Modernizácia trate Púchov – Žilina. Tunel Diel
V súčasnosti prebieha na území Slovenskej republiky modernizácia a výstavba vysokorýchlostných tratí. Súčasťou pripravovanej trate Púchov – Žilina (I. etapa) je aj tunel Diel s dĺžkou 1 081,7 m a tunel Milochov s dĺžkou 1 861 m.
Traťový úsek Púchov – Považská Bystrica
V súčasnosti prevádzkovaný traťový úsek sa riešil ako dvojkoľajný, elektrifikovaný jednosmernou trakčnou sústavou. Prevádzka na trati je pravostranná s možnosťou jazdy po oboch traťových koľajach obojsmerne, s traťovou rýchlosťou do 100 km/h, s množstvom miestnych obmedzení. Smerové vedenie trasy je typicky údolné. Trasa kopíruje údolie, vodný tok rieky Váh a brehy Nosickej priehrady. Železničný zvršok má tvar R65 na betónových podvaloch, osová vzdialenosť koľají je 4,1 až 4,15 m s miestnymi výnimkami. Charakter a parametre jestvujúcej trate nevyhovujú súčasným európskym požiadavkám.
Hlavným cieľom novonavrhovanej stavby je modernizácia technickej infraštruktúry železničnej trate na dosiahnutie európskych parametrov podľa medzinárodných dohôd AGC, AGTC. Snahou Európskej únie je zjednotiť celý železničný systém, harmonizovať kvalitatívne ukazovatele, zákonodarné opatrenia a zvyšovať výkonnosť železníc vo všetkých európskych a susediacich štátoch.
Výhľadové začlenenie tratí ŽSR do vybraných európskych koridorov znamená pre Slovenskú republiku súčasne podiel na diaľkovej medzištátnej tranzitnej doprave, a tým aj následné pozitívne komerčné vplyvy. Výhodou je prijateľná energetická náročnosť železničnej dopravy a nízke ekologické zaťaženie územia v porovnaní s ostatnými druhmi dopravy na území Slovenska.
Toto začlenenie je však podmienené splnením technických podmienok a dosiahnutím parametrov tratí podľa spomínaných dohôd s prioritným dôrazom na rýchlosť, komfort a bezpečnosť železničnej prepravy. Hlavnými kritériami predmetného traťového úseku sú predovšetkým zvýšenie traťovej rýchlosti do 160 km/h, priechodnosť vozidiel pre kinematický obrys UIC C a UIC GC, únosnosť železničného zvršku, priechodnosť železničných mostných stavieb pre zaťažovací vlak triedy T a UIC-71, prestavba železničných staníc podľa parametrov EÚ, vylúčenie úrovňových krížení trate, komplexná prestavba technologického vybavenia.
Dosiahnutie požadovaných parametrov modernizovanej trate si vyžiadalo takmer úplnú preložku jestvujúcej trate. Navrhovaný úsek sa začína za žst. Púchov a vedie smerom k Nosickému kanálu v novej trase. Prekonáva ho mostným objektom a následne trať vstupuje na ostrov medzi kanálom a riekou Váh striedavo na železničných viaduktoch a násypoch. Jeho súčasťou je aj železničná zástavka Nosice. V pokračovaní trasa prekonáva rieku Váh aj štátnu cestu II/507 mostným telesom a v krátkom záreze vstupuje do tunela Diel. Za tunelom trasa opätovne prekonáva štátnu cestu II/507 a Nosickú priehradu ďalším významným mostným telesom a vstupuje do pôvodnej polohy trate, ktorej súčasťou je aj novonavrhovaná zastávka Milochov. Za zastávkou trasa vstupuje do tunela Milochov a za ním sa opätovne vracia do polohy pôvodnej trate a smeruje na žst. Považská Bystrica.
Parametre tunela
Charakteristika tunela Diel
Trasa železničnej trate je situovaná do údolnej nivy rieky Váh, pričom prekážka úbočia vrchu Diel (asi 525 m. n. m.) sa prekonáva tunelom Diel. Výška nadložia dosahuje hodnoty od 4 m až do 161 m. Trasa tunela vedie v smere staničenia od západného portálu (vjazdový) v smerovom oblúku r = 1 404,2 m s prevýšením koľaje p = 119 mm. Následne vedie prechodnicou, pričom východný portál (výjazdový) je už v priamom smere. Výškové vedenie tunela definuje jednosmerný pozdĺžny sklon 0,82 % od západného portálu (asi 285,3 m. n. m.) v stúpaní, smerom k východnému portálu (asi 294,3 m. n. m.). Územie nad tunelom a v jeho okolí je prevažne zalesnené. Trasa trate pred západným portálom tunela Diel míňa okraj zástavby obce Nimnica a prístup k portálu je zabezpečený prístupovou komunikáciou z hlavnej cesty II/507. V portálovej oblasti sa nachádza vyhradená plocha na zložky integrovaného záchranného systému a pre potreby budúcej prevádzky tunela. Prístup k východnému portálu sa takisto zabezpečí prístupovou komunikáciou z hlavnej cesty II/507 a portálová oblasť je vybavená vyhradenou plochou. V blízkosti tunela sa nachádzajú existujúce a využívané prírodné liečivé zdroje podzemnej vody pre kúpele Nimnica. Samotný tunel Diel prechádza vnútorným kúpeľným územím a ochranným pásmom II. stupňa prírodných liečivých zdrojov. Tunelová rúra je rozdelená na úseky budované razením a hĺbením. Hĺbené úseky sa budujú v otvorenej stavebnej jame na oboch portáloch, ktoré sa následne zasypú. Povrch zásypov sa bude rekultivovať zatrávnením a vhodnou výsadbou kríkov a drevín tak, aby sa zachoval charakter prírodného prostredia.
Vzhľadom na dĺžku tunela a podmienky horninového prostredia je výstavba razenej časti tunela navrhovaná cyklickým spôsobom, s použitím Novej rakúskej tunelovacej metódy (NRTM) a nedeštruktívneho mechanického rozpojovania. Dvojplášťové tunelové ostenie tvorí primárne a sekundárne ostenie oblúkového tvaru. Bezpečnosť tunela sa dosiahla radom konštrukčných a technologických opatrení. Na základe požiadavky predpisu TSI-INS, TSI-SRT (2008/163/ES) bude tunel Diel vybavený únikovou štôlňou podkovovitého tvaru s dĺžkou asi 309 m a priečnym prepojením do tunelovej rúry s dĺžkou približne 19 m. Smerové vedenie štôlne sa navrhlo súbežne s tunelovou rúrou a vyúsťuje na východnom portáli tunela Diel.
Geologické a hydrogeologické pomery
Masív kóty Diel (528,00 m n. m.) sa buduje sedimentárnymi mezozoickými horninami dvoch súvrství bradlového pásma – uhrovského a nimnického. Uhrovské súvrstvie tvoria pieskovce (v minulosti tiež priraďované k orlovským) až mikrozlepence vo výraznej prevahe nad jemnozrnnejšími horninami (slieňovcami, siltovcami a ílovcami). Naopak, nimnické súvrstvie tvoria najmä ílovce, siltovce a sliene s podradnejším zastúpením pieskovcov. Toto súvrstvie sa v literatúre spomína aj ako sférosideritové vrstvy. Obe súvrstvia sú oddelené tektonickým kontaktom a v uvedenom priestore sa niekoľkokrát striedajú. Generálny sklon vrstiev na temer celom území medzi Nimnickými kúpeľmi a dedinou Udiča je asi 45 až 70° k západu až severozápadu, menej k severoseverovýchodu. Typickým fenoménom, ktorý možno v tejto oblasti sledovať, je tzv. medzivrstevná tektonika. Je to dôsledok tektonických pohybov súvrství v bradlovom pásme, kde sa pevnejšie horniny (pieskovce) kĺzali po vrstvách mäkších hornín – ílovcov a siltovcov. Vrstevné plochy sú teda často dokonale vyhladené, lesklé, miestami s výrazným tektonickým ryhovaním (tektonické zrkadlá). Okrem spomenutých plôch vrstevnatosti sa dá vysledovať aj niekoľko ďalších zlomov a k nim viazaných systémov puklín. Ide predovšetkým o systém severovýchod – juhozápad a systém sever – juh. Spolu s vrstevnatosťou budú tieto systémy podmieňovať tvar a veľkosť blokov hornín počas raziacich prác.
Horniny v trase tunela možno v zmysle STN 73 1001 charakterizovať triedou pevnosti R3 (ílovce a siltovce) až triedou R2 (pieskovce). V zónach tektonického porušenia a v zóne zvetrania nadobúdajú horniny charakter úlomkovitej až ílovitej zeminy triedy G5 až F2, extrémne až F6. Tieto zóny sú zároveň aj privilegovanými cestami prúdenia podzemnej vody.
Povrch územia je pokrytý deluviálnymi sedimentmi rozličného zloženia – od ílov s úlomkami, cez kamenito-ílovité sutiny až po sutiny kamenité a balvanité. Zeminy možno v priestore oboch portálov tunela charakterizovať ako zosuvné. Hrúbka pokryvu dosahuje 3 až 12 m. Do zosuvného delúvia sú pravdepodobne zahrnuté aj rozvoľnené bloky podložných hornín, takže bazálnu šmykovú zónu možno očakávať až v hĺbke viac ako 15 m pod terénom. Na overenie tohto predpokladu sa v oblasti západného portálu tunela vybudovali monitorovacie zariadenia na sledovanie svahových pohybov. Oblasť východného portálu je pre techniku v súčasnosti neprístupná, a to vzhľadom na strmé svahy a možnosť ohrozenia premávky na ceste II/507. Tá vedie v päte svahu pod úrovňou plánovaného portálu. Budovanie portálu si preto vyžiada okrem stabilizácie samotného svahu aj zriadenie špeciálnych ochranných zariadení.
Z hľadiska budovania portálov tunela a samotného razenia je jedným z najvýznamnejších rizík výskyt tzv. žriedelnej línie prírodných liečivých vôd kúpeľov Nimnica. Táto línia nebude priamo zasiahnutá trasou tunela, siaha od úpätia vrchu Diel na okraji obce Nimnica až do svahov na ľavom brehu Váhu, západne od priehradného múra VD Nosice. Vzhľadom na obavy z možného ohrozenia zdrojov prírodných liečivých vôd sa realizoval podrobný hydrogeologický prieskum, ktorý nepotvrdil významný vplyv razenia tunela na uvedené zdroje. Zároveň sa vybudoval komplexný monitorovací systém, ktorý umožní včas zistiť prípadný negatívny dosah razenia tunela a prijať tak potrebné opatrenia na ochranu podzemných vôd. V trase samotného tunela sa vzhľadom na malú akumulačnú plochu masívu Diel neočakávajú výraznejšie prítoky podzemnej vody.
Vzorový priečny rez tunela Diel so spodnou klenbou
1 – teoretický výrub, 2 – primárne ostenie (striekaný betón), 3 – geotextília, 4 – plošná izolácia, 5 – sekundárne ostenie, 6 – priechodný prierez , 7 – poistný priestor, 8 – oceľové držadlo, 9 – káblový kanál, 10 – požiarny vodovod, 11 – drenážne potrubie, 12 – hlavné odvodnenie tunela, 13 – odvodnenie pevnej jazdnej dráhy
Konštrukcia tunela Diel
Technické riešenie tunela je navrhované tak, aby konštrukcia ostenia, izolácia, únikové cesty, technologické vybavenie z hľadiska bezpečnosti a riadenia prevádzky zodpovedali požiadavkám kladeným na tunely v EÚ a zároveň spĺňali požiadavky platnej legislatívy SR. Svetlý tunelový prierez je určený združeným tunelovým priechodným prierezom, obojstrannými únikovými cestami, poistným priestorom, obojstranným bezpečnostným priestorom so šírkou 0,5 m. V zmysle predpisu Ž11 sa pri návrhu uvažoval priechodný prierez C a obrys vozidla UIC GC.
Hĺbené časti tunela sa vybudujú v otvorenej stavebnej jame. Základové železobetónové dosky hĺbených tunelov majú navrhnutú hrúbku 850 mm a klenba tunela hrúbku 500 mm. Čelná strana portálov je zrezaná pri východnom portále v sklone 60° a pri západnom portále v sklone 45°. Stavebné jamy sa na oboch portáloch budú hĺbiť postupne v jednotlivých stupňoch. Zaistenie stien výkopu jám sa zabezpečí sústavou železobetónových veľkopriemerových pilót DN 1 000 mm v kombinácií s kotevnými prahmi a lanovými kotvami. Odvedenie horninovej vody spoza stabilizácie je navrhnuté prostredníctvom sústavy odvodňovacích vrtov s DN 160 mm a dĺžkou 40 m. V mieste čelnej steny na razenie tunela je navrhnutá stupňovitá stabilizácia zo striekaného betónu v kombinácii s oceľovou sieťou, doplnená o kotviace prahy a lanové kotvy. Doplnkové prvky tvoria horninové klince a sklolaminátové kotvy v mieste budúcich tunelov. Definitívnu úpravu portálov budú tvoriť obkladové múry pilót a čelnú stenu vystužený násyp.
Razenie tunelovej rúry sa uvažuje dovrchným spôsobom. Konštrukcia a parametre primárneho ostenia sa realizujú v závislosti od inžinierskogeologických a hydrogeologických podmienok. Primárne ostenie je na základe statického výpočtu dimenzované tak, aby spoľahlivo zabezpečilo stabilitu výrubu tunela v čase prerozdelenia napätí v horninovom masíve do vybudovania sekundárneho – definitívneho ostenia. Základným prvkom primárneho ostenia je striekaný betón v kombinácii so zváranou sieťou, oceľovými priehradovými oblúkmi a doplnkovými prvkami vystrojenia. Razenie tunelovej rúry bude po dĺžke rozdelené horizontálnym členením na kalotu, stupeň a dno. Definitívne sekundárne ostenie tunela je navrhnuté zo železobetónu s hrúbkou 350 mm v klenbe a 500 mm v dne. V ostení budú zabudované chráničky a priechodky, ktoré slúžia na káblové vedenia napájané z chodníka do stropného priestoru tunela.
V zmysle predpisu Ž11 sa v tunelovej rúre navrhli bezpečnostné výklenky vo vzájomnej vzdialenosti 20 m. Ochranu pred podzemnou vodou zabezpečuje hydroizolačné súvrstvie osadené na rozhraní primárneho a sekundárneho ostenia. Podzemné vody presakujúce z horninového prostredia v okolí tunelovej rúry sa budú zberať do perforovaného drenážneho potrubia rubovej drenáže tunela DN 200 mm. Z tohto potrubia budú cez čistiace šachty priečne zvedené do revíznych šácht hlavnej stoky tunela DN 400 mm, ktorá je uložená pod konštrukciou pevnej jazdnej dráhy. Samotné odvodnenie povrchu pevnej jazdnej dráhy a chodníkov rieši samostatná oddelená stoka DN 315 mm.
Obojstranne je pod chodníkmi umiestnený multikanál na elektrické rozvody a nezavodnený požiarny vodovod. Nad nimi je na stenách tunela inštalované vodiace držadlo. Konzoly trakčného vedenia sú ukotvené v stropnej časti tunela. Na stenách sú umiestnené značky dopravného, informačného a únikového značenia. Vetranie tunela je prirodzené a podporované pôsobením piestového efektu prechádzajúcich vlakových súprav. Napájanie a ovládanie tunela zabezpečujú technologické centrály situované v portálových oblastiach. Z technologického a požiarneho hľadiska bude tunel vybavený potrebnými zariadeniami, ktoré zabezpečia požadovanú úroveň bezpečnosti prevádzky železnice a tiež bezpečnosť v prípade požiaru v tuneli.
Záver
Všeobecne možno konštatovať, že výstavba tunela Diel a nového úseku trate prispeje k skvalitneniu dopravnej infraštruktúry SR, homogenizácii ťahu Bratislava – Žilina, ako aj k začleňovaniu železnice do medzinárodných koridorov. Zrýchli a skvalitní kultúru cestovania a zvýši bezpečnosť.
TEXT: Ing. Branislav Neuschl, RNDr. Marián Kuvik
FOTO: Basler & Hofmann Slovakia
Branislav Neuschl je vedúci projektu tunela a pracuje v spoločnosti Basler & Hofmann Slovakia, s. r. o.
Marián Kuvik pracuje v oblasti inžinierskej geológie, v spoločnosti CAD-ECO, a. s.
Literatúra
1. Súhrnná technická správa stavby. ŽSR, Modernizácia trate Púchov – Žilina pre rýchlosť do 160 km/h,
I. etapa, medzistaničný úsek Púchov – Považská Bystrica, Ing. Ján Špánik.
Článok bol uverejnený v časopise Inžnierske stavby/Inženýrské stavby.
