Nový železničný tunel na modernizovanom V. koridore – investícia do budúcnosti

Dvojkoľajový železničný tunel Turecký vrch je súčasťou železničného koridoru č. V Bratislava – Žilina – Košice – Čierna nad Tisou. Nachádza sa na medzistaničnom úseku Nové Mesto nad Váhom – Trenčianske Bohuslavice, na novom železničnom kilometri (ďalej nžkm) 102,485 – 104,260.

Tunel sa vybuduje v rámci preložky súčasnej železničnej trate, ktorá obchádza masív Tureckého vrchu na jeho úbočí v súbehu s cestou I. triedy I/61 a Biskupickým kanálom rieky Váh. Preložka trate sa musí vykonať pre nevyhovujúce smerové pomery súčasnej železničnej trate, ktorá je dimenzovaná na rýchlosť 80 km/h. Nová návrhová rýchlosť 160 km/h kladie na smerové vedenie trate vyššie nároky.

V technickej štúdii sa uvažovalo o vedení trasy v štyroch rôznych polohách – od konvenčnej preložky trate – teda od zväčšenia polomeru oblúka a vybudovania skalného odrezu na úpätí Tureckého vrchu, cez tunelový variant až po preložku železničnej stanice Trenčianske Bohuslavice. Konvenčná preložka sa ukázala ako nerealizovateľná najmä z ekologického hľadiska. Záujmové územie je súčasťou Chránenej krajinnej oblasti Biele Karpaty a štátnej prírodnej rezervácie Turecký vrch s piatym stupňom ochrany.

Podrobnejšia analýza variantov ukázala, že z pohľadu objemu vyrúbanej horniny (asi 180-tisíc m³) je tunelové riešenie v podstate rovnocenné s vybudovaním odrezu. Z hľadiska zabezpečenia prevádzky na trati, ako aj stavebných postupov pri realizácii stavby, je však výstavba tunela oveľa výhodnejšia. Prednosťou tohto riešenia je tiež fakt, že tunel možno realizovať bez toho, aby obmedzoval súčasnú prevádzku na trati. Navrhnutá trasa má minimálny vplyv aj z hľadiska zásahu do prírodnej rezervácie Turecký vrch (len v portálových oblastiach). Trasa je súčasne navrhnutá už pre návrhovú rýchlosť 200 km/h. Všetky tieto faktory v rámci variantného posudzovania nakoniec rozhodli o trasovaní novej železničnej trate okolo Tureckého vrchu tunelom.

Tunelové staviteľstvo na Slovensku Začiatky tunelárskeho boomu v železničnom staviteľstve na Slovensku siahajú na prelom 19. a 20. storočia. V bývalom Československu sa do roku 1954 postavilo 232 železničných tunelov s celkovou dĺžkou 83 446 m. Z toho na Slovensku je 80 tunelov. Jednokoľajových je 73 a dvojkoľajových 7.

Technické riešenie tunela

Tunel Turecký vrch má v osi dĺžku 1 775 m. Razená časť má dĺžku 1 740 m a otvorená stavebná jama má spolu 35 m (25 m na južnom a 10 m na severnom portáli). Po ukončení prác bude otvorená stavebná jama zasypaná tak, aby sa povrch nad tunelom vrátil v maximálnej miere na pôvodnú úroveň.

Projekt navrhuje, aby bol tunel razený technológiou Novej rakúskej tunelovacej metódy (NRTM) s rozpojovaním hornín pomocou trhacích prác. V oblasti sedimentov sa hornina bude rozpojovať nedeštruktívne pomocou tunelového bagra. Minimálna hrúbka nadložia v osi tunela je asi tri metre a nachádza sa v mieste južného razeného portálu. Najväčšia hrúbka nadložia je v nžkm 103,500 a dosahuje približne 100 m.

Inžinierskogeologické pomery

Oblasť južného portálu a horninový masív Tureckého vrchu (asi 1,3 km z trasy) tvorí komplex wettersteinských vápencov a dolomitov, ktorý je porušený systémami tektonických porúch. Oblasť severného portálu je z hornín mezozoika.

Najrizikovejšími úsekmi z hľadiska razenia sú oblasti portálov a úseky pod hlbokými eróznymi ryhami, v miestach širokých tektonických zón. Na základe geologického prieskumu sa predpokladajú technologické triedy výrubu TT2, TT3, TT4, TT5a1 a TT5a2 v skalnom prostredí a TT5b1 a TT5b2 v zeminovom prostredí.

Niekoľko naj o slovenských železničných tuneloch Najdlhší je Čremošniansky tunel s dĺžkou 4 697 m. Nachádza sa na trati Zvolen – Banská Bystrica – Vrútky. Naopak, najkratší tunel je na trati Zvolen – Kremnica – Diviaky. Je ním tunel Turček s dĺžkou 37,1 m. Najstarším tunelom na Slovensku je „prvý“ Bratislavský tunel z roku 1848. Najmladšie tunely oslávili minulý rok štyridsiatku. Ružbašský a Milavský tunel na trati Poprad – Tatry – Plaveč na traťovom úseku Podolinec – Forbasy boli odovzdané do prevádzky v roku 1966. V súčasnosti je najdôležitejším železničným tunelom na Slovensku Jablonovský tunel medzi Lipníkom a Jablonovom nad Turňou. Jeho význam sa znásobil vznikom južného ťahu smerom na Košice. Najzaujímavejším tunelom je Lupkovský tunel na trati na hranicu medzi Slovenskom a Poľskom na traťovom úseku Medzilaborce – Lupków (1).

Parametre tunela, konštrukcia, vybavenie

Smerové pomery trate v tuneli sú navrhnuté tak, aby vyhovovali aj pre rýchlosť 200 km/h. Trasa trate sa skladá z dvoch protismerných oblúkov s polomerom 2 000 m s medzipriamkou v dĺžke 573 m. Osová vzdialenosť koľají je 4,20 m. Stanovila sa na základe výsledkov aerodynamického posúdenia.

Navrhnutý sklon trate v tuneli je strechovitý so sklonmi +4,887 ‰ a –3,5 ‰. Tieto hodnoty sa určili aj s ohľadom na odvodnenie tunela. V osi tunela sa navrhla centrálna odvodňovacia stoka profilu DN 500, ktorá na oboch koncoch vyúsťuje do požiarnych nádrží umiestnených v tesnej blízkosti portálov.

Prierez dvojkoľajného tunela je po celej jeho dĺžke jednotný. Svetlý polomer tunelovej rúry je 6,1 m. Rozšírený prierez je iba v úseku dlhom asi 10 m v mieste dvoch „napínacích komôr“ pre trakčné vedenie umiestnených asi v strede tunela.

Záchranné výklenky sú po oboch stranách tunela vo vzájomných vzdialenostiach 20 m. Vzhľadom na priaznivú geologickú stavbu je tunel navrhnutý väčšinou bez dolnej klenby. Tá sa navrhla len na krátkych úsekoch, v ktorých sa predpokladá výskyt krasových javov, a v portálových oblastiach.

Konštrukcia ostenia tunela je dvojplášťová s medziľahlou fóliovou izoláciou v klenbe a jadre. Dno izolované nie je. Vonkajšia primárna výstroj je zo striekaného betónu C16/20 a má premenlivú hrúbku plášťa (od 150 mm do 400 mm). Jej funkciou je dočasne zaistiť výrub, pretože izolačný plášť sa bude zabudovávať súčasne s realizovaním trvalého sekundárneho ostenia z monolitického vystuženého betónu triedy C25/30 s veľkým časovým odstupom.

Pred oboma portálmi sú navrhnuté požiarne nádrže a spevnené plochy s prístupovými komunikáciami pre záchrannú a požiarnu techniku. Pod spevnenými plochami sa nachádza aj doplnková infraštruktúra – káblové komory, káblovody, drenážny systém a kanalizácia.

Súčasťou tunela je aj razená úniková štôlňa s dĺžkou asi 245 m, ktorá je na tunelovú rúru napojená zhruba uprostred tunela a ústí pri úpätí Tureckého vrchu v priestore pôvodného nadjazdu železničnej trate. Štôlňa je vybavená systémom požiarnej ventilácie a požiarnymi dverami a umožňuje aj prístup mobilnej záchrannej technike – sanitkám.

Aby sa znížila plocha výrubu, ale aj z dôvodu trvanlivosti a fixácie polohy koľaje a jej minimálnej údržby v prevádzke, tvorí konštrukciu železničného zvršku pevná jazdná dráha. Vzorom pre návrh konštrukcie bol prefabrikovaný zvršok typu Max Bögl, ktorý najlepšie spĺňal požiadavky pri výstavbe alebo pri jeho možnej výmene v prípade nehody.

Konzoly trakčného vedenia sa upevnia do stropu tunela medzi traťovými koľajami. Na ne sa potom uchytia výložníky nesúce vodič. K výbave tunela patrí aj osvetlenie, postranné viackomorové káblové žľaby, požiarny suchovod a drenážny systém. Vetranie dvojkoľajového tunela je prirodzené. Súčasne sa podporuje piestovým účinkom prechádzajúcich vlakových súprav.
   

Koncepcia realizácie

Modernizácia traťových koľají sa bude realizovať postupne tak, aby sa vylúčila vždy len jedna traťová koľaj v medzistaničnom úseku. Doprava vlakov pri výluke jednej z traťových koľají sa zabezpečí obojsmernou jazdou vlakov po jednej traťovej koľaji.

Samotná realizácia celého medzistaničného úseku Nové mesto nad Váhom – Trenčianske Bohuslavice, v ktorom sa nachádza aj tunel, je rozdelená na štyri etapy. Tunel sa bude realizovať v prvých dvoch etapách zo severného portálu. V ďalších dvoch etapách sa zabezpečí napojenie do novej modernizovanej, resp. existujúcej trasy.

Prácam na modernizácii trate bude predchádzať tzv. nultá etapa, v rámci ktorej sa vybudujú potrebné prístupové objekty pri severnom portáli (dočasný most, provizórne komunikácie k portálu atď.).

Tab. 1 Predpokladané náklady na jednotlivé varianty riešení

Portálové oblasti tunela

Portálové oblasti predstavujú oproti dĺžke razenej časti tunela len krátke úseky, avšak svojou technickou náročnosťou sa jej vyrovnajú. Ich výstavbu komplikujú aj zložité geologické pomery, sťažený prístup a malý manipulačný priestor.

Severný portál

Severný portál je charakteristický náročnými geologickými pomermi a komplikovaným prístupom, ktorý sťažuje riečka Bošáčka. Portálová oblasť sa zarezáva do masívu Tureckého vrchu takmer kolmo. Portál priečne zasahuje do hlinitých svahových sutín s veľmi premenlivou súdržnosťou, ktoré navyše vykazujú mierne, ale dlhodobé posuny. Preto sa musí vybudovať ťažká oporná konštrukcia portálu.

Skrytou dominantou je tu masívna pilótová stena plniaca dve základné funkcie – ochranu stavebnej jamy počas výstavby a opornú konštrukciu dolnej klenby hĺbeného úseku tunela. Pilótová stena zároveň tvorí základ zárubnej steny portálu vedľa koľaje č. 2. Viditeľnými masívnymi konštrukciami sú čelná a postranná zárubná stena, ktoré sa upevnia horninovými kotvami. Prekrytie tunelovej rúry sa bude realizovať monolitickým betónovým príkrovom.

Náročnosť severného portálu dopĺňajú na portálovú oblasť priamo nadväzujúce dva železobetónové mosty cez potok Bošáčka – železničný a cestný na prístup záchrannej a požiarnej techniky –, technologický domček, oporné múry potoka Bošáčka a asi 100 m vzdialený nový cestný nadjazd preložky príjazdovej komunikácie do obce Trenčianske Bohuslavice. Oblasť portálu je teda zaujímavá veľkým výskytom stavebných konštrukcií na malom území.

Južný portál

Charakteristickou črtou južného portálu je veľmi ostrý uhol zarezania tunela do svahu Tureckého vrchu. Portál sa vybuduje v skalnom odreze vo vápencových, celkovo stabilných vrstvách, ktoré sú prekryté len slabou vrstvou pokryvov (do hrúbky jeden meter).
Dominantnou konštrukciou je kotvená zárubná stena pri koľaji č. 2. Má dĺžku asi 110 m a postupne, ako sa trasa zarezáva, sa dvíha. V priestore portálu dosahuje vo dvoch etážach výšku 22 m. Tunelová rúra je v dĺžke 25 m vybudovaná ako presypaná.

Aj južnu portálovú oblasť charakterizuje veľký výskyt stavebných konštrukcií na relatívne malej ploche. V rámci nástupnej plochy pre požiarnu a záchrannú techniku sa v jej podloží nachádzajú objekty doplnkovej infraštruktúry tunela – káblové komory, multikanálové káblovody, drenážny systém odvodnenia atď. Na spevnenej ploche bude montovaný objekt technologického domčeka s inštalovanou technológiou na ovládanie prevádzkových súborov tunela. Pod nástupnú plochu čiastočne zasahuje požiarna nádrž. Prístup k južnému portálu sa zabezpečí z cesty I/61.

Z hľadiska výstavby bude realizácia južného portálu náročným inžinierskym dielom. Náročná bude najmä výstavba zárubnej steny vysokej 22 m v strmom a ťažko prístupnom svahu masívu Tureckého vrchu, pri súčasnej prevádzke na susediacej existujúcej železničnej trati.

Železničný zvršok v tuneli – pevná jazdná dráha

Novou, modernou konštrukciou použitou v tuneli je železničný zvršok bez koľajového lôžka, tzv. pevná jazdná dráha. Podporu koľajníc netvoria klasické podvaly uložené v koľajovom štrkovom lôžku, ale tuhé podložie – zvyčajne betónová doska (monolitická alebo prefabrikovaná) uložená na tuhú roznášaciu dosku (hydraulicky spevnená zemina), cez ktoré sa zaťaženie plošne roznáša do zemného telesa. K pevnej jazdnej dráhe (PJD) patria aj prechodové oblasti. Tieto časti zabezpečujú plynulý prechod (plynulú zmenu tuhosti) z tuhej konštrukcie PJD do klasického železničného zvršku. Skladba štandardnej konštrukcie PJD použitej v návrhu je takáto:

• koľajnice s pružným upevnením,
• prefabrikát PJD s uzlami upevnenia koľajníc s hrúbkou 0,2 m,
• bitúmencementová malta 0,03 m,
• roznášacia hydraulicky stmelená vrstva (HGT) s hrúbkou minimálne 0,3 m,
• konštrukcia železničného spodku (zemné teleso).

Všeobecne sa pre PJD požaduje vyššia únosnosť pláne telesa spodku (asi 100 až 120 MPa) oproti klasickému zvršku (50 MPa). Preto sa pri PJD kladú na konštrukciu železničného spodku oveľa vyššie nároky ako pri konvenčnej trati.

V tuneli sa roznášacia hydraulicky stmelená vrstva (HGT) nahradí slabo vystuženým betónom triedy C 25/30 a na mostoch C 30/37. HGT vrstva sa z dôvodu presnosti zriadenia (musí kopírovať presne prevýšenie koľaje) a kvalitného zhutnenia realizuje vždy finišerom.

Veľkou výhodou tejto konštrukcie je trvalá geometrická poloha koľaje a jej životnosť (výrobcovia udávajú minimálne 60 rokov). Najmä v tuneloch, kde je každá výluka dopravy pomerne problematická, sú to neoceniteľné vlastnosti.

Záver

Tunel Turecký vrch spolu s ďalšími súvisiacimi objektmi je náročným inžinierskym dielom. Autorský kolektív projektantov, technikov, inžinierov verí, že po jeho realizácii bude robiť česť slovenskému dopravnému staviteľstvu a hlavne, že to na ďalších 50 rokov nebude posledný železničný tunel postavený na Slovensku.

Ing. Jozef Nižňan, Ing. Ondrej Podolec
Foto a obrázky: REMING Consult

Jozef Nižňan po ukončení štúdia na Stavebnej fakulte SVŠT v Bratislave, odbor konštrukcie dopravných stavieb, pracoval ako projektant a vedúci projektant v organizáciách Doprastav, š. p., a Geoconsult, s. r. o., v Bratislave. Od roku 2001 pôsobí v spoločnosti REMING Consult, a. s., kde zastáva pozíciu manažéra projektov, predovšetkým na projektovej a inžinierskej príprave stavieb modernizácie železničnej trate. Je manažérom projektu na V. železničnom koridore na úseku Nové mesto nad Váhom – Púchov. Autor je autorizovaný inžinier pre inžinierske stavby a statiku stavieb.

Ondrej Podolec absolvoval štúdium na Stavebnej fakulte VŠDS v Žiline, odbor projektovanie, stavba a údržba železničných tratí. Po ukončení štúdia pracoval ako stavbyvedúci vo Váhostave, a. s., ako výskumný pracovník na Katedre železničného staviteľstva a traťového hospodárstva Žilinskej univerzity, ako výskumný a vývojový pracovník vo Výskumnom a vývojovom ústave železníc (ŽSR) Žilina. Od roku 1997 je zamestnaný v spoločnosti REMING Consult, a. s., na pozícii manažéra projektov. V súčasnosti je manažérom projektu na V. železničnom koridore na úseku Nové mesto nad Váhom – Zlatovce. Je autorizovaným inžinierom pre inžinierske stavby.

Literatúra
(1) Kukučík, Rudolf –  Kukučík, Pavol: Železničné a cestné tunely. Bratislava: Železnice SR, 2002.
(2) Štúdia Analýza alternatívnych riešení vedenia trasy okolo prírodnej rezervácie Turecký vrch. Bratislava: REMING Consult, a. s., 2002.
(3) Tunel Turecký vrch, inžinierskogeologický prieskum – II. etapa. Žilina: Geofos, s. r. o.
(4) Realizačný projekt stavby Modernizácia železničnej trate Nové Mesto nad Váhom – Púchov, I. etapa. REMING Consult, a. s., Metroprojekt Praha, a. s.