Modernizácia železničnej trate Nové Mesto nad Váhom – Zlatovce

V roku 2002 sa začala projektová príprava ďalšieho úseku železničného koridoru Bratislava – Žilina – Košice z Nového mesta nad Váhom do Púchova. Prvý stupeň projektu, dokumentácia na územné rozhodnutie (DUR), sa týkal ešte celku, teda celých 60 km. DUR mala vychádzať z pôvodnej technickej štúdie z roku 1995, ale hneď v úvode projektovania sa ukázalo, že napríklad trasa a lokalizácia cestných mimoúrovňových krížení sa nedajú dodržať. Navyše, nikto nezabezpečil, aby sa budúca modernizovaná trať preniesla do územných plánov miest a obcí.

Súčasne sa prehodnocovali názory na koncepciu koridoru, najmä na prítomnosť takzvaných rýchlostných skokov. Trať sa mala zrekonštruovať na rýchlosť do 160 km/h, ale s možnosťou ponechať pôvodnú trasu a rýchlosť (teda aj 70, respektíve 90 km/h) tam, kde by modernizácia predstavovala náročné technické riešenie. Takéto riešenie však nebolo možné, pretože lokomotívy by mali veľký problém takéto rýchlostné skoky „kopírovať“ spôsobom jazdy a znamenalo by to aj obrovskú energetickú náročnosť počas prevádzky (pri častých spomaľovaniach a zrýchľovaniach vlaku).

Do technickej diskusie o koncepcii navyše vstúpili aj ochranári s dôraznými výhradami a nesúhlasom s trasou trate po úpätí Tureckého vrchu (CHKO Biele Karpaty). Projektové práce sa teda prerušili s cieľom nájsť trasu bez rýchlostných skokov a v súlade s požiadavkami na ochranu životného prostredia. Tak sa zrodili riešenia, ktoré sú dnes už v prevádzke alebo sa realizujú – železničný tunel Turecký vrch a prieťah Trenčínom s novým železničným mostom cez Váh.

Pre technickú náročnosť celého 60-kilometrového úseku z Nového mesta nad Váhom do Púchova sa stavba pri ďalších projektových stupňoch rozdelila na kratšie úseky: Nové mesto nad Váhom – Zlatovce, Zlatovce – Trenčianska Teplá, Trenčianska Teplá – Beluša a Beluša – Púchov, ktoré tvorí 20 takzvaných ucelených častí stavby (UČS) – staničné a medzistaničné úseky s poradovými číslami 24 až 43.

Základné údaje stavby Nové Mesto nad Váhom – Zlatovce, UČS 24 – 28 Dĺžka trasy: 17,457 km (nžkm 100,233 – nžkm 117,690) Počet železničných staníc po modernizácii: 1 (Trenčianske Bohuslavice) Počet železničných zastávok: 2 (Melčice, Kostolná-Záriečie) Počet nových mimoúrovňových cestných krížení: 4 (Trenčianske Bohuslavice, Štvrtok, Melčice, Kostolná-Záriečie) Počet podchodov pre chodcov a cyklistov: 6 Počet zrekonštruovaných a nových železničných mostov: 11 Protihlukové absorpčné steny: 6 123 m Železničný tunel Turecký vrch: 1 775 m

Jedinečnosť projektu
Stavba tohto úseku by nebola nijako mimoriadne výnimočná a odlišná od úsekov vybudovaných po Nové Mesto nad Váhom, keby nebolo odvahy Železníc Slovenskej republiky (investora) prehodnotiť jej koncepciu a rozhodnúť sa pre tunelové riešenie na preklenutie oblasti Tureckého vrchu. O samotnom tuneli a jeho stavebno-technickom riešení sa informácie publikovali už v minulosti. Za pripomenutie stojí, že tunel je výhľadovo navrhnutý na rýchlosť do 200 km/h.

Rozhodnutie vybudovať tunel bolo spúšťačom ďalšieho dôležitého a vtedy ambiciózneho technického riešenia – použitia pevnej jazdnej dráhy (PJD) ako systému železničného zvršku na úsek trate v tuneli a priľahlý úsek medzi tunelom a žst. Trenčianske Bohuslavice s dĺžkou 2 280 m. V prípade tejto stavby sa použili tri hlavné konštrukčné usporiadania PJD – na zemnom telese 469 m, v tuneli 1 775 m a na krátkom moste (do dĺžky 25 m) 35,53 m. Chýbal už len posledný štvrtý typ – PJD na dlhom moste.

Pevná jazdná dráha
Ide o systém železničného zvršku, kde je klasické riešenie, pri ktorom sa koľajový rošt (koľajnice s priečnymi podvalmi) uloží do štrkového lôžka, nahradené nosnou železobetónovou doskou, v ktorej sú koľajnicové podpory s uzlami upevnenia zabetónované a trvalo polohovo fixované. Nosná železobetónová doska ešte leží na hydraulicky stmelenej nevystuženej doske, ktorá slúži na roznos zaťaženia do pláne zemného telesa a súčasne vytvára vyrovnaný podklad pod zvrškovú dosku. Zvyčajne sa zhotovuje finišérom. Jej hrúbka je 300 mm. Ako spojivo v tejto vrstve sa používa cement (najrozšírenejšie riešenie) alebo asfalt.

Inšpiráciou bola paradoxne konkurenčná cestná doprava, konkrétne diaľnice s betónovou vozovkou. Od 60. rokov 20. storočia prebiehal v Európe, najmä v Nemecku, systematický vývoj pevnej jazdnej dráhy ako alternatívnej konštrukcie železničného zvršku so zrejmým cieľom – veľmi presne a dlhodobo zafixovať geometrickú polohu koľaje v trati, čo by zaistilo bezpečnosť prevádzky pri vysokých rýchlostiach jazdy vlakov pri súčasnej minimalizácii nákladov na údržbu. Je známe, že klasická konštrukcia zvršku používaná už dve storočia vykazuje pri jazde vyššími a vysokými rýchlosťami rýchlejšiu degradáciu geometrickej polohy koľaje z dôvodu postupného a neustáleho preskupovania zŕn štrku pod podvalmi.

Vzorový priečny rez zo stupňa DSP so systémom Max Bögl

Skladba systému Rheda 2000

Dôležitým prvkom v konštrukcii PJD je uzol upevnenia koľajnice. Práve ten totiž nahrádza pôvodnú pružnosť koľajového lôžka. V prípade tejto stavby sa použil systém Vossloh FF 300, ktorý sa štandardne uplatňuje na vysokorýchlostných tratiach napríklad v Nemecku.

Aj keď sa principiálne uvažuje o pevnej jazdnej dráhe ako o tvarovo a polohovo stálej konštrukcii, systém upevnenia umožňuje smerovú aj výškovú rektifikáciu každého uzla rádovo v centimetroch. Prevádzková prax totiž ukázala, že aj napriek stopercentnému dodržaniu technologickej disciplíny pri výstavbe sa občas vyskytnú prípady, keď pláň sadne a je nevyhnutné vykonať malú rektifikáciu polohy koľaje.

Za uplynulých 50 rokov sa vo svete vyvinulo mnoho konštrukčných typov pevnej jazdnej dráhy. Z pohľadu konštrukcie delíme PJD na dva základné typy – prefabrikovaný a monolitický. Základný rozdiel medzi nimi je v tom, že pri prefabrikovanom type tvoria nosnú zvrškovú dosku železobetónové prefabrikáty vyrobené na mieru vo výrobni a až na stavbe sú rozložené na hydraulicky stmelenú vrstvu a spriahnuté do súvislej konštrukcie – zvrškovej dosky. Finálne nastavenie do správneho smeru a výšky na stavbe sa vykonáva podliatím, zvyčajne bitúmencementovou maltou. Prefabrikované systémy sú obľúbené napríklad v Japonsku. V prípade Tureckého vrchu sa v stupni na stavebné povolenie navrhol práve prefabrikovaný stavebný typ – Max Bögl.

Na žiadosť zhotovovateľa stavby a s následným súhlasom vedenia ŽSR sa prefabrikovaný stavebný typ preprojektoval na monolitický Rheda 2000. Základný rozdiel je v tom, že uzly upevnenia sa dodávajú ako osobitný konštrukčný prvok v podobe dvojblokových podvalov a armovanie i betonáž zvrškovej dosky sa vykonáva priamo na stavenisku.

Monolitická zvršková doska nemá priečne dilatačné škáry a v doske môžu vzniknúť trhliny do šírky asi 0,5 mm. Je to vlastnosť systému Rheda 2000 a prítomnosť úzkych, chaoticky vytvorených trhlín je normálna. Minimálne percento vystuženia zvrškovej dosky je 0,8 % plochy prierezu. Minimálne krytie výstuže je 50 mm.

Železničný spodok na pevnú jazdnú dráhu
Trvalá tvarová stabilita pevnej jazdnej dráhy si vyžaduje dokonale zhutnené podložie, podľa možnosti s ukončeným sadaním. Pri novostavbách, kde ešte nie je trať v prevádzke, sa dá táto požiadavka zabezpečiť spoľahlivejšie a pri výstavbe možno zohľadniť časový faktor sadania násypov v postupoch výstavby.
V prípadoch, keď ide o rekonštrukciu existujúcej trate, ktorá je v prevádzke, je to už zložitejšie, navyše ak sa v podloží nového násypu vyskytnú nevhodné zeminy s vysokou plasticitou a nízkou únosnosťou. Tak to bolo aj na úsekoch trate priľahlých k tunelu Turecký vrch z južnej a severnej strany. Pre tesnú blízkosť starej prevádzkovanej trate nebolo možné vymeniť podložie do hĺbky asi 4 m, pretože hrozilo zosunutie starej trate. Preto sa zvolilo na Slovensku dovtedy nepoužité riešenie vybudovania základu násypu z koberca mikropilót s rastrom 0,80 až 1 m. Tak vznikol úplne tuhý základ nového železničného telesa, ktorý eliminuje možné nežiaduce sadanie podložia. Systém má názov Augeo a má pôvod v Holandsku.

Nielen základ násypu, ale aj horné vrstvy a pláň telesa spodku musia mať oveľa vyššiu deformačnú odolnosť ako pri klasickej štrkovej konštrukcii zvršku. Pri klasickej konštrukcii postačuje hodnota modulu deformácie 50 MPa, pri pevnej jazdnej dráhe je to 100 až 120 MPa. Takáto vysoká hodnota sa dá dosiahnuť jedine použitím kvalitného materiálu na konštrukciu telesa aj podkladovej vrstvy. Podkladová vrstva musí byť vyhotovená z kameniva z vyvretých hornín s vysokou primárnou pevnosťou, aby si kamenivo zachovalo tvarovú stálosť a ostrohrannosť pri zhutňovaní. Dôležitá je aj optimálna vlhkosť štrkodrviny 7 až 8 %.

Podkladová vrstva pri takto nastavených požiadavkách únosnosti musí mať hrúbku až 80 cm pri súčasnej garancii modulu pretvorenia Eo = 45 MPa v hĺbke 1,75 m od pláne telesa spodku.

Hrúbka podkladovej vrstvy musí byť, samozrejme, posúdená aj z hľadiska premŕzania, na ktoré sa pri PJD kladie mimoriadny dôraz. Stavba železničného telesa si teda vyžaduje vysokú technologickú disciplínu a kladie vyso­ké nároky na odbornosť zhotovovateľa stavby.

Prechodové oblasti
Dôležitým miestom v konštrukcii pevnej jazdnej dráhy je samotný bod prechodu z úseku so štrkovým lôžkom na tuhú konštrukciu PJD. V princípe tu nastáva zmena tuhosti podložia koľajníc a treba zabezpečiť, aby táto zmena nebola okamžitá, ale plynulá. Pôvodne sa používalo riešenie, kde sa tuhosť zvyšovala postupným lepením koľajového lôžka v kombinácii so zmenou tuhosti gumových podložiek pod pätu koľajnice. Toto riešenie si však vyžaduje množstvo špecifických komponentov, je investične nákladné a technologicky náročné.

Stavba je výnimočná v tom, že sa na odporúčanie vlastníka licencie na systém Rheda 2000 pristúpilo k jednoduchšiemu riešeniu prechodovej oblasti, kde sa postupná zmena tuhosti podložia koľajníc dosahovala meniacou sa hrúbkou koľajového lôžka, ktoré je v potrebnej dĺžke uložené v železobetónovej vani brániacej presadaniu zŕn štrku a vytláčaniu kameniva do strán. Toto riešenie si nevyžaduje nijaké lepenie štrku, možno použiť štandardné podvaly a štandardné upevnenie koľajníc. Veľkou pridanou hodnotou je aj jednoduchosť realizácie.

Je jasné, že tento nový technický postup preverí až čas, no už prvé mesiace prevádzky naznačujú, že bude spoľahlivý. Jeho ďalšou výhodou je, že koľaj vo vani možno podbíjať, čo sa pri lepenom systéme nedá.

Úsek modernizovanej trate Nové Mesto nad Váhom – Zlatovce síce z pohľadu dĺžky (17,5 km) nie je veľmi významný, ale výnimočný je pre množstvo inovatívnych riešení v železničnom staviteľstve, ktoré doteraz nemali na Slovensku tradíciu a často u správcu vzbudzovali obavu a nedôveru. Významný je aj preto, že sme si v našich lokálnych slovenských podmienkach overili, že vieme navrhovať a stavať technicky a technologicky náročné stavby, vďaka čomu sa stratila nevôľa navrhovať ich na ďalších pripravovaných úsekoch železničného koridoru z Bratislavy do Košíc a stávajú sa takpovediac štandardným riešením v tuneloch a priľahlých úsekoch tratí.

TEXT: Ing. Ondrej Podolec
FOTO: REMING CONSULT

Ondrej Podolec je technický riaditeľ v spoločnosti REMING CONSULT, a. s.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.