Tunel Ovčiarsko: Hodnotenie kvality horninového masívu flyšových hornín

V súčasnosti sa mnoho technických projektov navrhuje a realizuje v prostredí flyšových hornín, veľmi rozšírených na území Slovenska. Flyšové formácie sa vo všeobecnosti vyznačujú výraznou litologickou heterogenitou a sú charakteristické výskytom málo pevných a tektonicky porušených štruktúr striedajúcich sa s pevnými polohami hornín.

Poznáte výhody Klubu ASB? Stačí bezplatná registrácia a získate sektorové analýzy slovenského stavebníctva s rebríčkami firiem ⟶

Hodnotenie kvality horninového masívu sa stáva pri tunelových stavbách nevyhnutnosťou a vyžaduje si použitie presnej geomechanickej klasifikácie. Kvalita horninového masívu tunela Ovčiarsko, ktorý je súčasťou diaľnice D1 Hričovské Podhradie – Lietavská Lúčka, sa stanovila v zmysle klasifikácie RMR (Bieniawskeho, 1989).

V trase tunela bolo vyčlenených niekoľko typov geotechnických úsekov. Z dôvodu výskytu heterogénnych flyšových hornín sa metodika výpočtu upravila – najskôr sa stanovila hodnota RMR pre jednotlivé litologické horninové typy zastúpené vo výrube a následne sa na základe percentuálneho zastúpenia týchto litologických typov vypočítala výsledná hodnota RMR pre celý dokumentovaný výrub.

Pri masívoch tvorených flyšovými horninami je stanovenie kvality horninového prostredia veľmi náročné. Flyšový horninový masív predstavuje vo všeobecnosti veľmi nehomogénne, nespojité a anizotropné prostredie, ktorého vlastnosti spôsobujú, že jeho charakterizácia je pomerne zložitá.

Cieľom článku je poukázať na problematiku hodnotenia kvality horninového masívu na základe použitia metódy RMR na príklade diaľničného tunela Ovčiarsko. Masív tunela charakterizuje najmä nepravidelné striedanie flyšových sedimentárnych, pelitických vrstiev (ílovce, prachovce alebo ílovité bridlice) s polohami pieskovcov a zlepencov. Celková skladba horninového masívu je veľmi heterogénna a anizotropná, výrazne ovplyvnená zložitým tektonickým vývojom.

Tunel Ovčiarsko je súčasťou diaľnice D1 Hričovské Podhradie – Lietavská Lúčka (obr. 1). V predošlom období sa realizovalo niekoľko etáp inžinierskogeologického prieskumu, v rámci ktorého bola vyrazená aj prieskumná štôlňa Ovčiarsko v profile severnej tunelovej rúry (Panek a kol., 1998; Matejček a kol., 2008).

Celková dĺžka severnej tunelovej rúry (ďalej len STR) je 2 300 m, dĺžka južnej tunelovej rúry (ďalej len JTR) je 2 320 m v razenej časti. Razenie tunela prebiehalo v zmysle NRTM, s horizontálnym členením výrubu na kalotu, stupeň a dno (Valko a kol., 2015). Výstavba tunela Ovčiarsko sa začala vo februári 2014, prerážka sa dosiahla v apríli 2016. Tunel bol odovzdaný do definitívneho užívania motoristickej verejnosti 29. januára 2021.

Geologicko-tektonické pomery

Tunelom Ovčiarsko prekonáva diaľnica D1 masív tektonických jednotiek bradlového pásma a západný okraj paleogénnej výplne Žilinskej kotliny. V km 0,37 – 0,43, v smere od západného portálu (ZP), je horninový masív budovaný vápnitými ílovcami (slieňovcami) s polohami pieskovcov a blokmi rifových vápencov hričovskopodhradského súvrstvia.

Za ním vystupujú podložné ovčiarske vrstvy tvorené zlepencovým flyšom (striedanie vrstiev ílovcov, pieskovcov a zlepencov). Od km 0,50 vystupujú masívne polohy súľovských zlepencov (obr. 2). V km 0,67 – 1,74 sa nachádzajú paštinozávadské vrstvy tvorené silne zvrásnenými flyšovými sekvenciami ílovcov, pieskovcov a zlepencov. Od km 1,74 smerom k východnému portálu (VP) vystupujú domanižské vrstvy tvorené vápnitými ílovcami, slieňovcami a pestrými ílovcami v prevahe nad pieskovcami.

Metodika

Na stanovenie kvality horninového masívu tunela Ovčiarsko sa použila geomechanická klasifikácia RMR (Rock Mass Rating) podľa Bieniawskeho (1989). Na klasifikáciu horninového masívu RMR sa používa týchto šesť vstupných parametrov:

• pevnosť horniny v prostom tlaku (A),
• index RQD (B),
• vzdialenosť plôch diskontinuít (C),
• charakter plôch diskontinuít (D),
• prítomnosť a tlak podzemnej vody (E),
• orientácia diskontinuít voči smeru razenia (F).

Celková kvalita horninového masívu je hodnotená súčtom, prípadne odpočtom bodov, ktorými sú hodnotené jednotlivé vlastnosti masívu a horniny (1):

Z dôvodu výskytu heterogénnych flyšových hornín sa metodika výpočtu upravila. V prvom kroku sa samostatne stanovila hodnota RMR pre jednotlivé litologické horninové typy (RMR1, RMR2, RMR3) zastúpené vo výrube a následne sa na základe percentuálneho zastúpenia týchto litologických typov (X1, X2, X3) vypočítala výsledná hodnota RMR pre celý dokumentovaný výrub podľa vzťahu (2):

Hodnotenie kvality horninového masívu flyšových súvrství tunela Ovčiarsko

Na účely komplexného hodnotenia inžinierskogeologických, geotechnických a hydrogeologických pomerov v trase tunela Ovčiarsko bol horninový masív na základe výsledkov z inžinierskogeologických prieskumov (Panek a kol., 1998; Matejček a kol., 2008) rozčlenený na kvázi homogénne bloky a geotechnické úseky (Jakubis a kol., 2020). Bloky charakterizujú prevládajúce geotechnické podmienky razenia vyjadrené priradenými technologickými triedami v zmysle NRTM.

V masíve tunela Ovčiarsko sa vyčlenilo 5 typov geotechnických úsekov (blokov). Geotechnický blok M (km 0,295 – 0,370) tvorí kriedové súvrstvie slieňovcov, slienitých bridlíc a vápnitých ílovcov, s rôznym zastúpením pieskovcov a piesčitých vápencov. Hodnoty indexu RQD sú od 13 do 40 %, pevnosť hornín v masíve sa pohybuje v širokom rozsahu 10 – 60 MPa s priemernou hodnotou 27 MPa. Hodnota indexu RMR je v rozsahu od 26 do 41 bodov, čo zodpovedá zlej kvalite horninového masívu a len lokálne uspokojivej kvalite horninového masívu. V km 0,370 – 0,430 tunela Ovčiarsko vystupuje geotechnický blok s označením PGV.

Tento úsek budujú paleogénne flyšové horniny hričovskopodhradského súvrstvia, so zastúpením vápnitých ílovcov (slieňovcov), pestrých ílovcov, s blokmi rífových vápencov, pieskovcov a karbonátových brekcií. Hodnota indexu RQD je 28 – 40 % a hodnota pevnosti v prostom tlaku σc je v rozpätí 28 – 53 MPa. Hodnota indexu RMR je 29 – 39 bodov, čo v zmysle klasifikácie Bieniawskeho (1989) zodpovedá zlej kvalite horninového prostredia. Geotechnický blok PGZ tvoria viaceré úseky v km 0,430 – 0,550, km 0,670 – 0,875, km 0,880 – 0,952 a km 0,980 – 1,740.

Blok tvoria paleogénne flyšové horniny ovčiarskych a paštinozávadských vrstiev. Horninový masív tvoria silne zvrásnené a striedajúce sa polohy zlepencov, pieskovcov a vápnitých ílovcov (obr. 3). Hodnoty indexu RQD sú od 23 do 52 %, pevnosť hornín v masíve sa pohybuje v širokom rozsahu 17 – 53 MPa. Hodnota indexu RMR pre geotechnický blok PGZ sa pohybuje v rozsahu od 31 do 56 bodov, čo zodpovedá zlej až uspokojivej kvalite horninového masívu.

Geotechnický blok PGZZ sa skladá z viacerých čiastkových úsekov v trase tunela Ovčiarsko. Hlavný úsek je v km 0,550 – 0,670. Čiastkové úseky geotechnického bloku sú v km 0,520 –0,530, km 0,875 – 0,880 a km 0,952 – 0,980 (obr. 2). Geotechnický úsek tvoria hrubo až veľmi hrubo vrstevnaté (masívne) polohy súľovských zlepencov a pieskovcov (obr. 4). Index RQD je v rozpätí 48 – 85 %. Pevnosť hornín v masíve geotechnického bloku PGZZ sa pohybuje v rozpätí 42 – 70 MPa.

Hodnota indexu RMR je 46 – 63 bodov, čo zodpovedá uspokojivej až dobrej kvalite horninového prostredia. V km 1,740 – 2,615 tunela Ovčiarsko sa nachádza geotechnický blok PG tvorený paleogénnymi vápnitými ílovcami (slieňovcami), s polohami pieskovcov a pestrých ílovcov domanižského súvrstvia (obr. 5).

Hodnoty indexu RQD sú od 4 do 45 %. Pevnosť hornín v masíve geotechnického bloku PG sa pohybuje v širokom rozpätí 1,5 – 31 MPa, s priemernou hodnotou 21 MPa. Hodnota indexu RMR pre geotechnický blok PG sa pohybuje v širokom rozpätí od 12 do 48 bodov, čo zodpovedá veľmi zlej až uspokojivej kvalite horninového masívu.

Záver

Z charakteristiky vyčlenených geotechnických úsekov (blokov) tunela Ovčiarsko podľa vypočítaných hodnôt RMR vyplýva, že v trase razených tunelových rúr (STR – 2 360 m; JTR – 2 320 m) zodpovedá 73 % horninového masívu uspokojivej kvalite horninového prostredia, 19 % zlej kvalite horninového prostredia a 5 % veľmi zlej kvalite horninového prostredia. Iba 3 % horninového masívu majú dobrú kvalitu horninového prostredia.

Stanovené výsledky hodnôt RMR poukazujú na pomerne širokú variabilitu kvality horninového prostredia, čo je vo výraznej zhode so zistenou heterogenitou horninového masívu v trase tunela Ovčiarsko.

TEXT: Michal Kubiš, Jana Bučová, Anton Matejček, Pavol Gaži
OBRÁZKY: DPP Žilina, s. r. o.

Článok bol uverejnený v časopise IS 5/2024