STAVBA HUSOVICKÉHO TUNELU
v rámci velkého městského okruhu - úsek Kohoutova v Brně

Ing. Pavel Kubíček - Železniční stavitelství a.s.
Ing. Pavel Přibyl, Csc. - ELTODO, a.s.


ÚVOD

V prosinci 1998 byl v Brně uveden do provozu další úsek velkého městského okruhu dokončením stavby "VMO Kohoutova", což je částí základního komunikačního systému města Brna s cílem zajištění rychlejšího a komfortnějšího spojení východního a severního sektoru města v silniční dopravě. Dokončený úsek nemá zatím provozní kontinuitu, ale v letošním roce byla již zahájena další navazující stavba. Trasování okruhu v předmětné lokalitě vyšlo ze schválené studie a je provedeno s důrazem na zlepšení životního prostředí na stávajících komunikacích v městských čtvrtích Černá Pole a Husovice při minimálním zásahu do chráněného přírodního útvaru "Husovického kopce". Stěžejní součástí stavby VMO Kohoutova je Husovický tunel probíhající podél úpatí kopce v částečně zastavěném území zmíněných čtvrtí.

GEOGRAFICKÁ POLOHA A VÝZNAM STAVBY

V severozápadnej časti Sýrie pri tureckých hraniciach v oblasti rieky Orontes sa medzi dvomi horskými chrbtami pohoria Ante Lebanon rozprestiera planina Al Rouj, ktorá je súčasťou Oronteskej nížiny s rozlohou asi 500 km2. Na tejto planine chýba vodný zdroj, umožňujúci intenzívnejšie poľnohospodársky využívať naplavenú hrubú vrstvu veľmi dobrej pôdy. Nížina Orontes je dôležitou oblasťou, ktorá zásobuje poľnohospodárskymi výrobkami veľkú časť Sýrie a hlavne druhé najväčšie sýrsko mesto Aleppo, vzdialené asi 100 km. Pri prudkom demografickom rozvoji Sýrie nastala potreba zintenzívniť výnosy zavedením rozsiahlejších zavlažovacích systémov. Toto umožní "Projekt zavlažovania planiny Al Rouj", ktorý umožní priviesť vodu z koryta rieky Orontes (sýrsky názov Nahr al' Asi) popod chrbát pohoria Ante Lebanon na planinu Al Rouj zavlažovacím tunelom. Tunel budujú Banské stavby, a.s., Prievidza spolu s anglicko - sýrsko stavebnou firmou takla-weavers guernsey Ltd. Investorom tohoto veľkého zavlažovacieho projektu je Ministerstvo závlah Sýrskej arabskej republiky, investorský dozor stavby bol zverený Generálnemu riaditeľstvu pre zavlažovanie Oronteskej planiny v Hame.

STAVEBNÍ ČÁST
POPIS PROSTOROVÉHO ŘEŠENÍ HUSOVICKÉHO TUNELU

V nadloží tunelu se nacházejí původní komunikace a dále plochy veřejné zeleně. Výška nadloží tunelu je nepatrná a konstrukce komunikací jsou uloženy přímo na stropní desce tunelu. Návrhová rychlost pro trasování komunikací v tunelu s ohledem na zadávací prostorové podmínky je 60 km/hod. Směrově tvoří trasu tunelu prakticky v celé délce dva protisměrné oblouky o poloměru 180 m, sklon nivelety vozovek v tunelu je v rozmezí 3,17-4,50 % při klesání směrem k Husovicím. Vlastní tunel má délku 582 m a tvoří jej dvě samostatné tunelové trouby, propojené na dvou místech únikovými otvory. Navazujícími součástmi jsou dvě, vně umístěné kabelové komory, z nichž jedna je propojena průchozí technickou chodbou s budovou velínu.

STAVEBNÍ ČÁST
GEOLOGICKÉ POMĚRY V OBLASTI TUNELU

Trasa tunelu se nachází v oblasti brněnského masivu, tvořeného zde granodiority v úrovni cca 10 - 20 m pod povrchem terénu. Nad toto podloží vystupují v části trasy neogenní sedimenty a nad nimi, resp. ve zbývající části přímo nad skalním podložím jsou sprašové hlíny. Dále jsou v tomto prostoru navážky, a to v místě bývalého zářezu zrušené železniční trati Brno - Tišnov. Hladina podzemní vody je nad neogenními jíly a granodiority a je tedy dostatečně hluboko pod niveletou vozovky v tunelu.

PŘÍPRAVA STAVENIŠTĚ

Vzhledem k charakteru území byla vlastní stavba tunelu značně ztížena existencí velkého množství podzemních inženýrských sítí, které bylo nutno z dotčeného prostoru vymístit provedením přeložek. Byly to vodovodní řady, kanalizace, plynovody, kabelové trasy VN i NN, telefonní kabely a kabely veřejného osvětlení včetně těles, což představovalo cca 30 stavebních objektů. Nejobtížnější z nich byly přeložky zásobovacích vodovodních řadů DN 500 a DN 800 mm, které jsou nyní vedeny v samostatné technické chodbě podél rubu tunelové stěny, kde i v případě jejich havárie nezpůsobí nucenou uzavírku tunelu.
Mimo přeložek inženýrských sítí bylo v souvislosti se stavbou tunelu nutno provést zajištění stability budov vysokoškolských kolejí J.A.Komenského, nacházejících se v těsné blízkosti tunelu. Jedná se o šestipodlažní nepodsklepené objekty, založené na pasech z prostého betonu, jejichž základy bylo nutno podchytit mikropilotami a kotvami.

NOSNÉ KONSTRUKCE HUSOVICKÉHO TUNELU

Vzhledem k malé hloubce nivelety pod terénem byly základní nosné konstrukce tunelu navrženy a provedeny z povrchu terénu hloubícími metodami a pouze odstranění vnitřních jader zeminy v obou tunelových troubách bylo provedeno metodou strojního těžení (ražení) pod ochranou provedených konstrukcí. Svislé nosné části tunelu tvoří podzemní stěny, původně navržené jako monolitické, ale rozhodnutím vyššího dodavatele stavby byly změněny na prefabrikované. Toto rozhodnutí se ukázalo jako správné a kromě zlepšení příčného uspořádání (při subtilnějších konstrukcích vznikla větší šířková rezerva) přineslo menší pracnost a zejména hladkost lícních stěn tunelu bez nutnosti dodatečného zřizování tenkostěnných obkladních konstrukcí. Strop tunelu tvoří monolitická spojitá železobetonová deska, která je kloubově uložena na všech třech podzemních stěnách.
Protože v době zpracovávání realizační dokumentace vznikla polemická diskuse o statickém chování celého konstrukčního systému tunelového ostění s různými výsledky sedání tunelových stěn, byly vyrobeny dva zkušební stěnové panely a osazeny do dvou z geologického hlediska charakteristických míst a byly provedeny modelové zatěžovací zkoušky. Ty prokázaly malé sedání a dostatečnou únosnost stěnových prvků bez nutnosti spodní rozpěry pod vozovkou. V obou tunelových rourách je tedy běžná konstrukce vozovky, stejné skladby jako na přilehlých úsecích VMO.

ZPŮSOB PROVÁDĚNÍ

Stěny: Mezi vybetonovanými vodícími zídkami se do hloubených rýh (pažených jílovo-cementovou suspenzí) osadily postupně panely jednotlivých stěn. Byl zvolen modul panelů 2,0 m, tloušťka 40 cm. Panely jsou kladeny na sraz k sobě, přičemž z půlválcových prohlubní v bocích panelů vznikne válcová dutina. Ta je vyplněna dutým pryžovým profilem, který po zainjektování působí jako zámek a současně jako těsnící prvek.
Strop: Po částečném odstranění vodících zídek a urovnání terénu se provedl podkladní beton s dokonale upraveným a separačním nátěrem opatřeným povrchem. Na něj se prováděla betonáž stropní desky. Délka dilatačních celků je 40 m, tloušťka je proměnná (krajní - rozšířené - dilatační celky jsou tlustší), a pohybuje se od 50 do 125 cm.
Hydroizolace: Vzhledem k hydrogeologickým podmínkám je plášťová izolace pouze na stropní desce. Na vnější stěny je přetažena jen 1,5 m pod vrch desky - k trativodu, který probíhá podél obou vnějších tunelových stěn. Izolace desky je chráněna vrstvou asfaltobetonu. Izolační vlastnosti stěn zajišťuje jednak kvalita prefabrikátů, jednak vrstva jílovo-cementové suspenze z vnější strany. Mezi panely utěsňuje spáru již výše zmíněný pryžový profil.
Odtěžení vnitřních jader: Postupně, tak jak probíhala z obou stran betonáž stropní desky, byla odtěžována v obou tunelových rourách zemina. Následovalo dočištění stěn od suspenze a stropního podhledu od zbytků podkladního betonu. Zde byly jisté problémy s jeho separací - podle použitého separačního nátěru, se kterým se v průběhu prací experimentovalo.

Obr. 1 Počátek odtěžování zeminy u portálu

Obr. 2 Odtěžování pod stropem

Odvodnění, vozovka, chodníky: Po vybudování kanalizace a příčných spojovacích kabelových kanálů započaly hned práce na konstrukci vozovky. Ta se při realizaci rovněž změnila.Původně se v tunelu počítalo s betonovou deskou, která měla plnit rozpěrnou funkci krajních tunelových stěn. Na ní pak měl být přímo proveden dvouvrstvý živičný koberec tloušťky 2x60 mm. Dále pak byly vybudovány podélné kabelovody a nad nimi oboustranné služební chodníky.
Portály a křídla: Severní (kolmý) i jižní (šikmý) portál jsou stejného tvaru i konstrukce (válcová plocha s předsazenou stříškou) - podle architektonického návrhu. Vlastní válcové plochy byly provedeny z monolitického betonu, nosná žebra a stříšky pak byly vyrobeny jako prefabrikáty.
Křídla byla původně vyprojektována jako monolitická a tak se také provedla na obou stranách u jižního portálu. Na severní straně, kde je délka křídel značně větší, provedl dodavatel z důvodu obtížného provádění betonáže změnu konstrukce. Byly vyrobeny atypické prefabrikáty obdobné konstrukce jako u tunelových stěn (využití forem), které se osadily na připravený monolitický základ. Jejich stabilita je zajištěna dobetonovanými monolitickými žebry na rubové straně křídel.
Finální úpravy povrchů: Bylo v první řadě nutno opravit různá poškození (vrypy), vzniklá při těžbě zeminy zejména na stropní desce. k opravám byly použity stěrkové hmoty "Structurite HB" a "Thoroseal 200". Všechny pohledové betonové plochy pak byly opatřeny základním i krycím nátěrem "Ecolor". Spáry mezi stěnovými panely jsou vyplněny trvale pružným tmelem.

Obr. 3 Vzorový příčný řez

SLEDOVÁNÍ DEFORMACÍ

Vzhledem k měnícímu se geologickému profilu v průběhu celé délky tunelu bylo rozhodnuto sledovat případné sedání a deformace hotového díla. S tímto sledováním bylo postupně započato po odtěžení zeminy, kdy došlo k aktivaci stropní desky a svislých stěn a probíhalo až do konce stavby. Posuzována byla stabilita příčného tvaru konvergenčními měřeními a sedání tunelových stěn přesnou nivelací. Dosavadní vyhodnocené výsledky měření jsou příznivé, další měření bude provedeno po přibližně půlročním provozu a na základě jeho výsledků budou správci objektu doporučeny případné další intervaly přesného sledování deformací.

TECHNOLOGICKÁ ČÁST

Město Brno má zpracovánu ucelenou koncepci řízení tunelů na území města. V současné době se jedná o řízení tunelu Pisárky a Husovického tunelu a v další etapě výstavby budou připojeny další dva tunely. Vzhledem k úspoře provozních nákladů se předpokládá, že všechny lokální velíny u tunelů budou bezobslužné, a že řízení a monitorování technologické části tunelů zajistí Centrální tunelový dispečink Brněnských komunikací, jehož výstavba bude dokončena v letošním roce. Řízení obou tunelů zajišťuje již dnes PČR z centrály situované na Kounicově ulici..

ŘÍDÍCÍ SYSTÉM

Hlavní část řídícího systému včetně procesoru je umístěna v prostoru velínu, vzdálené moduly vstupů a výstupů jsou umístěny v rozvodných komorách RK1 a RK2 hned vedle vlastního tunelu. Tím jsou dosaženy úspory v kabelovém propojení. Vstupy a výstupy jsou určeny pro připojení technologie tunelu, dopravní signalizace, zabezpečovacích zařízení a zařízení k měření, řízení a vyhodnocování dopravní situace v tunelu. Je zde opět použita technologie General Electric-Fanuc, jako ve Strahovském tunelu a tunelu Hřebeč.
Styk operátora se systémem zajišťují tři pracovní stanice firmy HP Vectra, které jsou propojeny do sítě WAN. V lokálním velínu jsou použity dvě, jedna pro technologickou a druhá pro dopravní část, a na pracovišti PČR vzdáleném cca 6 km je stanice určená pro řízení dopravy. Obě pracoviště pro řízení dopravy si mohou mezi sebou předávat řízení tak, že jedna je řídící a druhá je podřízená. Komunikaci mezi velíny se podařilo nasazením výkonné výpočetní techniky zajistit prostřednictvím stávajících koordinačních kabelů.
Vlastní programové vybavení je založeno na bázi operačního systému Windows NT a speciálního programu pro řízení tunelů vyvinutého Eltodo, a.s. pod názvem KERBERUSă. Tento produkt odpovídá našim normám a technickým podmínkám TP98. Z příkladu obrazovky, obr. 4, pro řízení dopravy je patrné, že se jedná o uživatelsky orientované prostředí.


Obr. 4 Přehledové schéma dopravního systému. Kromě nastavení značek umožňuje levé okno dole volit dopravní režimy a pravé okno dole zobrazuje aktuální poruchové stavy.



ZÁKLADNÍ TECHNOLOGICKÉ CELKY

Osvětlení: Osvětlení v tunelu Kohoutova je děleno na základní, náhradní a nájezdové. Pro řízení osvětlení podle intenzity osvětlení vně tunelu se u naměřených hodnot intenzity osvětlení vyhodnocují klouzavé průměry a pro zapínání a vypínání se využívá hysterezního pásma. Základní a náhradní osvětlení je umístěno podél každé tunelové trouby a řídící systém zajišťuje jejich vypínání buď podle intenzity osvětlení před tunelovou troubou nebo podle časovače. Ovládání tohoto osvětlení lze také provádět povely operátora dálkově ručně. Na vjezdech do tunelových trub je umístěno nájezdové osvětlení, které přizpůsobuje intenzitu osvětlení na začátku tunelové trouby k osvětlení před portálem, aby se stačil přizpůsobit zrak řidiče po vjezdu do tunelové trouby snížené intenzitě osvětlení uvnitř tunelu. Nájezdové osvětlení je řízeno v šesti stupních buď pomocí řídícího systému podle intenzity osvětlení před některou tunelovou troubou nebo časovače, případně povelem operátora dálkově ručně. Kromě toho lze ovládat všechny druhy osvětlení pří servisních pracích místně přímo z rozvaděče. Řídící systém také sleduje provozní hodiny jednotlivých sekcí osvětlení. Pokud některá ze sekcí má poruchu, je tato porucha indikována graficky a v deníku poruch. Základní a náhradní osvětlení při vyhlášení požáru v tunelové troubě se automaticky rozsvítí, pokud není v režimu ručně dálkově nebo místně.
Vzduchotechnika: Větrání tunelových trub je řešeno jako podélné. Počet ventilátorů byl určen podle předpokládaného dopravního zatížení a požadovaných hygienických limitů. Pro stoupající troubu je použito šest ventilátorů 15 kW a šest 7,5 kW. Ventilátory jsou vyrobeny v ZVVZ Milevsko. Řídící systém umožňuje ovládat tyto ventilátory buď dálkově ručně jednotlivě či po skupinách nebo automaticky ve dvou stupních větrání podle sledovaných parametrů, kterými jsou koncentrace CO, opacita, směr a rychlost větru uvnitř a vně.
SOS hlásky a videodetekce: Čtyři nouzové výklenky v tunelu nebo hlásky mimo tunel umožňují dispečerovi navázat telefonické spojení s osobou v nouzi, při vzniku mimořádné události. Kromě toho je výklenek vybaven tlačítky policie, požár, první pomoc a odtahové vozidlo. Při aktivaci nouzového výklenku se aktivuje také kamera, která má tento výklenek v zorném poli a snímaný obraz se zobrazí na monitoru. Pro videodohled je instalováno 18 kamer, z nichž dvě, na vjezdech do tunelu, jsou nastavitelné barevné a jejich obraz plynule nastavovat včetně přednastavených úhlů pohledu. Ovládání kamer se provádí povely operátora prostřednictvím řídícího systému. Ostatní kamery jsou černobílé a pevně nastavené. Obraz na každém monitoru je nahráván na videomagnetofon.


Obr. 5 Pracoviště policie určené pro řízení tunelu Husovice je vybavené počítačovým terminálem a TV monitory. Veškeré řídící funkce, včetně ovládání kamer se realizují prostřednictvím obrazovek počítače
Požární zabezpečení: Tunel je vybaven požárními hlásiči a liniovým požárním senzorem ve tvaru kabelu. Primární připojení požárních hlásičů a požárního kabelu je provedeno k požární ústředně firmy Schrack. Ta je pak propojena komunikační linkou s řídícím systémem, takže při vzniku požáru je automaticky aktivována obrazovka s příslušnými pokyny.
Dopravní systém: Řízení dopravy je realizováno pomocí proměnných dopravních značek, informačních tabulí a do řízení je integrována i světelně řízená křižovatka na vjezdu do tunelu. Vzhledem k její relativní blízkosti je kromě standardního monitorování dopravy pomocí indukčních smyček modelováno i případné vzdutí vozidel od SSZ do tunelu, které by mělo za důsledek např. spínání ventilace. Přednastavení dopravního značení umožňuje operátorovi předem nastavit několik signalizačních zařízení a potom je najednou zapnout jediným povelem. Dopravní značky a signalizaci lze nastavovat i ručně.

ZÁVĚR

Celá stavba byla budována českými firmami. Generálním dodavatelem bylo ŽS Brno a.s., dodavatelem řídícího systému bylo Eltodo, a.s.. Výstavbou Husovického tunelu byl předán veřejnosti již čtvrtý tunel na pozemních komunikacích dokončený po roce 1990. Lze konstatovat, že je v naší republice vytvořeno přiměřené know-how, které pomáhá realizovat tunely bez zvláštních problémů.
Stavba tohoto rozsahu nebyla doprovázena časovými skluzy ani mimořádnými událostmi, což svědčí o dostatečné erudici všech dodavatelů. Celkové rozpočtové náklady jsou cca 804 mil. Kč, z toho technologie tvoří část cca 100mil. Kč. Dílo bylo předáno do majetkové správy Ředitelství silnic a dálnic a správu a údržbu zajišťují Brněnské komunikace, a.s. prostřednictvím Eltodo Brno s.r.o.
Vzhledem k tomu, že jsou sledovány a archivovány veškeré provozní náklady bude možné vyhodnotit velmi přesně i náklady na provozování tunelu tohoto typu.