Technicko-bezpečnostný dohľad počas 20 rokov prevádzky VD Gabčíkovo

V októbri 2012 si pripomíname 20. výročie prevádzky Sústavy vodných diel Gabčíkovo – Nagymaros (SVGDN). Vzhľadom na platnosť medzinárodnej zmluvy z roku 1977 totiž aj naďalej hovoríme o Sústave VDGN. Treba však uviesť, že maďarská strana v roku 1990 jednostranne úplne pozastavila práce na rozostavanej sústave vodných diel a v dôsledku toho sa zmenila aj koncepcia vodného diela (VD) Gabčíkovo prispôsobením iba na slovenské územie.

Prehradenie Dunaja a časť zdrže Hrušov sa realizovalo objektmi dočasného riešenia na území Slovenska – variantom C. Z pôvodného projektu týkajúceho sa VD Nagymaros sa na slovenskom území realizovali ochranné opatrenia na ľavostrannej hrádzi (ĽH) Dunaja. V článku sa však nevenujeme VD Gabčíkovo z konštrukčného hľadiska, ale z pohľadu odborného technicko-bezpečnostného dohľadu (TBD). Zmeny projektu významne ovplyvnili aj rozsah výkonu TBD. Návrh merného a pozorovacieho zariadenia VD Gabčíkovo na spomínané účely však plne rešpektoval hľadisko bezpečnosti, pričom sa prihliadalo nielen na kategóriu vodného diela, ale aj na jeho medzinárodný význam.

Rozsah technicko-bezpečnostného dohľadu počas 20-ročnej prevádzky VD Gabčíkovo
Odborný technicko-bezpečnostný dohľad sa na vodnom diele od začiatku jeho výstavby vykonával v súlade s platnou legislatívou. Overovacia prevádzka VD Gabčíkovo sa prakticky začala 24. 10. 1992 prehradzovaním koryta Dunaja a výkon dohľadu prebiehal podľa programu technicko-bezpečnostného dohľadu, jeho dodatkov a aktualizácií. Hrádze zdrže, prívodného kanála a ľavostranná hrádza odpadového kanála sa odovzdali Slovenskému vodohospodárskemu podniku, š. p., OZ Bratislava, a od novembra 1996 sa na týchto objektoch začala z hľadiska TBD trvalá prevádzka. Objekty stupňa Čunovo, objekty stupňa Gabčíkovo a pravostrannej hrádze odpadového kanála sa uviedli do trvalej prevádzky 1. 11. 1999.

Postupne, s dokončovaním objektov, sa osadzovali aj zariadenia na pozorovanie a meranie (ZPaM) a po dokončení výstavby VD Gabčíkovo vrátane dočasného riešenia sa týchto zariadení vybudovalo asi 5 270. Bolo to najmä 1 211 pozorovacích sond, 12 vzdúvacích objektov na priesakových kanáloch zdrže, 7 vzdúvacích objektov na priesakových kanáloch prívodného kanála, 242 drenážnych studní a 30 šachiet drénu pri ľavostrannej hrádzi odpadového kanála, 67 merných priepadov na meranie priesakových vôd, 52 vztlakomerných vrtov v betónových objektoch, 131 vzťažných výškových bodov, 2 036 pozorovaných výškových bodov, 68 vzťažných združených a vzťažných polohových bodov, 426 pozorovaných polohových bodov, 64 profilov výškomerných škatúľ, 205 párov dilatometrických skôb, 49 merných miest náklonov, 920 strunových snímačov (meranie napätia výstuže, pomerných deformácií betónov), 107 snímačov SCPg (meranie tlaku násypu na základovú škáru a múry) a 104 snímačov teploty betónu. Na všetkých vybudovaných zariadeniach sa hneď po dobudovaní vykonali zá­kladné merania a následne aj pravidelné merania v súlade s programom TBD.

Niektoré poznatky z overovacej, respektíve trvalej prevádzky
Už v roku 1993 sa pri geofyzikálnych meraniach filtračných parametrov prúdenia podzemných vôd na stupni Gabčíkovo zistilo, že hladiny v sondách na ostrove medzi plavebnou komorou (PLK) a VE Gabčíkovo, ako aj pri ľavom múre ľavej PLK Gabčíkovo reagujú na plnenie a vyprázdňovanie PLK. Preto sa po posudzovaní tohto javu vykonalo viac režimových meraní hladín podzemných vôd v okolí plavebnej komory (napríklad v septembri 1993, októbri 1994, januári 1995, ale aj štyri merania v roku 1996). Na základe získaných výsledkov sa preukázalo, že tieto javy treba sledovať pravidelne a opakovane po jednotlivých etapách sanačných prác.

V rokoch 1996 až 1997 sa vybudoval systém automatizovaného merania Geomonitor (švajčiarskou firmou Solexperts a jej dcérskou firmou Geoexperts Žilina) a v septembri 2007 sa inovoval celý systém automatizovaného merania na plavebných komorách Gabčíkovo (program Geomonitor II a Web Davis – obr. 1), ktorý umožňuje sledovať vplyv prevádzky ľavej aj pravej PLK na úroveň hladiny vody v ich okolí automatizovaným kontinuálnym meraním úrovne piezometrických výšok, meranie posunov pomocou automatických tachymetrov v pozdĺžnom, priečnom aj zvislom smere a meranie posunov vrstiev podložia v štyroch deformetrických vrtoch vybudovaných pri horných a dolných zhlaviach. Na základe výsledkov týchto meraní (pri plnej ľavej PLK, pravej PLK, plných obidvoch PLK a prázdnych obidvoch PLK) a iných špeciálnych meraní (aj merania zvislých a vodorovných posunov), ako aj obhliadok dilatačných škár potápačmi sa začali utesňovať dilatačné škáry plavebných komôr. Dilatácie v komorách a plniacich kanáloch sa tesnili v troch etapách v každej plavebnej komore a tento proces sa ukončil v roku 2006.

Obr. 1  Grafický výstup zo systému Geomonitor automatizovaného merania plavebných komôr Gabčíkovo

Pred začiatkom tesniacich prác sa v apríli 1999 merali hladiny pri takzvanej špeciálnej prevádzke komôr, to znamená minimálne dve hodiny prázdne obidve komory a potom dve hodiny napustená jedna komora. Ukážka reakcie hladín vody na plnenie ľavej PLK v roku 2012 je znázornená na obr. 2.

Obr. 2  Stúpanie hladín v sondách v závislosti od plnenia ľavej plavebnej komory

Prvá etapa tesniacich prác trvala od augusta do decembra 1999. Najmenej tesné dilatácie utesnili potápači pod vodou a v januári 2000 sa ich účinnosť overila meraniami počas špeciálnej prevádzky. Merania preukázali čiastočnú účinnosť tesniacich prác, ale dokázali, že je potrebná druhá etapa tesniacich prác, ktorá sa začala v októbri 2001. V roku 2002 sa zmenila technológia tesnenia a druhá etapa v roku 2002 pokračovala v pravej PLK za sucha, po vyčerpaní vody asi na kótu 97,30 m n. m. Tesniace práce v pravej PLK prebiehali do júla 2002 a od septembra 2002. Tesniace práce v ľavej PLK (druhá etapa) sa uskutočnili od septembra do októbra 2003. Od septembra 2004 sa vykonávali injekčné práce na reklamovaných dilatáciách, ako aj práce navyše (tretia etapa).

V auguste až septembri 2004 vykonala firma Keller penetračné skúšky vo vrtoch na dne plniacich kanálov a pomocou injektáže zmesou vápenca, cementu, bentonitu a vody sa sanovalo podložie pravej PLK v najoslabenejších miestach, ktoré sa určili najmä podľa výsledkov meraní TBD, a to meraniami zvislých posunov a meraniami kolísania hladín pri PLK Gabčíkovo vplyvom prevádzky komôr (injektovala sa najmä oblasť 5. a 6. bloku a dolného zhlavia pravej PLK Gabčíkovo). V roku 2007 sa injektovalo podložie
ľavej PLK. Pozitívny vplyv tesniacich prác dokumentuje zníženie rozkyvu hladín v pozorovacích vrtoch oproti stavu pred sanáciou (apríl 1999). Stúpania hladín sa znížili pri prevádzke ľavej PLK o asi 96 % a pri prevádzke pravej PLK v Gabčíkove o asi 77 %. Začiatkom mája 2009 sa v pravej PLK vytvoril suchý dok a opravili sa horné aj dolné vráta tejto komory. Suchý dok v pravej PLK sa zrušil v decembri 2009. Počas tohto obdobia sa dotesnili dilatácie v plniacom systéme komory, respektíve vo výpustnom objekte, utesnili sa zvislé dilatácie od kóty 103 do 133,10 m n. m., opravili sa betóny a georadarom sa vykonal prieskum podložia. Počas trvania suchého doku sa pracovalo na dolných a horných vrátach pravej komory, ktoré sa do 31. 11. 2009 ukončili.

Dňa 1. a 21. 4. 2010 sa realizovala špeciál­na prevádzka v pravej a 30. 4. 2010 v ľavej PLK. Súčasne sa v dňoch 10. a 16. 4. 2010 (pravá PLK), respektíve 1. 5. 2010 (ľavá PLK) merali rýchlosti v sondách okolo komôr. Výsledky týchto meraní potvrdili úspešné sanačné práce, ale aj nevyhnutnosť utesnenia ďalších zvislých dilatácií na pravom múre ľavej PLK, dilatácií na spojovacom múre a neustálej kontroly hladinového režimu aj sadania plavebných komôr. Dňa 26. 8. 2010 sa začalo čerpanie ľavej PLK a vytvoril sa v nej suchý dok až do júna 2011. Počas trvania suchého doku prebiehali najmä práce na dolných a horných vrátach ľavej PLK (obr. 3) a prieskum podložia georadarom. Od 25. 6. 2011 do júla 2011 prebiehala skúšobná prevádzka ľavej PLK. Následne sa dňa 24. 8. 2011 začalo čerpanie v pravej PLK. Počas suchého doku v pravej PLK sa opravili kavitované betóny v nápustnom a výpustnom systéme komory opancierovaním (obr. 4) a horné aj dolné vráta PLK. Práce na horných vrátach sa ukončili ešte v roku 2011, na dolných vrátach prebiehali do konca júla 2012.

Obr. 4  Kavitovaný betón

Výsledky meraní a pozorovaní
Priestorové merania posunov systémom
Geomonitor potvrdili, že posuny vplyvom prevádzky PLK Gabčíkovo majú prevažne pružný charakter, pričom najväčšie posuny a rozdiely sadania jednotlivých blokov sa do novembra 2004 namerali najmä v oblasti horného zhlavia, 5. a 6. bloku komory a dolného zhlavia, čo sú oblasti, v ktorých sa podľa návrhu TBD injektovalo podložie. Geo­detické merania metódou veľmi presnej nivelácie (VPN) takisto potvrdzovali maximálne sadanie v oblasti horného zhlavia, 5. a 6. bloku PLK (pravý múr ľavej a ľavý múr pravej PLK) a dolného zhlavia. V rámci systému Geomonitor sa na PLK Gabčíkovo osadili dva automatické tachymetre a zámerné terče. Po ukončení injektážnych prác v pravej plavebnej komore v roku 2004 sa nepriaznivé a rozdielne sadania jednotlivých blokov zastavilo (rozdielne sadania bloku 5. a 6. ľavého múru pravej PLK, ktoré v roku 2004 dosiahlo už 41 mm, sa od sanácie až do júla 2012 takmer nezmenilo). Z uvedeného je zrejmý pozitívny vplyv sanácie podložia v týchto miestach.

Súčasťou VD Gabčíkovo je odpadový kanál pod vodnou elektrárňou (VE), na ktorého hrádzach sledujeme najmä režim podzemných a priesakových vôd. Na ľavej strane odpadového kanála (OK) hladiny v sondách kolíšu až 5,94 m podľa hladiny v OK. Počas overovacej prevádzky sa zistilo, že z dôvodu neprehĺbenia koryta Dunaja pod Sapom sa podmáčali pozemky pri obci Sap a pri povodni v roku 1991 nastal výtok vody zo sondy MRP-006 v km 25,0 OK. Preto sa musel v úseku km 20,5 až 25,5 vybudovať odvodňovací systém pod vzdušnou pätou ľavostrannej hrádze odpadového kanála, pozostávajúci z radu odvodňovacích studní vo vzájomnej vzdialenosti asi 25 m zaústených do kolektora, ktorý je vyústený do kanála S VI. Vybudovaním odvodnenia (na Q20) sa situácia zlepšila a hladiny podzemnej vody poklesli na primeranú úroveň. Ukázalo sa, že treba urobiť opatrenia aj pod stupňom, keďže pri vyšších hladinách v OK sú niektoré miesta podmáčané, čo sa prejavilo najmä pri prechode povodňových prietokov v dňoch 14. až 19. 8. 2002
(takmer Q100), keď sa pozorovali plošné priesaky takmer na celom úseku päty ĽH OK (hladina v OK pod stupňom Gabčíkovo dosiahla úroveň 117,90 m n. m.). Počas povodní sa prekročili medzné hodnoty hladín podzemných vôd v oblasti stupňa a OK.

Vzhľadom na tieto nepriaznivé javy sa v roku 2002 a 2003 na vzdušnom svahu ľavostrannej hrádze odpadového kanála nasypal stabilizačný štrkopieskový prísyp dlhý 8 075 m a v korune široký 3,50 m, ktorým sa koruna zvýšila na 119,45 m n. m. V máji 2007 sa v rámci akcie Bratislava – protipovodňová ochrana, Aktivita 8 – Zvýšenie bezpečnosti ľavostrannej hrádze odpadového kanála VD Gabčíkovo začala výstavba zavesenej podzemnej tesniacej steny na návodnej päte ľavo­strannej hrádze v úseku Sap – dolná rejda PLK Gabčíkovo (hĺbka podzemnej tesniacej steny asi 13 m) a tesnenie návodného svahu ĽH OK, ktoré je napojené na podzemnú tesniacu stenu. Práce sa ukončili v decembri 2008.

Spolu sa zrealizovala ochranná línia v dĺžke 8 074 m, podzemná tesniaca stena v dĺžke 8 049,6 m s priemernou hĺbkou 13,5 m a prie­mernou hrúbkou 0,27 m a tesniaca injektáž v dĺžke 24,4 m. Na utesnenie návodnej strany ochrannej hrádze odpadového kanála sa zabu­dovalo spolu 111 013 m2 fólie a na jej ochranu spolu 8 063 bežných metrov prísypov.

Obr. 5 Ľavostranná hrádza odpadového kanála – budovanie podzemnej tesniacej steny a tesnenia hrádze

Záver
Overovacia prevádzka VD Gabčíkovo prebiehala v zložitých podmienkach vyplývajúcich z vynútenej zmeny koncepcie VD nevybudovaním VD Nagymaros. V tomto článku sme sa zaoberali najmä niektorými poznatkami z monitorovania bezpečnosti VD Gabčíkovo z hľadiska vývoja a priebehu hladín podzemných vôd pod PLK Gabčíkovo a na ľavej strane odpadového kanála. Vybudované zariadenia na pozorovanie a meranie sa navrhli správne a dosiaľ vyžadovali doplnenie iba malého rozsahu. Ukázalo sa, že doplnenie automatizácie meracích zariadení v okolí plavebných komôr stupňa Gabčíkovo je potrebné.

Na základe deklarovaných vybraných výsledkov meraní a pozorovaní si dovoľujeme konštatovať, že vodné dielo Gabčíkovo je bezpečné. Medzné hodnoty (maximálne očakávané hodnoty sledovaných javov) bývajú pravidelne prekročené iba lokálne v oblasti ľavostrannej hrádze zdrže v km 22,0 až 25,0 – na tomto úseku sa sanovala podzemná tesniaca stena na návodnej päte ľavostrannej hrádze zdrže a plošný drén na vzdušnej päte hrádze, stupeň Gabčíkovo, a odpadový kanál počas povodňových prietokov (na odpadovom kanáli sa zrealizoval prísyp s prevýšením koruny ľavostrannej hrádze, podzemná tesniaca stena napojená na existujúcu podzemnú tesniacu stenu v Sape a tesnenie návodného svahu hrádze). Problematika režimu prúdenia podzemných vôd, a teda aj bezpečnosti plavebných komôr stupňa Gabčíkovo sa riešila dotesňovaním ich dilatačných škár a injektážou podložia. Výsledky meraní, analýz a spolupráca správcu vodnej stavby VD Gabčíkovo so štátnou organizáciou poverenou výkonom odborného technicko-bezpečnostného dohľadu, ako aj s STU v Bratislave (najmä s Katedrou geotechniky Stavebnej fakulty) dokumentujú efektivitu prípadných sanácií a preukazujú dôležitosť výkonu dohľadu na zaručenie bezpečnosti vodnej stavby.

TEXT: Ing. Štefan Vadkerti, Ing. Peter Panenka
FOTO: Vodohospodárska výstavba

Štefan Vadkerti pracuje na úseku technicko-bezpečnostného dohľadu, odbor bezpečnosti priehrad Vodohospodárskej výstavby, š. p.

Peter Panenka riadi oddelenie stratégie Vodohospodárskej výstavby, š. p.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.