RNDr. Blanka Levá T 12 INSET s.r.o. GEOTECHNICKÝ PRŮZKUM FLORENTINSKÉ ŠTOLY Abstrakt Geotechnický průzkum důlního díla označovaného jako Florentinská štola v oblasti mezi obcemi Příbram Zdaboř a Žežice byl proveden na jaře 2009 za účelem zpřesnění projektové dokumentace ve smyslu navržení způsobu přechodu projektované silnice I/18 Příbram jihovýchodní obchvat přes tuto štolu při zachování její plné funkčnosti. Štola byla dříve součástí příbramského železnorudného revíru Na Beránkách u Žežic uzavřeného na konci 19. století. Před zahájením průzkumných prací nebyly známy údaje o směrovém ani výškovém vedení štoly. Vlastní průzkumné práce předcházela obsáhlá rekognoskační a rešeršní činnost. Příspěvek seznamuje s postupem a výsledky průzkumu soustředěného na: - vysledování směrového a výškového průběhu štoly - upřesnění mocnosti a kvality nadloží štoly v místě křížení s trasou navrhované silnice - zjištění geotechnického stavu díla - kvalitativní a kvantitativní dokumentace odváděných důlních vod Úvod Florentinská štola byla v historii součástí příbramského železnorudného revíru Na Beránkách u Žežic, kde hornické práce probíhaly v období let 1642-1877. Z Florentinské štoly byla těžena zejména tzv. Florencova žíla. Po rozvinutí těžby Fe rud a rozfárání Žežického ložiska byla štola využívána víceméně jako odvodňovací. Předmětem geotechnického průzkumu bylo upřesnění dosud mlžných údajů o směrovém a výškovém vedení štoly, jejích rozměrech a zjištění současného geotechnického stavu za účelem navržení způsobu přechodu projektované silnice I/18 Příbram jihovýchodní obchvat přes tuto štolu při zachování její plné funkčnosti. Jediným viditelným a na začátku průzkumu známým prvkem štoly v terénu byl výtok důlní vody odváděné z revíru právě Florentinskou štolou. Použité metody průzkumu a jejich výsledky Mnoho cenných poznatků přinesla rozsáhlá rešeršní činnost ve spolupráci s DIAMO a.s., Geofondem pracoviště Praha (Registr hlavních důlních děl) a pracoviště Kutná Hora (Registr poddolovaných území). Velmi významné byly informace od místních obyvatel, od kterých byly získány historické důlní mapy z různých období hornické činnosti. K doplnění mozaiky poznatků byly použity i veřejně přístupné informace na webových stránkách Hornického muzea Příbram. Dle historických pramenů je Florentinská štola 925 m dlouhá. Po doznění hornické činnosti na ložisku byla koncová část štoly vystrojena na sucho klenutou vyzdívkou z hrubě opracovaných kamenů k zajištění odvádění důlních vod až k vyústění na den. Vložením vyzdívky a uzavřením světlíků byla v podstatě znemožněna jakákoli údržba a bezpečná revize celé štoly. Dle starých důlních map byla získána prvotní přibližná představa o vedení štoly v současném terénu a vytýčena první síť průzkumných geofyzikálních profilů, vedených kolmo na pomyslnou osu, kde staničení 0 m bylo situováno na trubní výpusti s rostoucími hodnotami směrem k železnorudnému revíru u Žežiček. 1
Podle historických hloubkových údajů protnutí Florentinské štoly s jednotlivými jámami (Florencova, Marie, Ondřej, Schwarzenbergova) a výškové nivelace terénu v předpokládané trase štoly byl sestaven očekávaný podélný profil štolou, ze kterého byly odhadnuty hloubky navrhovaných průzkumných a ověřovacích sond. Na základě rekognoskace terénu byly shromážděny další primární údaje: Výtok důlní vody z Florentinské štoly na severní straně cesty Zdaboř Žežice je stálým vodním zdrojem o vydatnosti 0.115 až 0.450 l/s, často a dlouhodobě využívaným místními obyvateli. Ve vzdálenosti 13 m od trubní výpusti je patrný propad zeminy a zhroucení původní kamenné klenby obezdívky odvodňovacího kanálu, který vznikl destrukcí klenby při prováděných polních prací v r. 1983. Správce díla zajistil místo propadu panelem a dnes již nefunkčním ohrazením. Z tohoto otvoru byla provedena prohlídka prvního úseku díla z lícové strany. K upřesnění pozice i hloubky dalšího průběhu Florentinské štoly směrem k lesu (i historicky uváděného komínu) byl použit soubor geofyzikálních metod na systému profilů vedených přes vytipovaný průběh důlního díla. Ke geofyzikálnímu průzkumu byly pro zadaný úkol zvoleny metody georadarového průzkumu, geoelektrické metody dipólového elektromagnetického profilování a multielektrodového odporového sondování a mikrogravimetrie. Výsledky mikrogravimetrie byly z hlediska vysledování průběhu štoly významným přínosem a lokalizace osy štoly dle grafů tíhových anomálií byla zcela jednoznačná. Celá plocha lokality byla proměřena v kontrolním režimu i z hlediska vyhledání míst se zvýšenou úhrnnou aktivitou gama. Z vyhodnocení výsledků geofyzikálního průzkumu byl spolu s poznatky získanými rešeršními pracemi stanoven nejpravděpodobnější průběh štoly (ve směru přibližně S-J) a byla vytipována místa dalších historických dobývek v okolí štoly. Na základě této interpretace byly navrženy pozice a hloubky pro ověřovací kopané sondy. Ověření průběhu štoly bylo provedeno ve spolupráci s organizací Průzkum Příbram s.r.o. a s organizací DIAMO s.p., která má v současnosti Florentinskou štolu ve správě, kopanými bagrovanými sondami se zásahem do objektu štoly. Průzkumné sondy na ověření hloubky a průběhu Florentinské štoly KS1 ( hloubka 1.9 m) a KS2 (hloubka 5.5 m) byly kopány do nadloží štoly rypadlem JCB 3CX. Vstupy do štoly byly následně ručně otevřeny a začištěny tak, aby byl umožněn vstup pro průzkumného pracovníka. Sonda KS2 byla po celou dobu zapažena rozporami. Z míst otevření štoly byl její další směrový průběh vytrasován soupravou firmy Radiodetection s vysílací elektromagnetickou sondou a s detekcí její polohy na povrchu. Po ukončení ověřovacích prací na jednotlivých vstupech do štoly byly otvory sanovány. Kopané sondy byly podrobně dokumentovány z hlediska geologického, objekt štoly pak též z hlediska geotechnického a statického. Sonda KS1 byla hloubena pro ověření průběhu Florentinské štoly ve vzdálenosti 51 m nad trubní výpustí, tj. cca 10 m za kamenným závalem. Rozměry sondy byly 4 x 1.2 m a hloubka 1.9 m, s protažením kolmo na očekávaný průběh štoly. Pod povrchem terénu a cca 20 cm vrstvou humózního horizontu byl zastižen do 1.3 m sekundární zához charakteru štěrku hlinitého s valouny horniny do 0.3 m. Šířka zásypu pod humózní vrstvou byla cca 4 až 5 m, miskovitě se zužující do hloubky ke štole. Zbývající části stěny byly tvořeny původním materiálem deluvia jílu písčitého se štěrkem. V hloubce 1.3 m byl zastižen líc obezdívky Florentinské štoly. Ze stropní části konstrukce byly vyjmuty klínové kameny z klenby a následně provedena dokumentace štoly včetně geodetického zaměření jejích prvků. Vzhledem k charakteru a tvaru rozložení sekundárně použitého a původního materiálu v okolí štoly lze konstatovat, že v tomto úseku byla konstrukce štoly realizována v otevřeném výkopu s následným zasypáním svrchu. Sonda KS2 byla situována 107 m od trubní výpusti v místě před očekávaným ohybem štoly. Rozměry sondy ve svrchní části byly 6 x 2 m, maximální hloubka 5.5 m. 2
Pod humózní vrstvou byly do hloubky 2 m zastiženy zeminy deluviálního původu charakteru písčitých jílů, od 2 m pak horniny kambria zcela zvětralé na charakter písku jílovitého. V hloubce 4 m byla zastižena svrchní lícová část klenby štoly. V jižní stěně sondy se v nadloží klenby vyskytovala cca 50 až 60 cm mocná vrstva kamenité základky. Kameny velikosti 10 až 30 cm bez pojiva byly nad klenbu ručně založeny. V severní stěně sondy nebyla základka zastižena. Svrchní část klenby byla pro vstup do štoly rozebrána a otvor upraven. Následně byla provedena dokumentace štoly včetně geodetického zaměření jejích prvků (pozice, hloubka, rozměry, hladina proudící vody, reliéf terénu). Podle struktury nadloží štoly v místě sondy KS2 s původním uložením materiálu zemin a hornin bez známek přemístění a tvaru a stavby základky je patrné, že v tomto úseku byla štola prováděna hornickým způsobem. Významnou přímou metodou byl vstup a průlez zájmovou částí štoly a její dokumentace. Tuto z více hledisek velmi náročnou prohlídku zajistila zkušená průzkumná skupina naší společnosti řízená specialistou s kvalifikací vedoucího čety báňské záchranné služby. Z celkové délky štoly uváděné 925 m byl dokumentovaný úsek v rámci vymezeného úkolu pouhých 147.5 m. Vstup do štoly pro provedení dokumentace byl zajištěn ze tří míst. Dle dokumentace štoly a geodetického zaměření jejích prvků byl sestaven podélný řez štolou. Štola je ve sledovaném úseku od trubní výpusti 0-147.5 m vedena ve směru přibližně S-J. Sklon štoly je velmi mírný, pohybuje se od 0.1 do 0.5 %. Obezdívka je kamenná, sestavená bez použití pojiva, stabilita obloukové klenby je zajišťována gravitačně. Vnitřní rozměry štoly jsou v celém dokumentovaném úseku cca 90 cm výška a 60 až 70 cm šířka. Vnější rozměry jsou podmíněny velikostí použitých stavebních kamenů, mocnost obezdívky se pohybuje od 20 do 40 cm, maximální vnější rozměry štoly lze tedy předpokládat v hodnotách až 170 x 150 cm. Hloubka horní lícové strany stropu štoly se pohybuje prakticky od 0.1 m v místech u vtoku vody ze štoly do nádrže až do 6.5 m na konci dokumentovaného úseku na staničení 147.5 m. V místě křížení s osou silnice je hloubka lícové strany klenby 4.3 m. Dno štoly je zaneseno až 25 cm mocnou vrstvou písčitojílovitého sedimentu, v koncové severní části je akumulována směs balvanů a zeminy, popadaná do štoly při starším provalení klenby. Voda ve štole proudí volně, nad balvanitými závaly není zadržována, mezi kameny je zajištěn volný průtok. Kamenná stavba není od okolního zemního prostředí nijak izolována, z hlediska průsaků vody tedy komunikuje s okolním zemním prostředím. V celé délce dokumentovaného úseku nebyl ve stěnách, ani stropě štoly patrný otvor do větracího komínu, ani stopy po druhotné dozdívce bývalého otvoru. Jižní část trasy byla budována ražbou, od staničení cca 100 m k severu bylo postupováno v otevřeném výkopu s druhotným zasypáním. Nad klenbou ražených úseků byla provedena zakládka hrubým kamenivem velikosti 10 až 20 cm v mocnosti cca 60 cm. V dokumentovaném úseku byly vysledovány dva závaly, na staničení 40 m, který jeví známky umělého zásahu, druhý na staničení 147.5, jehož příčinu nelze jednoznačně určit. Zával na staničení 40 m, kde bylo pravděpodobně situováno původní vyústění (portál) štoly, je budován rozměrnými balvany s pokračováním nad úroveň klenby směrem k povrchu. Horní ukončení dokumentovaného úseku bylo u závalu na staničení 147.5 m, který je tvořen při bázi rozměrnými balvany s manganoželezitými povlaky na puklinách a povrchu. Směrem ke stropu jsou mezery mezi balvany vyplněny zeminou nadloží. Nepatrnou mezerou u stěny lze odhadovat, že štola má za závalem volné pokračování do hory. Zdali je původ závalu přirozenou havárií, či řízeným zásypem původního světlíku, či šachtice, nelze při současném stavu poznání s určitostí rozhodnout. Voda zpoza závalu při dně volně vytéká, není pravděpodobné, že by za závalem docházelo k jejímu nadržování. V rámci geotechnického průzkumu Florentinské štoly představovaly důležitou součást výsledků geodetické práce. Kromě vytýčení a následného zaměření všech průzkumných 3
prací byly doplněny výškové údaje reliéfu terénu v místě křížení s navrženou silnicí, zaměřeny objekty související s průběhem Florentinské štoly, body osy Florentinské štoly na povrchu terénu dle sledování pohybu vysílače elektromagnetického signálu při postupu štolou, prvky štoly v otvírkách v sondě KS1 a KS2, reliéf terénu v předpokládaném pokračování průběhu štoly, včetně základních terénních tvarů v prostoru jam a dokumentovaného komína Florentinské jámy. Ze získaných souřadnic byl pak sestaven podélný profil štolou a byla upřesněna situační mapa. Sledování důlní vody. Florentinská štola prochází oblastí, kde je hladina podzemní vody zaklesnutá do hloubky větší než 15 m pod terénem. Měření hladiny podzemní vody ve vystrojeném vrtu HJ51 z r. 2007 s aktuální průchozí hloubkou 14.1 m tento předpoklad potvrdilo, vrt byl během průzkumné etapy suchý. Mezi objektem štoly a okolními nezvodnělými zeminami však pravděpodobně dochází k omezené komunikaci. Srážkové vody, zasakující se v oblasti, mohou do prostoru štoly spárami mezi obezdívkou omezeně pronikat. Zároveň předpokládáme, zejména podle výsledků geoelektrických měření na profilech přes Florentinskou štolu, že dochází k dotaci podložního prostředí důlními vodami protékajícími štolou. Hlavní současnou funkcí Florentinské štoly je odvodnění důlních děl v prostoru lokality Beránky. Proud vody ve sledovaném úseku štoly je volný, není zadržován žádnými významnými překážkami. Průtočná výška vody v místě křížení se silnicí je 17 cm, níže po toku v místě KS1 až 22 cm (též v závislosti na aktuální šířce díla). Vzhledem k malému sklonu dna (0.1 až 0.5 %) voda štolou odtéká relativně malou rychlostí, cca 12 cm/s v úseku se sklonem 0.5 % (v místě křížení), cca 8 cm při sklonu 0.1 % (v koncovém úseku před vtokem do nádrže). Měřené průtoky ve štole se pohybovaly v závislosti na pozici měřeného místa od 0.15 l/s do 0.55 l/s. Vydatnost pramene na výpusti z nádrže se v době průzkumu pohybovala v rozmezí od 0.115 l/s do 0.417 l/s. Všechny tyto údaje však mají o vydatnosti přítoku ze štoly jen omezenou vypovídací schopnost, neboť trubní výpust z nádrže není jediným odtokovým místem. Aby byla získána reálná představa o množství vody vytékající ze štoly, byla ve spolupráci se Sborem dobrovolných hasičů ze Zdaboře provedena stoupací zkouška v nádrži po jejím kompletním vyčerpání a vyčištění. Výsledkem stoupacího pokusu bylo vyhodnocení vydatnosti přítoku ze štoly na 0.45 l/s. Místní obyvatelé si vodu z trubní výpusti hojně odebírají a využívají jako pitnou i užitkovou. Proto byly kromě kvantitativních údajů sledovány též údaje kvalitativní. Během průzkumné etapy byly odebrány celkem 3 vzorky důlní vody, dva z výpusti a jeden vzorek vody ve štole v nejvyšším přístupném místě před závalem na staničení 147 m, kde z prostoru za závalem vytékala čistá, povrchovým znečištěním málo dotčená voda. Všechny vzorky byly podrobeny příslušným laboratorním testům ve smyslu Vyhlášky č. 252/2004 Sb. s následujícím výsledkem: Všechny vzorky vyhovují z hlediska chemického a radiologického složení požadovaným limitům na pitnou vodu (Zákon 252/2004 Sb. pro pitnou vodu), obsahy vápníku a hořčíku jsou o něco nižší, než doporučené hodnoty pro trvale užívanou pitnou vodu. Voda odebraná ve výše položeném úseku štoly (ražené části) je bakteriologicky zcela čistá. Vzorky odebrané z výpusti již překračují požadované limity z hlediska bakteriologického. Ke znečištění vody dochází v koncovém úseku z povrchu otvorem v místě propadu. Pro bezproblémové využívání důlní vody pro pitné účely bylo doporučeno provedení sanace otvoru ve stropě a omezení kontaminace protékající vody přímými splachy a spady. Podmínky přechodu silnice I/18 přes Florentinskou štolu Oblast křížení navržené silnice I/18 s Florentinskou štolou se nachází v prostoru louky mezi obcemi Příbram Zdaboř a Žežice. Silnice s osou vedenou ve směru JZ SV je zde navržena v mělkém zářezu hloubky 1.8 m a přetíná ověřenou trasu Florentinské 4
štoly vedenou ve směru přibližně S-J kose pod úhlem cca 60. V místě křížení je mezi niveletou silnice a lícem obezdívky štoly rozdíl 3 m. Je však nutné počítat s odečtením konstrukčních vrstev vozovky, vzít v úvahu proměnlivou mocnost stropní klenby (20 až 45 cm) a prostor v nadloží klenby vyplněný základkou o mocnosti cca 60 cm. Štola v podloží vlastního silničního tělesa byla prováděna ražbou. Z hlediska geotechnického se konstrukce štoly v prostoru křížení jeví jako stabilní, s neporušenou funkční gravitační klenbou. Zatížení vzniklé provozem na komunikaci, zejména však dynamickými účinky od automobilového provozu by však mohlo časem způsobit porušení stability důlního díla. Na základě znalosti smykové pevnosti a následně zálomového úhlu byla stanovena zóna možného ovlivnění a vzniku poklesové kotliny v rozsahu 4,5 m na každou stranu od osy štoly počítaná pro mocnost nadložního prostředí 3 m. V místě přechodu aktivní zóny zářezu přes Florentinskou štolu bylo doporučeno tuto oblast zpevnit v pruhu o šíři 15 m. Při zachování stávajících rozměrů a sklonu štoly nedojde k narušení vodního režimu z hlediska množství a průtoku důlní vody ve štole. Pro zachování kvality důlní vody jako pitné je potřeba dodržovat stavebně-hygienickou disciplínu ve smyslu rizika úniku pohonných hmot a zasakování technicky kontaminovaných provozních vod do okolního terénu. Závěrem Průzkumnými pracemi byla z celého souboru výsledků zjištěna zejména průchodnost a současný dobrý technický a geotechnický stav Florentinské štoly ve všech místech odkrytí a nejbližším okolí, dokumentován průtok odváděných důlních vod a jejich kvalitativních vlastností a upřesněna mocnost a kvalita nadloží štoly v místě křížení s trasou navrhované silnice. Optimálním řešením je pak zachování funkčních i technickoestetických vlastností tohoto kvalitního starého důlního díla i v časech budoucích. Použité informační zdroje: - Silnice I/18 Příbram jihovýchodní obchvat 2. část Aktualizace trasy I/18, SUDOP Praha a.s., Krenková A., květen 2008 - Silnice I/18 Příbram jihovýchodní obchvat, Předběžný geotechnický průzkum, Stavební geologie GEOTECHNIKA, a.s., Novotný J., březen 2007 - Historické důlní mapy archív DIAMO s.p., archív Geofondu, soukromé sbírky občanů - Pamětní publikace Zdaboř (2004) a Drkolnov (2006) - http://www.hornictvi.info/histhor/lokality/zezicky/zezicky.htm - http://www.mining.cz/texty/brezovky/history.htm - http://www.hornictvi.info/cteni/ 5
Obr.1: Ukázka historické důlní mapy (r. 1943) zmenšeno, DIAMO s.p., SUL Obr.2: Mapa relativních tíhových anomálií dle gravimetrie s vyznačeným průběhem štoly 6
Obr.3: Ověřovací bagrovaná sonda KS2 Obr.4: Úsek štoly od propadu směrem k jihu 7
Obr. 5: Úsek štoly mezi závaly 8