Navrhování stanice Metra D Pankrác pomocí Midas GTS NX

30.11.2021

Nová linka D a stanice Pankrác

V hlavním městě Praze se v současné době nachází tři provozované linky metra, označené písmeny A, B, C (Obrázek 1). Trasa nové plánované linky D vede z centra Prahy, konkrétně ze stávající stanice Náměstí Míru, jižním směrem až do konečné stanice Depo Písnice. Budoucí linka bude mít na své trase celkem 10 stanic a její celková délka bude 10,6 km. Jednou z deseti navrhovaných stanic je i stanice Pankrác na lince D.

Stanice Pankrác je navržena jako ražená jednolodní stanice s bočními nástupišti (Obrázek 2). Přístup do stanice bude umožněn přes jižní a severní eskalátorový tunel. Samozřejmostí je i přestup na stávající trasu linky C. Stanice se nachází pod křižovatkou ulic Na Strži, Na Pankráci a Budějovická (Obrázek 3). Ražba stanice bude probíhat v hloubce 33 m pod povrchem. V jižní části stanice potom pouhé 4 m pod stávajícími traťovými úseky linky C. Celková plocha výrubu stanice je 350 m2.

Obrázek 3: Umístění stanice Pankrác D
Obrázek 3: Umístění stanice Pankrác D

Komplikovaná geologie

Zastižené geologické prostředí v místě budoucí stanice Pankrác je velmi prostorově komplikované. V severní části stanice se nachází souvrství staršího a mladšího siluru, zastoupeno Kopaninským a Liteňskými vrstvami. V jižní části stanice se nachází nejmladší souvrství ordoviku - Kosovské vrstvy. Tyto dvě oblasti jsou rozděleny šikmou vrstvou diabázů. Výjimkou nejsou ani četné tektonické poruchy. Kvalita horninového prostředí je patrná z fotodokumentace sondy J179, kde je v hloubce 20 až 39 m minimální výnos jádra. Hladina podzemní vody se zde pohybuje zhruba v rozmezí 5-8 m pod terénem.

Na základě složitých geotechnických podmínek je zásadním krokem pro bezpečnou a úspěšnou ražbu zlepšení kvality horninového prostředí. V tomto případě bylo rozhodnuto o zlepšení chemickou injektáží, která vyplní puklinový systém porušeného horninového prostředí a zlepší tak stabilitu celého masivu. Pro ověření účinnosti zvolené metody byly provedeny dva pokusné injektážní vrty v místě budoucí stanice. Cílem zkoušky bylo stanovení dosahu a účinnosti injektážních směsí v zastiženém prostředí. Zároveň byla provedena série presiometrických zkoušek pro ověření parametrů rostlého terénu před a následně po provedené injektáži.

Účinnost injektáží byla sice pokusem prokázána, ale rozptyl získaných geotechnických parametrů byl značný. Pro potřeby numerického modelování bylo proto přistoupeno ke zpracování simulační stochastické metody LHS (Latin Hypecube Sampling). 

Numerické modely stanice Pankrác

Pro potřeby prvotního návrhu a ověření funkce injektáží, byl vytvořen 3D model jižní části navrhované stanice Pankrác, spolu s geologickým prostředím a stávající linkou C. Pro zjednodušení a zkrácení časové náročnosti výpočtu byl celý model rozdělen na tři samostatné modely označené písmeny A, B, C. 

Model A - těžní šachta s přístupovou a průzkumnou štolou. Z průzkumné štoly byly provedeny injektáže pod stávající linku C. Průzkumná štola byla následně ve vybraných úsecích v kalotě rozšířena na celý profil budoucí přestupní chodby. (Obrázek 5.1)

Obrázek 5.1: Model A
Obrázek 5.1: Model A

Model B - Provedení injektáží a postupná ražba celého profilu budoucí stanice Pankrác. (Obrázek 5.2)

Obrázek 5.2: Model B
Obrázek 5.2: Model B

Model C - Doražení přestupních chodeb na celý profil. (Obrázek 5.3)

Obrázek 5.3: Model C
Obrázek 5.3: Model C

Pro každý z modelů byla proveden jeden referenční výpočet, který modeluje stav bez injektáží, a série 20 výpočtů s rozličnými geotechnickými parametry proinjektované horniny. Hodnoty proinjektované vrstvy byly voleny s ohledem na výsledky injektážního pokusu. Pro potřeby prvotního ověření efektu injektáží byly porovnávány výsledné svislé deformace v pěti bodech umístěných na ostění nové stanice a na stávajících tunelech metra C. Tyto hodnoty byly získány superpozicí výsledků jednotlivých modelů A, B, C, v pořadí odpovídajícím postupu výstavby.

Obrázek 6.1 a 6.2 - Výsledné svislé deformace traťových tunelů linky C v případě bez, resp. s provedenými injektážemi horninového prostředí.

Obrázek 6.1
Obrázek 6.1
Obrázek 6.2
Obrázek 6.2

Současný stav výstavby

V červnu roku 2019 byla zahájena výstavba nové linky metra D ve formě "Doplňkového geologického průzkumu". V rámci průzkumu již bylo realizováno několik přístupových šachet a průzkumných štol, které se později stanou součástí linky D.

Obrázek 7.1
Obrázek 7.1
Obrázek 7.2
Obrázek 7.2
Obrázek 7.3
Obrázek 7.3

Závěr

Plánovaná nová stanice Pankrác na trase metra D bude výzvou pro statiky i geotechniky. Komplikovaná geologie spolu se stávající linkou C v místě budoucí stanice si říká o mimořádně obezřetný přístup k návrhu.

Pro potřeby návrhu byla již v jeho počáteční fázi vytvořena série 3D numerických modelů, které napomohli k ověření a simulaci chování horninového masivu a stávající linky při ražbě nové stanice Pankrác. Na základě těchto modelů byla ověřena citlivost vstupních dat na výsledky výpočtu. Výsledné statistické vyhodnocení výpočtů ukázalo na nutnost zlepšení horninového prostředí za pomoci chemických injektáží, tak aby bylo možno ražbu novén stanice provést bezpečně a s minimálním dopadem na stávající linku C.

Ukázalo se, že 3D numerické modelování je v takto komplexním návrhu nejen výhodou ale i nezbytností, a výpočetní software Midas GTS NX účinným nástrojem k jeho dosažení.