1. POPIS TUNELU MRÁZOVKA A GEOLOGICK¯CH POMùRÒ

1.1 Popis tunelu MrázovkaTunel Mrázovka je souãástí stavby mûstsk˘ okruh v úseku Radlická –Strahovsk˘ tunel (MO-RAST) v Praze. Tunel je tvofien dvûma tfiípruhov˘mitroubami, západní tunelovou troubou (dále jen ZTT) a v˘chodní tunelovoutroubou (dále jen VTT). Jak ZTT, tak i VTT se v raÏen˘ch tunelov˘ch rozple-tech dále vûtví na dvoupruhovou a jednopruhovou troubu (vûtev A a vûtevB). U severního portálu navazují oba tunely na pfiemostûní PlzeÀské ulice,spojující tunel Mrázovka se Strahovsk˘m tunelem. Smûrem k jihu trasatunelÛ podchází vrch Mrázovka a dále pokraãuje pod hustû zastavûn˘m úze-mím mezi ulicemi Ostrovského, U Nikolajky, U Santo‰ky, Bieblova a NaDoubkové. Na jihov˘chodním konci trasa tunelÛ podchází Paví vrch.Dvoupruhové tunely ZTT i VTT podcházejí ulici Radlická a vyúsÈují do hlou-ben˘ch tunelÛ, zatímco jednopruhové vûtve A a B vyúsÈují na povrchu doulice Radlická.K raÏen˘m objektÛm pod zástavbou patfií je‰tû tunelové propojky, ãerpacístanice vody, trafostanice a strojovna vzduchotechniky s vûtrací ‰achtou,umístûná pod Pavím vrchem.Rozmûry obou hlavních raÏen˘ch tfiípruhov˘ch tunelÛ, které podcházejízástavbu, jsou: ‰ífika v˘rubu 16,62 m, v˘‰ka v˘rubu 12,50 m a plocha v˘ru-bu 165,00 m2.

1.2 Geologické pomûry, v˘‰ka nadloÏíRaÏba tunelu probíhá v horninách praÏského ordoviku, které jsou zastoupenyletensk˘mi bfiidlicemi monotónního a fly‰ového v˘voje, libeÀsk˘mi bfiidlicemi

21 11. ROâNÍK, ã. 2/2002

1. DESCRIPTION OF THE MRAZOVKA TUNNEL AND GEOLOGICALCONDITIONS

1.1 Description of the Mrazovka tunnelThe Mrazovka tunnel is part of the construction of the Prague City Ring Roadproject located in its section between Radlicka Street and the Strahov roadtunnel (CRR-RAST). The tunnel consists of two three-lane tubes, i.e. the wes-tern tunnel tube (WTT) and eastern tunnel tube (ETT). Both the WTT and ETTbranch out in mined bifurcation chambers to double-lane and single-lanetubes (the branch A and branch B). The two tunnels are connected to a brid-ge over Plzenska Street, interconnecting the Mrazovka and Strahov tunnels.To the south, the route of the tunnels passes under Mrazovka Hill, and furt-her continues under a densely developed area bordered by Ostrovskeho,U Nikolajky, U Santosky, Bieblova and Na Doubkove streets. The southeas-tern end of the route passes under Pavi Hill. The WTT and ETT double-lanetunnels run under Radlicka street and lead to cut and cover tunnels, whilethe single-lane branches A and B emerge at the surface in Radlicka street.There are other structures mined under the surface development, namelycross passages, a water pumping station, a transformer station, and a venti-lation plant room with a ventilation shaft, located under Pavi Hill. The dimensions of the both main mined three-lane tunnels passing underthe surface development are as follows: excavation width 16.62 m, excavati-on height 12.50m, excavated area 165.00 m2.

1.2 Geological conditions, overburden depthThe tunnel has been excavated in the Prague Ordovician formation, repre-

ZAJI·TùNÍ NADZEMNÍ ZÁSTAVBY NAD TUNELEM MRÁZOVKA

PROTECTION OF ABOVE-GROUND BUILDINGS ABOVE THE MRAZOVKA TUNNEL

ING. JOSEF DVO¤ÁK, ING. PETR TùTEK - SATRA, s. r. o.

Obr. 1 Schematická situace raÏen˘ch tunelÛ s bloky nadzemní zástavby a vyznaãením poklesové oblastiFig. 1 Diagramatic layout of the mined tunnels with the above-ground development blocks and the settlement zone marking

a fievnick˘mi kfiemenci. Pokryvné útvary tvofií deluviální sedimenty a naváÏky.Minimální nadloÏí, kromû portálov˘ch úsekÛ, je nad ZTT 16,0 m v uliciOstrovského, z toho 9,0 m je skalní nadloÏí, minimální nadloÏí nad VTT je15,0 m v ulici Bieblova, z toho 13,0 m je skalní nadloÏí.RaÏba ZTT byla ukonãena v polovinû roku 2001, v polovinû roku 2002 budeukonãena raÏba VTT.

2. VELIKOST POKLESOVÉ KOTLINY

2.1 Pfiedpokládaná ‰ífika poklesové kotliny·ífika poklesové kotliny v území se zástavbou byla stanovena na 50,0 m naobû strany od osy ZTT a 45,0 m od osy VTT. Vzdálenost mezi osami tunelÛje 35 m, celková ‰ífika poklesové kotliny byla stanovena na 130 m. Z této pro-gnózy vypl˘valo i mnoÏství nadzemních objektÛ, které se nacházejí v pokle-sové zónû. Jedná se celkem o 70 objektÛ.

2.2 Tunelovací metoda, pfiedpokládaná velikost poklesÛGeologické podmínky, poÏadavky na prostorové fie‰ení tunelÛ a v neposled-ní fiadû i existence rozsáhlé nadzemní obytné zástavby vedly k volbû tune-lovací metody. Byla zvolena Nová rakouská tunelovací metoda (NRTM), pfiikteré je moÏné pruÏnû reagovat na zmûny geologick˘ch pomûrÛ, mûnittlou‰Èku ostûní a vystrojení tunelu, dle potfieby provádût zmûnu ãlenûnív˘rubu a realizovat rÛzné profily tunelÛ atd. V prvním úseku raÏby tunelupod vrchem Mrázovka bylo zvoleno horizontální ãlenûní v˘rubu, pfii kterémse v‰ak nepodafiilo omezit deformace povrchu terénu na pfiijatelnou mez.Pro úseky tunelu pod zástavbou bylo proto ãlenûní v˘rubu zmûnûno z hori-zontálního na vertikální, pfii kterém se nejdfiíve razí boãní dílãí tunely o plo‰ev˘rubu 40 aÏ 45 m2, následuje raÏba kaloty a uzavírání dna tunelu. Pro raÏbu tunelÛ byly stanoveny deformaãní kritéria, maximální deformacepovrchu terénu nad osou tunelÛ 60 mm a maximální nerovnomûrná defor-mace 1:800.

2.3 Dal‰í opatfiení v podzemí ke sníÏení deformacíUplatnûní pouze metody NRTM za dan˘ch podmínek nebylo moÏné bez pro-vedení doplÀujících opatfiení v podzemí i v nadzemní zástavbû. DoplÀující opatfiení byla realizována pfiedev‰ím v technicky nároãn˘ch úse-cích raÏby ve zhor‰en˘ch geologick˘ch podmínkách, jako jsou severní por-tálov˘ úsek a zejména úseky s nadzemní zástavbou s minimálním nadloÏímv oblasti ulic Ostrovského a Na Doubkové. Byly navrÏeny zpevÀovací (sanaãní) injektáÏe horninového prostfiedí, vodo-rovné mikropilotové ochranné de‰tníky systému BOODEX nad kalotou tune-lov˘ch profilÛ a kompenzaãní injektáÏe provádûné ze ‰achet hlouben˘chz povrchu (v Ostrovského ulici).

3. POPIS NADZEMNÍ ZÁSTAVBY NAD TUNELEM

3.1 Druhy budov nad tunelem, stáfií budovBudovy, které se nacházejí v poklesové kotlinû tunelÛ, jsou vût‰inou obytnébudovy v blokové zástavbû, nebo obytné budovy (vily) samostatnû stojící,dále ‰kola, kanceláfiské budovy a kostel. Budovy lze rozdûlit do nûkolika sku-pin podle jejich stáfií a konstrukce: První, nejvût‰í skupinu tvofií budovy postavené na poãátku 20. století. Jednáse vesmûs o obytné (ãinÏovní) domy fiadové nebo rohové, podsklepené pocelé plo‰e, se ãtyfimi nadzemními podlaÏími, nûkteré s nástavbou 4. patra.Konstrukce i dispoziãní uspofiádání tûchto budov odpovídá poÏadavkÛm sta-vebního fiádu pro Velkou Prahu z roku 1886. Popis konstrukce tûchto budovje uveden dále v textu. V tomto období byly podobnû postaveny také nûkte-ré ãinÏovní vily.Druhou skupinu tvofií star‰í obytné budovy postavené na konci 19. století.

sented by the Letna shales of both the monotone and flysch types of evolu-tion, the Letna shales and Revnice quartzites. The cover consists of diluvialsediments and made ground. The minimal overburden depth, excepting the portal sections, is above theWTT in Ostrovskeho Street. It amounts in total to 16.0m, with 9.0m of rockcover. The minimal overburden depth above the ETT is in Bieblova Street,amounting to 15.0m, with 13.0m of the rock cover. The WTT excavation wasfinished in mid-2001, the ETT excavation is due for completion in mid-2002.

2. THE SETTLEMENT TROUGH SIZE

2.1 Anticipated width of the settlement troughThe width of the settlement trough in the developed area was determined tobe 50.0m and 45.0m on both sides from the WTT and ETT centre lines res-pectively. The distance between the centre lines of the tunnels is 35 m, theoverall width of the settlement trough was determined to be 130m. The num-ber of above-ground structures found in the settlement zone was derivedfrom this prognosis. In total, there are 70 structures existing in this zone.

2.2 Tunnelling method, anticipated settlement magnitude The geological conditions, requirements on the spatial solution of the tun-nels, and, at last but not least, the existence of large surface residential deve-lopment affected the tunnelling method selection. The New Austrian tunnel-ling method (NATM) was chosen, which allows a flexible reaction on chan-ges in geological conditions, alteration of the lining thickness and the tunnelsupport configuration, modification of the excavation sequence as needed,and realisation of various tunnel profiles, etc. A horizontal sequence of exca-vation was adopted for the first section of the tunnel drive under MrazovkaHill. Unfortunately, this method failed to keep the surface deformation underan acceptable limit. Therefore, for the tunnel sections mined under the sur-face development, the horizontal excavation sequence was changed to a ver-tical sequence consisting of a prior excavation of sidewall drifts with anexcavated area of 40 to 45 m2, followed by the bench excavation and invert.Deformation criteria were specified for the tunnel excavation, i.e. a maxi-mum surface deformation of 60 mm above the centre line of the tunnels, andmaximum irregularity of deformation 1:800.

2.3 Other measures in the underground adopted to reduce deformationsConsidering the given conditions, it was impossible merely to apply theNATM, without implementation of supplementary measures in the underg-round and in the above-ground structures. The supplementary measureswere realised above all at technologically challenging sections of the exca-vation, in deteriorating geological conditions, for example at the northernportal section or along the sections with existing buildings and minimaloverburden above, in the area of Ostrovskeho and Na Doubkove streets. Pre-grouting (saving grouting) of the rock environment was designed, as well asthe BOODEX system of horizontal micropile umbrellas above the crown ofthe tunnel profiles, and compensation grouting to be carried out from shaftssunk from the surface (in Ostrovskeho Street).

3. DESCRIPTION OF THE ABOVE-GROUND DEVELOPMENT ABOVETHE TUNNEL

3.1 Types and age of the buildings above the tunnel The buildings existing within the settlement trough borders are mostly resi-dential buildings, either in a form of blocks of houses or detached houses (vil-las), with a school building, office buildings, and a church among. The buil-dings can be divided into several groups according to their age and structure:The first, largest group comprises the buildings built at the beginning of the20th century. These are mostly row-house type or corner residential (tene-ment) houses, with basements within the full ground plan, with four above-ground levels, some of them having an additional 4th storey. The structureand layout of these buildings comply with the requirements contained in theBuilding Code of the City of Greater Prague of 1886. Description of the struc-ture of those buildings is contained in the text below. Some tenement villaswere also built similarly in this period.The second group covers older residential houses built at the end of the 19thcentury. These buildings are smaller, mostly with partial basements, withthree above-ground levels, some of them with an additional 3rd storey. Thestructure of those buildings is similar to that of the previous group. The third group contains newer buildings built mostly in the 30s of the 20thcentury. Block houses have basements and 7 above-ground levels as a maxi-mum. Their structure is masonry or reinforced concrete, with reinforcedconcrete slab and girder floors, and platform roofs. Detached tenement vil-las built in this period are smaller, two to three-floor buildings. Their struc-ture is masonry, with beam-and-plank or reinforced concrete floors and hip-ped or flat roofs.

3.2 A typical building structure from the beginning of the 20th centurySuch a building has longitudinal masonry bearing walls forming threespans. The walls are founded on marl and brick strip footings. Foundation

22 11. ROâNÍK, ã. 2/2002

Obr. 2 Pfiedpokládané poklesy terénu v Ostrovského ulici od raÏby ZTTFig. 2 Anticipated surface settlement in Ostrovskeho Street due to the WTTexcavation

Tyto budovy jsou men‰í, vût‰inou ãásteãnû podsklepené, se tfiemi nadzem-ními podlaÏími, nûkteré s nástavbou 3. patra. Konstrukce tûchto budov jepodobná jako u pfiedchozí skupiny.Tfietí skupinu tvofií budovy novûj‰í, postavené vût‰inou ve 30. letech 20. sto-letí. V blokové zástavbû jsou tyto obytné budovy podsklepené a mají aÏ 7nadzemních podlaÏí. Konstrukce je zdûná nebo Ïelezobetonová, se Ïelezo-betonov˘mi trámov˘mi stropy a ploch˘mi stfiechami. Samostatnû stojícíãinÏovní vily postavené v tomto období jsou men‰í jedno aÏ dvoupatrovébudovy. Jejich konstrukce je zdûná, stropy dfievûné trámové nebo Ïelezobe-tonové, stfiecha ‰ikmá valbová nebo plochá.

3.2 Konstrukce typické budovy z poãátku 20. stoletíBudova má podélné nosné cihelné zdi, které tvofií trojtrakt. Zdivo je zaloÏe-no na základov˘ch pasech zdûn˘ch z opuky a cihel. Základovou pÛdu tvofiípodle polohy budovy navûtralé aÏ zvûtralé jílovitoprachovité bfiidlice, jindeslabû únosn˘ a v˘raznûji stlaãiteln˘ písãit˘ jíl nebo jílovitopísãitá hlína.Strop v suterénu je klenut˘, stropy v nadzemních podlaÏích jsou dfievûnétrámové. Vodorovné ztuÏení zdiva je provedeno ocelov˘mi trámov˘mia zedními kle‰tinami. Schodi‰tû umístûné ve dvorním traktu je provedenoz kamenn˘ch stupÀÛ vetknut˘ch do zdiva. Stfiecha je sedlová s dfievûn˘mkrovem vaznicové soustavy. Typické pÛdorysy budov jsou na obr. 3.

23 11. ROâNÍK, ã. 2/2002

ground, depending on the building location, consists of little weathered toweathered clayey-silty shales or, in other locations, little bearing and moresignificantly compressible sandy clays or clayey-sandy loams. The basementceiling is vaulted, beam-and-plank floors are on the above-ground levels.Horizontal reinforcement of the masonry is realised by steel wales and wallties. The staircase, situated to the courtyard, is built from into the masonryembedded stone steps. The roof is of a saddle type, with the timber frame ofa purlin-based system. A typical building ground plans are on Fig. 3.

4. BUILDING STATICS IMPROVEMENT

4.1 The scope of activities performed in the framework of the construction planning phaseA relatively extensive action was performed in the phase of the Mrazovkatunnel planning to determine in detail the actual condition of each of the 70buildings found inside the anticipated settlement trough along the tunnelalignment. For all the buildings whose interference with the tunnel excavati-on had been expected, archival documentation was retrieved, the conformi-ty of this documentation with reality verified, the existing state surveyedwhere needed, a preliminary structural-technical survey (listing of existingdefects, passportisation) carried out, actual condition of the structures asses-sed by means of structural analysis, and basic conditions specified allowingthe tunnel to be driven under the buildings. In the other phase of designing,a detailed structural-technical survey was conducted, the static assessmentof structures refined, the civil works to be carried out for the safety of thebuildings designed, and the monitoring scope during the tunnel constructi-on specified. The basic norm applied in the deformation assessment was the CSN 73 1001- Foundation of structures - Subsoil under shallow foundations, containingthe limiting values of settlement for a similar type of buildings and structure.This norm stipulates the value of final overall average settlement sm,lim=80mm, and the value of differential settlement Ds/Lc =0.0015 (roughly 1:667). The buildings built at the beginning of the 20th century, prevailing along thetunnels alignment, were deciding for the determination of the limiting defor-mation. The structure of the buildings does not correspond fully to the struc-ture considered by the norm; instead of reinforced concrete ring beams, wallties only reinforce the walls. In addition, the ties are disrupted in some pla-ces by a stair well or a light well.The settlement of the buildings (of unknown magnitude) already took place90 years ago during their construction. Another moderate settlement occur-red in the course of their existence and during realisation of the exploratorygallery mined on the tunnel centre line. A fact cannot be neglected that thesettlement limiting values specified by the above-mentioned standard havealready been achieved in some cases. Another surplus loading due to defor-mation was possible after implementation of additional structural measuresin the buildings. Provided that the origination of small, statically insignificantand easily removable defects in the masonry and other structures is allo-wable, the limiting deformations of the buildings were defined so that thesize of the maximum overall subsidence did not cross 60mm, and the maxi-mum factor of settlement irregularity was not higher than 1:800 (0.00125) inany phase of the tunnel construction. The magnitude of defects and fissuresin the masonry and other structures was determined for every particularbuilding independently, with respect to the uninterrupted use of the buil-dings in the course of the tunnel excavation. For example the width of cracksin bearing masonry walls of a common building, continuous cracks in win-dow heads and window sills, and joints between broken off partition wallsand the bearing structure should not cross 1mm, 1 - 3 mm and 3 mm res-pectively.

4.2 Application of the observational method in designing the structural protection of the buildingsDuring elaboration of the proposal on structural measures to be implemen-ted in the buildings, the observational method was developed in detail,according to the EC 7 - CSN P - ENV 1997 - 1 Geotechnical design, Part 1:General rules. This norm has been used in designing the mined tunnels, andallows continuous changing of the scope of the protection measures in thecourse of the tunnel excavation, according to the monitoring results. Three basic structural states of the buildings were predetermined in compli-ance with the above method: 1. The state of development of anticipated(allowable) deformations and defects; 2. The state of alert; 3. Emergencystate (the state of alarm).Limiting values of the maximal overall settlement, maximum irregularity ofthe settlement, magnitude of defects etc. were specified for each of thesestates. Subsequently, in the course of the tunnel excavation, the assessmentof the measured deformations and defects in the buildings is used in speci-fying the further procedure of the construction works, starting from a modi-fication of the monitoring scope, through decisions to apply additional struc-tural measures in the buildings, modification of the tunnel excavation pro-cedure, to extraordinary measures in the underground. The structural measures in the buildings have been designed so that a partof them were applied before the tunnel excavation; other measures are app-

Obr. 3 PÛdorysy typické budovyFig. 3 Typical building ground plans

4. STATICKÁ OPAT¤ENÍ V BUDOVÁCH

4.1 Rozsah ãinností provádûn˘ch v rámci projektové pfiípravy stavbyV rámci pfiípravy stavby tunelu Mrázovka byla provedena pomûrnû rozsáhláãinnost, kterou byl podrobnû zji‰tûn skuteãn˘ stav v‰ech 70 budov nacháze-jících se v pfiedpokládané poklesové zónû tunelÛ. U v‰ech budov, u kter˘chse oãekávalo ovlivnûní raÏbou tunelÛ, byla vyhledána archivní dokumenta-ce, ovûfien soulad této dokumentace se skuteãností, podle potfieby provede-no zamûfiení stávajícího stavu, proveden pfiedbûÏn˘ stavebnû-technick˘ prÛ-zkum (pasportizace poruch), statick˘m v˘poãtem byl posouzen souãasn˘stav konstrukcí a stanoveny základní podmínky, za kter˘ch bylo moÏno pro-vést raÏbu tunelu pod budovami. V dal‰í fázi projektu byl proveden podrob-n˘ stavebnû-technick˘ prÛzkum, upfiesnûno statické posouzení konstrukcí,byly navrÏeny stavební zabezpeãovací práce v budovách a urãen rozsahmonitoringu v prÛbûhu realizace tunelu.Základní normou pouÏitou pfii posuzování deformace byla âSN 73 10 01 -Zakládání staveb, základová pÛda pod plo‰n˘mi základy, ve které jsou sta-noveny mezní hodnoty sednutí pro podobn˘ typ budov a konstrukce. Tatonorma uvádí pro vícepodlaÏní budovy se zdûn˘mi stûnami a se ztuÏujícímivûnci hodnotu koneãného celkového prÛmûrného sednutí sm, lim=80 mma hodnotu nerovnomûrného sednutí Ds/LT=0,0015 (asi 1:667). Rozhodujícími budovami pro stanovení mezní deformace byly budovypostavené na poãátku 20. století, kter˘ch je nad trasou tunelÛ vût‰ina.Konstrukce budov neodpovídá zcela konstrukci uvedené v normû; zdivonení ztuÏeno Ïelezobetonov˘mi vûnci, ale pouze zedními kle‰tinami, kteréjsou v nûkter˘ch místech pfieru‰eny schodi‰Èov˘m prostorem nebo svûtlíkem.Sednutí budov (neznámé velikosti) jiÏ probûhlo pfii jejich stavbû pfied 90 lety,v prÛbûhu jejich existence a pfii realizaci prÛzkumné ‰toly vedené v ose tune-lu do‰lo k dal‰ímu mírnému poklesu. Nelze vylouãit, Ïe v nûkter˘ch pfiípa-dech bylo normov˘ch mezních hodnot sednutí jiÏ dosaÏeno. Dal‰í pfiitíÏeníkonstrukce deformací bylo moÏné pouze po provedení dodateãn˘ch static-k˘ch opatfiení v budovách. Za pfiedpokladu, Ïe vznik mal˘ch, staticky nev˘-znamn˘ch a snadno opraviteln˘ch poruch ve zdivu a dal‰ích konstrukcích jepfiípustn˘, byly stanoveny mezní deformace budov tak, aby velikost maxi-málního celkového poklesu nepfiekroãila 60 mm a maximální nerovnomûr-nost poklesÛ nebyla vût‰í neÏ 1:800 (0,00125) v kaÏdé fázi stavby tunelu.Velikost poruch a prasklin ve zdivu a jin˘ch konstrukcích byla stanovenas ohledem na nepfieru‰ené uÏívání budov v prÛbûhu raÏby tunelu pro kaÏdoubudovu a konstrukci samostatnû. U bûÏné budovy nemá napfiíklad ‰ífika trh-lin v nosném zdivu pfiekroãit 1 mm, prÛbûÏné trhliny napraÏí a parapetÛ oken1 - 3 mm, spáry mezi odtrÏen˘mi pfiíãkami a nosnou konstrukcí 3 mm atd.

4.2 PouÏití observaãní metody pfii návrhu statického zabezpeãení budovPfii návrhu statick˘ch opatfiení v budovách byla podrobnû rozpracovánaobservaãní metoda podle EC 7 - âSN P - ENV 1997 - 1 Navrhování geotech-nick˘ch konstrukcí, ãást 1: Obecná pravidla, která je pouÏita pfii návrhu raÏe-n˘ch tunelÛ, a umoÏÀuje prÛbûÏnû upravovat rozsah zabezpeãení v prÛbûhuraÏby tunelu podle v˘sledkÛ monitoringu.V souladu s touto metodou byly pfiedem urãeny tfii základní stavy konstrukcíbudov: 1. stav pfiedpokládan˘ch (pfiípustn˘ch) deformací a poruch, 2. varovn˘stav, 3. havarijní stav. Pro kaÏd˘ tento stav byly urãeny mezní hodnoty maximálního celkového

24 11. ROâNÍK, ã. 2/2002

lied when the limiting values of deformations and defects are crossed, accor-ding to the continuously assessed results of measurements during the tun-nel construction. This means that it was not necessary to carry out all con-struction works in the buildings before the tunnel excavation, thus the con-ditions for saving of time and the construction cost were established.

4.3 Conditions for realisation of the structural measures in the buildingsPrivate persons own most of the buildings above the tunnel. The conditionsof realisation of the construction work had to be pre-negotiated with andagreed by the owners. Flats and non-residential spaces in the buildings to bepassed under by the tunnel are occupied by tenants and companies. It isnecessary during the construction work to put restrictions on the use ofsome spaces, namely basements and somewhere ground floors too. Above-ground storeys remain permanently occupied both during the realisation ofthe structural measures and in the course of the tunnel driving under thebuildings. In some places the conditions for realisation of the constructionwork were very difficult, and the design of structural measures had to bemodified even at the cost of a larger scope of defects than originally expec-ted. Additional construction work was designed in such a case, to be carriedout during the tunnel excavation to secure a continuous and safe operationof the buildings.

4.4 Structural measures in buildingsThe fundamental condition for the design and scope of the structural mea-sures was the requirement that the buildings had to be available for perma-nent occupation. With regards to the requirement to put minimal restrictionson the operation and use of flats and non-residential spaces during the con-struction work in the buildings, it was necessary to design such structuralmeasures, which would have allowed the use of the involved spaces, andcould be removed after the completion of the tunnel excavation. For that rea-son the structural measures were not designed to restrict origination ofdeformations in the buildings substantially. The origination of excessivedeformations had to be prevented by selecting a suitable procedure of thetunnel excavation under the buildings (a vertical excavation sequence) andother measures realised either from the underground (saving grouting, pro-tective micropile umbrellas) or, in critical sections, from the surface (com-pensation grouting). Structural measures in buildings are an addition to theunderground work only. To improve the stability of the building structures and prevent developmentof defects exceeding an acceptable level, structural measures were designedfor basements, ground floors and, if needed other levels of the buildings. The construction protecting works are divided into 3 packages. A part of theconstruction works, i.e. improvement of stability of the structures, horizontalreinforcement, reinforcement of inadequate elements, support to vaults,arch beams, wall elements (filling or strutting of openings), is carried out asa prevention, prior the tunnel excavation. Other construction works aredesigned as additional structural measures, which are to be realised whenthe 2nd warning state occurs. Those measures are similar to those in the firstpackage, but their extent is larger. Building material designed for realisationof other additional structural measures in case of the state of emergency isstored in an emergency storage facility. Thus the construction protectingworks actually performed before the tunnel excavation can be confined to

Obr. 4 Celkové poklesy terénu v Ostrovského uliciFig. 4 Overall settlement of the surface in Ostrovského Street

poklesu, maximální nerovnomûrnosti poklesÛ, velikosti poruch a podobnû.V prÛbûhu raÏby tunelu pak vyhodnocení zmûfien˘ch deformací a poruchv budovách slouÏí k upfiesnûní dal‰ího postupu stavby - od úpravy rozsahumonitoringu pfies rozhodování o realizaci dodateãn˘ch stavebních opatfienív budovách, úpravu postupu raÏby tunelu aÏ po mimofiádná opatfiení v pod-zemí.Stavební opatfiení v budovách jsou navrÏena tak, aby pfied raÏbou tunelubyla provedena pouze jejich ãást; dal‰í opatfiení se provádí v pfiípadû pfie-kroãení mezních hodnot deformací a poruch, podle prÛbûÏnû vyhodnocova-n˘ch v˘sledkÛ mûfiení pfii realizaci tunelu. V‰echny stavební práce v budo-vách tedy nebylo nutno provádût pfied raÏbou tunelu, a tím vznikly pfiedpo-klady pro úsporu ãasu i nákladÛ na stavbu.

4.3 Podmínky pro realizaci statick˘ch opatfiení v budováchVût‰ina budov nad tunelem je ve vlastnictví soukrom˘ch osob, se kter˘mibylo nutno pfiedem podmínky realizace stavebních prací dohodnout. Bytyi nebytové prostory v budovách podcházen˘ch tunelem jsou trvale uÏíványnájemníky a firmami. Pfii realizaci stavebních prací je nutno po urãitou dobuomezit provoz v nûkter˘ch prostorách, zejména v suterénech, nûkde i v pfií-zemí. Nadzemní podlaÏí zÛstávají trvale obydlena jak pfii realizaci stavebníchopatfiení, tak i v prÛbûhu raÏby tunelu pod budovami. Realizace stavebníchprací byla místy velmi ztíÏená, a proto bylo nutno upravit návrh statick˘chopatfiení i za cenu vût‰ího rozsahu poruch, neÏ byl pÛvodní pfiedpoklad.V takovém pfiípadû byly navrÏeny dodateãné stavební práce provádûnév prÛbûhu raÏby tunelu, které zajistily trval˘ a bezpeãn˘ provoz budov.

4.4 Stavební statická opatfiení v budováchZákladní podmínkou pro návrh a rozsah stavebních statick˘ch opatfiení bylpoÏadavek trvalého uÏívání budov. S ohledem na poÏadavek minimálnûomezovat provoz a uÏívání bytÛ a nebytov˘ch prostor po dobu provádûnístavebních prací v budovách bylo nutno navrhnout taková statická opatfiení,která umoÏnila uÏívání dotãen˘ch prostor a která bylo moÏné po dokonãeníraÏby tunelu odstranit. Statická opatfiení proto nebyla navrÏena tak, abypodstatnû omezila vznik deformací v budovách. Vzniku nadmûrn˘ch defor-mací bylo nutné zabránit pfiedev‰ím volbou vhodného postupu raÏby tune-lu pod budovami (vertikálním ãlenûním v˘rubu) a dal‰ími opatfieními pro-vádûn˘mi buì z podzemí (sanaãní injektáÏe, ochranné mikropilotové de‰t-níky), nebo v kritick˘ch úsecích z povrchu (kompenzaãní injektáÏe). Statickáopatfiení v budovách tak práce v podzemí doplÀují.Pro zv˘‰ení odolnosti konstrukce budov a vylouãení rozvoje poruch nad pfii-jatelnou mez byla navrÏena stavební opatfiení v suterénech a pfiízemí budov,podle potfieby i v dal‰ích podlaÏích.Stavební zabezpeãovací práce jsou rozdûleny do 3 skupin. âást stavebníchprací se provádí preventivnû pfied raÏbou tunelu. Jedná se o zv˘‰ení odol-nosti konstrukcí objektÛ, vodorovná ztuÏení, zesilování nevyhovujícíchprvkÛ, podpírání kleneb, klenebn˘ch pasÛ, stûnové prvky (zazdívání, rozpí-rání otvorÛ). Dal‰í stavební práce jsou navrÏeny jako dodateãná statickáopatfiení, která se mají realizovat pouze v pfiípadû pfiekroãení 2. varovnéhostavu. Tato opatfiení jsou obdobná jako v 1. skupinû, ale ve vût‰ím rozsahu.Pro pfiípad dosaÏení havarijního stavu je navrÏen stavební materiál pro rea-lizaci dal‰ích dodateãn˘ch statick˘ch opatfiení, kter˘ je uloÏen na pohoto-vostní skládce. Skuteãnû provádûné stavební zabezpeãovací práce se takmohou pfied raÏbou tunelu omezit pouze na suterény a spoleãné prostorybudov.Nejvût‰í rozsah stavebních prací byl provádûn v budovách pfiímo ovlivnû-n˘ch raÏbou tunelÛ a v budovách s nedostateãnou únosností zdûn˘ch pilífiÛ,s nekvalitnû proveden˘mi základy a málo únosnou základovou pÛdou, s vel-k˘mi klenut˘mi otvory v nosn˘ch zdech a se stávajícími zedními kle‰tinamipfieru‰en˘mi schodi‰tûm a svûtlíky. Naopak v nûkter˘ch budovách, zejménana okraji poklesové kotliny, se stavební práce omezily pouze na zesílenínevyhovujících pilífiÛ; jinde nebylo nutno provádût vÛbec Ïádné zabezpeãe-ní.

5. MONITORING V PRÒBùHU RAÎBY POD BUDOVAMI

Nedílnou souãástí návrhu statick˘ch opatfiení v budovách je monitoring pro-vádûn˘ v prÛbûhu raÏby tunelu. Kromû monitoringu v tunelu, v horninû a napovrchu jsou mûfieny poklesy budov geodetickou nivelací, náklony fasádgeodetick˘m mûfiením nebo náklonomûry, osové síly v ocelov˘ch táhlechodporov˘mi tenzometry, nárÛst velikosti prasklin automatick˘mi dilatomet-ry nebo pfienosn˘mi deformometry popfi. pomocí sádrov˘ch páskÛ. V kritic-k˘ch úsecích bylo základní geodetické mûfiení poklesÛ mûfiení doplnûnohydrostatickou nivelací s automatick˘m pfienosem zmûfien˘ch hodnot.DÛleÏitou souãástí monitoringu jsou pravidelné prohlídky v‰ech prostorv budovách, coÏ je jedin˘ zpÛsob, kter˘m mÛÏe b˘t zji‰Èován rozvoj stávají-cích a vznik nov˘ch poruch v konstrukcích budov. Podle v˘sledkÛ tûchtoprohlídek jsou mûfiicí zafiízení na nové poruchy prÛbûÏnû doplÀována.V˘sledky monitoringu jsou vyhodnocovány a podle nich je upravován roz-sah monitoringu i dal‰ích ãinnosti.

25 11. ROâNÍK, ã. 2/2002

basements and common areas of the buildings.The largest extent of the construction work was carried out in the buildingsdirectly affected by the tunnel excavation, and in the buildings with insuffi-cient bearing capacity of masonry pillars, low quality foundation and lowefficiency of subgrade soil, big vaulted openings in supporting walls, andwith existing wall ties disrupted by stair wells and light wells. On the con-trary, the works in some buildings, at the boundary of the settlement troughabove all, were reduced to reinforcement of inadequate pillars, while inother places there was no need for protection at all.

5. MONITORING IN THE COURSE OF DRIVING UNDER BUILDINGS

The monitoring carried out in the course of the tunnel driving is an indis-pensable part of the design of structural measures in the buildings. In addi-tion to the monitoring performed in the tunnel, in the ground and at the sur-face, the following measurements are carried out: subsidence of buildingsmeasured by geodetic levelling; inclination of front faces measured by geo-detic surveying or inclinometers; axial forces in steel ties measured by stra-in gauges; increase in the size of cracks measured by automatic dilatometersor portable deformation meters or gypsum bands. For critical sections, hyd-rostatic levelling with automatic transmission of the measured values wasadded to the basic geodetic surveying of settlement. Important part of themonitoring system is the regular inspection of all rooms in the buildings.This is the only way making the detection of development of existing defectsand origination of new ones in the building structures possible. The instru-ments for measuring the new defects are continuously added on the basis ofthe inspection results. The monitoring results are assessed and the scope ofmonitoring and other activities modified accordingly.

6. KNOWLEDGE GAINED IN THE EXCAVATION OF THE WESTERNTUNNEL TUBE OF THE MRAZOVKA TUNNEL

At the time of this paper elaboration, in 02/2002, the WTT excavation hasbeen completed and the ETT excavation work is progressing on the sectionbetween U Santosky and Na Skalce streets, and on the bifurcation chamberstarting from Na Doubkove Street to the south.

6.1 Actual settlement in Ostrovskeho Street The excavation under Ostrovskeho Street was carried out under exceptio-nally difficult geological conditions. All the measures designed for theunderground were applied in this excavation, including the compensationgrouting. Overall maximum settlement of the surface reached a value of -54mm, and maximum settlement of buildings -51 mm. The difference in thesettlement is probably caused by the interaction between individual blockhouses, supporting each other. Despite the fact that the anticipated settle-

Obr. 5 Postupn˘ prÛbûh poklesÛ budov v Ostrovského uliciFig. 5 Progressive development of the buildings settlement in OstrovskéhoStreet

6. POZNATKY Z REALIZACE ZÁPADNÍ TUNELOVÉ TROUBY TUNELU MRÁZOVKA

V dobû zpracování tohoto pfiíspûvku (únor 2002) byla dokonãena kompletnûraÏba ZTT a raÏby na VTT probíhají v úseku mezi ulicí U Santo‰ky - NaSkalce, a tunelového rozpletu od ulice Na Doubkové smûrem k jihu.

6.1 Skuteãné poklesy v Ostrovského uliciRaÏba ZTT v Ostrovského ulici probûhla v mimofiádnû obtíÏn˘ch geologic-k˘ch podmínkách a byla pfii ní v podzemí pouÏita v‰echna projektovanáopatfiení vãetnû kompenzaãních injektáÏí. Celkové maximální poklesy terénudosáhly hodnoty -54 mm a maximální poklesy budov -51 mm. Rozdíl pokle-sÛ je zfiejmû zpÛsoben opfiením budov v blokové zástavbû o sebe. I kdyÏu nûkter˘ch budov byla pfiedpokládaná nerovnomûrnost poklesÛ pfiekroãe-na, nevyvolaly tyto deformace staticky dÛleÏité poruchy v nosn˘ch kon-strukcích a nebylo nutno provádût témûfi Ïádná dodateãná statická opatfienív budovách. Bûhem raÏby byla mûfiena vût‰í nerovnomûrnost poklesÛ vesmûru kolmém k ose tunelu, která na terénu dosáhla hodnoty aÏ 1:400a v budovách aÏ 1:540. V podélném smûru byly v budovách zmûfieny men‰ínerovnomûrnosti poklesÛ aÏ 1:3400. Celková ‰ífika poklesové kotliny je asi80 m, skuteãná poklesová kotlina je tedy uωí a strmûj‰í, neÏ se pÛvodnûoãekávalo. Nutno poznamenat, Ïe celkové poklesy v Ostrovského ulici jsousouãtem poklesÛ od raÏby prÛzkumné ‰toly a raÏby západního tunelu, odkter˘ch je odeãteno zvednutí budov bûhem kompenzaãní injektáÏe.Mûfiením pfied raÏbou druhého v˘chodního tunelu (VTT), které bylo prove-deno po 1 roce, byl zji‰tûn dodateãn˘ pokles budov aÏ o -11 mm; celkov˘maximální pokles budov dosáhl hodnoty -59 mm a nerovnomûrnost pokle-sÛ hodnoty aÏ 1:460 ve smûru kolmém a 1:1890 ve smûru podélném s osoutunelu. Graf celkov˘ch poklesÛ terénu v Ostrovského ulici je uveden na obr. 4.Postupn˘ prÛbûh poklesÛ budov v Ostrovského ulici je uveden na obr. 5.

6.2 Poruchy v budovách v Ostrovského uliciPoãáteãní poruchy byly v tûchto budovách zaznamenány jiÏ dfiíve pfii raÏbûprÛzkumné ‰toly. Poãáteãní praskliny o ‰ífice 0,1 aÏ 1,2 mm se objevilyzejména v nadpraÏích a parapetech oken nosn˘ch obvodov˘ch zdí, v nûkte-r˘ch klenebn˘ch pasech v suterénu byly praskliny o ‰ífice aÏ 1,5 mm,v napraÏí dvefií ve vnitfiních nosn˘ch zdech mûly ‰ífiku 0,1 aÏ 0,5 mm. Takéna schodi‰ti bylo vût‰í mnoÏství prasklin ve spodním líci schodi‰Èov˘chramen (oddûlení schodi‰Èov˘ch stupÀÛ od sebe) a pod. V prÛbûhu raÏby ZTT se projevily nebo vyvinuly praskliny pfiedev‰ímv budovách po obou stranách tunelu, u kter˘ch byla zmûfiena vût‰í nerov-nomûrnost poklesÛ. Poruchy v nosn˘ch zdech se zvût‰ily fiádovû o desetinyaÏ celé milimetry na ‰ífiku max. 3 mm; jejich velikost ale nepfiesáhla oãeká-vanou hodnotu, ani nedo‰lo k poruchám sniÏujícím únosnost nebo stabilitunosn˘ch ciheln˘ch pilífiÛ. Nové poruchy se projevily zejména v podéln˘chnosn˘ch zdech a v prostoru schodi‰tû (kolmo k ose tunelu). V prostoruschodi‰tû se projevila znaãná nerovnomûrnost poklesÛ schodi‰Èov˘ch zdí,praskliny nadpraÏí oken na mezipodestách dosáhly ‰ífiku aÏ 4,0 mm, naspodním líci schodi‰Èov˘ch ramen se projevily spáry mezi stupni a pfii pfie-kroãení nerovnomûrnosti 1:600 do‰lo k prasknutí nûkter˘ch vetknut˘chkamenn˘ch stupÀÛ. V podhledech dfievûn˘ch trámov˘ch stropÛ se objevilovelké mnoÏství staticky nev˘znamn˘ch prasklin. V podélném smûru tunelu,ve kterém byla nerovnomûrnost poklesÛ men‰í, se projevily poruchyv nûkter˘ch pfiíãn˘ch zdech a nenosn˘ch pfiíãkách. V˘znamnûj‰í poruchabyla zaznamenána v jedné ze ‰títov˘ch zdí, o kterou se z boku opírá sou-sední dvorní zeì. Tato ‰títová stûna, která je ztuÏena táhly a stávajícímizedními kle‰tinami, praskla po celé v˘‰ce a porucha dosáhla ‰ífiky 5 mm.Dodateãn˘m poklesem budov do‰lo k dal‰ímu mírnému rozvoji prasklin,zejména ve schodi‰Èovém prostoru.Velikost stávajících prasklin byla od poãátku raÏby mûfiena a na nové prask-liny byla mûfiidla podle potfieby doplÀována.

7. ZÁVùR

Prokázalo se, Ïe pouÏití observaãní metody nejen pro návrh raÏené ãástitunelu, ale i pro návrh statick˘ch opatfiení v budovách bylo zvoleno správ-nû. S postupem raÏby ZTT bylo moÏno pruÏnû reagovat na vyhodnocenév˘sledky monitoringu a uplatÀovat je pfii úpravû návrhu statick˘ch opatfienív dal‰ích budovách. Zvolené limitní hodnoty deformací v oblasti nadzemnízástavby 60 mm pfii nerovnomûrnosti 1:800 se ukázaly jako úmûrné pro uve-den˘ charakter objektÛ, pfiiãemÏ rozsah zásahÛ v objektech nezbytn˘ prozv˘‰ení odolnosti proti vlivÛm raÏby byl minimální a realizovateln˘ bezomezení uÏivatelnosti objektÛ. Pfiedpokládá to v‰ak dokonalou znalost sku-teãného stavebnû-technického stavu jednotliv˘ch objektÛ, a z hlediskapotfieb investora provedení podrobné pasportizace.Závûrem lze fiíci, Ïe bezpeãnost nadzemní zástavby nad tunelem Mrázovkaje zaji‰tûna, pfiijatelné meze deformace budov nejsou pfiekroãeny. Budovynad tunelem nebylo nutno vyklizovat a byly uÏívány bez podstatného ome-zení v celém prÛbûhu raÏby ZTT. RaÏba VTT pokraãuje plynule pod dal‰ímibudovami dnes jiÏ ovûfienou technologií s tím, Ïe se podafiilo na základûvyhodnocení raÏby ZTT omezit zásahy do dal‰ích objektÛ na minimum.

26 11. ROâNÍK, ã. 2/2002

ment irregularity was overrun, the deformations did not cause any structu-rally significant defects of the bearing structures, therefore there was noneed for additional structural measures in the buildings. During the excava-tion, higher irregularity of subsidence was measured in the direction per-pendicular to the tunnel axis. At the surface level, the irregularity reacheda value up to 1:400, and in the buildings to 1:540. Smaller irregularity of thesubsidence in the buildings was measured in the longitudinal direction, rea-ching up to 1:3,400. The overall width of the settlement trough is about 80m,which means that the actual settlement trough is narrower and steeper thanoriginally expected. It is to be noted that the overall subsidence inOstrovskeho Street is a total of the subsidence due to excavation of theexploratory gallery and excavation of the WTT, with the uplift of the buil-dings during the compensation grouting deducted. The measurement carri-ed out after one year, before the ETT excavation, revealed an auxiliary sett-lement of the buildings up to -11 mm. The overall maximum settlement ofthe buildings reached a value of -59 mm, and the settlement irregularitya value up to 1:460 in the direction perpendicular to the tunnel axis, and 1:1890in the direction parallel to the axis. The chart of the overall subsidence of thesurface in Ostrovskeho Street is shown on Fig. 4. The continuous progress ofthe settlement of buildings in Ostrovskeho Street is shown on Fig. 5.

6.2 Defects in the buildings in Ostrovskeho StreetInitial defects in those buildings were recorded already during the explora-tory gallery excavation. Initial cracks 0.1 to 1.2mm wide appeared especiallyin window heads and window sills in external bearing walls, fissures to1.5mm wide were found in some arch beams in basements, while the cracksin the heads of doors in internal bearing walls were 0.1 to 0.5 mm wide. Alsostaircases exhibited a bigger number of cracks in the underside of flights ofstairs (separation of stairs from each other) etc.In the course of the WTT excavation, cracks manifested themselves or deve-loped above all in the buildings along both sides of the tunnel, where a moresignificant irregularity of settlement was measured. The defects in bearingwalls increased by tenths of millimetres to whole millimetres, to a width of3 mm as a maximum. Although, their size did not reach the anticipated valuenor did any defects occur compromising the bearing capacity or stability ofthe bearing masonry pillars. New defects manifested themselves mainly inlongitudinal supporting walls and stair wells (perpendicular to the tunnelaxis). A significant irregularity of the settlement of string walls manifestedthemselves in stair wells. The width of cracks in window heads and interme-diate landings reached up to 4.0mm, joints between the steps appeared onthe underside of flights of stairs, and some built-in steps broke when the irre-gularity 1:600 had been crossed. A great number of statically insignificantcracks appeared in joist ceilings. In longitudinal tunnel direction, where thesettlement irregularity was lower, defects appeared in some transversalwalls and non-bearing partition walls. A more serious defect was recordedin one of the sidewalls, which a neighbouring courtyard wall leans against.This sidewall, reinforced by tension bars and existing wall ties, broke alongall its height, and the defect reached a width of 5mm. Another moderatedevelopment of the cracks, mainly in stairwells, occurred due to a subsequ-ent subsidence of the buildings.The size of existing cracks has been measured since the very beginning, andnew measuring instruments have been added as needed.

7. CONCLUSION

It turns out that the decision to use of the observational method not for thedesign of the mined part of the tunnel only, but also for the design of struc-tural measures in the buildings, was correct. It was possible to respond fle-xibly to the evaluated monitoring results with the WTT excavation procee-ding, and apply them in adaptations of the design of structural measures forother buildings. The limiting values of deformations of 60mm at irregularityof 1:800, adopted for the area of above-ground development, proved to beproportional for this character of structures, while the extent of actions car-ried out in the buildings to improve their resistance against the excavationimpacts was minimal, manageable without restrictions to the buildings use.Although, the perfect knowledge of the actual structural and technical con-dition of individual buildings, as well as, from client's needs viewpoint, theelaboration of detailed passportisation, are a precondition.To conclude, it can be stated that the safety of above-ground buildings abovethe Mrazovka tunnel has been secured, and acceptable limits of the buildingsdeformation have not been crossed. There has been no need to evacuate thebuildings above the tunnel, and they could be used without any seriousrestriction over the whole period of the WTT excavation. The ETT excavati-on is continuing under other buildings using the technique, which has beenwell proven. The extent of the work performed in the buildings has beensuccessfully reduced to a minimum, thanks to the analysis of the WTT exca-vation process.