Realizácia sekundárneho ostenia tunela Poľana

Diaľnica D3 Svrčinovec – Skalité patrí svojím charakterom k najťažším diaľničným úsekom budovaným na území SR. Po jeho dokončení sa stane súčasťou diaľničného ťahu D3 v smere Žilina – Kysucké Nové Mesto – Čadca – Skalité, čím vytvorí s úsekom D1 od Bratislavy jednu zo severojužných dopravných osí Slovenska. Okrem toho prispeje veľkou mierou k ochrane životného prostredia a zlepší bezpečnosť a dopravnú situáciu v dotknutom regióne.

Jedným z najnáročnejších objektov tohto diaľničného úseku je tunel Poľana. Ide o prvý z piatich plánovaných tunelov, s ktorými sa stretnú vodiči prichádzajúci z Poľska. V článku priblížime postup výstavby tohto tunela, najmä jeho finálnej časti – sekundárneho ostenia.  

Stavebno-technické riešenie pravej tunelovej rúry (PTR) tunela Poľana

Technické riešenie tunelovej rúry je navrhnuté na životnosť minimálne 100 rokov (sekundárne definitívne ostenie tunela) a z hľadiska bezpečnosti a riadenia prevádzky musí zodpovedať požiadavkám platných predpisov. Celý tunel Poľana je projektovaný pre diaľničnú dopravu, dočasne sa počíta s jednou tunelovou rúrou na obojsmernú dopravu, únikovou štôlňou a tromi priečnym prepojeniami.

Dobudovanie druhej tunelovej rúry sa plánuje až v neskoršom období.
Pri návrhu veľkosti a tvaru tunela (obr. 1) sa vychádzalo z rozmerových parametrov prejazdného prierezu definovaného v STN 73 7507 Projektovanie cestných tunelov.

Obr. 1 Vzorový priečny rez (Zdroj: Ing. Róbert Zwilling, Basler&Hofmann)

Po zrealizovaní primárneho ostenia a dosiahnutí maximálnych rýchlostí nárastu deformácie (stanovené v TKP 26 Tunely) a po profilácii primárneho ostenia bolo možné pokračovať v realizácii sekundárneho ostenia tunela. Ako prvé sa zrealizovali základy, následne sa zrealizovalo drenážne odvodnenie tunela, izolácia a horná klenba sekundárneho ostenia razeného tunela.

Po dobudovaní sekundárneho ostenia sa pokračovalo výstavbou konštrukcií vnútorného vybavenia tunela (vozovka, chodníky, odvodnenie vozovky atď.) a montážou technologického vybavenia tunela.

Založenie sekundárného ostenia

Pôvodne sa uvažovalo o niekoľkých typoch založenia tunela – základové pásy na kvalitnom podloží bez ochrany pláne, základové pásy na ochrannej protiklenbe (prostý betón) alebo na protiklenbe (železobetón) –, no nakoniec sa pre neočakávané geologické podmienky mohli použiť len posledné dva typy spodných klenieb. Ich percentuálne zastúpenie (tab. 1) poukazuje na nestálosť geologického prostredia.

Základy sú navrhnuté ako železobetónové z betónu C25/30-XC3,XA1 (SK) – Cl 0,20-Dmax16-S4. Maximálna dĺžka blokov je 12,5 m pri bežnom profile tunela aj pri profile núdzového zálivu. Základové pásy majú tvar skoseného obdĺžnika s výškou 0,6 m a šírkou 1,41 m. Na celej dĺžke tunela sú základy navrhnuté ako vystužené, pričom typ vystuženia závisí od geotechnických parametrov jednotlivých kvázi homogénnych úsekov. Výstuž neprechádzala do hornej klenby, čím vzniklo kĺbové spojenie medzi základom a hornou klenbou.

Základové pásy, resp. protiklenba, sú vystužené oceľovými sieťami a prútovou výstužou. Pri všetkej výstuži sekundárneho ostenia je použitá oceľ triedy B 500 B, minimálna výška krytia výstuže je 70 mm. Súčasťou základových pásov je aj ochrana proti bludným prúdom, ktorá sa rozdelila po celej dĺžke tunela na tri obvody.

Pozostáva z prevarenia dvoch prútov výstuže priemeru 20 po celej dĺžke základového pásu, v určitých miestach sa vyviedol zemniaci FeZn pásik. Sondy na sledovanie korózie výstuže sú umiestnené v portálových blokoch, ďalšie vývody sú v priečnych prepojeniach tunela a únikovej štôlne.

Izolácia a drenážné odvodnenie

Odvodňovací systém ostenia pravej tunelovej rúry bol navrhnutý a zrealizovaný ako otvorený, hydroizolácia (obr. 2) sa realizovala iba v hornej časti tunela. Horninová voda, ktorá preniká k výrubu tunela, sa zachytáva medziľahlým plášťom z ochrannej a drenážnej geotextílie s minimálnou plošnou hmotnosťou 900 g/m² a hydroizolačnej fólie s minimálnou hrúbkou 2,0 mm (plus signalizačná vrstva 0,2 mm), umiestneným medzi primárnym a sekundárnym ostením.

Obr. 2 Hydroizolácie tunela Poľana (Zdroj: Ing. Radovan Kušnierik)

Horninová voda sa odvádza cez drenážnu vrstvu hydroizolácie do postrannej drenáže s profilom DN 200 mm. Z toho dôvodu sa v tuneli nerealizovala stredová kanalizácia, drenážna voda je gravitačne zvedená pred západný portál tunela.

V priečnych prepojeniach sa hydroizolácia ukončila za vybetónovaným zárodkom prepojky, kde na ňu nadväzovala striekaná hydroizolácia na dĺžke 10 m. Zvyšná časť prepojky má len primárne ostenie bez izolácie a s ochrannou vrstvou striekaného betónu.

Kanalizačné drenážne perforované potrubie (PP, DN 200, SN 8, perforácia 116°) na odvodnenie PTR je uložené v rámci budovania ostenia na podkladový betón C16/20. Obetónovanie sa vyhotovilo až do výšky perforácie a potrubie sa obsypalo medzerovitým betónom s frakciou 16 – 32 so spojivom z vysokopecného síranového cementu.

Drenážne perforované potrubie (PP, DN 150, SN 8, perforácia 116°) sa uložilo v rámci budovania konštrukcie vozovky na účely jej odvodnenia medzi vrstvu výplňového betónu spodnej klenby a vrstvu štrkodrviny. Potrubie sa obsypalo drenážnou a protimrazovou vrstvou zo štrkodrviny s frakciou 0 – 32, 0 – 45, ktorá tvorí zároveň časť konštrukcie vozovky. Odvodnenie pláne vozovky vedie v najnižšom mieste priečneho sklonu vozovky a je zaústené do čistiaceho výklenku cez základový pás.

Drenážne potrubie únikovej štôlne a priečnych prepojení odvádza prebytočnú vodu z pláne štôlne a lokálne priesaky cez ostenie únikovej štôlne, ktoré sú sústredenými zvodmi zvedené do pláne štôlne. Približne každých 25 m sú do potrubia zaústené potrubia z vpustov umiestnených v žliabku únikovej štôlne.

Drenážne potrubie (PVC, DN 200) je situované v osi únikovej štôlne a priečnych prepojení, pričom smerovo aj výškovo kopíruje túto os. Zaústenie do horských vpustov a následne do kanalizácie diaľnice je situované pred západným portálom.

Betonáže hornej klenby

Pravá tunelová rúra je rozdelená na bloky dlhé 12,5 m, ktoré sa betónujú pomocou oceľovej posuvnej formy, vrátane blokov núdzových zálivov. Výnimkou je prvý blok na západnom portáli na hranici razenej a hĺbenej časti tunela, ktorý má dĺžku 10,6 m, a takisto bloky pred a za núdzovými zálivmi, ktoré majú dĺžku 6,25 m. Celkovo je sekundárne ostenie tunela rozdelené na 75 blokov, z toho 4 bloky predstavujú hĺbené časti.

Konštrukcia hornej klenby bežného profilu má hrúbku min. 300 mm vo vrchole klenby, smerom k pätám sa zväčšuje. Hrúbka hornej klenby núdzového zálivu je min. 400 mm vo vrchole klenby, smerom k pätám sa zväčšuje.
Okrem typických prierezov sekundárneho ostenia sa v tuneli nachádzajú aj atypické bloky s týmito výklenkami:

• CV – čistiaci výklenok,
• ZV – združený výklenok (SOS hláska + hydrant + čistiaca šachta drenáže),
• Zárodok UC – blok so zárodkom pre priečne prepojenia.

Ostenie tunela je navrhnuté z betónu C30/37-XC4, XD2, XF4, (SK)-Cl 0,20-Dmax 16-S4.
Ostenie je vystužené oceľovými sieťami, prútovou výstužou a pomocnými priehradovými nosníkmi na realizáciu výstuže jednotlivých blokov sekundárneho ostenia.

Pri všetkej výstuži sekundárneho ostenia je použitá oceľ triedy B 500 B. Minimálne krytie výstuže je 50 mm.
Sekundárne ostenie tunela sa začalo realizovať až po ustálení konvergencií primárneho ostenia v zmysle TKP 26 Tunely. Stavebná tolerancia ostenia je ± 30 mm.

Po realizácii izolácie daného bloku nasledovalo armovanie, ktoré prebiehalo z armovacej plošiny s rovnakou dĺžkou ako samotný blok (12,5 m). Najskôr sa uložila prvá vrstva sietí, ktoré mali atypické rozmery a presahy na koncoch. Medzi prvú a druhú vrstvu sietí sa montovali priehradové oblúky, ktoré pozostávali z piatich dielov a vzájomne sa spájali pomocou lanových spojok.

V štandardnom bloku bolo umiestených 9 ks priehradových oblúkov s hmotnosťou 0,29 t v osovej vzdialenosti 1,35 m. Druhá vrstva sietí bola takisto atypická a kopírovala požadovaný tvar oblúka hornej klenby. Zložitosť geologického prostredia mala vplyv aj na to, že tunel musel byť vystužený v celej dĺžke a následne sa naprojektovali variantné typy výstuže, kde dochádzalo k zmene počtu príložiek. Celková hmotnosť výstuže hornej klenby v razenej časti je približné 797 t ocele. Armatúra PTR je na obr. 3.

Obr. 3 Armatúra PTR (Zdroj: Ing. Radovan Kušnierik)

Samotná betonáž hornej klenby prebiehala pomocou oceľovej samohybnej hydraulickej formy. Práce spojené s betonážou prebiehali iba v dennej zmene, časovo vychádzala betonáž raz za 48 hodín. Predchádzalo jej očistenie formy, presun do ďalšieho bloku, osadenie do správnej polohy za asistencie geodeta, zadebnenie čelnej stienky.

Pri osadzovaní formy sa muselo dbať aj na správnu polohu „zuba“, ktorý sa nachádza po oboch stranách v spodnej časti a slúži na osadenie zákrytových dosiek chodníka. Betón sa tlačil do rozvodov formy pomocou stabilnej betónpumpy. Bezproblémové dodávky betónu z vlastnej staveniskovej betonárky zaručili obmedzenie vzniku výraznejších lokálnych betónových hniezd.

Ďalším zaujímavým faktorom sa ukázali byť aj nedoznené konvergencie, ktoré sa prejavili najmä v úvode betonáží, pričom priemerná hodnota spotreby betónu nad teoretickú hodnotu sa pohybovala na úrovni približne 52 m³ betónu na jeden blok ostenia. Teoretická výmera betónu pri štandardnom bloku dlhom 12,5 m bola 92,5 m³.

Náročnejšou časťou výstavby sekundárneho ostenia bola betonáž núdzových zálivov. Podľa zadávacích podmienok sa z dôvodu obojsmernej premávky požadovalo, aby sa núdzový záliv nachádzal po oboch stranách tunela. Prvotné riešenie s jedným obojstranným zálivom sa pre veľké geotechnické riziko z príliš veľkého profilu čelby prehodnotilo na vybudovanie dvoch jednostranných zálivov. Tie sa nachádzajú v mieste priečnych prepojení v osovej vzdialenosti 250 m, pričom kraje zálivu sú od  portálov tunela vzdialené 373 m na západe a 211 m na východe.

Časový faktor a dodržanie zmluvných termínov donútili zhotoviteľa použiť na realizáciu núdzových zálivov ďalšiu formu, vďaka čomu sa mohlo nezávisle pokračovať na betonáži bežného profilu. Tento problém sa podarilo vyriešiť zmontovaním oceľovej samohybnej hydraulickej formy, ktorá bola schopná prejsť bežným profilom v transportnom stave a potom sa dostať v núdzovom zálive z osi bežného profilu do osi núdzového zálivu, roztvoriť sa a pripraviť na betonáž (obr. 4). Tento zložitý úkon sa musel zopakovať ešte 4-krát, aby sa podarilo zabetónovať všetkých osem blokov núdzových zálivov.

Obr. 4 Priečny rez formou v bežnom profile a rozloženie v zálive (Zdroj: Ing. Peter Fekete)

Súčasťou tunela Poľana je aj úniková štôlňa, v ktorej sekundárnu ochranu netvorí liaty betón, ale iba stavebná úprava zo striekaného betónu. Pretože úniková štôlňa je navrhnutá ako dočasná konštrukcia so životnosťou min. 40 rokov, je v tomto prípade navrhnutá ochranná a zosilňujúca vrstva primárneho ostenia zo striekaného betónu C25/30 s hrúbkou 100 mm s rozptýlenou nekovovou výstužou. Táto vrstva bude slúžiť aj na zlepšenie statickej únosnosti prierezu štôlne. Nekovovú výstuž tvoria plastové makrovlákna z polypropylénu (PP) s ťahovou pevnosťou min. 500 MPa.

Stavebno- technické riešenie hĺbených častí

Technické riešenie hĺbenej časti pravej tunelovej rúry je navrhnuté tak, aby zodpovedalo požiadavke na životnosť min. 100 rokov, technické riešenie hĺbenej časti únikovej štôlne je navrhnuté tak, aby zodpovedalo požiadavke dočasnej konštrukcie navrhnutej na životnosť min. 40 rokov.

Ostenie tunela je navrhnuté ako monolitická železobetónová konštrukcia s hrúbkou ostenia min. 400 mm, ktorá sa smerom k základovej doske zväčšuje. Základová doska má hrúbku minimálne 720 mm. Portálové bloky na západnej aj východnej strane majú rovnakú dĺžku 18,75 m, blok susediaci s razenou časťou má dĺžku 8,75 m a úvodný blok 10,0 m.

Vyhotovenie čela portálových blokov je rozdielne – na západnom portáli je čelo zrezané v klenbe sklonom 1 : 1, východný portál má čelo kolmé, čo umožnilo dodržať hranicu trvalého záberu nad portálom.
Horná klenba je navrhnutá z betónu triedy C30/37-XF4,XC3,XD1(SK). Základová doska je z betónu triedy C25/30-XA1, XC3(SK). Podkladový betón bude triedy C12/15-X0.

Bloky sú vystužené iba prútovou výstužou. Použitá je oceľ triedy B 500 B. Minimálne krytie výstuže z vnútornej strany tunela je 50 mm. Pred betonážou portálového bloku bolo treba vložiť do ostenia zámok zvodidla, aby bezpečnostné prvky z vyústenia tunela mohli plynule nadväzovať na samotnú trasu diaľnice.

Bloky na východnom portáli sa betónovali pomocou vnútorného posuvného (debniaci voz) a vonkajšieho debnenia. Západný portál sa betónoval pomocou systémového debnenia a vonkajšieho debnenia. Realizáciou ostenia sa vytvoril jednotný, trvanlivý, odolný a hladký povrch. Takýto povrch by mal byť nenáročný na údržbu, čistenie, vetranie tunela a osvetlenie.

Styk blokov hĺbeného tunela v mieste hornej klenby je navrhnutý ako dilatačná škára, takisto aj styk hornej klenby medzi blokom hĺbenej a razenej časti tunela. Do dilatačnej škáry sa vložil extrudovaný polystyrén s hrúbkou 20 mm, mikroporézny povrazec s priemerom 30 mm a nehorľavý, trvalo pružný tmel na báze polyuretánu.

Ostenie únikovej štôlne je navrhnuté ako rámová konštrukcia z monolitického železobetónu. Rozdelenie blokov: jeden blok s dĺžkou 8,9 m (1L) na západnom portáli a tri bloky na východnom portáli. Dĺžky blokov sú 2 × 10,0 m (2L a 3L) a 5,218 m (4L). Horná doska má premennú hrúbku od 350 do 400 mm. Steny majú hrúbku 350 mm. Celá konštrukcia je založená na základovej doske s hrúbkou 700 mm.

Obr. 5 Stavebná úprava štôlne (Zdroj: Peter Dinič)

Záver

Presne do roka od začatia betonáže základových pásov bol tunel Poľana po stavebnej stránke takmer hotový. Zrealizovalo sa sekundárne ostenie vrátane drenážneho odvodnenia, vyhotovila sa CB vozovka, ktorej predchádzali položenie obrubníkov a montáž štrbinových žľabov, všetko bolo pripravené na dokončovacie práce a montáž technológie.

Aby sa všetky tieto činnosti dokončili v zmluvných termínoch, bolo potrebné vynaložiť značné úsilie na koordináciu prác, technické zabezpečenie a zaistenie odbornej zdatnosti zainteresovaných pracovníkov. Časové omeškanie razenia z dôvodu zhoršených geologických podmienok sa prenieslo aj na realizáciu sekundárneho ostenia, takže zhotoviteľ musel hľadať možnosti, ako riešiť vzniknutú situáciu. Výsledkom bola práca na troch pracoviskách súčasne.

Na západnom portáli sa betónovali hĺbené časti systémovým debnením, v núdzovom zálive sa pracovalo pomocou špeciálne upravenej oceľovej formy a v bežnom profile pokračovali betonáže, aby mohla byť forma k dispozícii na dokončenie blokov hĺbenej časti na východnom portáli. Všetky tieto opatrenia dopomohli k tomu, aby bol tunel po dokončení montáže všetkých technológií včas pripravený na funkčné skúšky a bol k dispozícii na užívanie v rámci diaľnice D3.

Construction of the secondary tunnel lining in tunnel Poľana

Motorway D3 Svrčinovec – Skalité belongs to its nature to the most difficult sections of the motorway schemes in the territory of the Slovakia. Following its completion it will become part of the sections in the direction of the motorway D3 Žilina – Kysucké Nové Mesto – Čadca – Skalité and creating with sections of the D1 from Bratislava one of the North-South axis. In addition, greatly contributing to the protection of the environment and will improve safety and traffic situation in the region concerned.

One of the most difficult objects to this however is Polana tunnel, which will be the first of five planned tunnels drivers coming from Poland will encounter on D3. In this article, we present the construction of the Polana tunnel, in particular its final stage – secondary tunnel lining.

Literatúra
1. ZWILLING, R. Technická správa – SO 203-07 Razený tunel – PTR, časť 01. Sekundárne ostenie. Basler&Hofmann Slovakia s.r.o., 04/ 2015, 5 s.

TEXT: Ing. Vladimír Ďurša
_____________________________________________________
Vladimír Ďurša pôsobí v spoločnosti Doprastav, a. s., závod Žilina.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby 5/2016.