Diaľnica D4, tunel Karpaty

Budovanie cestnej siete nadradených komunikácií v bratislavskom regióne sa dosiaľ realizovalo s ohľadom na nepriechodnosť masívu Malých Karpát. Najjednoduchšie prepojenie ľavobrežných dopravných koridorov od severozápadu (D2 zo smeru Malacky, Kúty) a severovýchodu (D1 zo smeru Trnava, Pezinok) sa v minulosti vyriešilo prevedením všetkej dopravy na pravý breh Dunaja. 

Novonavrhovaný úsek diaľnice D4 Bratislava, Rača – Záhorská Bystrica, súčasťou ktorého je diaľničný tunel Karpaty s dĺžkou 10 980 m, by okrem prepojenia diaľnic D1 a D2 popod masív Malých Karpát podstatne skrátil dopravné vzdialenosti vo východno-západnom smere a zároveň zabezpečil diverzifikáciu dopravného prúdu v prípade vzniku „incidentu“ v dopravnom lieviku na úseku Prístavného mosta.

Pre Bratislavu, ktorej cestná sieť nadradených komunikácií sa dosiaľ budovala s ohľadom na nepriechodnosť masívu Malých Karpát južným obchvatom mesta, t. j. cez vodný tok Dunaja, by trasa diaľnice D4 Bratislava, Rača – Záhorská Bystrica s tunelom Karpaty znamenala nielen podstatné odľahčenie vnútorného diaľničného prieťahu mesta (Prístavného mosta a mosta Lafranconi) od tranzitnej dopravy, ale predovšetkým skrátenie dopravnej vzdialenosti vo východno-západnom smere a vybudovanie alternatívnej komunikácie k preťaženému vnútromestskému úseku diaľnice D1 a D2.

V súčasnosti dochádza do hlavného mesta za prácou denne asi 100 000 až 150 000 ľudí, ktorí v rámci individuálnej automobilovej dopravy vstupujú na „územie hlavného mesta“ z týchto smerov:

• od severozápadu – zo smeru Malacky a Kúty po diaľnici D2,
• od severovýchodu – zo smeru Trnava a Pezinok po diaľnici D1 a ceste 502,
• od východu – zo smeru Senec a Komárno,
• od juhu – smerom od hranice s Maďarskom a Rakúskom.

Vybudovanie diaľnice D4 okolo Bratislavy je len prvým, zato významným krokom k riešeniu problematiky dopravy na území hlavného mesta SR, ktorý zabezpečí segregáciu tranzitnej dopravy od individuálnej automobilovej dopravy, nerieši však problematiku úzkych dopravných hrdiel širšieho centra Bratislavy. Plný prínos diaľničného obchvatu Bratislavy sa prejaví až po dobudovaní:

• diaľnice D4 na úseku Bratislava, Rača – Záhorská Bystrica s tunelom Karpaty, ktorý prepojí dva hlavné diaľničné ťahy na ľavej strane Dunaja,
• vnútorného mestského okruhu so systémom radiál, ktorý bude vertikálne segregovaný od ostatnej dopravy a ktorého všetky križovania s ostatnými komunikáciami budú mimoúrovňové.

Vybudovaním posledného úseku diaľnice D4 s tunelom Karpaty sa prepoja diaľnice D1 a D2 na ľavom brehu Dunaja a zároveň sa radikálne skráti dopravná vzdialenosť pre približne 18 000 až 22 000 vozidiel, ktoré tadiaľ prejdú za 24 h v smere západ – východ, v porovnaní s tzv. náhradnými trasami (obr. 1). Dopravná vzdialenosť sa skráti:

• o 18 km oproti „náhradnej trase“ č. 1: D2 Lamačská cesta – Staré grunty, D1 Mierová – Senecká (dĺžka trasy 34,85 km), 
• o 31 km oproti „náhradnej trase“ č. 2: D2 Lamačská cesta – Staré grunty, D4 Jarovce – Rača (po vybudovaní) (dĺžka trasy 47,80 km).

Obr. 1 Situácia diaľnice D4

Smerové a výškové vedenie trasy

Navrhovaný úsek diaľnice D4 (s tunelom Karpaty) prechádza z rovinatého územia Podunajskej nížiny na juhu cez hrebeň Malých Karpát do Záhorskej nížiny na severe záujmového územia.

Začiatok riešeného úseku v km 0,000 000 D4 Bratislava, Rača – Záhorská Bystrica sa nachádza severovýchodne od mestskej časti Bratislava-Rača (severne od obce Vajnory), kde nadväzuje na pripravovanú diaľnicu D4 Jarovce – Križovatka Rača, ktorá je súčasťou diaľničného obchvatu mesta Bratislavy, v súčasnosti realizovaného v rámci PPP projektu.

Poloha východného tunelového portálu tunela Karpaty je situovaná s ohľadom na umiestnenie MÚK s cestou II/502 a na možnosti smerového a najmä výškového vedenia diaľnice kategórie D 26,5 pre návrhovú rýchlosť 120 km/h (100 km/h v tuneli) v terénnej depresii Račieho potoka pod východnými svahmi Vajnorskej hory.

Nadväzujúci úsek dvojrúrového tunela Karpaty so smerovo rozdelenou dopravou vedie v priamej trase s dĺžkou 7 935 m v osi D4, pričom pozdĺžny sklon má po km 7,163 stúpanie 0,70 %, odtiaľ klesá v sklone 0,70 % až po západný – stupavský portál.

Vyústenie tunela Karpaty s celkovou dĺžkou 10 980 m je navrhnuté v km 16,525 D4, severozápadne od obce Marianka. Zvyšný úsek diaľnice D4 bude viesť na dĺžke asi 1,00 km v násype v pravotočivom smerovom oblúku s polomerom r = 2 600 m, s klesaním 0,70 %.

Trasa diaľnice sa podľa DUŠ nultého okruhu napája v koridore na už zrealizovaný úsek diaľnice D4 križovatka Stupava (D2/D4) – križovatka Záhorská Bystrica vo vzdialenosti asi 150 m od zástavby.

Tab. 1 Údaje o tuneli Karpaty

Inžinierskogeologické pomery v trase tunela

Najdlhšia časť tunela sa bude realizovať v masíve granitických hornín so zastúpením viacerých litologických typov. Na dobré geo­technické vlastnosti zdravých a neporušených hornín v tomto úseku budú mať nepriaznivý vplyv najmä:

• zóny rozvoľnenia a zvetrania v okrajovej časti masívu, ktoré reprezentujú zvodnené zóny a kolektory vody, 
• zóny porušenia a rozvoľnenia s predpokladom zvodnenia v zónach interpretovaných hlavných listrických zlomov; pri oboch typoch porušenia dominuje smer SV-JZ so sklonom k JV až smer S-J so sklonom k Z,
• zóny alpínskej tektonogézy charakteru mylonitov s orientáciou najmä v smere SV-JZ so sklonom k JV, ktoré tvoria zóny hydrogeologických bariér, 
• predpokladané šikmé zóny zbridličnatenia späté s etapou aktivity strižných SZ-JV zlomov, ktoré vymedzujú koridor tunela zo SV a z JZ a tvoria zóny hydrogeologických bariér.

V úseku od 9,00 po 10 km (oblasť Marianky) bude tunel prechádzať súvrstvím mariánskych bridlíc s generálnym sklonom k JV-V, lokálne až so subhorizontálnym uložením, za ktorými nasledujú polohy neogénnych pieskov a siltovitých až ílovitých pieskov.

Výsledky z matematického modelovania hydrogeologického modelu masívu poukazujú na nevyhnutnosť použiť takú techniku výstavby tunelových rúr, aby bolo pri razení tunela možné rýchlo zabudovať nepriepustné samonosné vodotesné ostenie čo najbližšie k čelbe tunela s cieľom minimalizovať ovplyvnenie hladiny podzemných vôd.

Obr. 2 TBM s plášťom, Wienerwaldtunnel (zdroj: www.herrenknecht.cn)

Vyššie opísané možné negatívne ovplyvnenie hladiny podzemných vôd možno plne eliminovať použitím vhodnej metódy výstavby tunelových rúr – metódy TBM (profilového raziaceho stroja s plášťom), pri ktorej sa dá ihneď po vyrazení daného úseku tunela pod ochranou oceľového plášťa raziaceho stroja montovať železobetónové segmentové ostenie z prefabrikovaných dielcov s vodotesnými spojmi. Tento spôsob výstavby eliminuje vplyv drenážneho účinku razenia tunela na okolitý horninový masív a hladinu podzemných vôd.

Ak by sa počas realizácie tunelových rúr narazil výdatný zdroj podzemnej vody, treba sa orientovať na možnosť využiť podzemné dielo ako zdroj pitnej vody. Z technického aj hygienického hľadiska nie je problémom vybudovanie záchytu hlavných výverov podzemnej vody počas raziacich prác a ich zvedenie do tunelovej rúry bez toho, aby sa voda kontaminovala. Takéto riešenia sú bežné nielen vo svete, ale aj u nás (napr. Čremošniansky tunel).

Technológia razenia tunelových rúr

Vzhľadom na dĺžku navrhovaných tunelových rúr sa má tunel raziť pomocou plnoprofilového raziaceho stroja (TBM) s plášťom. Pri kontinuálnom razení sa počíta so 14-mesačným časovým intervalom prípravy, ktorý zahŕňa vybudovanie prístupových ciest, zariadení staveniska a portálových jám na razenie, výrobu raziaceho stroja TBM, jeho dodávku a montáž v priestore portálovej jamy.

Vzhľadom na rozsah projektu predpokladáme, že výstavba úseku sa začne razením diaľničných tunelov (dĺžka 2 × 10 km) pomocou dvoch plnoprofilových raziacich strojov (TBM) s plášťom s priemerom raziacej hlavy 12,50 m (obr. 3).

Obr. 3 Vzorový priečny rez pravou (severnou) tunelovou rúrou tunela Karpaty

Navrhnutá technológia výstavby umožňuje ihneď po vyrazení tunela pod ochranou oceľového plášťa raziaceho stroja montovať železobetónové segmentové ostenie z prefabrikovaných dielcov s vodotesnými spojmi a zabezpečiť okamžitú vodotesnosť realizovaného diela.

Predpokladané množstvo vyťaženej rúbaniny z tunelových rúr diaľničných tunelov bude 2 700 000 m³, čo pri koeficiente nakyprenia k = 1,3 predstavuje 3 510 000 m³ materiálu.
Počas razenia tunelov sa bude všetka rúbanina z tunelových rúr dopravovať pomocou pásových dopravníkov priamo na skládky materiálov pri západnom portáli tunela Karpaty. Vhodná rúbanina sa môže po predrvení použiť do násypov presypaných zelených mostov (biokoridorov) a ďalších zemných konštrukcií.

Stavebnotechnické riešenie diaľničných tunelov úzko súvisí s technológiou kontinuálneho razenia. Nosnú konštrukciu tunela tvorí dvojvrstvové ostenie. Prvou vrstvou je železobetónové ostenie z prefabrikovaných segmentov s hrúbkou 450 mm s vodotesnými spojmi, ktoré sa realizuje ihneď po vyrazení daného úseku. Toto ostenie zabezpečuje okamžitú vodotesnosť diela a eliminuje drenážny účinok tunela. Druhú vrstvu tvorí sekundárne (finálne) ostenie tunela s medziľahlou hydroizolačnou membránou, ktoré má charakter obkladu.

Celý priečny rez tunelov je dispozične rozdelený na dve časti tak, aby po samotnom razení tunela a zhotovení segmentového ostenia s odstupom asi 2 000 m mohla kontinuálne nasledovať realizácia vnútorných konštrukcií tunela (základových pásov, železobetónovej dosky vozovky, sekundárneho ostenia), a to bez prerušenia odťažby rúbaniny z tunela a zásobovania stroja prefabrikovanými tubbingmi.

Spodná časť diaľničného tunela bude slúžiť ako kolektor pre káblové trasy, prístupová komunikácia pre zásahové jednotky a v neposlednom rade aj ako úniková chodba. Vstupy do tejto únikovej chodby budú zabezpečené cez schodiská z priečnych prepojení so vzájomnou vzdialenosťou 250 m.

V hornej časti sa nachádza dopravný priestor s prejazdným gabaritom s výškou 4,80 m v zmysle STN 73 7507. Šírkové usporiadanie vozovky je navrhnuté v zmysle STN 73 7507 s dvoma jazdnými pruhmi so šírkou 4,00 m a s postrannými chodníkmi so šírkou 1,00 m, v ktorých sú umiestnené chráničky pre káblové trasy a potrubie požiarneho vodovodu.

Základné údaje o stavbe

Názov: Diaľnica D4 Bratislava, Rača – Záhorská Bystrica, tunel Karpaty
Charakter činnosti: novostavba
Vyšší územný celok: Bratislavský samosprávny kraj
Okres: Bratislava, Pezinok, Malacky
Obec: Bratislava
Katastrálne územie: Bratislava: Rača, Vajnory, Záhorská Bystrica; Pezinok: Svätý Jur; Malacky: Stupava, Marianka, Borinka, Mást I, II, III, Hrubé Lúky
Obstarávateľ: Národná diaľničná spoločnosť, a. s.
Nadriadený orgán: Ministerstvo dopravy a výstavby SR
Zhotovovateľ IGHP: HydroGEP, s. r. o.
Projektant: TAROSI c.c., s. r. o.
Stupeň dokumentácie: technická štúdia
Hlavný inžinier projektu: Ing. Ján Snopko

Záver

Vďaka vybudovaniu posledného úseku diaľnice D4 s tunelom Karpaty sa radikálne skráti dopravná vzdialenosť pre 18 000 až 22 000 vozidiel/24h v západno-východnom smere oproti tzv. náhradným trasám a zároveň sa odľahčí doprava na preťažených úsekoch vnútromestskej diaľnice D1 a D2 (Prístavný most, tunel Sitina, most Lafranconi).

Motorway D4, Karpaty tunnel

The existing building network highway communications in the Bratislava region, has been carried out in “respect “ of the Small Carpathians massif. In the past, the easiest connection left sides transport corridors from west (highway D2 from the direction Malacky, corners) and the northeast (D1 motorway from the direction of Trnava, Pezinok ) has been resolved by transferring all traffic on the right bank of the Danube.

New proposed motorway section D4 Bratislava Raca – Záhorská Bystrica, which includes highway tunnel Carpathians of 10 980 m, inter linkage of highway D1 and D2 on the underneath of the Small Carpathian significantly shorten transportation distances in the east – west and would ensure the diversification of traffic flow in the event of an „incident“ in the transport funnel Harbour Bridge.

TEXT: Ing. Ján Snopko, Ing. Jana Chabroňová, Ing. Zuzana Oravcová, Mgr. Matúš Klúz
OBRÁZKY: TAROSI c.c., s. r. o.

Ján Snopko a Zuzana Oravcová pôsobia v spoločnosti TAROSI c.c., s. r. o. Jana Chabroňová pôsobí na SvF STU v Bratislave. Matúš Klúz pracuje v spoločnosti HydroGEP, s. r. o.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby 5/2017.