Drenážny odvodňovací systém v tuneli a možnosti jeho nedeštruktívnej sanácie

Ilustračné foto
Zdroj: iStock

Cestné komunikácie predstavujú dôležitú súčasť našej infraštruktúry. Vykonané kontroly a následné analýzy však ukazujú, že v súčasnosti je veľké percento z nich poškodených a vyžaduje si sanačné práce.

Vzhľadom na vysoký nárast mobility a súvisiace používanie cestných sietí sa potom takáto skutočnosť spája s potenciálnym rizikom a možnosťou systematického únavového poškodzovania. Jedným z hlavných dôvodov, ktorý môže viesť k poškodeniu komunikácií a zníženiu dopravnej bezpečnosti, bývajú poruchy odvodňovacieho systému.

Dlhodobo zlepšiť kvalitu a životnosť týchto konštrukcií môžu preventívne opatrenia, čo sa však nerieši dostatočne. Chýba odborná literatúra, nie sú overené technológie a v neposlednom rade neexistuje širší trh s ponukou realizácií sanačných prác pre odvodňovacie systémy.

Tunely a vo všeobecnosti všetky podzemné stavby sú finančné a časovo náročné. Zameranie zvýšenej pozornosti už počas projektovania na ich ochranu proti vode a na následný návrh odvodnenia s celým drenážnym systémom je viac ako namieste.

V prípade projekčných chýb vo forme nedotiahnutých detailov alebo nedokonalej stavebnej činnosti spôsobenej zhotoviteľom môže dôjsť k negatívnym dôsledkom, ktorých priamym dosahom sú sanačné práce už počas samotnej realizácie diela, či dokonca počas jeho užívania.

Prevádzkou sa poruchy rozširujú a sanácia odvodňovacieho systému sa stáva nevyhnutnou. Hladina podzemnej vody, prítoky a vlastnosti vody v horninovom prostredí sú základnými vstupnými parametrami pri akomkoľvek návrhu ochrany tunela. V tomto momente sú rozhodujúce aj externé požiadavky, ako sú stupeň ochrany a v poslednom čase aj neznižovanie vody v horninovom prostredí.

Pri návrhu odvodnenia tunelov je potrebné zaoberať sa hydroizoláciou, správnym drenážnym systémom, ako aj odvodnením vozovky. Pri ich realizácii sa sleduje dosiahnutie úplnej nepriepustnosti konštrukcie, kde nie sú prípustné priesaky a ani neúmerné zvyšovanie hydrostatického tlaku.

Obr 01
Obr. 1 Priesak vody cez trhliny v ostení | Zdroj: Amberg Engineering Slovakia, s. r. o

Voda ako (ne)priateľ

Pri výstavbe, ale aj samotnom užívaní tunelových objektov, sa veľmi často stretávame s problematikou výskytu vody v konštrukciách ako nežiaduceho elementu. Detailné preskúmanie povrchovej a podpovrchovej hydrológie by preto malo prebiehať pred výstavbou aj počas nej.

Ak negatívne vplyvy vody nemajú len dočasný charakter a zotrvávajú aj počas životnosti tunela, stávajú sa prekážkou pre prevádzku a samotnú údržbu tunela. Pri razených tuneloch vzniká problém s priesakovou vodou, ktorá nahromadením v porušených tektonických horninách vytvára zvodnené zóny a miestami môže mať aj vztlakový účinok.

Transport priesakovej vody ku konštrukcii tunela je viac-menej istý, tam voda svojím dlhodobým pôsobením degraduje tunelové ostenie. Zvýšené pH podzemnej vody môže v styku s alkalickými látkami (monolitický betón, striekaný betón alebo cementová injektáž) spôsobiť vylúčenie vápna.

Obr 02
Obr. 2 | Zdroj: Amberg Engineering Slovakia, s. r. o

Voda nasýtená oxidom uhličitým (agresívna voda) spôsobuje vyplavovanie hydroxidu vápenatého z betónov, pričom dochádza k tvorbe vápencom presýtenej vody, ktorá potom vytvára tuhé usadeniny v drenážnych systémoch (tento účinok je častejší v starých tuneloch so zastaranými drenážnymi systémami).

Ďalším problémom je premŕzanie, ktoré sa objavuje v miestach portálov a v zimných prevádzkach až do hĺbky niekoľkých desiatok metrov, čo spôsobuje následné zvetrávanie horniny a aj samotnej konštrukcie tunela. Vplyv tlaku vody a cyklické premŕzanie tunela majú za následok postupné narušovanie stability a prípadnú deformáciu až deštrukciu konštrukcie, čo môže ohrozovať ľudské životy a spôsobiť značné finančné škody na majetku.

Nevyhnutnými krokmi sú potom uzatvorenie tunela a sanácie systémov. Súčasné trendy v oblasti infraštruktúry (hlavne vo výstavbe tunelov) sa v jednotlivých krajinách líšia. Niektoré krajiny si stanovili nariadenia alebo majú zavedené špecifické predpisy a normy pre odvodnenie tunelov, zatiaľ čo iné nemajú žiadne predpisy.

Obr 03
Obr. 3 | Zdroj: Amberg Engineering Slovakia, s. r. o

Na Slovensku platia v súčasnosti TP 04/2015 Ochrana tunelov proti vode a odvodnenie tunelov a TKP časť 26 Tunely. Tieto dokumenty naznačujú do určitej miery spôsob realizácie drenážnych systémov, no nie sú určené na riešenie náročnejších hydrogeologických pomerov. Tak ako sme už v úvode naznačili, v tomto smere chýbajú ako odborná literatúra, tak aj overené technológie a sanačné postupy

Drenážny systém tunela

Drenážny systém tunelov a jeho sanácia je aktuálna téma, a to nielen pri pripravovaných tuneloch, ale aj v prípade historických tunelov a, samozrejme, tunelov, kde stavebné práce aktuálne prebiehajú a kde došlo k poškodeniu rubovej drenáže.

Obr 04
Obr. 4 Odvádzacie potrubia v štandardnom profile | Zdroj: Amberg Engineering Slovakia, s. r. o

Momentálne prebiehajú v rámci Slovenska najväčšie práce na tuneli Višňové, preto by sme na jeho prípade radi ilustrovali niekoľko príkladov, spojených s poškodením drenážneho systému a s možnými sanačnými odporúčaniami.

Sme si vedomí toho, že situácia v tomto tuneli je veľmi citlivá, ale opisovaný problém ani zďaleka nesúvisí len s týmto tunelom, ale ukazuje globálny problém pri zrealizovaných aj historických tuneloch a aj pri tuneloch v realizácii. Drenážny systém slúži na zachytávanie priesakovej a spodnej vody počas realizácie líniových stavieb. Rozdelenie drenážnych profilov pozdĺž tunela Višňové bolo určené na základe hydrogeologických podmienok masívu, ktoré boli skúmané pri razení štôlne.

Obr. 5 Praskliny v pozdĺžnom smere
Obr. 5 Praskliny v pozdĺžnom smere | Zdroj: Amberg Engineering Slovakia, s. r. o

Počas razenia prieskumnej štôlne sa prítoky podzemnej vody stabilizovali na rozhraní karbonátových hornín a kryštalického podložia (staničenie cca 2 400 m) na úrovni 10 až 20 l/s (v krasovom systéme závisia od intenzity atmosférických zrážok). Po prerazení dvoch úsekov štôlne je celkové množstvo vody tečúcej na východný portál 150 až 220 l/s.

Podmienky pri razení tunelovej rúry boli ovplyvnené predovšetkým zmenami v hydrogeologických podmienkach. S ohľadom na efekt trvalého drenážneho účinku prieskumnej štôlne sa očakávali menšie prítoky vody. Najsilnejšie prítoky vody sa čakali na kontakte druhohornej zlomovej zóny medzi druhohornými a kryštalickými horninami. Bolo vypočítané, že v závislosti od rýchlosti atmosférických zrážok dôjde k prítoku 20 – 100 l/s.

Obr. 6 Inkrustácia potrubia
Obr. 6 Inkrustácia potrubia | Zdroj: Amberg Engineering Slovakia, s. r. o

V ďalších častiach sa predpokladali krátkodobé a lokálne prítoky 0,2 – 0,3 l/s, nevylučovali sa však ani miestne a izolované prítoky z otvorených krasových systémov, rovnako ako z diskontinuít a poruchových zón, ktoré neboli zaregistrované počas prieskumu.

V kryštalických horninách sa očakávali veľké prítoky do tunelových rúr v jednotlivých úsekoch v rozsahu 10 až 20 l/s. Najsilnejšie prítoky boli už v prvej fáze razenia a časom sa znížili na súčasnú úroveň.

Opis odvodňovacieho systému v tuneli

Ako hlavná stoka na odvod podzemných vôd je využitá jestvujúca prieskumná štôlňa tunela. Riešenie zahŕňa drenážny systém, ktorý odvádza vodu do bočných potrubí v pätách profilu a do jedného potrubia pod vozovkou, pričom tieto potrubia prebiehajú pozdĺž tunelových rúr. Potrubia vedú pozdĺž celého tunela a sú odvádzané do šachiet (vo výklenkoch na čistenie drenáže), odkiaľ sú odvedené do štôlne drenážnym potrubím.

Obr. 7 Deformácia prierezu
Obr. 7 Deformácia prierezu | Zdroj: Amberg Engineering Slovakia, s. r. o

Na základe realizovaných kontrol a sledovania výstavby tunela sa identifikovali problematické miesta drenážneho systému, ktoré boli spojené hlavne s odchýlkami od schválenej projektovej dokumentácie. Kamerový záznam ako kontrolný systém pre rubovú drenáž charakterizoval tieto miesta, takže následne bolo možné pristúpiť k návrhu sanačných opatrení.

Do úvahy sa vzali všetky pravdepodobné výkonnostné nedostatky, a to hlavne:

  • nečistoty a usadeniny v potrubí, ktoré je nutné z potrubia odstrániť;
  • vyčnievajúci tesniaci materiál, tesniaci krúžok;
  • tvorba prasklín; • deformácia – zmenšenie prierezu;
  • prekážky – iný predmet prenikol cez stenu potrubia;
  • poškodený povrch – chýbajúca stena.

Na základe monitoringu možno konštatovať, že drenážne potrubie vykazuje poruchy, ktoré by bez sanácie mohli viesť k problémom pri dokončovaní ďalších stavebných krokov.

Obr. 8 Deštrukcia potrubia
Obr. 8 Deštrukcia potrubia | Zdroj: Amberg Engineering Slovakia, s. r. o

Kategorizácia porúch

Na základe inventarizácie zrealizovaných častí a monitoringu potrubia danej časti tunel a identifikovali tieto poškodenia drenážneho odvodnenia:

  • praskliny v pozdĺžnom alebo vo vertikálnom smere,
  • poškodený povrch na potrubí,
  • vytvorenie inkrustácie na potrubí (adhézny materiál),
  • nepriechodnosť potrubia z dôvodu vytvorených usadenín po celom priereze
  • tvrdý zhutnený materiál,
  • nepriechodnosť z dôvodu konštrukčného porušenia potrubia,
  • perforácia prierezu,
  • vyčnievajúci tesniaci materiál v spojoch.
Obr. 9 Sanácia pomocou metódy Berstlining
Obr. 9 Sanácia pomocou metódy Berstlining | Zdroj: Amberg Engineering Slovakia, s. r. o

Sanácie pomocou bezvýkopových technológií

Na zdokumentované poruchy drenážneho systému, ktorý odvádza vodu do bočných potrubí v pätách profilu, bude potrebné vykonať sanáciu, a to nasledovnými technologickými postupmi:

 

Berstlining na kanalizáciu

Metóda spočíva v rozdrvení alebo rozrezaní existujúceho potrubia zaťahovaním špeciálne upravenej hlavy. Súčasne s deštrukciou existujúceho potrubia prebieha statické vťahovanie sanačného potrubia. Na rozdiel od iných metód využívajúcich dynamické rázy tu nedochádza k otrasom okolitého terénu a k možnému narušeniu pridružených sietí.

Vlastnosti systému:

  • zväčšenie priemeru až o jednu dimenziu (podľa geologických podmienok),
  • vhodnosť pre existujúce potrubie DN 100 – DN 400,
  • sanovaný materiál je bez obmedzenia,
  • sanačným materiálom je polypropylén,
  • nie je nutné čistenie potrubia

Puzdro z nehrdzavejúcej ocele

Puzdro z nehrdzavejúcej ocele s tesniacim návlekom sa inštaluje bez mokrého procesu, rozsah použitia je DN 150 – DN 2000. Umožňuje opravu silne poškodených potrubí – statické stuženie profilu.

Hydraulický frézovací robot

Hydraulický frézovací robot sa samostatne pohybuje pri odstraňovaní prekážok v potrubiach s dimenziami DN 190 – DN1100 vrátane vonkajších profilov. Pomocou robotov možno pri čistení potrubia riešiť tieto problémy:

  • odstránenie usadenín,
  • odstraňovanie konárov, kameňov, výstuže,
  • frézovanie betónu v potrubí, odstraňovanie betónových usadenín,
  • frézovanie presadených prípojok,
  • čistenie všetkých typov prekážok
Obr. 10 Hydraulický frézovací robot KAWO
Obr. 10 Hydraulický frézovací robot KAWO | Zdroj: Amberg Engineering Slovakia, s. r. o

Záver

O vhodnosti použitej sanačnej metódy rozhodujú výsledky analýzy drenážneho systému. Pred každou opravou je nevyhnutné dôkladne preveriť súčasný stav a vplyv ďalšieho postupu. Keď sa pri čistení drenážneho systému tunela zistí, že je v dobrom stave a má len lokálne porušenia, je vhodné pristúpiť k opravám. Lokálne opravy sú vhodné len pre dve opravy na jeden servisný úsek.

Pri väčšom množstve už je na zvážení celková renovácia. V prípade, že obyčajná oprava poškodených častí drenáže nestačí alebo je potrebná garancia vlastností novobudovaného systému, treba zvoliť komplexné riešenie. Voľba vhodnej metódy závisí od radu faktorov. V prvom rade je potrebné vždy zvážiť, či je možné použiť bezvýkopovú metódu, alebo treba rovno prejsť na konvenčné riešenie, ako je tzv. bypass potrubia.

Sofistikovanejšie princípy využívajú rozbitie alebo vytlačenie poškodenej drenáže a následné zasunutie novej. Touto cestou je možné zachovať takmer pôvodnú dimenziu. Každá oprava už zabudovanej rubovej drenáže je veľmi nákladná a komplikovaná záležitosť, pričom snahou každého investora je znížiť náklady.

Súčasné technológie rôznych metód nedeštruktívnych sanácií ukazujú, že neexistuje jedno ideálne riešenie na všetky druhy poškodení a je namieste podrobná znalosť problematiky. Každopádne technológie ponúkajú širokú škálu možností, preto je potrebná úzka spolupráca projektanta a investora, ktorá by mala umožniť výber najvhodnejšej metódy, spĺňajúcej najlepšie dané požiadavky.

Technológie pritom ešte v žiadnom prípade nedosiahli svoje limity, ich nepretržitý vývoj a implementácia do praxe ponúkajú veľké množstvo variácií, ktoré pomáhajú riešiť široké spektrum problémov. V budúcnosti bude preto potrebné pripraviť manuál alebo predpis na rekonštrukciu odvodňovacích systémov v tuneloch tak, aby bolo možné eliminovať riziká a štandardizovať efektívne riešenia

Mária Frťalová, Juraj Ortuta a Peter Paločko

Autori pôsobia v spoločnosti Amberg Engineering Slovakia, s. r. o.

Článok bol publikovaný v časopise Inžinierske stavby 05/2021.