byly již při hloubení přístupových šachet ověřeny v předmětných hloubkách velmi pevné pískovce a droby. Tyto vrstvy se na předmětných úsecích poměrně rychle měnily. Z popisu problémů při realizaci jasně vyplývá, že pokud by projektant vycházel z kvalitně provedeného geologického průzkumu, nezvolil by tuto metodu.
Proto byly práce v dalším úseku pozastaveny a investor nechal zpracovat důkladný inženýrsko-geologický průzkum. Ten byl zaměřen především na ověření možnosti a účelnosti nasazení bezvýkopové technologie řízeného horizontálního vrtání. V předmětném úseku kanalizace bylo provedeno 7 průzkumných vrtů, ze kterých vyplývá, že řízený horizontální vrt zasáhne geologické rozhraní pevných pískovcových vrstev a měkčích jílovcových resp. břidličných vrstev. Obecně pro použití bezvýkopové technologie uložení potrubí metodou řízeného horizontálního vrtání výhodnější použití vyšších spádů kanalizace, což bylo v tomto případě splněno.
Délka prvního vrtaného úseku byla 87 m, cílem bylo vtažení potrubí kanalizace DN300 mm.
Práce byly zahájeny 3.9.2021. Pro realizaci byla vybrána vrtná souprava střední velikosti DitchWitch AT40 All Terrain s duálními vrtnými tyčemi pro vrty ve skále, s tažnou silou 178 kN a kroutícím momentem 7460 Nm. Pilotní vrt valivými dláty potvrdil informace inženýrsko-geologického průzkumu. Po jeho rozšíření v několika krocích bylo provedeno vtažení potrubí kanalizace a po osmi dnech byly práce dokončeny.
Ze srovnání těchto příkladů vyplývá, že pečlivá příprava projektu a zajištění geologického průzkumu v místě vrtání základem úspěchu a naopak, pokud je připravovaný projekt proveden bez dostatečné přípravy, pak jsou vrty prováděné metodou HDD ve skále čirým dobrodružstvím s nejistým závěrem.
Ing. Ivan Demjan
TALPA-RPF s.r.o.
