Výzvy při stavbě tunelů: Překážkou rozhodně není jen podzemní voda a rozmanitost hornin

Moderní města rostou do výšky i šířky a narážejí na své limity. Řešení se čím dál častěji hledá v podzemí. Stavba tunelů už dávno není jen o prorážení cesty pro vlaky skrz hory. Stala se klíčovým nástrojem, jak uvolnit ucpané tepny metropolí a ochránit centra před dopravním kolapsem.

Ačkoliv si většina z nás představí hlavně boj s podzemní vodou a nepředvídatelnou geologií, skutečné výzvy jsou mnohem komplexnější. Představu budování tunelu si pojíme s bojem s podzemní vodou nebo hromadami hlíny. Inženýři se musí proplétat hustou sítí kabelů a potrubí, minimalizovat otřesy a poklesy terénu, které by mohly poškodit staleté budovy, a to vše za plného provozu města nad nimi.

Jak se staví pod zemí?

V zásadě existují dvě hlavní cesty, jak postavit tunel ve městě. Buď ho vykopete shora, nebo ho vyrazíte zevnitř. Nejjednodušší je vykopat jámu, postavit v ní tunel a zase ho zasypat. To však musíte v centru města udělat rychle. Proto vznikla metoda „Top-Down“.

Místo obří jámy se nejprve vybetonují podzemní stěny a strop budoucího tunelu. Jakmile strop ztvrdne, zasype se a na povrchu se obnoví doprava. Veškerá další práce už probíhá bezpečně pod hotovým stropem. Tento postup dramaticky zkracuje dobu, po kterou stavba ochromuje život ve městě. To bylo klíčové například u pražské Blanky.

Když je potřeba jít hlouběji nebo se povrchu nelze vůbec dotknout, nastupuje ražba. Zde proti sobě stojí dvě hlavní filozofie. První je Nová rakouská tunelovací metoda (NRTM), která je dominantní v Česku. Místo toho, aby se tuneláři snažili horu za každou cenu udržet, nechají ji kontrolovaně „sednout“. Po odtěžení krátkého úseku se stěny okamžitě zajistí stříkaným betonem a kotvami. Horninový masiv se tak stane součástí nosné konstrukce.

Druhým přístupem jsou obří tunelovací stroje (TBM). Jsou to v podstatě podzemní továrny na kolech. Na čele mají rotující hlavu, která rozrušuje horninu, zatímco zbytek stroje za sebou rovnou skládá finální betonové ostění z dílců, tzv. tybinků. TBM jsou neuvěřitelně rychlé a bezpečné, ale také extrémně drahé a navržené na míru pro jeden konkrétní projekt.

Jak na zkrocení neviditelných rizik?

Každý metr ražby je sázkou do loterie. I ten nejlepší průzkum neodhalí vše. Klíčem je proto dokonalá příprava a schopnost rychle reagovat. V Praze se u Blanky osvědčila ražba průzkumné štoly, která předem zmapovala terén a odvodnila masiv pod Vltavou.

Pokud je hornina nestabilní, používá se injektáž. Pod tlakem se do horniny vhánějí cementové směsi, které zpevní půdu a vyplní trhliny. V extrémních případech se používá i zmrazování. Kolem budoucího tunelu se navrtají trubky s chladicím médiem, které z vody v zemině vytvoří pevnou ledovou stěnu. Ta výkop bezpečně zajistí, než se postaví konstrukce.

Největším strašákem ve městech je pokles terénu. Cílem není mu zcela zabránit, ale mít ho pod absolutní kontrolou. Každý pohyb na povrchu se sleduje s milimetrovou přesností pomocí geodetických měření, laserů, a dokonce i satelitních dat. Moderní tunely navíc dostávají řadu senzorů, které v reálném čase hlásí jakékoliv pnutí nebo deformaci přímo v konstrukci.

Lekce z praxe, které nám poskytla Praha, Londýn i Tokyo

Každý velký projekt přináší cenné lekce a pohled na tři ikonické stavby z různých koutů světa ukazuje, jak odlišné tyto výzvy mohou být. Pražská Blanka je především příběhem o mistrovském zvládnutí složité geologie metodou NRTM. Zároveň se ale stala synonymem pro nečekané propady, problémy s průsaky a rozpočet, který se vymkl kontrole.

Zcela jiným protivníkům čelil londýnský Crossrail, dnes známý jako Elizabeth Line. Zde nebyla hlavním problémem hornina, ale neuvěřitelně hustá síť stávajícího metra a potrubí, kterou se obří tunelovací stroje musely proplést s milimetrovou přesností. Výsledkem je projekt s obrovským ekonomickým přínosem, který si však vysloužil i kritiku za další prohlubování nerovností mezi Londýnem a zbytkem země.

Na samou hranici technických možností pak posunuli tunelářství v Japonsku. Tamní megaprojekty, jako je podmořský tunel Aqua-Line, musely překonat extrémní podmínky měkkého mořského dna a neustálé riziko zemětřesení. Jsou tak především demonstrací technologické nadvlády a schopnosti realizovat i ty nejodvážnější vize.

Budoucnost pod našima nohama

I tunelářství se rychle digitalizuje. Papírové výkresy nahrazují digitální 3D modely nabité informacemi o čase, nákladech a materiálech, které umožňují odhalit problémy ještě dříve, než vzniknou. Tunely se tak stávají inteligentními stavbami, se senzory, které umožňují prediktivní údržbu. Do procesů vstupuje i automatizace a robotika, od výroby výztuže až po vize plně autonomních TBM řízených umělou inteligencí.

Stavba tunelu ve městě vyžaduje hrubou sílu i jemnou preciznost, robustní beton i citlivé senzory. Úspěch se neměří jen v kilometrech vyražených chodeb, ale v tom, jak se podzemní dílo stane přirozenou a funkční součástí živého organismu města nad ním.

Zdroje: wikipedia, casopisstavebnictvi