Výstavba tunela Prešov

Stavebné práce na západnom diaľničnom obchvate mesta Prešov sú v plnom prúde. Súčasťou tejto rozsiahlej dopravnej stavby sú aj dve rúry rovnomenného tunela. Každá má dĺžku presahujúcu 2 km, navzájom sú prepojené ôsmimi prepojeniami. Tunel sa začal raziť v júni minulého roka, práce realizuje spoločnosť Metrostav, a. s., v spolupráci s firmou TuCon, a. s.

V súčasnosti sú obe rúry prerazené na úrovni kalot a stupňov, pričom prebieha razenie dna a vykonávajú sa práce na definitívnom ostení tunela. Článok približuje samotnú konštrukciu tunela, stav vykonaných prác a výhľad budúcich prác.

Mesto Prešov je dôležitou križovatkou cestných komunikácií križujúcich Slovensko ako západno-východným (Žilina – Užhorod), tak severojužným (Krosno – Košice) smerom.

V súčasnosti prechádza celý objem dopravy v záujmovom území po komunikačnom systéme mesta Prešov, čo so sebou prináša všetky negatívne vplyvy na životné prostredie a obmedzenie komfortu miestneho obyvateľstva.

Mesto Prešov nemá v súčasnosti vybudované komunikácie nadradenej dopravnej infraštruktúry situované mimo zastavaného územia mesta. Súčasťou tejto nadradenej dopravnej infraštruktúry budú diaľnica D1 a rýchlostná cesta R4.

Diaľnica D1 bude tvoriť „západný“ obchvat mesta a rýchlostná cesta R4 bude tvoriť „severný“ ochvat. Tieto komunikácie sú navzájom prepojené v mimoúrovňovej križovatke Prešov západ, pričom jednou z ich funkcií je previesť najmä tranzitnú dopravu mimo zastavaného územia mesta.

Líniová stavba západného obchvatu v kategórii D 26,5/100 dosahuje dĺžku 7,870 km, pričom zahŕňa spolu tri mimoúrovňové križovatky, osemnásť mostných objektov, viac ako 6 km protihlukových stien a už spomenuté tunelové objekty.

Základné údaje o tuneli Prešov

Tunel Prešov je dvojrúrový tunel s jednosmernou premávkou v každej rúre. Dĺžka severnej tunelovej rúry je 2 230,5 m, južnej tunelovej rúry 2 244 m. Oba tunely sú na prevažnej dĺžke razené, v príportálových oblastiach sú hĺbené.

Smerovo vedie trasa v tvare predĺženého písmena „S“, zloženého z kruhových oblúkov s prechodnicami a z priamej v strednej časti tunela. Tvar trasy umožňuje vhodné situovanie portálov vo vzťahu k morfológii terénu a tiež vhodné svetelné pomery pri vjazde a výjazde z tunela.

Vzájomná vzdialenosť osí tunelových rúr je premenlivá, pričom minimálne hodnoty sú (osovo) 29, resp. 30 m na oboch portáloch, maximálna vzdialenosť je 40 m v strednej časti trasy tunela. Trasa stúpa v konštantnom spáde 2,8 % od východného portálu smerom k západnému.

Šírka vozovky medzi obrubníkmi je 7,5 m, šírka chodníkov 2 × 1 m, výška prejazdného prierezu tunela je 4,8 m a svetlá výška nad chodníkmi 2,2 m. Každá tunelová rúra má dva núdzové zálivy s dĺžkou 52 m. Tunely budú prepojené ôsmimi priečnymi prepojeniami.

Dva z nich sú umiestnené v núdzových zálivoch a slúžia ako prejazdné prepojenia pre záchranné zložky (PP-ZJ). Zostávajúcich šesť je priechodných.

V troch z nich je súčasne umiestnená miestnosť pre technologické vybavenie tunela (PP-CHT), v jednom sú umiestnené miestnosti na redukciu tlaku požiarneho vodovodu (PP-CH4) a dve priečne prepojenia sú určené len na únik osôb (PP-CH).

Inžinierskogeologické a hydrogeologické údaje

Z inžinierskogeologického hľadiska patrí územie do regiónu karpatského flyšu, oblasti flyšových vrchovín (Šarišskej vrchoviny) a do regiónu neogénnych tektonických vkleslín, oblasti vnútrohorských kotlín – Košickej kotliny.

Na geologickej stavbe dotknutého územia sa podieľajú predkvartérne paleogénne horniny, ďalej horniny paleogén-neogénneho veku a neogénne horniny. Tieto horniny sú lokálne prekryté kvartérnymi sedimentmi.

Paleogénne horniny vnútrokarpatského paleogénu sú zastúpené hutianskym súvrstvím, ktoré obsahuje ílovce až prachovce hnedej až sivej farby prevažne s laminovanou vrstevnatosťou, lokálne tenkodoskovitou. Ílovce až prachovce sú prevládajúcim litologickým typom v súvrství.

V súvrství sú ojedinele aj polohy pieskovcov hnedej až sivohnedej farby, ktoré sú jemno- až strednozrnné, vápnité. Zastihnuté je aj zuberecké ílovcovo-pieskovcové súvrstvie, ktoré má charakteristický flyšoidný vývoj.

Je zastúpené ílovcami až prachovcami hnedosivej, sivej, tmavosivej až čiernej farby s laminovanou tenkodoskovitou vrstevnatosťou a pieskovcami, ktoré sú sivé až sivohnedé, jemno- až strednozrnné, premenlivo vápnité a sľudnaté, v zdravých polohách až s doskovitou vrstevnatosťou.

Povrchová vrstva ílovcov je úplne zvetraná, ílovce majú extrémne nízku pevnosť (R6), smerom do hĺbky sú silno zvetrané, s veľmi nízkou pevnosťou (R5), ojedinele s nízkou pevnosťou (R4), hlbšie sú horniny stredne zvetrané.

V blízkosti tektonických línií sú horniny tektonicky porušené a ich pevnostné charakteristiky sú výrazne zhoršené. Pieskovce sú zastúpene kremitými, často glaukonitickými pieskovcami svetlosivej a tmavosivej farby.

Sú jemnozrnné až strednozrnné, miestami tenkodoskovité až doskovité, rôzne zvetrané a tektonicky porušené. Kremité pieskovce majú strednú až vysokú pevnosť (R3 – R2).

Príprava tunelových portálov

Stavebné práce na východnom portáli sa začali v októbri roku 2017, počas nich sa odťažilo viac ako 20 000 m³ horniny. Portálová jama sa hĺbila po etážach a postupne zabezpečovala striekaným betónom C 20/25 s hrúbkou 200 mm, vystuženým dvomi vrstvami siete Ø 8-100/Ø 8-100.

Svah čelnej steny portálu sa ďalej vystužoval klincami a lanovými kotvami. Prvé sa realizovali klince v etážach 1,25 m, po dosiahnutí úrovne lanových kotiev sa realizovali vrty pre laná, ktoré sa kotvili do roznášacích vodorovných železobetónových prahov zo železobetónu C 25/30.

Na východnom portáli sa realizovalo spolu šesť kotevných úrovní nad južnou tunelovou rúrou a osem kotevných úrovní nad severnou tunelovou rúrou. Spolu sa na svah použilo 1 116 zemných klincov s dĺžkou 12 m a 136 trojpramencových lanových kotiev s premennou dĺžkou od 12 do 25 m s predpínacou silou 400 kN.

Portálová stena je v dôsledku morfológie terénu pôdorysne lomená, pričom obe tunelové rúry sú na portáli vzájomne posunuté. Západný portál sa realizoval rovnakým spôsobom ako východný portál.

V tomto prípade sa presúvalo spolu 23 000 m³ horniny. Použilo sa 727 zemných klincov a 74 lanových kotiev s predpínacou silou 350 kN.

Razičské práce

Razenie sa vykonávalo súčasne zo štyroch čelieb – z dvoch z východného portálu a z dvoch zo západného.

Prebiehalo podľa princípov Novej rakúskej tunelovacej metódy, ktorá je charakteristická tým, že sa prispôsobuje aktuálne zastihnutým geologickým a hydrogeologickým podmienkam, a to spôsobom rozpájania (strojové, trhacie práce, dĺžka a členenie záberu) aj spôsobom vystrojovania (striekaný betón, oceľová výstuž, kotvenie, predstihové opatrenia).

V rámci tunela Prešov bolo projekčne pripravených spolu šesť vystrojovacích tried – trieda 3, 4, 5a, 5b, 6 a 7.
Počiatočné úseky tunelov v portálových oblastiach sa realizovali vo vystrojovacej triede 7.

Charakterizovalo ju predstihové zaistenie čelby v podobe mikropilótového dáždnika, ktorý tvorilo 45 ks mikropilót s Ø 89 mm a s dĺžkou 15 m. Dĺžka záberu v kalote bola 1 m. Výrub sa zabezpečoval kombináciou striekaného betónu C 25/30 s hrúbkou 250 mm, oceľových priehradových nosníkov a oceľových sietí.

Radiálne kotvenie tvorili kotvy IBO s dĺžkou 6 m. Bezodkladne za čelbou sa razil stupeň, následne sa celý výrub uzavrel protiklenbou zo striekaného betónu. Po prekonaní portálových oblastí prešlo razenie na západnom portáli do vystrojovacej triedy 6.

Tá sa vyznačovala strojným rozpájaním kaloty na dĺžku 1,3 m. Vo vrchole kaloty sa vykonávalo ihlovanie pomocou oceľových ihiel s dĺžkou 4 m a s priemerom 25 mm. Výrub sa zabezpečoval striekaným betónom C 25/30 s hrúbkou 300 mm, dvomi vrstvami oceľových sietí a priehradovými oceľovými nosníkmi.

Radiálne kotvy boli maltované (SN) na dĺžke 4 až 6 m. Zlepšujúce sa geologické podmienky vzápätí dovolili prechod do vystrojovacej triedy 5b. Pri razení z východného portálu bolo možné prejsť do vystrojovacej triedy 5b v kalote ihneď po prekonaní príportálového úseku.

V triede 5b sa výrub rozpojoval pomocou trhacích prác na maximálnu dĺžku záberu 1,7 m. Výrub sa takisto predstihovo zabezpečoval pomocou oceľových ihiel, v počte do 31 ks na záber.

Zaistenie výrubu sa uskutočňovalo striekaným betónom C 25/30 s hrúbkou 250 mm, oceľovými priehradovými nosníkmi a dvomi vrstvami oceľových sietí. Radiálne sa kotvilo pomocou maltovaných SN kotiev. Pracovné cykly bolo nevyhnutné prispôsobovať obmedzeniu trhacích prác, ktoré boli zakázané medzi 22:00 a 7:00 h.

Napriek tomu bolo možné dosahovať rýchlosť dva až tri zábery za 24 h. S odstupom približne 100 m sa razil stupeň tunela. Striedavo na ľavej a na pravej strane, pričom vždy na opačnej strane sa ponechala zjazdná rampa tak, aby razením stupňa nebolo dotknuté razenie kaloty.

Navyše, keď to podmienky dovolili, otváralo sa v súbehu s postupom razenia aj pracovisko na prepojeniach. Pomerne stále geologické podmienky, bez výrazných a zásadných zmien a navyše bez výraznejších prítokov podzemnej vody, dovolili vykonávanie prác v pravidelnom rytme bez veľkých zmien, čo sa priaznivo prejavilo v rýchlosti postupu razenia.

V polovici júna tohto roka tak obe protismerne razené čelby dospeli k vzájomnému prerazeniu. V severnej tunelovej rúre nastal tento okamih 13. 6. 2019 a sprevádzala ho aj prítomnosť ministra dopravy Árpáda Érseka či prešovskej primátorky Andrey Turčanovej.

Obaja hostia sa pred prítomnými novinármi vyjadrovali o prácach pochvalne, pretože razičom sa podarilo skrátiť čas oproti plánovanému harmonogramu až o tri mesiace. Južná tunelová rúra bola v úrovni kaloty prerazená 18. 6. 2019.

Zhruba s týždennými odstupmi boli obe tunelové rúry prerazené aj na úrovni stupňa. Následne sa začalo s razením dna, ktoré sa razí do klenbového tvaru, prípadne sa tvarovo prispôsobuje zastihnutým geologickým podmienkam.

Postupne, po blokoch s dĺžkou 12 m (bloky zodpovedajú blokom hornej klenby definitívneho ostenia), sa dno vypĺňa betónom triedy C 16/20. Dno sa pritom realizovalo v súbehu na viacerých pracoviskách s tým, že vždy musela byť zachovaná prejazdnosť cez tunely z východného na západný portál.

Sekundárne ostenie tunela

Realizácia dna znamená prelom razičských prác v práci na definitívnom ostení. V takte blokov dna sa vykonáva betonáž základových pásov, ktoré sú z armovaného betónu triedy C 30/37. V miestach výklenkov a krčkov prepojení sú súčasťou základových pásov aj drenážne šachty.

Mimo základových pásov je umiestnené drenážne potrubie, ktoré je obetónované do obojstranných kynet. Vrch drenážneho potrubia je zakrytý spádovaným filter betónom. Pozdĺžne drenáže sú súčasťou ochrany tunela pred podzemnou vodou.

Druhým prvkom ochrany je hydroizolácia, ktorá pokrýva líc primárneho ostenia klenby tunela. Izolácia je zvedená do priestoru drenáží, celý systém tak vytvára tzv. „dáždnik“. Na ochrannú geotextíliu sa kladie fóliová izolácia s hrúbkou 2 mm.

Po zrealizovaní hydroizolácie, tlakových skúšok zváraných spojov a po prevzatí zástupcami TDI je klenba po jednotlivých blokoch pripravená na ukladanie armatúry hornej klenby.

Počas výstavby sa oproti zadávacej dokumentácii pre verejné obstarávanie zistilo, že prítoky podzemnej vody sú oproti predpokladom na úrovni zhruba 20 %. Z tohto dôvodu sa po konzultácii s investorom preprojektovalo odvodnenie tunela.

Vypustila sa stredová kanalizácia DN 400 a znížili sa dimenzie bočných drenáží z DN 300 na DN 250. Následne prišlo na rad betónovanie hornej klenby po jednotlivých blokoch.

Pri tuneli Prešov sa obstarali dva debniace vozy (každý pre jednu tunelovú rúru) vyrobené rakúskou firmou Östu Sttetin. Betón sekundárneho ostenia klenby je v prvých 600 m tunela triedy C 30/37, XF4, XC3, v ostatných častiach ide potom o triedu C 30/37, XF2, XC3.

Skúsenosti z priebehu výstavby

Počas razenia sa zhotoviteľ stretol s relatívne horšou kvalitou geologickej stavby horninového masívu, pričom bolo nevyhnutné inštalovať väčší počet vystrojovacích prvkov. Takisto bolo nutné realizovať razenie vo väčšom rozsahu v horších vystrojovacích triedach, než sa predpokladalo.

Aj napriek tomu však razenie prebiehalo natoľko efektívne, že zhotoviteľ prerážal obe tunelové rúry zhruba s trojmesačným predstihom oproti harmonogramu výstavby. Problémom, ktorý vyvolala horšia skladba horninového masívu, boli najmä jednostranné priečne konvergencie, ktoré dosahovali až 40 mm.

Tieto deformácie neprebiehali skokovo pri razení stupňa alebo dna, ako sme väčšinou zvyknutí, ale prebiehali dlho po dokončení stupňa v miestach, kde nebol predpoklad následného uzatvárania protiklenby.

Pri dosiahnutí limitných deformácií bolo nakoniec nevyhnutné zachytiť priečne posuny uzavretím celého razeného profilu protiklenbou zo striekaného betónu vystuženou sieťovinou. V súčasnosti sa realizuje definitívne ostenie dvomi debniacimi vozmi, pričom v každej tunelovej rúre je nasadený jeden takýto voz.

Záver

Razenia tunela Prešov v pieskovcovom a ílovcovom súvrství flyšového pásma ukázali vysokú profesionalitu oboch zúčastnených firiem (Metrostav, a. s., a TuCon, a. s.). Vďaka nej boli razičské práce dokončené s predstihom troch mesiacov oproti plánovanému harmonogramu.

V súčasnosti prebiehajú práce na definitívnom ostení. Tunely, rovnako ako celý západný obchvat Prešova, by mali byť sprevádzkované v roku 2021.