Návrh rekonštrukcií Miľavského a Bralského tunela

V sieti Železníc Slovenskej republiky sa nachádza 76 tunelov s celkovou dĺžkou zhruba 45 km. Tunely vybudované od čias Rakúsko-Uhorska cez medzivojnové a povojnové obdobie postupne dosahujú svoju životnosť a mnohé z nich tak prirodzene vykazujú poškodenia, ktoré môžu postupne v zvýšenej miere negatívne ovplyvňovať bezpečnosť a ekonomiku ich prevádzky.

Je preto pochopiteľné, že Železnice Slovenskej republiky ako správca železničnej infraštruktúry realizujú postupne nielen samotné rekonštrukcie, ale aj projektovú prípravu rekonštrukcií železničných tunelov. V spoločnosti Basler & Hofmann Slovakia s. r. o. sme v rokoch 2022 – 2023 vypracovali projektovú dokumentáciu rekonštrukcií Miľavského a Bralského tunela. Článok je zameraný na základné aspekty plánovaných rekonštrukcií.

Miľavský tunel

Základné údaje
Miľavský tunel sa nachádza na trati Plaveč – Poprad-Tatry, na úseku trate Stará Ľubovňa – Podolínec medzi zastávkami Forbasy a Nižné Ružbachy. Má dĺžku 703 m, výška nadložia je max. 53 m. Jednokoľajný tunel bol budovaný pilierovou metódou v roku 1949. Bol razený väčšinou v mäkkej a miestami len vo vlhkej hornine. Značné časti tunela sú realizované obmurovkou typu 5b a 5b/K. Pásy typu 5 a 7 sú vymurované väčšinou z ružbašského travertínu a andezitu z lomu Ruskov.

Počas razenia tunela spôsobovali problémy značné priesaky spodnej vody v pásoch 50 až 51, ale aj povrchovej vody v pásoch 1 a 2. V tuneli boli realizované asfaltová izolácia a izolácia vrstvou cementovej omietky. Tunelová stoka je betónová. Trať v ňom je jednokoľajná, neelektrifikovaná, vedie v priamej a následne v prechodnici a vo vzostupnici s oblúkom R  = 800 m. Koľajnice sú v tvare S 49, uložené na drevených podvaloch. Štrkové lôžko má hrúbku min. 0,5 m.

Tunelová rúra a ostenie – súčasný stav, technické riešenie sanácie

Ostenie tunela tvoria lomové murivo a betón. Ostenie je z väčšej časti vlhké a v niekoľkých úsekoch značne zavodnené. Silné zavodnenie spôsobuje ďalšie poruchy ako erózie betónu a vypadávanie malty zo škár, ktoré vplývajú na tunelové ostenie a jeho stabilitu.

Zamokrené časti tunela spôsobujú v zimnom období masívne zaľadnenie a tvorbu cencúľov, ktoré narúšajú prechodový prierez, čo ohrozuje bezpečnosť a plynulosť železničnej dopravy na trati. V tuneli už boli realizované dočasné opatrenia vo forme plášťovej hydroizolácie v kombinácii s oceľovou sieťou, ktoré sú prikotvené na ostenie tunela v úsekoch s najvýraznejšími prítokmi. Dočasné opatrenia a problematické zaľadnenie sú zrejmé z obr. 2.

Ako podklad pre návrh rekonštrukčných opatrení slúžili záznamy z pravidelných prehliadok tunela (RPT a HPT) vykonávané správcom infraštruktúry. Poškodenia aktuálne v čase spracovávania projektovej dokumentácie boli doplnené o výsledky vizuálnej obhliadky. Grafické znázornenie jednotlivých poškodení vo forme rozvinutého pohľadu na tunelové ostenie je zrejmé z obr. 3.

Na základe analýzy dostupných podkladov a podrobného zaznamenania stavu ostenia jednotlivých tunelových pásov boli navrhnuté hlavné ciele rekonštrukcie tunelového ostenia:
• obnovenie tesnosti ostenia pomocou injektáže,
• drenážne odvodnenie hornej klenby,
• obnova škárovania styčných a ložných škár kamenného muriva,
• sanácia poškodených povrchov betónového ostenia,
• zhotovenie kontrolných šácht na tunelovej stoke a výmena káblového žľabu.

S cieľom obnoviť tesnosť je vo vybraných tunelových pásoch ostenia tunela navrhovaná dvojstupňová tesniaca injektáž s použitím rýchlotvrdnúcej dvojzložkovej živice na báze polyuretánu. Prvý stupeň injektáže zabezpečí preinjektovanie horninového prostredia bezprostredne na styku s rubom tunelového ostenia, druhý stupeň zabezpečí preinjektovanie obmurovky tunela.

Drenážne odvodnenie hornej klenby

Z dôvodu potreby odvedenia horninovej vody z priestoru za rubom ostenia je v tunelových pásoch vykazujúcich značné zavodnenie navrhovaný systém odvodňovacích vrtov zaústených do zvislých zvodníc. Na vybudovanie zvodníc je potrebné vybúrať zvislé drážky v ostení tunelových pásov s rozmermi 0,35 × 0,30 m. Rovnaký rozmer je navrhovaný pre zvodnice v ostení z kamenných blokov aj prostého betónu. Odvodňovacie vrty s dĺžkou 6,0 m a priemerom 76 mm sú navrhované v troch etážach, ktoré budú osadené vždy v pracovnej škáre medzi jednotlivými tunelovými pásmi.

Pozdĺžny sklon všetkých odvodňovacích vrtov je 10 %. V každom vrte bude osadená oceľová výpažnica Ø 60/3,5 mm s perforáciou 30 %. Zaústenie zvodníc do tunelovej stoky je navrhnuté pomocou plastového potrubia DN110. Podobný systém odvodňovacích vrtov zaústených do zvislých zvodníc je navrhovaný aj v priestoroch záchranných výklenkov, akurát s tým rozdielom, že ide o odvodňovacie vrty navrhované z priestoru výklenkov pozdĺž ostenia tunela tak, aby bol v čo najväčšej miere odvodňovaný priestor za rubom ostenia.

Obnova škárovania

Poškodená malta bude zo škár murovaného ostenia vysekaná do hĺbky predpísanej projektom, vyčistené škáry budú vyklinené a následne sa ručne nanesie maltová zmes na celú hĺbku škáry.

Sanácia povrchov betónového ostenia

Betónové opory ostenia vykazujú plošné zvetranie a lokálne zvetrania do hĺbky 10 cm. Reprofilácia betónových opôr do hĺbky 15 cm je navrhovaná v ich celej výške od päty klenby až po pracovnú škáru medzi oporami a kamenným ostením vo vrchole klenby.

Medzi navrhované rekonštrukčné práce patria aj zhotovenie šácht pre prístup k hlavnej tunelovej stoke a výmena existujúceho oceľového káblového žľabu.
Čistiace šachty budú zhotovené vo vzájomnej vzdialenosti 48 m vždy v tunelových pásoch so záchrannými výklenkami. Vzhľadom na potrebu minimalizácie posunu existujúcich podvalov je šachta navrhnutá s atypickým tvarom. Šachty budú uložené tak, aby poklop výškovo nepresahoval hornú úroveň podvalov.

Káblový žľab je navrhovaný z betónových prefabrikátov s vloženým krytom s typovým označením KK3. Dĺžka jednotlivých segmentov je 1 000 mm. Káblový žľab s takýmito rozmermi umožní v budúcnosti prípadné vyhotovenie ďalších káblových vedení.

Jednotlivé navrhované opatrenia rekonštrukcie tunelovej rúry sú znázornené na obr. 4.

Rekonštrukčné práce na portáloch tunela

Portálové steny a zárubné múry na oboch portáloch nevykazujú výraznejšie poškodenia. Pohľadové plochy zárubných múrov sú pokryté machom a iným organickým materiálom a vykazujú len lokálne poškodenia škárovania. Portálové steny sú bez nánosov a poškodení. Portálové a nadzárezové priekopy sú čiastočne zanesené a pokryté trávnatým, resp. kríkovým porastom. Vzhľadom na to sa budú na oboch portáloch realizovať len povrchové čistiace práce s lokálnym sanovaním škárovania kamenných blokov zárubných múrov a portálových priekop.

Bralský tunel

Základné údaje

Bralský tunel sa nachádza na neelektrifikovanej železničnej trati Prievidza – Horná Štubňa v úseku medzi stanicami Sklené pri Handlovej – Handlová v km 7,728 – 10,739. Tunel a s tým súvisiaca železničná trať boli budované v rokoch 1927 – 1931, trať bola odovzdaná do užívania v decembri 1931. Pri príležitosti 80. narodenín T. G. Masaryka, 7. 3. 1930, bol tunel pomenovaný na jeho počesť a dostal meno Tunel T. G. Masaryka, neskôr bol premenovaný na Veľký tunel, dnes nesie meno Bralský tunel. Je to jednokoľajný tunel s celkovou dĺžkou 3 011 m a 375 tunelovými pásmi (bez P1 a P2).

Budovaný bol modifikovanou rakúskou metódou. Svetlá výška tunelového profilu je 6,0 m a šírka 5,5 m. Plocha profilu je približne 27,88 m2. Tunel má 59 bezpečnostných výklenkov na ľavej strane a 59 bezpečnostných výklenkov na pravej strane. Vpravo od osi tunela sa v pásoch č. 190 a 191 nachádza vertikálna vetracia šachta dokončená v roku 1950. Šachta má hĺbku 120 m a kruhový prierez s priemerom 4,2 m. Maximálna výška nadložia je približne 222 m. Horský masív Brala sa vyznačuje veľmi zložitou geologickou stavbou. Tunel bol razený v dolomitoch, veľmi tlačivých až napúčavých hlinitých bridliciach a v andezite a andezitových tufoch.

Rozsiahle a časté komplikácie počas výstavby spôsobovali vysoké prítoky vody, z toho často tlakovej vody. Historické údaje uvádzajú najväčšie množstvo pritekajúcej vody pri narazení prameňa s výdatnosťou 207 l/s v roku 1928; veľmi výdatný prítok 204 l/s bol narazený aj v roku 1929. Značné prítoky vody výrazne komplikovali postup výstavby a aktivovali napúčanie hornín, čo viedlo napríklad k úplnému závalu smerovej štôlne na dĺžke 9 m.

Oblasť východného portálu (P2) v katastri obce Sklené pri Handlovej sa nachádza južne od obce v oblasti, ktorá sa v súčasnosti využíva ako pasienok. Západný portál (P1) sa nachádza v katastri obce Ráztočno v údolí Bralského potoka v rekreačnej oblasti Remata, pričom oblasť okolo portálu je zalesnená. Medzi ŽST Sklené pri Handlovej a portálom tunela č. P2 sa nachádzajú dva smerové oblúky. Koľaj do tunela vstupuje v priamej trase, v tuneli prechádza do smerového oblúka a za portálom č. P1 v smere na Handlovú nasleduje ďalší oblúk. Koľaj v tuneli klesá smerom k portálu č. P1 v sklone približne 14 ‰.

Príprava územia

V rámci prípravných prác sa rieši odstránenie náletovej zelene, čistenie zanesenej hlavnej odvodňovacej priekopy za Handlovským portálom a nevyhnutné demolačné práce.

Náhorné priekopy a úprava zbernej odvodňovacej priekopy

V projekte je navrhnutá rekonštrukcia povrchového odvodnenia v okolí vetracej šachty, ktorá je tvorená odvodňovacou sústavou betónových odvodňovacích priekop, systémom trativodov a zvodných potrubí. Sústava je v súčasnosti už v značnom rozsahu poškodená, miestami nefunkčná. V čase výdatných zrážok dochádza k pravidelnému rozlievaniu dažďovej vody z poškodených priekop do okolitého terénu a k následnému vsakovaniu vody do podložia a jej pretekaniu do priestoru vetracej šachty a tunela.

Počas geodetických prác sa objavila poškodená odvodňovacia sústava priekop a trativodov aj nad Skelnianskym portálom a sústava priekop nad Handlovským portálom, ktoré boli následne zahrnuté do rozsahu plánovanej rekonštrukcie.

Tunelová rúra a ostenie – súčasný stav, technické riešenie sanácie

Existujúce ostenie tunela je prevažne murované z opracovaného kameňa, časť tunelových opôr je betónová. Kamenné ostenie je v pomerne dobrom stave vzhľadom na vek tunela a úroveň jeho zavodnenia. Z dôvodu vplyvu presakujúcej vody sú na kamennom ostení zistené miesta zvetrávania a vylúhovania malty zo škár medzi kamennými blokmi murovaného ostenia. Na niektorých miestach bolo zistené zvetranie povrchu betónového ostenia.

Tunel vykazuje výrazné lokálne zavodnenie tunelových pásov, ktoré sa pravidelne v zimných mesiacoch prejavuje zaľadnením ostenia tunela a železničného zvršku. Pôvodná hydroizolácia (asfaltový náter, ochranné plechy) je porušená a prevažne nefunkčná, preto doň na viacerých miestach zateká. V rámci rekonštrukcie sú, podobne ako v Miľavskom tuneli, naplánované opravy, a to odstránenie zvetraných častí ostenia tunela tlakovou vodou, oprava škárovania styčných a ložných škár kamenného muriva a poškodených povrchov betónového ostenia, realizácia tesniacej chemickej injektáže zavodnených tunelových pásov a obnova bezpečnostných náterov tunela.

Poškodená malta bude zo škár murovaného ostenia vysekaná do hĺbky predpísanej projektom, vyčistené škáry budú vyklinené, následne sa ručne nanesie maltová zmes na celú hĺbku škáry. Injektáž ostenia sa bude realizovať na vybraných tunelových pásoch. Jej účelom je obnoviť tesnosť ostenia tunela proti prenikaniu horninovej vody do profilu tunela. Injektáž sa bude realizovať ako jednostupňová alebo dvojstupňová, s použitím rýchlotvrdnúcej dvojzložkovej živice na báze polyuretánu.

Plochy betónových opôr tunelového ostenia, ktoré sú poškodené, sa opravia formou sanácie povrchu založenej na obnovení poškodenej vrstvy nahradením karbonizovaného a degradovaného betónu sanačnou maltou. Oprava betónových opôr je navrhovaná v ich celej výške od päty klenby až po pracovnú škáru medzi oporami a kamenným ostením klenby. Použijú sa dva typy sanácie podľa hĺbky poškodenia betónu.

Tunelová stoka, odvodnenie

Existujúce odvodnenie tunela je tvorené hlavným zberačom umiestneným v strede tunelového profilu pod koľajovým spodkom a zvodnicami, ktoré odvádzajú drenážne vody spoza ostenia tunela. Zvodnice tunela sú v súčasnosti zvedené potrubím v železničnom spodku. Ďalší existujúci odvodňovací prvok sú zaústenia prítokov (prameňov) vody a odvodňovacie otvory umiestnené v rôznych výškach v ostení. Presakujúca voda vyteká v mnohých prípadoch priamo na železničnú trať, resp. steká po vzdušnej strane ostenia do koľajového zvršku a cez štrkové lôžko vteká do hlavného zberača.

Na základe obhliadky boli na Handlovskom portáli zistené nejasnosti v spôsobe riešenia vyústenia hlavného zberača z tunela a jeho vedenia za tunelom. Následným skúmaním archívnych zdrojov sa zistilo, že v roku 1979 bola na tuneli vykonaná rozsiahla úprava. Pracovníci vodární a správcu tunela uložili do stredovej tunelovej stoky potrubie z PVC s priemerom 225 mm, do ktorého napojili niekoľko odbočiek, ktoré zachytávajú podzemnú vodu z väčších bodových prítokov. Tieto opatrenia sa vykonali s cieľom vytvoriť nový zdroj pitnej vody pre mesto Handlová ako náhradu zničeného zdroja a vodojemu nad obcou Nová Lehota po ničivom zosuve v roku 1960.

Vyústenie hlavného zberača na Handlovskom portáli bolo upravené a napojené do objektu vodární, kde prebiehalo chlórovanie a nedokonalá kontrola akosti vody. Tieto opatrenia mali čiastočne vyriešiť ochranu vodného zdroja, ale ich ochranné funkcie boli minimálne, keďže nimi nebolo možné zabrániť zmiešavaniu horninovej vody a odvodnenia štrkového koľajového lôžka z dopravného priestoru tunelovej rúry. Po niekoľkých haváriách a následnej kontaminácii vody pristúpili vodárne k zabezpečeniu nového zdroja vody pre mesto a vybudovali verejný skupinový vodovod Turček – Handlová – Prievidza. Vzhľadom na to, že vodárne prestali využívať vodu z tunela a ani s jej využitím do budúcna nepočítajú, zbúrali vodojem, do ktorého bola tunelová voda odvádzaná. V roku 2009 sa na odvodňovací systém tunela napojil novovybudovaným vodovodom Hotel Remata a úžitkovú vodu z tunela v súčasnosti využíva na prácu tepelných čerpadiel.

V miestach tunelových pásov vykazujúcich značné zavodnenie je navrhnuté doplnenie systému odvodňovacích vrtov s výpažnicou zaústených do zvislých zvodníc tvorených prekrytou drážkou v ostení tunela. Zvodnice budú zaústené potrubím DN 110 do hlavného zberača, podobne ako v Miľavskom tuneli.

Po odstránení koľajového zvršku, spodku a krycích dosiek nad hlavným zberačom sa opravia poškodené miesta hlavného zberača, vymenia poškodené zákrytové dosky a doplnia čistiace šachty. Súčasťou rekonštrukcie odvodnenia tunela bude obnova existujúcich bodových záchytov podzemnej vody, ich prečistenie a výmena poškodených častí. Zároveň sa zrekonštruuje vonkajšia kanalizácia pred Handlovským portálom, plánovaná je úplná výmena nevyhovujúceho a poškodeného železničného priepustu v km 10,788, do ktorého je tunelová drenáž čiastočne zaústená. Projekt rieši prekládku vodovodu pre Hotel Remata z dôvodu výmeny priepustu, odstránenie nevyužívaného napojenia do zbúraného vodojemu vodární a vyčistenie odvodňovacej priekopy, do ktorej je priepust zaústený.

Portály tunela

Portálové steny a múry Bralského tunela nevykazujú výraznejšie poškodenie. Handlovský portál je tvorený z opracovaných kamenných kvádrov z andezitu a žuly a Skleniansky z andezitu. Pohľadové plochy sú pokryté machom, náletovou vegetáciou a iným organickým materiálom, miestami sú navlhnuté a vykazujú len lokálne poškodenia škárovania, ktoré je na niektorých miestach vypadané, prípadne vylúhované. Projekt rieši vyčistenie portálových konštrukcií, odstránenie náletových porastov a zvetraných častí, opravu škárovania muriva a ošetrenie muriva konzervačným nástrekom.

Súčasťou plánovanej rekonštrukcie bude kompletná výmena železničného spodku a železničného zvršku v tuneli a na priľahlých úsekoch trate, rekonštrukcia dvoch priepustov v km 7,338 a km 10,788, preložka existujúcej vodovodnej šachty, preložka oznamovacích káblových vedení, inštalácia káblovej chráničkovej trasy v tuneli a preložka úžitkového vodovodu pre Hotel Remata.

Záver

Predstavené technické riešenia spĺňajú požiadavky objednávateľa na odstránenie kľúčových nedostatkov aktuálneho stavu spomínaných tunelov. Zároveň svojou realizáciou prispejú k zlepšeniu bezpečnosti, hospodárnosti a udržateľnosti dopravy na dotknutých železničných tratiach. Veríme, že skorá realizácia rekonštrukcií overí funkčnosť a kvalitu našich návrhov a súčasne prinesie dôležité praktické poznatky pre prípravu ďalších projektov týkajúcich sa existujúcej siete železničných stavieb.

Text: Ing. Branislav Neuschl, Ing. Pavol Olejník
FOTO A OBRÁZKY: Basler & Hofmann
Slovakia s. r. o.

Branislav Neuschl a Pavol Olejník pôsobia v spoločnosti Basler & Hofmann Slovakia s. r. o.

Literatúra
1. Dokumentácia pre vydanie stavebného povolenia a realizáciu stavby Rekonštrukcia Miľavského tunela na trati Plaveč – Podolínec, Basler & Hofmann Slovakia s. r. o. 12/2022.
2. Dokumentácia pre vydanie stavebného povolenia a realizáciu stavby Sklené pri Handlovej – Handlová, rekonštrukcia Bralského tunela, Basler & Hofmann Slovakia s. r. o. 11/2022.
3. Tunel prezidenta T. G. Masaryka, doc. Ing. Vladislav Horák, CSc., 2011.
4. Bralský tunel (Tunel T. G. Masaryka, Veľký tunel), Miroslav Kožuch, 25. 3. 2000.
5. Handlová – Horná Štubňa, Mgr. Jozef Prillinger, Mgr. Daša Krčová – archív ŽSR Bratislava, Mgr. Peter Kallo – Železničné múzeum Bratislava: Horská železnica z Handlovej do Hornej Štubne.