Tyto tunely konstruované jako mostní stavby s neoddělenou nosnou konstrukcí zpravidla využívají k založení stavby pilotových nebo milánských stěn. U těchto tunelů prakticky nepřipadají celoplošné izolace typu fólie v úvahu, při návrhu ochranných opatření se postupuje podobně jako u mostních staveb se specifiky týkajícími se instalace trakční soustavy v tunelu a to jak při návrhu primárních tak sekundárních ochranných opatření (příkladem takové stavby je "Husákovo ticho" v Praze nebo připravovaný Třebovický tunel.

Tunely ražené mohou mít několik typů konstrukcí. Klasickým starším typem konstrukce je Strahovský tunel, kde obrovský profil tunelu sestává z primárního ostění a vyskládaných části segmentů (ve formě spojovaných velkých "kvádrů" do klenby) doplněné o injektáž prostoru mezi primárním ostěním a konstrukcí tunelu. Tento tunel není vybaven celoplošnými sekundárními izolacemi (fóliemi), a přestože je vybaven určitým systémem pro sledování a odvod bludných proudů, ve stavební části mnoho ochranných opatření realizováno není - konstrukce tunelu taková opatření ani příliš neumožňuje.

Tunely navržené v posledních letech v podmínkách ČD, z nichž prvním vzorkem je tunel Mlčechvosty, mnohem lépe postihují celou problematiku ochrany proti korozi. Jedná se o tzv. princip rakouského zakládání tunelu, kdy na primární ostění je instalována velmi kvalitní sekundární izolace s důsledným provařováním pásů. Pod touto izolací se pak vystaví armování pro desetimetrové betonové segmenty betonované na místě s pomocí speciálnímu pojízdného bednění. Množství výztuže v segmentech se definuje až na základě posouzení geologickým poměrů zjištěných po ražení štoly tunelu. Nutno poznamenat, že tyto segmenty se usazují na již dokončenou spodní část segmentů a např. tato spodní část se liší dle podloží stavby. Může být z prostého betonu, částečně ze železového betonu nebo zcela ze železového betonu. Každá "odrůda" takové konstrukce vyžaduje individuální přístup a ve spolupráci s projektantem stavby i vhodnou volbu koncepce a řešení ochrany proti účinkům bludných proudů. Tak například zkušenosti získané při návrhu tunelu v Mlčechvostech vzaly lehce za své při návrhu krasíkovských tunelů. Bylo nutno znovu stanovit koncepci řešení zohledňující stavební požadavky každého tunelu samostatně.

Je již asi nasnadě, že vzletně formulované zásady v ČSN EN 50122 nenajdou v praxi uplatnění a budou zdrojem neshod a sporů.

Principy řešení ochrany tunelových staveb proti účinkům bludných proudům

Je nad rámec této přednášky popis komplexního řešení ochrany tunelových staveb proti účinkům bludných proudů a posluchač se s nimi může do doby vydání novely SR 5/7 podrobněji seznámit v citovaných TP 124. V další části se budeme orientovat na dvě témata. Nejprve zmíníme v bodech řešení ochrany proti účinkům bludných proudů tunelu v Mlčechvostech, a po té stejným způsobem třecí plochy mezi zavedenými principy ochrany proti účinkům bludných proudů v ČR aplikované na zmíněný tunel a požadavky uvedenými v ČSN EN 50122-2.

Koncepce řešení ochrany stavby proti účinkům bludných proudů tunelu Mlčechvosty

• na základě základního korozního průzkumu bylo provedeno vyhodnocení a stanovení stupně ochranného opatření (č. 5),
• podrobná diskuse s projektantem stavby - části tunelu hloubené, části ražené, části spodních kleneb bez výztuže, části s výztuží. Z části oddělené výztuže mezi spodní a horní klenbou a z části propojené, sekundární izolace na horních částech kleneb, segmenty 10 m, instalace, trakční zařízení, suchovod, chráničky, štěrkové lože, zábradlí, ukolejnění,
• návrh ochranných opatření pro primární ochranu: provaření výztuže v segmentech, ale vyvedení jen ve vybraných částech, vývody ze spodních kleneb. Definované krytí výztuže, distančníky, zvýšené krytí výztuže mezi dvěma sousedními segmenty, posuzování kvality betonů, požadavky na oddělení primárního ostění od konstrukce tunelu, definované požadavky na vyrovnávací betony,
• návrh ochranných opatření pro sekundární ochranu: shoda na použití sekundární celoplošné izolace horních částí segmentů, požadavek na kvalitu spojení pásů izolace, kompromis při volbě zakončení celoplošných izolací, řešení celoplošných izolací v hloubených částech stavby,
• návrh konstrukčních ochranných opatření: definování (dodatečné) požadavků na provařování výztuže a její řešení vývodů včetně zohlednění požadavků na nepoškození celoplošných izolací, definování měřicích skříní včetně vývodů pro měření vlivu BP, návrh trvalých zařízení pro sledování vlivu BP - kabelová vedení a monitorovací systém pro sledování koroze výztuže. Požadavky na elektrické izolační uložení zábradlí, trakční systém, úprava ukolejňovacího vodiče, posouzení a jednání ve věci ukolejňovaných prvků. Postupné řešení ochrany suchovodu, stanovení požadavků na provedení elektrických zařízení v tunelu s ohledem jak na ochranu proti nebezpečnému dotyku, tak ochrany proti účinkům bludných proudů, odsouhlasení řešení systému řešení chrániček a poklopů, problematika navazujících gabionových stěn,
• řešení je zakončeno specifikací kontrolních měření v průběhu stavby a po dokončení stavby.

S ohledem na skutečnost, že se podařilo navržená ochranná opatření realizovat a především tak kontrolovat postup výstavby, byly získány zásadní zkušenosti a zpětná vazba týkající se navržených ochranných opatření. Praxe na stavbě byla pak ověřována (a současnosti ještě je ověřována) měřeními v průběhu stavby a po dokončení stavby. Výsledky některých měření jsou uvedena v závěru této přednášky.

Návrh ochranných opatření v tunelu Mlčechvosty versus požadavky ČSN EN 50122-2

Pozn.: Uvádí se jen nejbolavější chyby v uvedené ČSN EN, formální či koncepční nedostatky se nezmiňují; normu by bylo nutno zásadním způsobem přepracovat.

Základním rozporem pro praxi, který je prozatím na základě stejného literárního pramenu zakotven i v SR 5/7 (S), čl. 2.3.1 i v ČSN 50122-2 čl.7.2.2 je požadavek izolačních styků v koleji na začátku a na konci tunelu (mostu). Toto opatření vychází sice z dobré myšlenky, aby z koleje nevystupovaly bludné proudy přímo do konstrukce tunelu (mostu), ale pro železobetonovou konstrukci má však nedozírné následky - veškeré zpětné trakční proudy tak opouští kolej a řítí se přímo zemí do slušně elektricky vodivé konstrukce stavby a po té zpět do koleje. Naštěstí tuto hloupost nelze realizovat z řady jiných důvodů a ustanovení norem ani v tunelech ani na mostních stavbách. Zbývá jen tento bod odstranit jak z převzaté ČSN EN, tak z našeho předpisu SR 5/7(S).

Uvedení na stejný potenciál kovovými tyčemi, spoji a kabely, jak zmiňuje čl. 7.2.3 normy je velmi citlivá věc a souvisí s poměry bludných proudů v konstrukci. K řešení se v našich podmínkách přistupuje až jako alternativa při nevyhovujících výsledcích s navrženými realizovanými ochrannými opatřeními. Toto řešení obvykle vyžaduje značné náklady, dobrou přípravu na úrovni provaření výztuže a její vyvedení a následně vybudování obětovaného uzemnění, zpravidla se směrovým řízením výstupu proudu z konstrukce. Zde se však objevuje řada jiných technických problémů souvisejících s funkčností celého systému při možném vzniku rozdílu potenciálů mezi chráněnou konstrukcí a obětovaným uzemněním. V každém případě však v tunelu Mlčechvosty jsou provedeny kroky, které by takové opatření umožnily, autor je však nespatřuje jako realizovatelné a potřebné.

V ČR existuje několik návrhů, kdy se tato myšlenka uplatnila formou návrhu kabelových vedení CYKY 3 x 240 mm2 podél staveb (Strahov, některé moravské stavby) - toto řešení však má však jen pramalé technické opodstatnění a vychází z principů použití odsávacích kabelů (tramvajová doprava) a spíše z neznalosti principů působení BP ve stavbách.

Dělení na sekce s elektrickými izolačními styky. Tato myšlenka pocházející rovněž z citovaných zahraničních pramenů je u spodních staveb železobetonových konstrukcí v podstatě zcela zcestná a může způsobit více škod než užitku. V našich podmínkách je aplikována (mnohdy i úspěšně) na mostních stavbách formou oddělování nosných konstrukcí od spodní stavby. U tunelů lze řešení aplikovat pouze na typu popisované konstrukce v Mlčechvostech. Jistě by však posluchač i zde našel úskalí, kdy ani tato stavba není pro dané řešení zcela vhodná. Podélné dělení konstrukce vychází z principů ochrany liniových staveb (potrubí) a u železobetonových konstrukcí je aplikovatelné jen například u celoplošně izolovaných staveb jakými jsou např. kolektory. Obecně však platí, že při návrhu ochrany proti účinkům bludných proudů lze jen výjimečně zasahovat do navržené konstrukce tak, aby ji bylo možné od základu měnit.

Nadřazenost ochrany proti nebezpečnému dotyku (bezpečnost osob) je nepochybná. Je však nutno zdůraznit, že v podmínkách ČR máme zavedeny systémy umožňující provozovat dvě blízké elektricky oddělené soustavy se zajištěním bezpečnosti proti úrazu elektrickým proudem s využitím např. průrazek s opakovatelnou funkcí a vhodným prahovým napětím a další v praxi již ověřená ochranná opatření.

Posledním bodem je požadavek týkající se měření vlivu bludných proudů. Příloha č. 1 DEM SR 5/7 (S) stanovuje pravidla, kdy, za jakých podmínek a jak se některá speciální měření provádí. Požadavky normy EN 50 122-2 na měření jsou převážně do našeho předpisu již zahrnuty. Z interpretací výsledků měření uváděných v citované normě však souhlasit nelze.

Některé výsledky měření vlivu bludných proudů v průběhu stavby a po dokončení stavby tunelu Mlčechvosty

Jak již bylo naznačeno, řada ověřovacích měření probíhala v průběhu stavby tunelu. Závěrečná měření po úplném dokončení stavby jsou před dokončením. Jak ukazuje praxe, tato měření vyžadují odlišný přístup, než doposud zavedená měření na mostních objektech. Především se jedná o organizační postup při provádění měření a komunikaci s provozovatelem stavby. Ukazuje se značně náročné provádět tato měření za běžného provozu při plné rychlosti vlakových souprav a pístového efektu vlaku v tunelu. Zároveň tato měření pozbývají smyslu při zavedení speciálního režimu provozu v tunelu (výluka, omezení rychlosti apod.). Jedním z výstupů závěrečných měřen proto bude doporučení, jak postupovat v dalších případech a zda nebude nezbytné navrženou koncepci omezeného počtu měřicích míst rozmístěných v tunelu upravit na vyvedení do jednoho společného místa na kraji tunelu. Toto řešení je jistě vhodné pro kratší tunely, u dlouhých tunelů se nejeví jako ideální.

Měření v průběhu stavby

Podrobně jsou výsledky jednotlivých měření v průběhu stavby zpracovány ve verzi na CD.

Hodnocení měření:

První výsledky měření vlivu bludných proudů v tunelu Mlčechvosty prokázaly několik velmi zajímavých skutečností:

1. Potvrzení skutečnosti, že beton není izolant a nelze vycházet z teorie o zásadním významu podélného dělení staveb, a to ani při aplikaci kvalitních sek. izolací, pokud zcela stavbu neoddělují od země.
2. Vliv celoplošné sekundární izolace je s ohledem na řešení založení stavby a spodní části kleneb tunelu prakticky nekontrolovatelný od samotného dokončení betonáže horních kleneb.
3. Je měřitelný potenciál mezi jednotlivými sekcemi.
4. Lze vysledovat bezprostřední vliv (a omezení vlivu) trakčních souprav na průběhu měřených potenciálů.
5. Bude nutno věnovat pozornost analýze měřených potenciálů ve vztahu k zavedeným kritériím s ohledem na celoplošné izolace a oddělení výztuží mezi segmenty.
6. Je realizovatelné, a to na velmi kvalitní úrovni elektrické nejen izolační uložení zábradlí, ale i zavěšené zařízení - nosičů trakce od železobetonové konstrukce.
7. Elektrické izolační oddělení koleje od tunelu je nutno realizovat kvalitním štěrkovým ložem, sekundární izolací a průběžným kvalitním propojením kolejnic - tj. nikoli elektrickými izolačními styky na začátku a na konci železobetonových staveb.

Další, komplexní výsledky měření na dokončené stavbě získané za plného provozu trati s multitaskingovým záznamem dat budou publikovány v roce 2003.

Závěr

Přednáška poukázala na některá úskalí při návrhu ochranných opatření proti účinkům bludných proudů ve vztahu k platným předpisům. Byly popsány základní principy ochranných opatření aplikovaných na stavbě tunelu pro trať ČD v Mlčechvostech u Kralup nad Vltavou. Byly presentovány první výsledky měření vlivu bludných proudů zjištěné v průběhu výstavby a po dokončení stavby.