Metodika utěsňování přítoků vod přes ocelové konstrukce podzemních objektů Ing. Jan Čech, Mgr. Jan Kárník I. Cíl metodiky Zpracování metodického postupu pro spolehlivou realizaci technologie zabraňující proniku vod přes ocelovou konstrukci podzemních objektů aplikací těsnící a výplňové injektáže. Výsledek produktem řešení úkolu TAČR s názvem Nástroje pro spolehlivé navrhování a realizaci tunelů v městské zástavbě s důrazem na bezpečnost a životnost lok V005 Komplexní řešení sanace volných prostor horninového masivu II. Vlastní popis metodiky Metodika těsnící a výplňové injektáže spočívá v zaplnění volných komunikací a prostor mezi hrubým obrysem podzemního objektu a jeho ocelovou výztužnou konstrukcí. V uvedeném volném prostoru se shromažďuje tlaková voda, která různými nespojitostmi proniká do vnitřních míst zájmového objektu. Schéma proniku vody je uvedeno na obr. č. 1. tlaková voda ocelová konstrukce podzemního objektu pronikání vody přes konstrukční nespojitost hrubý obrys původního objektu Původní výplň volného prostoru Obr. č. 1 Schéma proniku tlakové vody Výše uvedený prostor se při výstavbě objektu vyplňuje speciálními injektážními hmotami, v naprosté většině na základě cementové suspenze. V průběhu provozu
objektu se z různých příčin vytvářejí volné prostory, které se zaplňují tlakovou vodou. Rovněž nelze vyloučit technologickou nekázeň při samotné výstavbě, v důsledku které ne všechny původní volné prostory byly zcela vyplněny. Specifickým faktorem předkládané metodiky je vytváření vstupní komunikace pro čerpání těsnící a výplňové hmoty. Jedná se o vytváření injektážních vrtů v ocelové konstrukci výztužného systému podzemního objektu. Injektážní vrty jsou zásadním prvkem pro realizaci těsnící a výplňové injektáže. Jejich vytvářením nesmí být narušena konstrukce výztuže. Jedinou možností je využít speciální části výztužného systému - injektážní zátky. Přes tyto zátky byly po instalaci ocelové výztuže čerpány výplňové hmoty. Jsou však také příčinou značného proniku vod do vnitřního prostoru, a to z důvodu jejich netěsnosti. Pohled na injektážní zátku je na obr. č. 2. Obr. č. 2 Injektážní zátka 2
Situování injektážních vrtů je uprostřed injekční zátky, kde se většinou nachází uzavírací trn, který má menší délku než samotná zátka. Nutno dbát, aby se v prvé fázi vytváření injektážního vývrtu nenavrtal volný prostor s tlakovou vodou. Vrtá se tedy do 2/3 injektážní zátky viz obr. č. 3. Následuje vytvoření závitu pro upevnění packeru viz obr. č. 4. Obr. č. 3 Vrtání injektážního otvoru 3
Obr. č. 4 Řezání závitu Dalším krokem je provrtání zbylého prostoru, a to až na úroveň tlakové vody v poslední fázi pak nutno použít akumulační vrtačky pro zamezení možností úrazu elektrickým proudem v důsledku očekávaného výronu vody viz obr. č. 5. 4
Obr. č. 5 Vrtání aku - vrtačkou Po vytvoření injektážního vrtu a vyřezání závitů se přikročí ihned k instalaci packeru. Ten umožní návaznou tlakovou injektáž vybraným těsnícím a výplňovým mediem - viz obr. č. 6. 5
Obr. č. 6 Tlaková injektáž Obr. č. 7 Instalace packeru 6
Tlaková injektáž se uskutečňuje do okamžiku zcela zaplněného volného prostoru, což se projeví prudkým nárůstem provozního tlaku. Po ukončení injektáže a zatuhnutí čerpané hmoty se packer vyšroubuje a do závitu se instaluje zaslepující kolík. Poděkování: Metodika byla vypracována za finanční podpory TAČR v rámci projektu TA01030245 Nástroje pro spolehlivé navrhování a realizaci tunelů v městské zástavbě s důrazem na bezpečnost a životnost. III. Novost metodiky vyplňování a utěsňování Novost metodiky vyplňování a utěsňování spočívá v realizaci vstupní komunikace pro zvolené injektážní medium. Potřebná komunikace probíhá přes injektážní vrty, které se situují ve střední části injektážní zátky. Vzhledem k tlakové vodě, jež vyplňuje volné prostory, je nutno dodržet následující postup : navrtání maloprůměrového vývrtu do cca 2/3 síly zátky vytvoření metrického závitu ve vývrtu provrtání zbylé části zátky až do volného prostoru osazení injektážního packeru. V případě, že dojde k provrtání až do volného prostoru obsahujícího tlakovou vodu, tato bude proudem přes vytvořený otvor pronikat do vnitřního prostoru podzemního objektu. Přitom v poslední fázi vrtání může proniknout do elektrické části vrtacího zařízení a způsobit těžký úraz obsluze. Z tohoto důvodu nutno použít v poslední fázi vrtání akumulátorovou vrtačku. IV. Popis uplatnění certifikované metodiky Předmětná metodika těsnící a výplňové injektáže je určena pro podzemní objekty vybavené ocelovými konstrukcemi, které vymezují pracovní prostor. Tyto konstrukce není možno zeslabovat vytvářením systému injektážních vrtů. Potřebná těsnící a výplňová injektáž se uskuteční přes speciální prvky výztuže a to tzv. zátky, kterými se původně začerpávala výplňová hmota mající za cíl vyplnit volné prostory mezi vnějším obrysem ocelové konstrukce a výlomem. Jedná se zejména o liniové potrubní řády, do kterých nesmí proudit zejména kontaminovaná okolní podzemní tlaková voda. 7
V. Ekonomické aspekty Vyčíslení ekonomických aspektů je velmi obtížné a v řadě případů problematické. Každý případ aplikace je specifický, vychází z místních podmínek. Nejzávažnější a nejvíce ekonomicky přínosná je aplikace, která zabraňuje pronikání kontaminovaných vnějších vod do potrubních řádů pitné vody. Orientačně lze zvažovat o úsporách v řádu desetitisíců Kč na jeden případ aplikace těsnící a výplňové injektáže dle předkládané certifikované metodiky. VI. Seznam použité související literatury 1. SG-Geotechnika, a.s.: Komplexní řešení stabilizace zemního resp. horninového prostředí pro výstavbu podzemních objektů a základů pozemních staveb Závěrečná zpráva projektu FT-TA5/128 2. SG-Geoinženýring, s.r.o.: Likvidace přítoků vod do podzemních objektů PVE DS v roce 2014, Odborná zpráva 3. ČSN EN 12715 Provádění speciálních geotechnických prací - injektáže 4. Sborník příspěvků 19. Mezinárodního semináře Zpevňování, těsnění a kotvení horninového masivu a stavebních konstrukcí, 2014 Ostrava 8