Hydroizolačné systémy tunelov

sekcia, ktorá sa venuje popisu technických aj netechnických záležitostí, postupov a pojmov dotýkajúcich sa infraštruktúry

Moderátor: Moderátori

Hydroizolačné systémy tunelov

Odoslaťod Dialniciar » 05. Okt 2006 13:52

Hydroizolačné systémy tunelov

prof. Ing. František Klepsatel, PhD.
ASB 01/2004

Novostavby tunelov sa musia navrhnúť tak, aby sa vylúčili akékoľvek priesaky definitívnym (sekundárnym) ostením – trieda vodotesnosti ostenia musí byť 0. Okrem nebezpečenstva vzniku námraz pri striedaní mrazu a tepla sú priesaky totiž aj zdrojom porúch ostenia. Voľba systému hydroizolácie závisí od spôsobu pôsobenia podzemnej vody (tlakovej alebo presakujúcej), agresivity prostredia a veľkosti hydrostatického tlaku pôsobiaceho na ostenie.

Ako ochranu proti priesakom možno zvoliť v menej náročných hydrogeologických podmienkach aj vodostavebný betón. Vo všeobecnosti sa však na ochranu dopravných tunelov proti vode používajú plášťové hydroizolácie.

Navrhuje sa:
· otvorený systém hydroizolácie,
· uzatvorený systém hydroizolácie,
· kazetová hydroizolácia.

Otvorený systém hydroizolácie

V súčasnosti sa v nenáročných podmienkach najčastejšie používa otvorený systém hydroizolácie, ktorého usporiadanie je zrejmé z obr. 1. Podzemná voda presakujúca cez primárne ostenie sa zachytáva hydroizolačnou fóliou a drenážnym plášťom osadeným za ňou sa zvedie do pozdĺžnej drenáže umiestnenej na úrovni päty opory. Spodná časť prierezu tunela nie je izolovaná. Drenážna rúrka s priemerom 150 až 200 mm je v hornej časti perforovaná a obalená hrubozrnným filtračným betónom. Voda z pozdĺžneho drénu sa odvádza priečnymi drénmi, osadzovanými vo vzdialenostiach 50 až 100 m, do hlavného odvodňovacieho kanála, umiestneného spravidla pod vozovkou, resp. koľajami. Má svetlý priemer DN  300 mm a odvádza priesakovú vodu samospádom do najbližšieho recipientu.

Výhodou tohto systému je, že sekundárne ostenie tunela netreba dimenzovať na hydrostatický tlak podzemnej vody. Sekundárne ostenie je preto spravidla nearmované a jeho konštrukčná hrúbkaje len 0,25 až 0,3 m. Hydroizolačná fólia nie je namáhaná tlakom vody, preto stačí jednovrstvová hydroizolácia s hrúbkou 1,5 až 2,0 mm. Takéto definitívne zabezpečenie výrubu je z hľadiska stavebných nákladov najprijateľnejšie.
Otvorený systém hydroizolácie má však aj viacero nevýhod:

· tunel svojím drenážnym účinkom trvalo ovplyvňuje hladinu podzemnej vody, čo má negatívne následky na režim podzemných a povrchových vôd a tým aj na prírodné prostredie;
· podzemná voda, presakujúca cez horninový masív a primárne ostenie, sa obohacuje o rozpustné minerály. Preto je v závislosti od minerálneho zloženia horniny a kvality betónu primárneho ostenia mineralizovaná. Tieto minerály sa pri styku s ovzduším v drenáži vyzrážajú a usadzujú, takže drenážny systém postupne „zasintrujú“. Čistenie drenáží predstavuje výraznú časť prevádzkových nákladov na tunel.

Uzavretý systém hydroizolácie

Ak hladinu podzemnej vody v horninovom masíve nesmie výstavba tunela trvalo výraznejšie ovplyvniť, je nevyhnutný uzavretý systém hydroizolácie. Podľa náročnosti hydrogeologických pomerov (priepustnosť masívu, hĺbka tunela pod hladinou podzemnej vody – HPV) sa volí jednovrstvová hydroizolácia s hrúbkou fólie 3 mm alebo dvojvrstvový hydroizolačný plášť. Použitie hydroizolačných fólií hrubších ako 3 mm sa odporúča len pri aplikácii na relatívne ploché dno tunela, kde nie sú na prekážku jej veľká hmotnosť a neohybnosť. Hydroizolačný plášť sa vytvára po celom obvode prierezu tunela. Aby bol plášť spoľahlivý, treba počas výstavby dočasne znížiť hladinu podzemnej vody (studne pri razení pod nízkym nadložím, odčerpávanie vody z odvodňovacích vrtov), masív čiastočne utesniť injektážou, resp. vytvoriť provizórne drény v spodnej časti prierezu výrubu, ktoré sa po dokončení hydroizolácie uzavrú zainjektovaním. Napr. pri razení železničného tunela Euerwang v NSR sa podarilo cielenými injektážami dosiahnuť zníženie prítokov vody na tretinu.

Výhodou uzatvoreného systému hydroizolácie je, že režim podzemných vôd je ovplyvnený len dočasne, počas výstavby. Nevýhodou je, že sekundárne ostenie tunela treba dimenzovať na hydrostatický tlak podzemnej vody, takže jeho konštrukcia je finančne veľmi náročná. Podľa smerníc železníc SRN DS 853 spodná klenba sekundárneho ostenia má byť hrubá min. 0,7 m, resp. celé sekundárne ostenie má byť z vystuženého betónu.

Keďže nároky na uzatvorený systém hydroizolácie sú veľké, najmä keď sa tunel nachádza hlboko pod HPV, pristupuje sa na kompromisy:

· Na stavbe tunela Königsheiner Berge v NSR bol povolený trvalý odtok vody 5 l/s. Aby sa dodržal tento odtok, uvažovalo sa o čiastočnom zainjektovaní najvodonosnejších úsekov. Nakoniec v dôsledku zakolmatovania vodonosných puklín bolo možné podmienku dodržať aj bez pomocných opatrení.
· Na stavbe tunela Freudenstein sa úseky razené v menej priepustných úsekoch injektážnymi clonami oddelili od úsekov v priepustných horninách s veľkým tlakom podzemnej vody a v nich sa zriadila pretlaková drenáž. Tým sa umožnilo riadené vpúšťanie podzemnej vody do tunela a dosiahlo určité odľahčenie hydrostatického tlaku na ostenie.

Kazetová hydroizolácia

Pri porušení uzavretého tlakového systému hydroizolácie vznikajú obrovské problémy pri jeho oprave. Preto sa vyvinul nový dvojfóliový kazetový systém hydroizolácie. Hydroizolačná membrána je rozdelená priečnymi tvarovanými pásmi zakotvenými do sekundárneho ostenia na približne 2 m dlhé sekcie – „kazety“, v ktorých možno odskúšať vodotesnosť pomocou vákuovej pumpy cez hadicový prívod s uzáverom integrovaný do každej sekcie. Počas skúšky, t. j. asi 15 minút, podtlak 70 kPa nesmie vystúpiť nad 90 kPa. Ak sa počas prevádzkovania tunela hydroizolácia poškodí, miesto poruchy možno ľahko identifikovať a bez väčších následkov utesniť.

Záver
Rozhodnutie o najvhodnejšom hydroizolačnom systéme je dôležité, ale aj veľmi zložité. Z hľadiska realizačných nákladov sú najvýhodnejšie otvorené hydroizolačné systémy. Z hľadiska prevádzkových nákladov – hlavne vzhľadom na čistenie zasintrovaných drenáží – sú však nevýhodné. Uzavreté hydroizolačné systémy sú z realizačného hľadiska drahé, ale výrazne sa znižujú prevádzkové náklady a po dostavbe tunela sa nenarušuje režim podzemných vôd. V posledných rokoch rastie ekologické povedomie verejnosti a narušenie režimu podzemných vôd sa považuje za narušenie životného prostredia.

Problémy hydroizolačných systémov detailne študovali na zákazku Ministerstva dopravy NSR na Technickej univerzite v Bochume. Z predloženej štúdie vyplývajú tieto závery:

· Pri tuneloch s klenutými prierezmi možno počítať s prenesením tlakov až 70 m vodného stĺpca na hydroizoláciu (pri uzavretých kruhových prierezoch až 90 m), no výrazne sa zvyšujú požiadavky na konštrukciu debniaceho voza.
· Otvorené hydroizolačné systémy môžu spôsobovať neakceptovateľné prítoky vody do tunela v priepustných horninách.
· Hladinu podzemnej vody možno počas výstavby dočasne znížiť. Povolené množstvo odvádzanej vody musia určiť kompetentné orgány.
· Podľa zloženia horniny, kvality primárneho ostenia a intenzity priesakov vody treba drenáže čistiť jedenkrát za štyri týždne až raz za tri roky.
· Priemerné náklady na čistenie drenáží cestných tunelov bez zohľadnenia ťažko stanoviteľných nákladov na obmedzenie prevádzky v tuneli sú približne 10 eur/m/rok.
· Priemerné náklady na čistenie drenáží veľmi dopravne vyťažených nemeckých železničných tunelov kolíšu v rozpätí 25 až 35 eur/m/rok, keďže treba zohľadniť aj rozsiahle dopravné obmedzenia.
Z uvedenej štúdie vyplývajú tieto závery:
· Aj je úplné zníženie tlaku podzemnej vody na tunelové ostenie jej oddrénovaním technicky možné a vzhľadom na odvádzané množstvo vody vodohospodársky prijateľné, pre tunely ležiace viac ako 30 m pod HPV sú najvýhodnejšie otvorené systémy hydroizolácií. Ich ekonomická výhodnosť sa zvyšuje s hĺbkou tunela pod HPV.
· Ak je tunel situovaný v hĺbke menšej ako približne 30 m pod HPV, prichádzajú do úvahy dve možnosti. Keď geologické pomery umožňujú raziť tunel bez spodnej klenby, opäť je najvýhodnejší otvorený systém hydroizolácie najmä při cestných tuneloch aj so zakalkulovaním nákladov na čistenie drenáží. Ak musí mať tunelové ostenie zo statických dôvodov spodnú klenbu, najvýhodnejší je uzatvorený systém hydroizolácie. Náklady navyše na jej zriadenie sa eliminujú tým, že odpadnú prevádzkové náklady na čistenie drenáží.
· Ak je tunel až rádovo 90 m pod HPV a nie je povolené ovplyvňovanie HPV, možno voliť len uzavreté systémy hydroizolácie. Náklady na realizáciu tunela výrazne stúpajú.

Vážnym problémom je aj samotný spôsob čistenia zasintrovaných drenáží. Preplachovanie tlakovou vodou niekedy nie je dostatočne účinné a pri mechanickom čistení frézovaním dochádza k nezanedbateľnému poškodeniu drenážnych potrubí, ktoré sa zväčšuje každým ďalším čistením. Preto sa najmä vo Švajčiarsku študuje metóda stabilizácie tvrdosti drenážnych vôd. Systém bol už patentovaný v 90. rokoch minulého storočia. Voľba stabilizátorov nie je jednoduchá – musia byť ekologicky neškodné, pretože drenážne vody sa vypúšťajú priamo do povrchových recipientov. Problém sa môže riešiť aj biologicky – aminokyselinami, ktoré možno dávkovať do drenáže v tekutej alebo tuhej forme, čím sa zabráni jej zasintrovaniu. Pritom je dôležité, aby voda v drenáži prúdila dostatočne rýchlo, čomu treba niekedy napomáhať pridávaním vody z vodovodu. Aplikácia tejto metódy oproti tradičnému čisteniu údajne prináša úspory 40 až 75 %.

Inou cestou, aplikovanou najmä v NSR, je zamedzenie prístupu vzduchu do drenáží udržiavaním pretlakového režimu drénovaných podzemných vôd, čím sa zhoršujú podmienky pre zanášanie a zasintrovanie.

ASB 01/2004
Dialniciar
veterán fóra
 
Príspevky: > 1000
Obrázky: 304
Založený: 23. Jún 2005 20:16

Naspäť na Glosár

Kto je prítomný

Používatelia prezerajúci si toto fórum: Žiadny registrovaný používateľ a 1 hosť.