Inžinierskogeologické a geotechnické podmienky zistené počas razenia tunela Poľana

Tunel Poľana je súčasťou diaľničného úseku D3 Svrčinovec – Skalité s celkovou dĺžkou 12,3 km. V zmysle STN 73 7507 bol naprojektovaný ako tunel kategórie 2T – 8,0 s dočasnou obojsmernou premávkou cez pravú tunelovú rúru (JTR) s dvoma núdzovými zálivmi. Ľavá tunelová rúra bola projektovaná ako úniková štôlňa. S tunelom je prepojená troma priečnymi prepojeniami, ktoré budú slúžiť ako únikové cesty.

Os tunela je orientovaná SZ-JV smerom, je v nadmorskej výške 600 m n. m. s mocnosťou nadložia do 75 m. Tunel stúpa smerom od západného portálu k východnému v sklone 2 %. Celková dĺžka JTR je 898 m, pričom dĺžka razenej časti je 860,60 m a hĺbenej časti 37,40 m. Celková dĺžka únikovej štôlne (STR) je 866,12 m. Výstavba sa oficiálne začala 25. 2. 2013, základný kameň bol položený 30. 10. 2013. Samotné razenie tunela (JTR) sa začalo 31. 7. 2014, slávnostné prerazenie JTR sa uskutočnilo 7. 9. 2015.

Začlenenie do geologického regiónu

Územie, ktorým prechádza tunel Poľana, patrí do oblasti Západných Karpát zasahujúcich do územia geomorfologickým celkom Jablunkovským medzihorím. Jeho horninové prostredie tvorí magurský tektonický celok zastúpený račanskou litofaciálnou tektonickou jednotkou – zlínskym súvrstvím (stredný eocén, Potfaj, 2003). V rámci zlínskeho súvrstvia podľa Potfaja je územie v trase diaľnice budované vsetínskymi vrstvami.

Tieto vrstvy sa vyznačujú prevahou hrubých vrstiev lastúrnato odlučných ílovcov s lavicami jemno- až strednozrnných pieskovcov s glaukonitom. Vzhľadom na rozdielnu citlivosť horniny na exogénne činitele je masív ílovcov a pieskovcov výrazne heterogénny, s rozdielnymi hĺbkami zvetrania, s rozličnou intenzitou a stupňom rozpadu, veľkosťou a typom bloku.

Obr. 1 Inžinierskogeologická a tektonická mapa v úrovni kaloty tunela Poľana (Szabó, Moravanský in Plšková et al., 2016)

Stručná geologicko-tektonická charakteristika

V profile trasy tunela vystupuje súvrstvie paleogénnych hornín zastúpených vrstvami prevažne sivých, hnedých, tenkolaminovaných, tenkodoskovitých až doskovitých ílovcov, ktoré často prechádzajú do siltových ílovcov až siltovcov. Pieskovce sú sivé, modrosivé, jemno- až strednozrnné, s vápnitým a kremitým tmelom, miestami prežilnené kremeň-kalcitovými žilkami a impregnáciami pyritovej mineralizácie.

Obr. 2 Vľavo: Kalota – antiklinálna štruktúra (P – pukliny, V – vrstevnatosť). Jadro antiklinály tvoria ílovce s lastúrnatým rozpadom, v ramenách vrásy vystupujú tenkolaminované ílovce, hrebeň antiklinály tvoria tenkodoskovité jemnozrnné až strednozrnné pieskovce. Staničenie kaloty: 213 m, ZK-197 (foto: Szabó, 2016)

Zastúpenie jednotlivých fácií v profile vrstiev v rôznych úsekoch a štruktúrach je variabilné. Pri podrobnej geologickej a geotechnickej dokumentácii sa zistili hlavne tektonické línie v smere SZ-JV, V-Z, SSV-JJZ a niekoľko systémov puklín so sklonmi k JZ, S, J, SZ. Najväčšie zastúpenie majú zlomové a puklinové systémy v smere SSV-JJZ. Rozsah a stupeň tektonických prejavov v niektorých úsekoch profilu trasy tunela poukazuje na detailné tektonické prepracovanie (obr. 2, 4), ako aj na deštrukciu hornín vplyvom vrásnenia.

Obr. 3 Kalota – ílovce na kontakte s pieskovcami. Staničenie kaloty: 836,5 m, VK0023 (foto: Szabó, 2016)

Vzhľadom na nízku rigiditu vrstiev ílovcov mali niektoré úseky charakter tektonických zón. V týchto deformovaných zónach boli vrstvy výrazne prevrásnené, tektonicky prepracované, často s prítokmi vody. Hydrogeologické pomery sa podrobne overili prieskumnou štôlňou razenou v trase severnej tunelovej rúry smerom od západného portálu na dĺžke 302,2 m. Úniková štôlňa zabezpečovala čiastočné odvodnenie masívu, čo sa prejavilo menšími prítokmi podzemných vôd v JTR. Obeh podzemnej vody v tuneli bol viazaný prevažne na tektonické zóny a rozhranie litologických typov hornín.

Úložné pomery v profile trasy južnej tunelovej rúry

V smere od západného portálu sú vrstvy ílovcov a pieskovcov uložené subhorizontálne a sú silne zvetrané. V ďalšom priebehu, približne od 180 m, nastáva plynulé zostrmenie vrstiev do sklonov 45 až 75° smerom k severu, dosah zóny zvetrávania je v tesnom nadloží kaloty. Masív je v úseku od 180 po 292 m výrazne prevrásnený so zmenou orientácie vrstevnatosti (obr. 5).

Obr. 4 Dokumentácia profilu stupňa s výraznou tektonickou dislokáciou. V jej výplni sú tektonicky prepracované a prevrásnené vrstvy ílovcov s uložením, ktoré je takmer kolmé na vrstvy ílovcov v podloží a nadloží. Na vrchnom kontakte dislokácie vystupuje zvrásnená kremeň-kalcitová žilka. V nadloží tektonickej dislokácie vystupujú polohy pieskovcov s impregnáciou pyritovej mineralizácie. Staničenie stupňa: 296,6 m, ZJ-0268L (foto: Szabó, 2016)

V tomto úseku vystupuje výrazná antiklinálna štruktúra (obr. 2). V ďalšom pokračovaní sú vrstvy strmo uložené v sklone 45 až 80° k severu. Približne od 680 m sú vrstvy v sklone 40 až 60° smerom k SV. V oblasti východného portálu prevládajú pieskovce (obr. 3) s niekoľkými systémami puklín vyplnenými ílovou, prípadne piesčitou výplňou so sklonom vrstiev 40 až 60° smerom k SV. Na úseku od 780 do 896 m sú vrstvy pieskovcov a ílovcov silne zvetrané.

Obr. 5 Výrez z pozdĺžneho inžinierskogeologického profilu tunela Poľana (Szabó in Plšková et al., 2016)

Inžinierskogeologické a geotechnické pomery zistené v trase pravej tunelovej rúry

V oblasti pravej tunelovej rúry sa masív na základe priebežnej dokumentácie vyrazených záberov rozčlenil na desať úsekov – kvázihomogénnych blokov – s podobnými inžinierskogeologickými a geotechnickými charakteristikami horninového masívu. Medzi najdôležitejšie patria zastúpenie jednotlivých litologických typov hornín, stupeň pevnosti, zvetranie, tektonické porušenie, vrstevnatosť, roztvorenosť a výplň puklín, RQD, klasifikácia podľa RMR a QTS (Bieniawski, 1989, Tesař, 1989), prítomnosť podzemnej vody, geologicky podmienené nadvýlomy a konvergenčné merania. Tieto charakteristiky majú najväčší vplyv na spôsob razenia, dĺžku jednotlivých záberov a stabilitu masívu. Vyčlenené kvázihomogénne bloky sú zobrazené v tab. 1.

Tab. 1 Pravá tunelová rúra, tunel Poľana – skutočne zistené kvázihomogénne bloky (IG typ: I = ílovec, P = pieskovec, n = zdravý až navetraný, z = silno až slabo zvetraný, tp = tektonicky porušený)

Priebeh a dĺžku razenia pravej tunelovej rúry ovplyvnili značne rozsiahle tektonické zóny v KHB. Nepriaznivé podmienky razenia v prevrásnenom masíve boli počas výstavby tunela hlavne v KHB 2, 3, 5, 6, 7 a 10. Tektonické poruchy boli viazané na rozhranie pieskovcov s ílovcami alebo na miesta s veľkou hustotou diskontinuít. V takých zónach bol masív značne pretvorený a s prítokmi podzemnej vody do tunelovej rúry (prítoky vody boli na úrovni 0,1 až 1,0 l/s).

Masívne bloky hornín (až 1 000 mm) sa rozpadali pozdĺž puklín na úlomky (s veľkosťou až 20 – 60 mm) až bloky (s veľkosťou 100 – 300 mm), na plochách diskontinuít boli povlaky ílu, prípadne piesok. V KHB 6 a 7 (úsek TM 500 až 670) sa nepriaznivé geologické podmienky prejavovali veľmi výrazne na priebehu konvergenčných meraní. Počas razenia došlo k podkopaniu viacerých tektonických zón (s prevažne sledným charakterom) a následnému rozvoľneniu masívu. Navyše v uvedenom úseku bol horninový masív natoľko pretvorený, že deformácie dosiahli limitné varovné stavy.

Najväčšie deformácie sa zmerali v zvislom smere, pričom pri niektorých sa dosiahol dvojnásobok hodnôt varovných stavov (hodnota varovného stavu sa stanovila na A = 60 mm). V tomto úseku bol priebeh deformácií náhly, s pozvoľným ustálením pohybov. Geologické podmienky boli také nepriaznivé, že v úseku TM 536 až 608 bolo treba uzatvárať kalotu provizórnym dnom.

Zistené inžinierskogeologické a geotechnické podmienky v pravej tunelovej rúre sa výrazne odlišovali od predpokladaných geologických podmienok uvedených v IGHP podkladoch. Hlavné rozdiely oproti predpokladu z IGHP podkladov boli najmä v dĺžke KHB, použití a percentuálnom zastúpení vystrojovacích tried, tektonickom rozvoľnení masívu, zastúpení ílovcov a pieskovcov, vo veľkosti blokov, v prítokoch podzemnej vody do tunela a v hodnotách RMR klasifikácie. RMR klasifikácie uvedené v IGHP podkladoch boli vo väčšine KHB vyššie ako RMR, ktoré sa skutočne zistili razením.

Záver

Skúsenosti pri razení tunelov vo flyšovom alebo podobnom geologickom prostredí (tunely Laliki, Šibenik, Poľana, Svrčinovec, Žilina a Ovčiarsko) ukazujú, že odlišnosti medzi hodnotami RMR a QTS v IGHP podkladoch a hodnotami skutočne zistenými razením treba chápať ako dôsledok vyhodnotenia bodových vzoriek bez orientovaných štruktúr (jednotlivé etapy IG prieskumu) a plošného vyhodnotenia výrubu počas realizácie razenia s možnosťou získania ďalších doplňujúcich údajov.

TEXT: RNDr. Ing. Stanislav Szabó, Daniel Moravanský, PhD.

Stanislav Szabó a Daniel Moravanský pôsobia v spoločnosti DPP Žilina, s. r. o.

Literatúra

1. Plšková, M. – Steiger, M. – Szabó, S. – Moravanský, D. – Sloboda, J. – Šindelář, M.: 203-06 a 203-07 Geotechnický a seizmický monitoring tunela Poľana. Záverečná správa, Diaľnica D3 Svrčinovec – Skalité, archív Št. geol. úst. D. Štúra, 122 s., 2016..
2. Potfaj, M.: Vysvetlivky ku geologickej mape regiónu Kysuce. M 1:50 000, ŠGÚDŠ, Bratislava: Vydavateľstvo D. Štúra, 2003.
3. Bieniawski, Z. T.: Engineering Rock Mass Classification: a complete manual for engineers and geologist in mining, civil and petroleum engineering. A Wiley-Interscience publication, 1989, 249 s. 
4. Tesař, O.: Klasifikace skalních a poloskalních hornin pro podzemní stavby. Autoreferát k disertační práci. Ved. rada UK Praha, 1989, 23 s.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby 5/2017.