D3 Žilina (Strážov) – Žilina (Brodno), tunel Považský Chlmec

Najväčší stavebný boom z hľadiska budovania nových úsekov diaľnic, resp. rýchlostných ciest, je v súčasnosti nepochybne v Žilinskom kraji. V okolí mesta Žilina sa aktuálne realizujú dva úseky diaľnice D1, a to D1 Hričovské Podhradie – Lietavská Lúčka a D1 Lietavská Lúčka – Višňové – Dubná Skala, a jeden úsek diaľnice D3 Žilina (Strážov) – Žilina (Brodno). Práve posledný uvedený je pred svojím „finále“. Investor stavby (NDS, a. s.) a zhotoviteľ zastúpený združením firiem EUROVIA SK, a. s., HOCHTIEF CZ, a.s., a SMS, a. s., budú mať byť na čo hrdí. Celý projekt je financovaný z fondov EÚ.

Navrhovaný úsek diaľnice D3 je súčasťou Multimodálneho koridoru č. VI. a Trans­európskej magistrály v smere sever – juh, ktorého účelom je previesť tranzitnú osobnú a nákladnú dopravnú premávku cez územie Slovenska. Diaľničný obchvat Žiliny je pokračovaním „skladačky“ ťahu D3 smerom k poľským hraniciam. Stavba diaľnice D3 obchádza Žilinu najskôr ponad priehradu po estakáde, za ktorou vchádza do tunela. Na dĺžke približne štyri kilometre sa tak strieda náročné premostenie s piliermi vo vode a tunel. Po dobudovaní ušetria motoristi takmer štyri minúty jazdy mimo Žiliny.

Stavebná časť tunela Považský Chlmec

Od novembra 2017 sa teda do prevádzky dostáva ďalší, 2,2 km dlhý tunel Považský Chlmec. Do tunela sa plynulo prechádza z mostnej estakády nad Hričovskou priehradou na západnom portáli, po východe z tunela sa motoristi dostanú zase na most cez rieku Kysuca a napoja sa na súčasnú komunikáciu I/11.

Celý projekt sa realizuje v zmysle zmluvných podmienok žltej knihy FIDIC („Naprojektuj a postav“), ktoré dávajú zhotoviteľovi možnosť optimalizovať navrhnuté technické riešenie. V tomto prípade priniesla optimalizácia úpravu tvaru priečneho rezu tunela s cieľom minimalizovať plochu výrubu a skrátenie hĺbených úsekov tunela na obidvoch portáloch aj v strednej stavebnej jame.

Realizátor stavby mal na vybudovanie tunela 36 mesiacov. Pôvodný čas výstavby sa však z dôvodu nepredvídateľných skutočností na stavbe predĺžil o štyri mesiace. Za toto obdobie sa musel tunel naprojektovať, vyraziť, musel sa vybudovať západný a východný portál, stredová jama, musela sa zabudovať technológia a tunel sa musí uviesť do prevádzky. To všetko si, samozrejme, vyžadovalo potrebné súhlasy a povolenia. Technické riešenie muselo byť zároveň dokonale prekonzultované zhotoviteľom a jeho partnermi a vyhodnotené z hľadiska nákladov, času nevyhnutného na realizáciu diela, logistiku dopravy, materiálu, nasadenia mechanizácie, techniky a ľudí. Zároveň sa musela rešpektovať skutočnosť, že v rovnakom čase sa v blízkom okolí razia aj ďalšie tunely.

Tunel kategórie 2T-8 so šírkou vozovky medzi obrubníkmi 8 m a výškou prejazdného prierezu 4,8 m podľa STN 737507 sa skladá z dvoch tunelových rúr, každá z nich má dva jazdné pruhy v jednom smere. Z hľadiska zaistenia bezpečnosti bude mať tunel dva odstavné zálivy a osem priečnych prepojení. Vzhľadom na zazmluvnený čas výstavby a míľniky v zmysle harmonogramu prác mal zhotoviteľom prostredníctvom svojho člena/garanta spoločnosti HOCHTIEF CZ, a. s., vyraziť tunel so súhrnnou dĺžkou oboch rúr 4,3 km za 14 mesiacov. To je priemerne približne 300 m vyrazeného tunela za mesiac, čo sa aj reálne podarilo. Spoločnosť HOCHTIEF CZ, a. s., zabezpečovala projekt aj realizáciu vlastnými kapacitami. To znamená, že nasadila vlastnú projekčnú skupinu, čo u zhotoviteľov nie je bežné.

Vodiaci pásik na vozovke

 

Razenie

Zhotoviteľ razil tunel pomocou Novej rakúskej tunelovacej metódy (NRTM) s horizontálnym členením výrubu na celej dĺžke. Táto metóda sa vyznačuje cyklickým razením s rozpojovaním vrtno-trhacích prác. Ide o observačnú metódu, ktorá umožňuje operatívne reagovať postupom razenia a spôsobom zaistenia stability výrubu na skutočne zastihnuté geotechnické podmienky. Aplikovanie tejto metódy dovolilo zhotoviteľovi raziť tunel súčasne až v šiestich čelbách, čo je pri tuneli s takouto dĺžkou skutočne rarita a predstavuje jedinečný projekt prebiehajúci na Slovensku aj v Česku v tomto čase. Na tento účel sa využil priestor stredového portálu, kde sa tunel budoval na úseku približne 40 m v otvorenom výkope a z tohto priestoru razil zhotoviteľ naraz štyri čelby. Ďalšie dve čelby sa razili zo západného portálu a neskôr z východného portálu.

Významným špecifikom tohto tunela bolo nasadenie veľkého množstva kapacít počas razenia (strojových kapacít alebo pracovníkov) v rámci malého priestoru, čoho výsledkom je, že už onedlho, približne iba po 2,5 roku od začiatku budovania tunela, bude mať široká verejnosť možnosť plne ho užívať.

Hĺbené úseky sú navrhnuté nielen v oblasti východného a západného portálu, ale aj v strednej stavebnej jame, kde kvalita horninového masívu a výška nadložia neumožnila tunel raziť. Razené úseky predstavujú v južnej tunelovej rúre 97 % a v severnej tunelovej rúre 98 % z celkovej dĺžky. Trasa tunela však prechádza aj územím, kde, naopak, malá výška nadložia viedla k razeniu pod zastropením známym aj pod názvom „korytnačka“. Táto konštrukcia sa použila na západnom portáli na južnej tunelovej rúre na dĺžke 37,5 m a na severnej tunelovej rúre na dĺžke 50 m. V strednej stavebnej jame bola nasadená na začatie razenia v severnej tunelovej rúre smerom k východnému portálu, pričom dĺžka úseku razeného pod „korytnačkou“ je 34,5 m. Pre zhotoviteľa bola dobrá správa, že razenie prebiehalo v priaznivejších geotechnických podmienkach v porovnaní s pôvodným zadaním a výsledkami geotechnických monitoringov.

Prechodné priečne prepojenie s technologickou miestnosťou

Prvé dve čelby sa razili zo západného portálu, kde sa razili obe rúry smerom na východ. Ďalšie štyri čelby sa razili zo strednej hĺbenej časti tunela. Razilo sa súčasne v severnom aj južnom tuneli, západným aj východným smerom. Po prerazení severného a južného tunela zo západu sa kapacita zo západného portálu presunula na východný portál a razilo sa západným smerom naproti ražbám zo stredového portálu východným smerom. V období súbežného razenia v šiestich čelbách počas nepretržitej prevádzky (24/7) bolo do stavby zapojených až 200 robotníkov, čo je skutočne pozoruhodné číslo. Dôležitý bol preto správny manažment a koordinácia prác a dôkladné dodržiavanie bezpečnosti pri práci.

Razenie tunela prebiehalo v geologicky premennom prostredí – od zvetraných pieskovcov až po veľmi pevné zlepence. Na rozpojovanie horniny sa použili z 90 % vrtno-trhacie práce. Zvyšok sa realizoval mechanickým rozpojovaním tunelovými bagrami. Po rozpojení a odťažení nasledovalo vystužovanie, resp. budovanie primárneho ostenia. Čo sa týka konštrukcie razených tunelových rúr a razených priečnych prepojení, tú tvorilo dvojvrstvové ostenie (primárne a sekundárne) s medziľahlou drenážnou a ochrannou vrstvou geotextílie a plošnou hydroizoláciou (hydroizolačnou fóliou). Pri NRTM s dvojplášťovým ostením bolo pred betonážou definitívneho ostenia nevyhnutné zrealizovať hydroizolačné súvrstvie a zaistiť odvedenie podzemnej vody k portálom pomocou bočných tunelových drenáží. Zaujímavosťou pri výstavbe tunela, ktorú je dobré v tejto súvislosti takisto spomenúť, je aj realizácia betonáže definitívneho ostenia a hydroizolácie v čase, keď sa ešte realizovalo samotné razenie.

 

Definitívne ostenie

Po vyrazení tunela Považský Chlmec vyhodnotil projektant výsledky geotechnického monitoringu a horninový masív v razenej časti tunela rozdelil z hľadiska dimenzovania definitívneho ostenia do troch geotechnických typov. V najhorších podmienkach, predovšetkým v oblasti západného a východného portálu alebo v mieste tektonickej poruchy medzi strednou stavebnou jamou a východným portálom, sa použila ťažká výstuž. V lepších geotechnických podmienkach sa použila ľahká výstuž, v mieste dobrých geotechnických podmienok sa použilo nevystužené definitívne ostenie – v južnej tunelovej rúre na 59,5 % celej razenej dĺžky a v severnej tunelovej rúre na 60,2 % razenej dĺžky.

Bez ohľadu na geotechnické podmienky sa vždy vystužili bloky betonáže v mieste napojenia tunelových prepojení a v mieste núdzových zálivov. Z hľadiska konštrukčného riešenia možno monolitické ostenie tunela Považský Chlmec rozdeliť na ostenie hĺbených úsekov tunela a na ostenie úsekov razených pomocou NRTM alebo pod klenbovým zastropením („korytnačka“) s rôznymi základnými hrúbkami ostenia. Rýchlosť betonáže definitívneho ostenia sa pohybovala štyri až päť blokov za týždeň (1 blok = 12,5 m), čo predstavuje 50 až 62,5 m tunela.

Prezentované skutočnosti z výstavby tunela Považský Chlmec ukazujú, že išlo o zaujímavý, hoci náročný projekt s použitím moderných metód razenia po zohľadnení všetkých dostupných geologických a geotechnických faktov a informácií. Okrem toho, že sa môžeme tešiť na pekné dielo, je výbornou správou aj to, že ani pri takomto náročnom spôsobe výstavby, ku ktorému razenie tunela nepochybne patrí, sa nevyskytli žiadne vážne úrazy, a to aj vďaka striktnej kontrole dodržiavania bezpečnosti práce na stavbe.

Všetky stavebné práce sú aktuálne ukončené, zhotoviteľ dolaďuje osadzovanie technológie, aby boli spolu s ostatnými časťami stavby D3 Žilina (Strážov) – Žilina (Brodno) pripravené na odovzdanie.

Čistiaci výklenok (bočná drenáž)

Technológia tunela Považský Chlmec

„Cievnym systémom“ tunela Považský Chlmec, ktorý bude otvorený pre verejnosť koncom roka 2017 v rámci Projektu 20140267 Diaľnica D3 Žilina (Strážov ) – Žilina ( Brodno), je technológia zabezpečujúca prevádzkovanie jedného z najbezpečnejších tunelov v Európe. Tento tunel s dĺžkou 2,25 km bude štvrtým slovenským diaľničným tunelom s povolenou prepravou nebezpečných nákladov podľa medzinárodnej dohody ADR. Autonómny systém detekcie ADR zabezpečuje automatické rozpoznanie prepravovaných nebezpečných nákladov a vyhodnocuje, či auto opustilo tunel.

 

Kamerový systém

Inteligentný kamerový systém so softvérovou analytickou nadstavbou v rámci uzatvoreného televízneho okruhu zabezpečí detekciu všetkých neštandardných udalostí, ako sú napríklad náhle spomalenie či zastavenie vozidla, vozidlo v protismere, prekážka (vypadnutý náklad) na vozovke, chodec (zviera) v tuneli a neposlednom rade aj vytvárajúca sa kongescia.

V tuneli je umiestnených takmer 60 kamier. V priestoroch portálov sú umiestnené špe­ciálne kamery detekcie ADR, kamery s infra prisvietením, ako aj otočné kamery s možnosťou zoomu. Ďalšie kamery sú súčasťou Informačného systému diaľnice (ISD) a sú umiestnené na mostoch nad Váhom a Kysucou.

 

Úniková cesta a signalizácie

Pre prípady mimoriadnej udalosti (nehoda, požiar), keď nie je možné pokračovať v ceste a je nevyhnutné opustiť vozidlo, je každých 300 m umiestnený únikový východ do priečneho prepojenia a následne do druhej tunelovej rúry, čím je vytvorená chránená úniková cesta.

Osoby budú navigované tunelovým rozhlasom a hlásením do rádiového vysielania v autách. Vizuálne bude na možné nebezpečenstvo upozorňovať blikanie vodiaceho osvetlenia umiestneného na obrubníkoch chodníkov, ako aj integrované požiarne osvetlenie na podsvietených značkách nad chodníkmi, ktoré zároveň signalizujú najbližší smer a vzdialenosť k únikovému východu. Tieto značky sú umiestnené každých 25 m na vnútornej (pravej) strane tunelovej rúry, spolu ich je v celom tuneli takmer 190.

Únikové východy do priečnych prepojení sú po bokoch na stenách osvetlené zeleným vertikálnym LED pásom. V priečnom prepojení sa bude pri incidente aktivovať osvetlenie a vetranie z nezasiahnutej tunelovej rúry. Na núdzovú komunikáciu je inštalovaných 38 SOS hlások, ktoré sú rozmiestnené v tuneli (každých 150 m), ako aj v priestore pred portálom tunela.

Bezpečnostné núdzové osvetlenie v tuneli

 

Vetranie, osvetlenie, značenie

V tuneli je umiestnených 22 prúdových ventilátorov, ktoré sú riadené automaticky v závislosti od potreby zabezpečiť čerstvý vzduch pri bežnej prevádzke alebo v prípade incidentu.

Pre komfort vodičov je v tuneli inštalovaný rádiový systém, ktorý umožní príjem FM rádia, ako aj signálu mobilných operátorov. Zároveň umožní zabezpečiť komunikáciu – prevádzkovateľovi pri servise alebo záchranným zložkám pri núdzovom zásahu.

Osvetlenie tunela je inštalované pod stropom v osi tunelovej rúry a jeho automatická regulácia je zabezpečená riadením od informácie, ktorú poskytujú jasomery inštalované na portáloch zvonku a zvnútra pri vjazde do tunela. Regulácia adaptačného osvetlenia zaistí bezpečný prechod medzi intenzitou osvetlenia vonku a vnútri tunela. V tuneli je inštalované aj osvetlenie núdzových zálivov a požiarne (núdzové) osvetlenie so zabezpečením trvalej svietivosti pri incidente.

Inštalovaná technológia umožní vodičom plynulý a bezpečný prejazd základnou maximálnou rýchlosťou 100 km/h. Vyhotovenie premenných dopravných značiek umožňuje zobrazovať potrebné symboly v závislosti od nastaveného dopravného stavu. Premenné dopravné značky sú inštalované aj na priľahlých mostoch, na diaľnici D3 a na odbočke k tunelu.

Vzduchotechnika (dvojica ventilátorov)

 

Merania

Meranie fyzikálnych veličín (koncentrácia COx, NOx, priehľadnosť tunela (opacita), rýchlosť a smer prúdenia vzduchu a jeho teplota, výskyt hmly pred portálmi, dym či oheň v tuneli a ďalšie) zabezpečujú špeciálne meracie zariadenia. Merané veličiny vyhodnocuje Centrálny riadiaci systém (CRS), ktorý monitorujú operátori tunela v nepretržitej prevádzke.

 

Napájanie elektrickou energiou

Napájanie elektrickou energiou je riešené nezávisle z dvoch VN liniek. Automatizovaný systém záskoku umožňuje nepretržité napájanie tunela aj v prípade úplného výpadku napájania na východnom či západnom portáli alebo uplatnenie záložného zdroja na bezpečné uzatvorenie tunela v prípade úplného dlhodobého výpadku oboch zdrojov napájania. Kabeláž a všetky časti technológie spĺňajú najprísnejšie požiadavky na kvalitu v zmysle požiadavky funkčnej a požiarnej odolnosti, deklarované výrobcami komponentov všetkých kritických systémov v podobe vyhlásení o parametroch. Technologické komponenty sú zhotovené z materiálov, ktoré spĺňajú prísne požiadavky zákona o stavebných výrobkoch a predpísanej projektovej dokumentácie.

 

Ďalšie technológie

V tuneli sú inštalované aj ďalšie technológie ako dispečerský telefón, elektrický požiarny systém, elektronický zabezpečovací systém, samozhášací automatický systém, meranie a regulácia vodného a odpadového hospodárstva či riadenie klimatizácie a klapiek technologických objektov a ohrevu požiarneho vodovodu. Uzemňovacia sústava zohľadnila požiadavky na minimalizáciu bludných prúdov a ich vplyvu na funkčnosť systémov.

 

Prevádzkovo-technologický objekt

„Mozog“ celej technológie je v prevádzkovom technologickom objekte (PTO). Hlavný je na západnom portáli, rovnocenný záložný na východnom portáli. Technológia je inštalovaná aj v technologických miestnostiach v priečnych prepojeniach, kde je cez káblové šachty v chodníku, ako aj v ostení nosnej úložnej konštrukcie pod stropom vedené a sústredené napájanie technológie, ako aj komunikácia a výmena informácií medzi centrom technológie v PTO a jednotlivými technologickými celkami v tuneli. Na prenos signálov a na prepojenie do integrovaného operátorského pracoviska v Považskej Bystrici je okrem priemyselnej zbernice využitá aj optická kabeláž v tuneli.

 

Centrálny riadiaci systém

Riadenie tunela zabezpečuje centrálny riadiaci systém, ktorý umožňuje automatické riadenie v závislosti od zvoleného dopravného stavu. Operátorom umožňuje komfortne sledovať dopravu, vyhodnocovať kritické hodnoty fyzikálnych veličín a v prípade mimoriadnej udalosti prejesť do predschválených scenárov reakcie technológie. Všetky stavy napájania, istiacich prvkov a ak­čných členov sa snímajú, pričom informácie sa prenášajú do CRS na účely riadenia a analýzy kritických situácií. CRS umožňuje vizualizáciu, vyhodnocovanie, kontrolu a archiváciu všetkých stavov technológie. Prístup do CRS je zabezpečený na základe autentifikácie a pridelených oprávnení lokálne na PTO alebo diaľkovo z integrovaného operátorského pracoviska.

Všetky uvedené technologické systémy umožnia vzdialenému integrovanému operátorskému pracovisku v SSÚD Považská Bystrica monitorovať a riadiť dopravu a technológiu a v prípade incidentu alebo mimoriadnej udalosti efektívne a okamžite reagovať na danú situáciu, resp. v prípade potreby iniciovať príslušný dopravný stav alebo až bezpečne uzatvoriť tunel.

 

TEXT: Ing. Miroslav Širilla, Ing. Peter Schmidt
FOTO: NDS, a. s.

Miroslav Širilla je vedúci oddelenia tunelov na investičnom úseku NDS, a. s., Peter Schmidt je bezpečnostný technik pre tunely v NDS, a. s.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrske stavby 6/2017.