Firma TALPA-RPF provedla řízené horizontální vrtání při realizaci dvou ramen shybky pod řekou Vltavou

Firma TALPA-RPF provedla řízené horizontální vrtání při realizaci dvou ramen shybky pod řekou Vltavou

Text: Martin Šerý Stavebniserver.com, Ing. Ivan Demjan TALPA-RPF s.r.o., foto: TALPA-RPF s.r.o.

Praha patří mezi velkoměsta, kde budování infrastruktury a výstavba důležitých dopravních tepen s ohledem na nejrůznější překážky rozhodně nepatří k akcím, které by bylo snadné realizovat. Naopak, někdy se zdá být plánovaná realizace v kontextu okolního terénu či zástavby prakticky nemožná. V poslední době se však o slovo přihlásily bezvýkopové technologie. Stavební firmy, které jsou schopny je nabídnout investorům, tak mají velký podíl na tom, že tepající město může jako celek nadále vzkvétat.

Historické okénko

Aby se město mohlo rozvíjet, je zapotřebí více než jen výstavba inženýrských sítí v právě budovaném místě. Zároveň je vždy nutné navýšit kapacitu všech navazujících částí systému, zejména v rámci vodovodů, kanalizací nebo rozvodů energií.

V první polovině dvacátého století byla pro kanalizační systém Prahy klíčová stará čistírna odpadních vod v Bubenči, kterou v roce 1967 nahradila nová ústřední čistička odpadních vod na nedalekém Císařském ostrově. Stále máme v paměti povodně z roku 2002, kdy došlo k jejímu zaplavení a velkým škodám na technologiích čištění vod. Odhlédneme-li od povodní, čistírna již nesplňovala normy Evropské unie. Z těchto důvodů se v roce 2013 rozhodlo o výstavbě nové čistírny odpadních vod, která byla dokončena v roce 2018 a v současné době by měl skončit její zkušební provoz. Obě její linky čistí na území hlavního města přibližně 93 % odpadních vod přiváděných jednotnou městskou kanalizací.

Moderní technologie jako součást dobře promyšleného projektu

Můžeme tedy říct, srdce kanalizačního systému bylo úspěšně operováno. A právě proto je nyní zásadní posílit jeho důležité tepny, mezi které patří výtlak z ČSOV Podbabská u ústí Litovicko-Šáreckého potoka, určený k dopravě odpadní vody do kmenové stoky E v areálu ÚČOV. Tento výtlak, provedený v dimenzi potrubí D225 mm, nemá dostačující kapacitu, a proto pražská projekční kancelář D plus projektová a inženýrská a.s. připravila řešení v podobě výstavby dvojitého výtlaku PEHD d400x23,7 RC. Trasa výtlaku bezprostředně u rekonstruované ČSVO musí překročit Litovicko-Šárecký potok, boční koryto Vltavy na Císařský ostrov a dále povede podél obslužné komunikace v sousedství areálu ČOV.

Původní výtlak byl v minulosti vybudován provedením překopu obou toků za využití těžké techniky pracující v říčním toku. Takové řešení je organizačně velmi náročné, neboť vyžaduje dlouhou odstávku provozu v plavebním kanále, v jehož ústí byla trasa navržena. V neposlední řadě se ukázalo, že dřívější způsob budování výtlaku je rovněž velmi nákladný.

S ohledem na současný rozvoj bezvýkopových technologií tedy projektant důkladně zvážil využití metody řízeného horizontálního vrtání. Tento způsob překonání říčního toku se jevil jako výrazně efektivnější, a navíc měl mnohem menší dopad na říční provoz v plavebním kanále. Na rozdíl od stávajícího výtlaku tak křížení Vltavy může probíhat šikmo na plavební dráhu, v hydraulicky optimální trase bez zbytečných lomů.

Komplikace spojené s provedením shybky

Jakmile se podíváme na plány libovolného projektu, každé řešení se na první pohled jeví jako krásné a dokonalé. Zkušený stavař však ví, že nemá usínat na vavřínech, neboť po podrobnějším prozkoumání přináší každý projekt i určité množství komplikací či otazníků. Dozvěděli jsme se, že ani tento případ nebyl výjimkou, a proto naši redakci zajímala konkrétní úskalí provázející provedení shybky. Za společnost TALPA-RPF s.r.o. nám odpověděl přímo pan jednatel:

„První komplikaci představoval nedostatek prostoru pro první část pilotního vrtu. Oblouk vrtu je striktně určen tuhostí vrtných tyčí, jejichž minimální dosažitelný rádius nelze překročit. Litovicko-Šárecký potok protéká místem, kde jej shybka kříží, v terénním zářezu hlubokém cca 6 metrů a jeho nejhlubší bod se nachází po dvaceti metrech od startovací jámy. Vrtná souprava měla za zády rušnou Roztockou ulici, takže prodloužení vrtu nepřipadalo v úvahu. Potok je od řeky Vltavy oddělen pouze úzkou hrází a zde byla povodím Vltavy nastavena podmínka minimální hloubky pokládané shybky 5 metrů od hladiny na okrajích toku a 7,5 m od hladiny ve středu toku. Díky tomu byla první shybka vedena v poměrně ostrém náklonu směrem dolů, pod středem toku. Ve vzdálenosti 80 metrů od startu již musela směřovat dovrchně. Toto vedení by nepředstavovalo velký problém, pokud by k provedení vrtu mělo dojít v měkkých náplavových vrstvách, které jsou však typické například pro jih Moravy. V námi popisovaném případě se však pohybujeme v náročných geologických podmínkách skalního vrtání,“ popsal situaci Ing. Ivan Demjan.

Úskalí spojená s podmínkami skalního vrtání však zdaleka nekončila: „Tím se dostáváme k druhé zásadní komplikaci, která měla ryze geologický charakter. Při přípravě bezvýkopového provedení shybky jsme vycházeli z dřívějších geologických průzkumů prováděných v okolí stavby. Do hloubkového profilu shybky zasahují proterozoické droby a prachovce, které dosahují pevnosti až R3, těžitelnost proterozoických sedimentů dle ČSN 73 3050 v 5. třídě, místy až v 6. třídě. V mělčích vrstvách byly zjištěny kvartérní fluviální štěrky a písky a v příbřežních pásmech se těsně pod povrchem nacházely hlinité sedimenty. Fluviální písčité a štěrkovité sedimenty dosahují dle ČSN 73 3050 3. - 4. třídy a při výskytu kamenů či balvanů o velikosti 10 až 25 cm v objemu nad 50 % pak 5. třídy. Těžené zeminy jsou zvodnělé,“ doplnil k náročnosti celé operace inženýr Demjan.

Úspěšná realizace shybky

Pro realizaci shybky byla vybrána vrtná souprava DitchWitch JT60 s tažnou silou 267 kN a kroutícím momentem 12 200 Nm. Práce byly zahájeny 13. 4. 2021. Pilotní vrt byl prováděn speciálním vrtným nářadím pro vrtání ve skále nízké až střední pevnosti. Tato volba se ukázala jako optimální, protože vycházela vstříc nárokům na přesné řízení vrtu a zároveň umožňovala provedení vrtu v náročných geologických podmínkách. Použití mud motoru nebo valivých dlát s duálními vrtnými tyčemi je ve skalním prostředí efektivnější, vyžaduje však mnohem plynulejší křivku vrtu s radiusem ohybu 350 a více metrů. V případě této shybky byla křivka ohybu naprojektována na 290 m.

Během provádění vrtu byla Povodím Vltavy povolena výluka v lodní dopravě na jeden den v době mezi 9.00 až 16.00 h. Proto bylo provádění pilotního vrtu rozděleno na dva dny, přičemž první den proběhlo vrtání pod příbřežní částí u ulice Roztocká a pod Litovicko-Šáreckým potokem, druhý den pak pod Vltavou a na Císařském ostrově. Důvodem pro výluku v lodní dopravě byla nutnost natažení lana pro označení osy mezi oběma rameny budoucí shybky. První rameno shybky bylo vedeno dva metry od lana vlevo, druhé bylo plánováno se stejným odstupem od lana vpravo. Obsluha technologie, která trasovala a řídila provádění vrtných prací, seděla v motorovém člunu zakotveném na tomto laně. Během přípravy vrtu jsme zvažovali použití magnetického naváděcího systému (Magnetic Guidance System), který dokáže provést pilotní vrt i bez přítomnosti obsluhy nad vrtem. Systém je však velmi nákladný a konkrétně v tomto případě by prodražil provedení obou vrtů cca o 1 500 mil. Kč. Zároveň byl v době realizace aktuální lockdown vyvolaný pandemií Covid-19, což znemožňovalo přítomnost zahraničního technika, bez kterého nebylo možné takový vrt provést.

Pomocí rozšiřovačů typu Kodiak probíhalo v následujících pěti dnech postupné rozšiřování vrtu až na rozměr 750 mm. V této fázi práce je nutné provést otvor v horninovém prostředí dostatečně velký pro vtažení potrubí DN400 mm a vymístění veškerých úlomků horniny pomocí vrtného výplachu z vrtu do jam. Jedná se o mimořádně důležitý detail, protože pokud by část rozdrobené horniny zůstala ve vrtu, došlo by následně při vtahování potrubí k hrnutí úlomků před potrubím a k jejich postupnému upěchování. Taková chyba by v konečném důsledku vedla až ke kolapsu procesu vtahování potrubí. Dalším úskalím tohoto projektu je stav horninového prostředí. Z geologických zpráv vyplývá, že hornina je porušena ve vrstvách a je tedy extrémní nebezpečí vypadávání vrtáním uvolněných horninových desek do provedeného otvoru. Proto bylo rozhodnuto použít jako poslední rozšiřovač průměru 700 mm, ačkoliv v běžných podmínkách by bylo dostatečné rozšíření na průměr 550 až 600 mm.

Pro transport odvrtaných úlomků horniny je naprosto klíčový výběr typu vrtného výplachu a jeho recyklace pro další použití. Pokud vrtný výplach v rozpukaném horninovém prostředí začne utíkat do okolního prostředí vrtu, pak hrozí, že transportované částečky horniny zůstanou ve vrtu. Proto jsme v době přípravy vrtu věnovali výběru a modifikaci vrtného výplachu největší péči. Pro recyklaci vrtného výplachu byla použita jednotka s nátřasnými síty AMC Shaker 624 a pro dočištění pak M-I SWACO MONGOOSE se sestavou hydrocyklónů.

Potrubí, které bylo projektantem vybráno pro bezvýkopovou část, je technická novinka společnosti egeplast. Potrubí je vyrobeno z materiálu PE 100-RC d400x23,7 s dodatečným ochranným pláštěm z modifikovaného PEplus značeným třemi zelenými pruhy, které má pod ochranným pláštěm integrované vodivé proužky. Potrubní systém SLM DCT jednak využívá výhod opláštěného potrubí, které zajistí bezvadný nepoškozený povrch trubek u bezvýkopové instalace, a navíc nabízí jedinečnou možnost kontroly, že k poškození opravdu nedošlo. Vodivé proužky pod opláštěním mohou sloužit jako signalizační vodič, ale především umožňují spolehlivý test vylučují poškození po dokončení instalace. Investor tak může zkontrolovat, že nedošlo k poškození potrubí bezvýkopovou pokládkou. Závěrečnou fází vtažení každého potrubí bylo provedení zkoušky integrity potrubí, která potvrdila jeho celistvost. Po deseti dnech byl vrt dostatečně rozšířen a vypláchnut. Na řadě bylo vtahování potrubí. Ukázalo se, že vrt je stabilní a beze zbytků nebo úlomků horniny, takže vlastní proces vtahování potrubí byl po třech hodinách završen, když potrubí dosáhlo cílové jámy.

V případě pravého ramene shybky již bylo možné využít zkušeností nabytých během realizace levého ramene, a tak jeho provedení proběhlo bez větších komplikací během následujících sedmi dní. Opět byla na dobu jednoho dne zastavena plavba tak, aby mohlo být nataženo lano a postup rozšiřování probíhal ve stejném pořadí jako v prvním případě. Vtažení potrubí proběhlo stejně hladce jako u levé shybky.