OPRAVA A REKONSTRUKCE VD MORÁVKA STAVEBNÍ OBJEKTY PROVÁDĚNÉ HORNICKÝM ZPŮSOBEM

Ing. Dobeš, Ing. Torner
AQUATIS a.s.

ÚČEL, PARAMETRY, VÝSTAVBA A PROVOZ VODNÍHO DÍLA
Vodní dílo ( dále VD ) je situováno na toku Morávka v řkm 18,7 na severní straně Moravskoslezských Beskyd. Údolní nádrž Morávka byla vybudována v letech 1961 až 1967 jako vodárenský zdroj ke krytí narůstajících požadavků na zajištění pitné vody. Účelem vodního díla je kromě nalepšování průtoků pod přehradou, snížení povodňových průtoků a průběžného energetického využití průtoku vypouštěného pod přehradu, zejména zásobování obyvatelstva pitnou vodou.

- základní technické údaje Povodí nádrže 60,3 km2 Délka hráze v koruně 396 m Max. výška hráze 39 m Celkový objem nádrže 11,3 mil. m3 z toho objem zásobní 4,4 mil. m3 retenční 6,5 mil. m3 stálý 0,4 mil. m3 Zatopená plocha 79,5 ha Průměrné roční srážky 1320 mm Průtoky: Zaručený odtok 0,59 m3/s z toho - odběr pitné vody až 0,470 m3/s - asanační průtok min. 0,120 m3/s

- konstrukce hráze Přehradní hráz byla sypána z netříděných štěrků s různým stupněm zahlinění. Těleso hráze má jednotný sklon návodního líce 1:1,75. Vzdušní svah má odstupňovaný sklon 1:1,5 - 1,65 - 1,9. Podloží přehrady je těsněno jednořadou injekční cementovou clonou, zavázání clony si vyžádalo uplatnění maltovacích vrtů a podzemních stěn. Těsnění hráze tvoří asfaltobetonový návodní plášť tloušťky 28 - 30 cm, položený na 80 cm mocné drenážní a podkladní vrstvě hrubého štěrku, provedený jako první svého druhu v tehdejším Československu. Původní konstrukce AB pláště zahrnovala tři vrstvy asfaltobetonu. Následně byl AB plášť doplněn o dvě vrstvy asfaltového betonu, spodní, tj. 4. vrstvu, po kótu 515,3 a svrchní, tj. 5. vrstvu, po úroveň 507,5 m n. m.

- provoz nádrže Během provozu díla byla udržována hladina na úrovni cca 507 m n. m. Do roku 1996 včetně byla při povodňových stavech 10x překročena kóta cca 510 m n.m. a z toho 4x byla překročena úroveň bezpečnostního přelivu (515,3 m n.m.). Při vzestupu hladiny nad kótu cca 508 m n.m. docházelo v posledních letech provozu, před zahájením opravy díla, k výraznějšímu zvýšení průsaků.

GEOLOGICKÉ A HYDROGEOLOGICKÉ POMĚRY
Přehradní profil je situován ve vnějším flyši, zastoupeném godulskými vrstvami křídového stáří. Na povrch území vystupuje v zájmovém prostoru střední oddíl godulských vrstev, který je tvořen flyšovým souvrstvím hrubě rytmického vývoje s převahou pískovců nad břidličnatými polohami. Pískovce obsahují podružné málo mocné polohy prachovců až jílovců (cm až dm). Břidličnaté polohy jsou mocné nejčastěji několik dm (výjimečně přes 1 m) a jsou charakteristické převahou jílovců nad jemnozrnnými pískovci. Spodní godulské vrstvy tvoří flyšové souvrství drobně rytmického vývoje s převahou jílovců nad pískovci. V zájmovém území nevystupuje na povrch (v profilu injekční clony je v hloubkách přes 30 m).
Pískovcové souvrství na obou svazích je postiženo kryogenními a gravitačními deformacemi (jejich souhrnný projev je označován termínem mezivrstevní creep), které způsobily otvírání subvertikálních puklin v lavicích a deskách pískovců v levém svahu až na vzdálenosti několik decimetrů. Dosah tohoto rozvolnění masivu je v levé části až 100 m od paty svahu ve vodorovném směru, v pravé části do 30 m. Důsledkem tohoto porušení masivu byly extrémní spotřeby malty a cementové směsi při zřizování injekční clony.
Úložné poměry souvrství godulských vrstev v přehradním profilu jsou poměrně jednoduché. Monoklinální subhorizontální uložení vrstev kolísá v rozmezí do 20" s vergencí v levé části k jihozápadu, v údolí k jihu a v pravé části k jihovýchodu. Tektonické porušení masivu je reprezentováno několika poruchami převážně strmých sklonů, které rozčleňují souvrství na jednotlivé bloky s výškovou diferencí v řádu prvních jednotek metrů. Drobně tektonická měření provedená v průzkumných dílech a štolách jsou v souladu s celkovým tektonickým schématem.
Kvartérní pokryv je tvořen v údolní části terasovými štěrky a v patě svahů hlinitokamenitými sutěmi. Údolní štěrky jsou směsí jemnozrnného až středně zrnitého písku s různým množstvím hlinité příměsi a hrubší štěrkové frakce. Mocnost štěrků je max. 3 m, v prostoru vyšší údolní terasy až 6 m. Skelet sutí ve svazích tvoří ostrohranné úlomky pískovců rozměrů v rozmezí 10 až 25 cm. Výplní je hlinitý písek až písčitá hlína. Mocnost sutí na pravém svahu dosahuje hodnot nejčastěji mezi 2 - 4 m, na levém svahu však dosahuje hodnot až 12 m, což znemožnilo založení levobřežního zavázání na skalní podklad.

ROZSAH OPRAVY A REKONSTRUKCE
- porucha hráze v roce 1996 V průběhu povodně začátkem září 1996 došlo k zatopení inj. štoly a k prolomení AB pláště. K prolomení AB pláště došlo náhle, voda začala poruchou vtékat do drenážní vrstvy a domníváme se, že rozměry poruchy nedoznávaly podstatných změn. Půdorysný rozměr poruchy byl 3,85 x 6,45, spodní okraj na výškové úrovni cca 500,60 m n. m. Bezprostředně po snížení hladiny bylo přikročeno k zajištění sanace. Z důvodů časové a technologické náročnosti bylo zamítnuto řešení s použitím vodostavebního asfaltobetonu, protože veškeré práce musely být dokončeny cca do 15.11. 1996. Sanační práce byly vedeny tak, aby se minimalizovala možnost prolomení AB pláště během omezeného provozu a aby se získal časový prostor pro přípravu generální opravy a rekonstrukce. - projekční práce spojené s přípravou opravy a rekonstrukce VD V lednu a únoru 1997 byla zpracována studie, jejímž účelem byl návrh koncepce opravy vodního díla Morávka, zajišťující další bezpečný provoz. Jednalo se tedy o návrh řešení technické problematiky v tomto rozsahu:

Návazně byla zpracována dokumentace pro územní řízení ( do 31.5.1997). Povodně v červenci 1997, které vedly k dalšímu poškození hráze, i když rozsahem výrazně menšímu než v září 1996, rozhodly o urychlení přípravy prací a zahájení opravy a rekonstrukce. Dokumentace pro stavební povolení převážné části objektů byla zpracována do ledna 1998 a pro zbývající čast (návodní těsnění hráze) do 31.8.1998. S ohledem na specializaci tohoto časopisu bychom rádi seznámili čtenáře s účelem a parametry objektů prováděných hornickým způsobem a vlivem výstavby těchto objektů na stávající objekty vodního díla.

RAŽBA A VYSTROJENÍ DRENÁŽNÍ ŠTOLY
- situativní a výškové řešení Na podkladě výsledků měření a pozorování v průběhu provozu díla, které se provádí na každé přehradě, bylo doporučeno v rámci rekonstrukce VD Morávka doplnit stávající systém odvodnění o drenážní štolu, jejímž účelem je snížení hladiny podzemní vody, její podchycení, vyvedení a kontrola množství v masivu levobřežního zavázání hráze. Stabilizace režimu podzemních vod ve svahu má vyloučit možnost budoucí degradace podloží hráze vnitřní erozí a tím přispět k vyšší bezpečnosti díla v dalším provozu.
Záměrem investora bylo provést ražbu a provizorní vystrojení drenážní štoly v předstihu před chystanou rozsáhlou opravou, ještě v době provozu díla tak, aby bylo možné ověřit efekt drenážní štoly alespoň v období omezeného provozu, podchytit podzemní vody v době jarního tání a ověřit drenážní efekt štoly i v průběhu vypouštění přehradní nádrže. Tomuto požadavku byl přizpůsoben časový program výstavby, a to tak, že drenážní štola byla jako samostatná stavba realizována v předstihu.
Řešení s drenážní štolou umožňuje stálý přístup obsluhy díla k jednotlivým odvodňovacím prvkům, instalaci zařízení pro měření a pozorování, případně provedení dodatečných doplňujících prací v průběhu dalšího provozu díla, pokud si to v budoucnu vyžádají výsledky provozních měření.
Drenážní štola je navržena tak, aby byly ve dvou etážích zachyceny průzkumem zjištěné dvě izolované zvodně. Dolní etáž - štola "A" délky 106,0 m je ražena tak, aby v koncové části dosahovala počva do úrovně 486,00, kterou se zajistí výrazné odvodnění spodní zvodně v koncovém úseku přímo ražbou. Přímým naražením došlo k odlehčení dolní zvodně. Drenážní účinek štoly byl posílen vějířem odvodňovacích vrtů v koncové části obou větví štoly.
Z čelby spodní štoly byla ražena pod úhlem 45-, šikmá dovrchní spojovací štola délky 20,6 m, ze které na úrovni horní zvodně definitivně zjištěné v průběhu ražby byla ražena horní větev - štola "B" v délce 12,8 m stanovené IG sledem až do dosažení masivní nerozvolněné horniny. Ve spolupráci s pracovníky inženýrskogeologického sledu fy. ALGOMAN s.r.o. Opava byla ražba a následné vystrojení v průběhu výstavby uzpůsobena skutečně zjištěným geologickým poměrům. Bylo upřesňováno vystrojení, délka a rozsah doplňujících drenážních vrtů, výškově a směrově byla usměrňována ražba horní etáže drenážní štoly.
- příčný profil drenážní štoly Vnitřní světlý profil drenážní štoly je minimalizován na plochu 3,8m2 s průchozí světlou výškou 2100 mm. Šířka je navržena tak, aby vyhověla v provizorním vyztužení požadavkům báňských předpisů a aby v definitivním vystrojení byly umožněny vrtné práce pro provádění případných dodatečných drenážních vrtů. Tvar obdélníkového profilu vyhovuje místním geologickým podmínkám a systému rozvolnění masivu a umožňuje provedení provizorního vystrojení štoly s použitím TH profilů. Ražený profil štoly činí 6,6 m2. Drenážní štola byla vystrojena variantně podle geologických podmínek a účelu. V přístupové části a v úsecích s tlačivými horninami za použití tuhé výztuže z důlních profilů doplněné stříkaným betonem a rozepřením dna. V úsecích v masivních, ale rozpukaných pískovcích byl zajišťován strop stříkaným betonem a lepenými svorníky. Svorníkové kotvy byly použity rovněž pro zajištění vybraných bloků ve stěnách v masivních pískovcích, strop v těchto geologických podmínkách byl zajišťován pouze lepenými svorníky. Záměrem projektu bylo totiž ponechání maximálního rozsahu volných ploch pro zajištění drenážní funkce. V místech předpokládaného opadu v prostorách trhlin , které místy dosahují šířky 10 a více centimetrů jsou ve stropě a stěnách instalovány plastové sítě. Odvodnění štol v definitivním provozu je řešeno sběrným kanálem umožňujícím převedení asi 450 l/s při sklonu 1,0 %. Sběrný kanál je pochůzný, překrytý rošty z kompositních materiálů.
- postup důlních prací Jak již bylo uvedeno dříve, postup důlních prací byl v průběhu ražby upřesňován na základě vyhodnocení skutečných geologických poměrů za průběžné kontroly geologického sledu. Původně projektem navržený šibík mezi oběma štolami byl v průběhu provádění ražby, po vyhodnocení skutečných geologických poměrů a projednání s OBÚ Ostrava, z důvodů bezpečnosti nahrazen šikmou štolou raženou dovrchně ve sklonu 45-.
V průběhu prací bylo prováděno průběžné sledování přítoku vody do díla, doplněné aktuálními meteorologickými informacemi - teplota vzduchu, srážky, neboť práce probíhaly v bezprostřední blízkosti ještě provozované nádrže. V průběhu ražby byly zjištěny průsakové vody nejen z horského masivu , ale i z nádrže. Tím byla potvrzena správnost záměru investora, který se rozhodl provést mimo jiné i následnou rekonstrukci injekční clony hráze.
V průběhu provádění důlních prací bylo zajištěno měření seismického zatížení stávajících objektů vyvolaného trhacími pracemi při ražbě. Stavba byla realizována firmou Ingstav a.s. Opava ve spolupráci s akciovou společností Subterra, divize Tišnov, která zajišťovala vlastní ražbu díla a provizorní obezdívku. Stavba byla provedena v plánovaných termínech v době od 3.11.1997 do 30.9.1998, kdy bylo stavba dokončena kompletně včetně definitivního vystrojení.

RAŽBA A VYSTROJENÍ ŠTOLY SPODNÍCH VÝPUSTÍ
- situativní a výškové řešení Štola spodních výpustí, spolu s dalšími objekty, realizovanými v rámci rekonstrukce vodního díla, zvyšuje kapacitu stávajících výpustných zařízení přehrady. Současně umožňuje přijatelnou ochranu staveniště těsnícího pláště hráze zabezpečením převádění předpokládaných zvýšených průtoků štolou v průběhu provádění rekonstrukce přehrady. Štola je situována v pravobřežním svahu nádrže. Na návodní straně na štolu navazuje ponořený vtokový objekt s přístupovou štolou budovanou ve svahu nádrže z povrchu. Na vzdušné straně je štola ukončena vývarem. Štola spodních výpustí sestává z železobetonových konstrukcí vtokové části a výtokové části, které budou realizovány v otevřeném výkopu a vlastní štoly, realizované raženou technologií v délce 356.60 m. Štola spodních výpustí je z hlediska terminologie ČSN 73 7501 tunelem, neboť má výrubový průřez větší než 16 m2. - příčný profil štoly spodních výpustí Z hlediska kvality horninového masivu a jeho působení na obezdívku bylo v trase štoly uvažováno pět návrhových typů a tomu byl přizpůsoben návrh provizorní a definitivní obezdívky. Z hlediska zatížení vodním tlakem je část trasy štoly vedena v prostoru před těsnícím prvkem v nádrži a je vystavena plnému tlaku vody , část níže po vodě bude ovlivněna podzemní vodou stávající, která ve svahu kolísá. Očekává se, že ražbou dojde k částečnému snížení úrovně podzemní vody.
Definitivní profil štoly má podkovovitý tvar s kruhovou klenbou, šikmými opěrami a rovným dnem. Tvar raženého obrysu štoly byl přizpůsoben požadovaným vnitřním rozměrům, definitivní tloušťce ostění a předpokládané kvalitě horninového masivu. Z toho důvodu teoretická plocha výrubu kolísá od 22,25 do 18.75 m2. Max. výška štoly při ražbě 5.4m, max. šířka 5,0m.
Výrub byl s postupem ražby zajišťován provizorní obezdívkou provedenou stříkaným betonem HV8-B25 tl.150 až 200 mm vyztuženým sítěmi při obou lících. V místech v geologicky horších podmínkách byla použita příhradová výztuž ASTA, která byla v průběhu výstavby zaměněna za obdobnou výztuž jiného výrobce. Konstrukce příhradové výztuže je vyrobena dílensky a na stavbě spojena ze čtyř dílů spojovaných tupými šroubovými spoji. Počva byla v průběhu ražby vyražena v hrubé niveletě bez dalších úprav. - postup důlních prací Pracem ve štole předcházelo provedení otvírky portálu, který byl prováděn v pokryvných útvarech tvořených hlinitokamenitými sutěmi. S postupem odkopávky byl svah současně zajišťován hřebíkováním, níže ve skalním podloží byly svahy kotveny krátkými injektovanými svorníky. Pro zajištění stability svahu byly realizovány předpjaté tyčové kotvy spřažené s válcovanými nosníky. Veškeré svahy portálu, který má dočasný charakter, byly opatřeny stříkaným betonem.Tyto práce zajišťoval zhotovitel stavby Ingstav a.s. Opava, jako součást přípravných prací pro ražbu. První záběry ražby cca do 10m byly realizovány pod ochranou "deštníku" z mikropilot. Ražba štoly byla prováděna pomocí trhavin v plném profilu. Podzemní voda byla v průběhu ražby zachycena asi v deseti místech. Průsaky se vyskytly jednotlivě do 0,5 l.s-1 vždy v místech na styku nepropustných břidlic a masivních rozpukaných pískovců. Podchycení úhrnného průsaku do 4 l.s-1 nepředstavovalo technický problém. Vrtné práce a následné zajištění provizorní obezdívkou byly prováděny ze zdvižné plošiny.
Zvolený postup dopravy rubaniny s odvozem kolovými nakladači si vyžadoval zhruba v polovině trasy zřízení výhybny. Postup ražby byl omezován podmínkami vyplývajícími ze seismických účinků ražby na okolní objekty. Provádění prací - použití omezeného množství trhavin byl kontrolován trvalým seismickým měřením. Kontinuálním měřením měla stavba k dispozici údaje o seismickém zatížení nadloží a mohla operativně úpravit postup trhacích prací.
U návodního portálu, který byl rovněž proveden v předstihu byl prováděn kratší cca 10m úsek úpadní ražbou. Profil byl s ohledem na nízké nadloží prorážen v členěném porubu. Horní polovina profilu byla ražena úpadně, dolní polovina profilu již byla ražena dovrchně. Tento netradiční způsob ukončení ražby byl zvolen zhotovitelem stavby z důvodů nemožnosti příjezdu mechanizmů pro odvoz rubaniny do prostoru již zastavěné vtokové části. Provedením členěného porubu v místech s minimálním nadložím se také dosáhlo minimálních deformací. Vlastní ražba štoly byla prováděna od 5.8.1998. Prorážka horní poloviny profilu štoly byla provedena 27.1.1999. K datu 28.2.1999 byla štola dokončena ve stavu připraveném pro možnost převedení jarních vod rozestavěnou štolou, dokončovací práce na úpravách dna však nadále probíhaly.
V průběhu března došlo při jarním tání ke vzdutí vody v nádrži a následnému přelití ochranné jímky na vtoku. Plným profilem štoly prošla povodňová vlna jejíž odhadovaná kulminace byla 60m3.s-1. Tato událost pozastavila dokončovací práce, ale současně důkladně vyčistila dosud nedokončené dno. Rozestavěný objekt ražené části štoly neutrpěl nijaké škody a prokázal dobrou kvalitu provedených prací. Provádění dodatečných úprav dna po prorážce, nevhodně zvolená technologie dočišťování dna při dokončování před betonáží, nedodržení tolerancí raženého díla a nedostatečná kontrola provádění, vedly k dodatečným úpravám v místech nedolomů a ke zvýšení kubatury betonu definitivní obezdívky v místě nadvýlomů.
Nutné dodatečné práce si vyžádaly prodloužení doby provádění ražby a provizorní obezdívky. Ve svém důsledku vyvolaly nutnou změnu projektu a technologie provádění definitivní obezdívky a následnou úpravu postupů výstavby souvisejících objektů při nepřekročitelném cílovém termínu dokončení této části stavby VD Morávka.
Provádění ražby a provizorní obezdívky štoly spodních výpustí zajišťovaly, v subdodávce pro zhotovitele celé stavby Ingstav a.s.Opava, firmy VOKD a.s. Ostrava a Výstavba dolů Ostrava spol. s r.o.

VLIV RAŽENÝCH OBJEKTŮ NA STÁVAJÍCÍ OBJEKTY
Projekt předepisoval občasnou kontrolu a to měřením seismických účinků vyvolaných použitím trhavin při ražbě. Zejména při průchodu ražené štoly spodních výpustí prostorem injekční clony byly zpřísněny požadavky a omezena spotřeba trhavin. Účelem bylo dosažení minimalizace narušení kompaknosti injekční clony. Mimo měření zajišťovaných dodavatelem ražby investor instaloval trvalé měření v prostoru svých objektů, tak, aby byla zajištěna trvalá kontrola v průběhu výstavby pro případ poruch v konstrukcích stávajících objektů.
S ohledem na postupující výstavbu dalších objektů, které byly prováděny v malém nadloží nad raženou štolou spodních výpustí v časovém souběhu, bylo v průběhu realizace díla přistoupeno i k průběžné kontrole deformací nově budovaných objektů v nadloží této štoly. Měřeny byly deformace masivu v nadloží návodního portálu a deformace jednotlivých bloků přístupové štoly budované v nadloží ražené štoly. Měření posunů bylo doplněno deformetrickým měřením v dilatačních sparách, kterým se sledoval pohyb těchto spar. Měřeny byly také seismické účinky přímo na nejbližší nové betonové konstrukci přístupové štoly.
Pro veškerá měření byla stanovena mezní kritéria v denním intervalu a v součtu celkem, která nesměla být překročena, resp. při jejichž překročení bylo nutné zastavit ražbu, sledovat proces konzolidace, případně by bylo rozhodnuto přikročit k technickým opatřením. Z praktického hlediska se sledování nivelačního měření ukázalo jako nejefektivnější. Celková úhrnná deformace betonových konstrukcí přístupové štoly v nadloží byla stanovena na 10 mm, denní limit max. 2 mm. S postupem ražby byla sledována postupná deformace na spodních blocích přístupové štoly, kde byly zaznamenány deformace v maximální součtové hodnotě 4,7 mm. V nadloží u návodního portálu byla zjištěna celková deformace v úhrnu 7,7 mm, v denním extrému 2,6 mm. Měření deformací v dilatacích nezaznamenalo nikde náhlý posun mezi jednotlivými bloky, byly pouze zaznamenány teplotní vlivy (smršťování a rozevírání spar).
Sledováním postupu deformací byla zajištěna průběžná kontrola výstavby, kterou byl prokázán bezpečný postup ražby v hornině s nízkým nadložím. K bezpečnému dokončení ražby přispěla i samotná geologická dispozice masivu, kde v nadloží byla zastižena masivní deska pískovců o mocnosti 1,5 až 2 m.

ZÁVĚR
V současnosti je drenážní štola již v provozu a je zajištěno průběžné sledování účinnosti realizovaného drenážního systému prostřednictvím zařízení technickobezpečnostního dohledu. Účinost díla byla poprvé prověřena v průběhu zvýšeného srážkového období na podzim roku 1998. Maximální průsaky byly zatím naměřeny v návaznosti na delší srážkové období v červnu 1999 a to cca do 40 l/s.
Ve štole spodních výpustí v současné době probíhají dokončovací práce spojené s ražbou a provizorní obezdívkou a současně v "patách horníků" probíhá betonáž definitivní železobetonové obezdívky po jejímž dokončení bude možné touto hydrotechnickou štolou spolehlivě převádět průtoky s maximální projektovanou kapacitou 42 m3/s.
Zpracovatel projektové dokumentace je Aquatis a.s. Brno. Investorem a provozovatelem VD Morávka je Povodí Odry Ostrava.
Autoři děkují Prof. Dr. Ing. J. Bartákovi Dr.SC. z ČVUT Praha za věcné připomínky.