Česká republika je zcela závislá na dovozu zemního plynu, který musí být odebírán rovnoměrně po celý rok nezávisle na požadavcích spotřebitelů. S rostoucí poptávkou se stále zvyšuje rozdíl mezi spotřebou plynu v letních a zimních měsících. Proto jsou podzemní plynové zásobníky důležitou a nezbytnou součástí českého plynárenského systému. Všechny podzemní zásobníky plynu plynárenského podniku Transgas,s.p. jsou vybudovány na Moravě, což je dáno geologickým vývojem oblasti - zásobníky jsou převážně vybudovány ve vytěžených ložiscích nafty a zemního plynu, resp. v aquaferové struktuře (Lobodice). V Čechách, z hlediska geologického, jsou příznivé podmínky pouze pro vytvoření podzemních zásobníků v uměle vytvořených dutinách - kavernách. Nabízí se tak možnost využít vytěžení ložiska rud nebo uhlí, nebo vytvořit podzemní skladovací prostory v sedimentárních, nebo krystalických horninách. Na základě rozsáhlé geologické zprávy byla v r. 1989 pro výstavbu kavernového zásobníku zemního plynu vybrána lokalita u Příbrami, která je situována v hloubce cca 950 m pod povrchem terénu v granitoidech středočeského plutonu. K výstavbě a přístupu k lokalitě sloužila jáma bývalého dolu č. 16 v obci Háje u Příbrami. Zásobník plynu Háje zajišťuje krytí špičkových potřeb plynu v oblasti Prahy a středočeského kraje. Z technického hlediska se jedná o velmi náročnou stavbu, pro jejíž realizaci bylo nutné vyvinout a ověřit celou řadu nových konstrukčních prvků, technologických celků a postupů. Velká pozornost byla věnována výstavbě vodního tlakového uzávěru sestávajícího ze čtyř tlakových zátek ze stříkaného drátkobetonu, zejména technologii betonáže, technologii utěsňování horninového masivu a vlastních těles zátek a provoznímu monitorovacímu systému zátek. V tomto příspěvku chceme seznámit s problematikou utěsňování tlakových zátek a horninového masivu, provést zhodnocení provedených prací a popsat získané zkušenosti.

Obr.1 Vylomený prostor pro zátku se závěrovým pancířem

• podzemní část s akumulačním prostorem a vodním tlakovým uzávěrem (tzv. spodní stavba)
• propojovací část s těžebně vtláčecími a technologickými vrty (mezizátkový a čerpací vrt)
• povrchová část s řídícím systémem, kompresory, úpravou plynu, regulací a měřením plynu a dalšími plynárenskými zařízeními

Spodní stavba je situována v úrovni 21. patra jámy č. 16 v hloubce 955-961 m pod úrovní terénu na ploše cca 1 km2. Spodní stavba se skládá ze systému chodeb příčného průřezu cca 13-15 m2 o celkové délce cca 45 km, které tvoří akumulační prostory zásobníku a z vodního tlakového uzávěru vybudovaného na dvou přístupových překopech. Zásobník je celý umístěn v žulovém tělese, přičemž pevnost hornin v tlaku dosahuje hodnot 150 - 200 MPa. Prostor pro tlakový uzávěr byl vybrán na základě důkladného průzkumu přístupových překopů, přičemž kriteriem lokalizace byla především strukturní pevnost a propustnost horninového masivu. Tlakový uzávěr je tvořen dvěmi dvojicemi tlakových zátek vzdálených od sebe 80 m (viz obr. č. 2.), vějířem zavodňovacích vrtů a monitorovacím systémem uzávěru.

Obr. 2 PZP Háje, tlakový uzávěr, situace 21. patro

Tlakové zátky jsou konstruovány jako pevně vetknuté s vyloučením jakýchkoliv posunů na kontaktní ploše. Proto bylo nutné volit těsnící injektážní směs s patřičnými pevnostními a hydroizolačními vlastnostmi. Prostor mezi tlakovými zátkami (tzv. mezizátkový prostor) byl po dokončení zátek zaplněn vodou tzv. mezizátkovým vrtem a mezizátkový prostor tak tvoří vodní clonu s proměnným tlakem vody, která má za úkol zajišťovat těsnost akumulačního prostoru zásobníku. Celá přístupová oblast k zásobníku bude v budoucnu zatopena vodou až po úroveň terénu. Tlak vody v mezizátkovém prostoru bude regulován v závislosti na tlaku zemního plynu v zásobníku tak, aby byl udržován minimální přetlak vody v mezizátkovém prostoru ve výši 0,5 MPa. Zásobník bude provozován při pracovních tlacích plynu 2,0 až 9,5 MPa a následně tlakem až 12,5 MPa. Efektivní kapacita zásobníku se předpokládá při tlaku 12,5 MPa cca 85 mil. m3 zemního plynu, denně čerpané množství může být až 6 mil. m3. Konstrukčně byly zátky navrženy na základě řady statických výpočtů metodou konečných prvků (3D - pružnoplastické řešení), které pro definitivní variantu dávají stupeň bezpečnosti ve výši 3 - 4. Konstrukce zátek byla ověřována na tzv. zkušební zátce dlouhé 3,5 m. Na základě výsledků zkoušek byla konstrukce zátky upravena na celkovou délku 10 m, hlavně z důvodů hydraulických.

• V I. etapě byla utěsňována kontaktní spára mezi tělesem zátky a okolní horninou dvěma vějíři injektážních vrtů s přesahem do horniny cca 200 mm, následně byla utěsňována počva do vzdálenosti 2 m před zátku a do hloubky 2,5 m. Z důvodu zvýšení propustnosti stříkaného drátkobetonu bylo nutno provést plošnou těsnící injektáž tělesa zátky do hloubky 1,5 m. Po ukončení I. etapy bylo při tlakové zkoušce dosaženo při tlaku 10,4 MPa celkového průsaku zátkou a jejím okolím ve výši cca 10 l/min.
  

• Bylo utěsňováno horninové předpolí před zátkou, zpevňována a utěsňována počva do vzdálenosti 3 m před zátku a následně utěsňována spodní část zátky v oblasti kontaktu s horninou a střední část zátky pomocí lokálních vrtů. V II. etapě bylo dosaženo při tlaku 9,5 MPa průsaku zátkou a jejím okolím 1 l/min, následně 3,75 - 6,5 l/min (při tlaku 9,5 MPa) a 6,5 l/min při tlaku 13 MPa. Po dalším tlakování došlo k výraznému zvýšení průsaků až na 65 l/min.
  

• Bylo prováděno utěsňování silných průsaků podél trubního vedení v tělese zátky a další utěsňování spodní části zátky zejména v oblasti kontaktu. Při tlakových zkouškách byly měřitelné průsaky zaznamenány od tlaku 8 MPa s následným zvyšováním:
  

• 70 % celkového průsaku činí průsaky ve spodní a střední části zátky
• 20 % celkového průsaku činí průsaky počvou v předpolí zátky do vzdálenosti 3 m od zátky
• 10 % činí průsak horninovým okolím zátky a kontaktem zátky s horninou
• horizontální posun zátky nepřekročil 2 mm

Utěsňování jednotlivých tlakových zátek sestávalo z těchto injektážních prací (viz obr. č. 4):

Obr. 4 PZP Háje, tlakový uzávěr. Provedení těsnicích injektáží tlakových zátek

1. injektáž horninového okolí
2. injektáž manžet zátek - tzv. příkontaktní injektáž v předpolích zátek
3. injektáž kontaktu mezi tělesem zátek a okolními horninami - tzv. kontaktní injektáž
4. lokální injektáž v tělesech zátek po vyhodnocení kontrolního měření pomocí georadaru (nehomogenity v tělese zátek)
5. mikroinjektáž líce výlomu překopů v předpolích zátek
6. výplňová injektáž spáry mezi tělesem zátek a uzavíracími ocelovými pancíři

• zavodňovací vrty, které jsou situovány do mezizátkového prostoru a to jak do pravé tak, levé větve. Vrty průměru 105 mm byly vrtány vějířovitě pod úhlem cca 45- v délkách 10 m (obr. č. 3).
  
  

  Obr. 3 PZP Háje, tlakový uzávěr, provedení zavodňovacích vrtů na zátce B1

• Tyto vrty slouží po zaplnění mezizátkového prostoru vodou jako vodní komunikace, která sytí horninový masiv tlakovou vodou a tím je vytvářena vodní tlaková clona.
• vodotěsná folie v předpolí tlakových zátek. V první fázi byla navržena tzv. horká folie, typu FOX-O-COAT F 101/URESTYL 3101, od které bylo posléze z technologických důvodů upuštěno a byla nahrazena folií MEDIATAN 361. Tato folie slouží k zamezení případných průsaků vody bezprostředním předpolím (dl. 10 m) zátek (na vzdušné i vodní straně zátek).

• byl injektován směsí polyuretanových gelů RESICAST GH 96D/RESICAST GH 90 (poměr 1:1) s 9 díly vody. Při tomto poměru vzniká elastický gel s dobou gelování cca 5,5 min. a velmi nízkou viskozitou (cca 5 mPas). K injektáži bylo použito pneumatické čerpadlo typu KPZ 1, maximální injektážní tlak činil 15 MPa. Pro utěsňování výrvrtů byly zpočátku použity hydraulické obturátory typu PS 40-6. Při použití těchto obturátorů však docházelo z důvodu nízkého koeficientu tření k nedokonalému utěsnění vrtů a k vytékání inj. směsi z vrtů. Proto byly obturátory PS 40-6 nahrazeny obturátory typu PAKRAN 45 /50/ opatřenými speciálními ocelovými kroužky, které zabezpečovaly obturátor tak, aby i při vysokých tlacích ve vrtu byl stabilní. Injektážní hmoty RESICAST byly použity na dotěsnění hornin poprvé v ČR. Jejich aplikaci je možno hodnotit pozitivně.

• Injektováno polyuretanovou pryskyřicí typu BEVEDAN-BEVEDOL WF. K injektáži bylo použito injektážní čerpadlo typu GSF 35, max. inj. tlak činil 10 MPa. Pro utěsnění vývrtů použity jednoduché mechanické obturátory. Po demontáži obturátoru byla zbytková část vývrtu vyplněna rychle tuhnoucí správkovou cementovou maltou PCI Polyfix 5. Problémem při injektáži okolních hornin bylo provádění injektážních vrtů. Jednalo se o vrtání velkého počtu vrtů během krátkého časového období. Vrtání zajišťovala fa CarboGrouting subdodavatelsky. Vzhledem k tomu, že při vrtání průměrem 42 mm příp. 45 mm docházelo velmi často ke zničení vrtného nářadí, byl po dohodě s hlavním projektantem změněn průměr vrtání na 50 mm. Vrty byly provedeny různými saňovými vrtacími kladivy osazenými na speciálně upravených vrtacích stojanech. Účinnost provedených injektážních prací byla ve výlomu každé zátky ověřena vodní tlakovou zkouškou s tlakovými stupni 1, 3, 8 a 13 MPa. Ve všech případech bylo splněno požadované kriterium propustnosti (kf= 10 -10 m/sec. dle Altovského).

• zastihuje oblast kontaktní spáry mezi horninou a tělesem zátky a okolní horninu v bezprostřední blízkosti kontaktní spáry. Těsnící obturátor byl umístěn ve vzdálenosti cca 200 mm od kontaktní spáry, injektážní vrty průměru 29 mm byly vrtány tak, aby zasahovaly cca 300 mm do okolní horniny. Injektážní tlak první etáže činil zpočátku max. 10 MPa, později byl po dohodě s hlavnímprojektantem zvýšen na max. 15 MPa.

• byla injektována po demontáži obturátoru pro 1. etáž, těsnící obturátor byl upínán do hloubky cca 150-200 mm od ústí vrtu. Injektážní tlak druhé etáže činil max. 3 MPa, bylo injektováno opět směsí Bevedan-Bevedol WF 6004/01.

V průběhu tlakové zkoušky byly průsaky měřeny v předpolí zátek A2 a B2 pomocí ponorného čerpadla umístěného ve speciální jímce.

Vývoj průsaků v průběhu tlakové zkoušky

Průběh III. etapy tlakové zkoušky je graficky znázorněn na obr. č. 5.

Obr. 5 PZP Háje - Tlaková zkouška III. etapa, průsaky na zátkách A2 a B2

Vyhodnocení tlakové zkoušky
Na základě vyhodnocení výsledků provedené tlakové zkoušky bylo hlavním projektantem konstatováno, že tlaková uzávěra podzemního zásobníku plynu dostatečně vyhověla projektovaným parametrům.