Systémy nosných vrstev kolejového svršku použité na trase pražského metra IV. C2 Ládví - Letňany

V současné době probíhá v Praze výstavba prodloužení trasy metra C z Ládví do Letňan. Trasa IVC.2 Ládví - Letňany je vedena pod hustě zastavěnou oblastí severního města. Vzhledem k malým vzdálenostem tunelového ostění od základových konstrukcí obytných budov, bylo nutno přijmout nadstandardní opatření ke snížení emise vibrací z budoucího provozu metra. Tato opatření se ve značné míře realizovala v upevnění kolejového svršku a v použití nových systémů nosných vrstev kolejového svršku.

Rozdělení systémů nosných vrstev

V současnosti se v pražském metru jako nosné vrstvy kolejového svršku užívá systém podélných betonových prahů. Standardně je užíván tzv. Dvouvrstvý systém. Především z důvodu zajištění ochrany okolí proti nepříznivým účinkům přenosu vibrací z provozu metra, byl systém modifikován. Výsledkem je Třívrstvý a Čtyřvrstvý systém. Užití jednotlivých systémů záleží na požadavku vibrační ochrany v daném úseku.

Dvouvrstvý systém

Obr. 1 Dvouvrstvý systém ve dvoukolejném tunelu

Dvouvrstvý systém je základní typ nosných vrstev kolejového svršku na nově realizovaných trasách metra. Název „dvouvrstvý“ vychází ze skutečnosti, že v celém systému kolejového svršku a jeho nosné vrstvy jsou dvě pružné vrstvy – pryžová podložka pod kolejnicí a pryžová podložka pod podkladnicí. Samotnou nosnou vrstvu kolejového svršku tvoří neodpružené betonové prahy. Prahy jsou umístěny pod každou kolejnicí symetricky k ose koleje. V příčném řezu mají rozměr 0,97x0,37m (viz obr. 1), v podélném směru jsou prahy betonovány kontinuálně v úsecích které jsou násobkem 10 m. Prahy jsou betonovány na tunelové dno monoliticky, z betonu C16/20 - XC2.
Vyztužení kari sítí je jen u dolního povrchu prahu. Po zatuhnutí betonu jsou v povrchu prahů provedeny řízené spáry hloubky 30 mm, které zajišťují vznik trhlin od smršťování betonu v předem určených místech. Vzdálenost řízených spár závisí na poloze výztuže, zpravidla je 5 m. Pro zajištění polohy prahů v příčném směru, a tím i rozchodu, jsou použity 4 kotevní trny na jeden 5m dlouhý práh. Prostor na vnější straně podélných prahů je vyplněn nevyztuženým betonem C16/20. Prostor mezi podélnými prahy tvoří odvodňovací žlab tunelu. Povrchy podélných prahů a výplňových betonů jsou v přímé spádovány sklonem 1,5% do odvodňovacího žlabu. V oblouku jsou povrchy podélných prahů a výplňových betonů ve sklonu dle převýšení koleje. Zároveň se ve výplňovém betonu na vnitřní straně oblouku zřizuje odvodňovací žlábek, který je sveden příčným svodem do odvodňovacího žlabu v ose koleje. Stejný princip úpravy povrchů platí i pro ostatní popisované systémy.

Třívrstvý systém

Obr. 2 Třívrstvý systém ve dvoukolejném tunelu

Třívrstvý systém je nejpoužívanější systém nosných vrstev na realizované trase metra IV.C2 Ládví - Letňany. Systém se užívá tam kde je třeba dosáhnout nadstandardního útlumu vibrací přenášených do tunelového ostění z provozu metra. Pružné vrstvy systému tvoří kromě podložky pod patou kolejnice a pod podkladnicí i desková antivibrační rohož, která odděluje podkolejnicový prah od zbytku konstrukce.
Monolitický betonový práh má rozměry 0,94x0,55x5,00m (viz obr. 2). Je z betonu třídy C 25/30 - XC2, výztuž tvoří armokoš z oceli 10505 R. Podélná nosná výztuž je profilu Ø 20 mm, třmínky jsou Ø 10 mm. Armokoš je navržen podle vzdálenosti podpor kolejového svršku tak, aby při vrtání otvorů pro kotevní šrouby těchto podpor nedocházelo k převrtání výztuže. V prostoru mezi podkolejnicovými prahy je neodpružený rozpěrný betonový pás z betonu C25/30 - XC2, který je přikotven kotevními trny k tunelovému dnu. Tento pás tvoří stabilizační prvek pro podkolejnicové prahy a tím zároveň zajišťuje rozchod koleje. Jednotlivé prahy délky 5 m jsou vzájemně odděleny 2 mm silnou PE folií, plnící funkci akustické přepážky. Právě z hlediska akustiky je ideální délka prahu 5 m. Deskové antivibrační rohože tloušťky 23 mm, které tvoří třetí pružnou vrstvu, jsou vyrobeny z pryžového recyklátu. Všechny rohože (spáry) vystavené případnému působení ohně jsou chráněny zatmelením protipožárními tmely, které zároveň zajišťují uzavření spár proti vniknutí vody.

Třívrstvý systém ve výhybkovém objektu stanice Letňany

Obr. 3 Třívrstvý systém ve výhybkovém objektu stanice Letňany

Ve výhybkovém objektu stanice Letňany byla užita modifikace třívrstvého systému. Výhybky jsou kompletně uloženy na betonových deskách, které jsou odpruženy rolovanými kaučukovými rohožemi tl.25 mm. Desky jsou děleny podle dilatačních dílů konstrukce hloubeného tunelu a zároveň tak, aby bylo zohledněno jejich vyvážené zatěžování při přejezdu soupravy. Desky jsou monolitické, tl. 0,55 m, zřizované z betonu tř. C 25/30 - XC2, křížem vyztužené ocelí 10505 R Ø14. Tato výztuž je umístěna u dolního povrchu a ve 2/3 výšky desky tak, aby nebyla v kolizi při vrtání otvorů pro lepení kotevních šroubů upevnění svršku. Kvůli možnému vzniku trhlin od smršťování betonu je u horního povrchu deska vyztužena kari sítí. Jednotlivé desky jsou od sebe odděleny akustickou přepážkou z folie PVC tl. 2 mm. Všechny rolované rohože (spáry) jsou proti působení ohně chráněny nehořlavým provazcem a zatmeleny trvale pružným tmelem, který zajišťuje uzavření spáry proti vniknutí vody. Povrchy betonových desek jsou vodorovné bez odvodňovacích žlabů. Odvodnění je vyřešeno žlaby ve výplňových betonech, které přiléhají ke stěnám tunelu výhybkového objektu.

Čtyřvrstvý systém

Obr. 4 Čtyřvrstvý systém ve dvoukolejném tunelu

Čtyřvrstvý systém je používán v místech vyžadujících maximální ochranu proti přenosu vibrací z tunelového ostění na okolní konstrukce. Na trase metra IV.C2 Ládví – Letňany byl tento systém použit poprvé. Systém užívá čtyři pružné vrstvy, kromě podložky pod patou kolejnice a pod podkladnicí to jsou deskové antivibrační rohože a rolované antivibrační rohože. Deskové antivibrační rohože, slouží jako třetí vrstva a oddělují podélné prahy od konstrukce lamely. Rolovaná antivibrační rohož je čtvrtou pružnou vrstvou systému oddělující konstrukci příčné lamely od konstrukce tunelu.
Podélné prahy jsou oproti třívrstvému systému navrženy s výškou 0,80 m (TK - 1,030 m). Šířka prahu 0,94 m, z třívrstvého systému, je zachována. Prahy jsou betonovány monoliticky do „van“ které vzniknou po betonáži příčné lamely. Prahy jsou z betonu C25/30-XC2 vyztužené armokoši z oceli 10505 R s podélnou nosnou výztuží Ø 20 mm. Příčná lamela je nejmasivnějším prvkem celého systému. Je betonována monoliticky bezespár na celou šířku (cca 7,5 m) prohloubeného dna dvoukolejného tunelu. Ve směru osy koleje, má délku 1,25 m. Lamela je navržena z betonu C25/30- XC2, výztuž tvoří armokoš z oceli 10505 R Ø16. Minimální tloušťka lamely je 0,35 m. Jednotlivé lamely jsou celoplošně uloženy na rolovaných antivibračních rohožích. Vzájemně jsou odděleny PVC fólií tl. 2 mm, která slouží jako akustická přepážka. Z hlediska útlumu vibrací se délka lamely 1,25 m blíží optimální hodnotě. Pro zvýšení tlumícího efektu jsou podélné prahy, uložené na lamelách, vybetonovány s nevstřícnými sparami. To znamená, že je v každé koleji na začátku a konci úseku čtyřvrstvého systému v nosné vrstvě pod jednou z kolejnic použit prah zkrácený o modulovou délku oproti prahu pod druhou kolejnicí. Deskové antivibrační rohože užívané do třetí vrstvy jsou z pryžového recyklátu tl. 23 mm. Rolované antivibrační rohože čtvrté vrstvy jsou z polyuretanu tl. 25 mm. Všechny deskové rohože(spáry) třetí vrstvy vystavené případnému působení ohně jsou chráněny zatmelením protipožárními tmely, které zároveň zajišťují uzavření spár proti vniknutí vody. Všechny rolované rohože (spáry) čtvrté vrstvy jsou proti působení ohně chráněny nehořlavým provazcem a zatmeleny trvale pružným tmelem, který zajišťuje uzavření spáry proti vniknutí vody.

Měření útlumu vibrací

Z důvodu ověření předpokladů o chování jednotlivých systémů bylo provedeno měření útlumů vibrací na zkušebním úseku v trase IV.C1 Nádraží Holešovice - Ládví v katastru Troja. Měřením z hlediska akustiky bylo zjištěno, že systém dvou pružných vrstev (pryžová podložka pod kolejnici a pryžová podložka pod podkladnici) se významně podílí na útlumu vibrací generovaných jízdní kolejnicí do kolejových betonů. Střední hodnota útlumu ve sledovaném frekvenčním pásmu dosáhla hodnoty 22 dB. Dalším měřením bylo zjištěno že podkolejnicové odpružené prahy (třetí vrstva) se podílí na útlumu vibrací v pásmu nižších frekvencí (4 - 8 Hz) hodnotou cca 9 dB a v pásmu vyšších frekvencí (63 - 125Hz) hodnotou cca 20 dB. Hodnotu útlumu čtvrté vrstvy nebylo ještě možno ověřit v provozu, nicméně podle výpočtů vychází hodnota středního útlumu cca 10 dB.

Chování v provozu

Po 18 měsících provozu byla provedena prohlídka zkušebního úseku na trase IVC.1 v katastru Troja. V daném úseku je použit třívrstvý systém. Po prohlídce bylo konstatováno, že prahy nevykazují žádné porušení a ani parametry geometrické polohy koleje, sledované periodicky provozovatelem, nevykazují žádné odchylky, kterým by bylo nutno věnovat pozornost.

Závěr

Výše popsané systémy vytvářejí předpoklady pro dlouhodobý provoz bez větších nároků na údržbu. Zároveň poskytují vysoký stupeň ochrany proti nepříznivým účinkům vibrací, což je velkým přínosem pro provoz bez negativních dopadů na okolí.