Sanácia dna šachty Š-52 po výrone tlakovej vody na stavbe: Sústava na likvidáciu odpadových vôd – B. Bystrica II. etapa

• Foto

Charakteristika projektu
Stavba ,,Sústava na likvidáciu odpadových vôd II. etapa“ pozostáva z časti z rekonštrukcie súčasnej kanalizácie AN-1, AO, AO-1, AP a z časti z budovania nových trás kanalizácie - kmeňová stoka A, AT, AT 3, AT 4, AT-V. Rekonštrukcia je firmou TUBAU a. s. vykonávaná na úseku dlhom 2.568 m a nová kanalizácia na úseku dlhom 1.657 m je realizovaná tromi technológiami. Úsek dlhý 1.580 m je realizovaný bezvýkopovou technológiou výstavby, ktorá zahŕňa klasické razenie resp. pretláčanie a zvyšok novej kanalizačnej siete je realizovaný v otvorenom výkope. Chodby sú razené klasickým spôsobom, kedy ako výstuž je použitá klasická, korýtková, banská výstuž hmotnostnej triedy K21 (TH výstuž) a strop je zapažený pomocou predháňaného paženia UNION (obr. 1) a v miestach zhoršenej geológie a zvodnenia tiež injektážou v hornej klenbe profilu. Technológia pretláčania je zvolená v úseku medzi šachtami Š-55–Š-58 a ide o pretláčanie železobetónového potrubia priemeru DN 1.820 mm (vnútorný ø 1.500 mm) celkovej pretláčanej dĺžky 336 m. Do takto vyrazených chodieb sa následne zaťahuje sklolaminátové potrubie typu HOBAS od ø 1.000 do ø 1.800 mm a vytvorený medzipriestor sa vypĺňa betónom triedy C 12/15. Šachty sa neskôr vybavia železobetónovou prefabrikovanou sútokovou komorou a zasypú sa.

Geológia a hydrogeológia
Na základe geologického prieskumu a poznatkov z predošlých výkopových prác bolo je zrejmé, že budovanie kanalizácie na likvidáciu odpadových vôd bude prebiehať v celej svojej dĺžke v fluviálnych sedimentoch aluviálnej nivy rieky Hron a to predovšetkým v štrkoch s prímesou jemnozrnnej zeminy triedy G3–GF. Veľkosť zŕn štrkov je premenlivá, väčšinou 1–5–10 cm. Ojedinele sa vyskytujú aj balvany do 80 cm. Nadložie sedimentov tvoria jemnozrnné zeminy, piesky, hliny a antropogénne návažky. Hladina podzemnej vody je priamo ovplyvňovaná hladinou v rieke Hron a je od 0,5 do 4,5 m nad dnom stoky. Skoro v celej dĺžke objektu je hladina nad stropom kmeňovej stoky. Priepustnosť štrkov je od 1,7 x 10^-3 až po 3 x 10^-5 m/s.

Popis udalosti
Dňa 27.1.2008 počas raziacich prác v nočnej zmene došlo k výronu tlakovej vody z podložia dna šachty Š-52. Odhadovaný prítok v uvedený deň bol cca 18 m³/min a v priebehu krátkeho času (od 18:30 do 18:45) došlo k vytopeniu celého vybudovaného úseku zberača a dvoch šácht Š-51, Š-52 na dĺžke 177 m v razenom profile 4,6 m². Hladina sa za 15min dostala na úroveň 3,3 m od dna šachty (obr. 2). Celkový objem vody bol odhadnutý na 1.000 m³. Uvedený prítok bol natoľko výdatný, že nebol čerpateľný a čakalo sa na vyrovnanie hladiny vody v kanalizačnom zberači a hladinou rieky Hron. Vykonanými meraniami bolo zistené, že hladina v Hrone bola vyššie o 1,03 m v porovnaní s hladinou v Š-52. Hladina sa ustálila o 2:30. Hladina Hrona stúpla, za posledné dni v dôsledku dažďov a topenia sa snehu, na svoju maximálnu úroveň.

Návrh sanácie
Na stretnutí z dňa 30. 1. 2008 bolo na základe uvedených skutočností rozhodnuté, za prítomnosti objednávateľa, o vypracovaní návrhu sanačných opatrení zhotoviteľom tj. Divíziou podzemných stavieb firmy TUBAU a. s. Návrh spočíval v použití chemickej injektážnej zmesi, ktorou sa preinjektuje podložie dna Š-52 a vytvorí sa tak tesniaca clona, ktorá zamedzí ďalšiemu prítoku vody do priestoru šachty. Ako najvhodnejší materiál bola zvolená dvojzložková polyuretánová živica, ktorá sa mieša v pomere 1:1 (zložka A : zložka B). Bol zvolený materiál MARITHAN EP, ktorý má dostatočné tesniace vlastnosti aj vďaka stupňu napenenia, ktorý je v zavodnenom prostredí až 4x a tiež dostatočné mechanické vlastnosti (pevnosť v ohybe 50 MPa a v tlaku 43M Pa) a je schválený aj pre styk s pitnou vodou. Ako doplnkový materiál bol pre etapy injektáže III. a IV. zvolený jednozložkový materiál MARISTOP A, ktorý rýchlejšie reaguje s vodou a pridaním katalyzátora sa dá regulovať rýchlosť jeho reakcie. Výhodou je aj vysoký stupeň napenenia, až 10 x. Čerpadlo použité pre injektáže je schopné čerpať injektážne hmoty v pomere 1:1 (zložka A a B) a v dostatočnom množstve (5,5 l/min). Na základe geológie a skúseností bol vytvorený predpoklad o použití injektážneho materiálu v množstve 12,5 kg na vrt. Samotná hmota bude do zeminového prostredia čerpaná cez injektážne tyče IBO R32N opatrené krížovou vrtnou korunkou EXX DN 51 (obr. 3).

Postup sanácie
Samotná sanácia šachty bola rozdelená do štyroch etáp. Najprv však bolo dôležité nad vodnou hladinou vybudovať pracovnú povalu, z ktorej by boli vykonávané ako vŕtacie tak aj injektážne práce. Povala bola vytvorená vo výške 3,3 m nad dnom šachty a to položením trámov 12 x 12 cm na rozperné oceľové profily HEP a na tento rošt boli položené fošne. Ako už bolo spomenuté tak celý postup injektáže bol rozdelený na 4 etapy:

Po ukončení prvej etapy sa počká 45 minút aby materiál dostatočne zreagoval a potom sa pristúpi k čerpaniu, ktorým sa overí úspešnosť injektáže. V prípade, že voda začne znova stúpať pristúpi sa k etape nasledujúcej.

Etapa I.
Po vybudovaní pracovnej povaly, a znížení hladiny na úroveň 2,24 m od dna šachty sa pristúpilo k zavŕtaniu 14 ks injektážnych IBO tyčí dĺžky 6,0 m podľa vľavo uvedenej schémy do hĺbky 2,0 m pod dno šachty. Tieto sa potom prečistili vzduchom pri tlaku 8 Bar. Hladina vody sa nechala vyrovnať na 3,24 m a pristúpilo sa k injektáži dvojzložk. hmotou MARITHAN EP v pomere 1:1. Skutočná spotreba bola oproti pôvodne predpokladanej 12,5 kg x vrty = 175kg vyššia a síce 225kg. Maximálny injektážny tlak bol 12 MPa. Po uplynutí 45 min sa začalo s čerpaním o celkovom výkone 12 m³/min a hladina vody bola znížená o 72 cm. Následne bolo čerpanie vody odstavené a hladina sa za čas 5 min zvýšila o 20 cm.

Etapa II.
Po predošlom zistení, že voda do šachty Š-52 stále preniká v extrémnych prítokoch, bolo nutné pristúpiť k injetkáži podľa etapy II. Za časový úsek 5 min. sa hladina zdvihla o 20 cm, čo pri vnútorných rozmeroch šachty 7,2 x 4,2 m predstavovalo prítok cca 6,05 m³/ 5 min čo je 1.200 l/min. Začalo sa znova s čerpaním a po znížení hladiny na úroveň 2,24 m od dna šachty sa pristúpilo k zavŕtaniu 24 ks injektážnych IBO tyčí dĺžky 6,0 m podľa vľavo uvedenej schémy do hĺbky 2,0 m pod dno šachty. Tento počet bol zvýšený o 3 ks aby sa dosiahlo ešte lepšie preinjektovanie prostredia. Hladina vody sa nechala vyrovnať na úroveň cca 3,24 m a pristúpilo sa k injektáži dvojzložk. Injekt. polyuretánovou živicou MARITHAN EP v pomere 1:1. Skutočná spotreba bola oproti pôvodne predpokladanej 337,5 kg opäť vyššia a síce 455 kg. Maximálny injektážny tlak 12 MPa. Po uplynutí 45 min po injketáži sa začalo s čerpaním o výkone 10 m³/min a hladina vody sa znížila o 76 cm za časový úsek 2 hod 15 minút. V čerpaní sa pokračovalo, až sa hladina ústálila na úrovni 98 cm od dna šachty. To naznačovalo, že prítok do šachty sa zmenšil ale nezastavil a tak bolo treba prikročiť k injektáži v etape III.

Etapa III.
V tejto etape sa za súčasného čerpania vody z šachty, výkonom 9 m³/min, inštalovali injektážne tyče IBO podľa zobrazenej schémy tak aby sa zahustil priestor tesne v okolí miesta výronu vody. Injekt. tyčí bolo 13 ks a ich dĺžka, oproti tyčiam použitým v prvých dvoch etapách, bola 5,0 m (1 x 3,0 m a 2 x 1,0 m spojené spojkou). K týmto tyčiam potom boli ešte doplnené dve, ktoré slúžili pre vytvorenie protiprievalovej hrádze (viď. obrázok vľavo) z UNION pažníc a vriec naplnených pieskom. Rozmery steny z pažníc pre vytvorenie hrádze boli (3,9 x 3,5 m) v celkovom počte 2 ks a žeriavom boli spustené do šachty. Priestor medzi týmito stenami (0,7 m) sa vyplnil vrecami s pieskom. Hrádza sa ešte spevnila dvomi kusmi U profilov privarenými k stenám z pažníc. Hrádza slúžila ako ochrana proti opätovnému pritekaniu vody do priestoru vyrazených chodieb, z ktorých bolo potrebné vodu odčerpať aby sa mohlo znova začať s prácami aj v nich. Hrádza bola umiestnená 2,5 m od ústia privádzača na smer Š-51. Injektáž v tejto III. etape bola uskutočnená materiálom MARISTOP A, používaným pri utesňovaní veľmi silných vodných priesakov. Pre reguláciu rýchlosti reakcie bol použitý katalyzátor, ktorý sa pridával pred injektovaním. Po preinjektovaní vrtu predpokladaným množstvom, cca 10 kg x vrty = 130 kg MARISTOPU A, sa vrt doinjektoval do tlaku 12 MPa materiálom MARITHAN EP opäť v pomere 1:1. Celkové množstvo MARITHANU EP 356,5 kg. Týmto postupom sa sledovalo zvýšenie tesnosti po injektáži MARISTOPOM A. Po ukončení injketáže sa voda odčerpala a dodatočnými vrtnými skúškami sa v dne šachty znova overilo podložie. Bolo zistené, že ílovo piesková poruchová zóna sa nachádza pod celým dnom šachty. Bolo teda dohodnuté v spolupráci so SD pokračovanie injektážnych prác podľa pokynov v etape IV.

Etapa IV.
V tejto etape sa použilo celkom 50 ks injektážnych vrtov resp. IBO tyčí. Ktoré boli inštalované po obvode dna šachty a to v dvoch radách. Materiály použité pri tejto etape boli rovnaké ako v etape III. Predpokladané množstvo 10 kg x 50 vrtov = 500 kg bolo prekročené a celková spotreba injektážneho materiálu dosiahla 582,1 kg čo je 11,6 kg/vrt. Potom, čo sa injektáž ukončila, bola voda zo šachty vyčerpaná a protiprievalová hrádza bola demontovaná.

Po dohode so stavebným dozorom bol stanovený ďalší postup, ktorý spočíval vo vybudovaní železobetónovej dosky na dne šachty aby sa zamedzilo nadmernému hydrostatickému tlaku, ktorý hrozí pri zvyšovaní hladiny rieky Hron. Návrh železobetónovej krížom vystuženej dosky bol vypracovaný statikom dodávateľskej firmy TUBAU a. s.

Vyhodnotenie sanačných prác
Počas sanačných prác bolo použitých cca 1307,6 kg MARITHAN EP a 486 kg MARISTOP A. Celková dĺžka použitých injektážnych IBO tyčí bola 543 m, počet spojok injektážnych tyčí 240 ks a koruniek 101 ks. Čo sa týka injektážneho materiálu tak skutočne použité množstvo injektážnych hmôt prekročilo odhad a to dosť výrazne hlavne v etape III. kedy sa na doinjektovanie použilo až 356,5 kg MARITHANU EP.

Na základe dosiahnutých výsledkov injektáže môžeme konštatovať, že injektážne práce boli úspešné a zamedzilo sa tak ďalšiemu prítoku vody do šachty. V súčasnej dobe sa už na tomto úseku nepracuje a v spomínaných chodbách a šachte je zatiahnuté sklolaminátové potrubie HOBAS ø1200mm, ktoré je obetónované.

Modern town can not exist and evolve without reliable system of underground services. Tubau a. s. company is participating on such works by Division of engineering constructions and Division of underground constructions in the Banská Bystrica town. In the following article is a short description of works on "Sústava na likvidáciu odpadových vôd – B. Bystrica II. etapa" especially description of a reconstruction works in shaft 52 after huge water outbreak.

Autor

• Ing. Sukeník Štefan