Štúdia realizovateľnosti železničnej trate Čierna nad Tisou – Košice – Žilina

Železničná trať posudzovaná v štúdii je súčasťou V. železničného koridoru a má dĺžku 350 km. Cieľom štúdie bolo transparentným spôsobom zostaviť prijateľné množstvo ucelených variantných riešení, ktoré vstupovali do záverečného hodnotenia pomocou CBA analýzy, a z nich zostaviť konečné poradie a vybrať víťazný variant.

Vzhľadom na celkovú dĺžku trate a veľké množstvo možných kombinácií trasovania bolo nevyhnutné vymyslieť a aplikovať zrozumiteľnú a prehľadnú metodiku, ktorá by zabezpečila tento cieľ. Príspevok sa tak zaoberá tvorbou, analýzou a konečným výberom trás do záverečného vyhodnotenia.

Železničná trať Čierna nad Tisou – Košice – Žilina je zaradená do siete európskych železničných koridorov, z čoho vyplýva aj jej význam. Vznik trate sa datuje ku koncu 19. storočia, pričom jej trasovanie s miestnymi zlepšeniami pretrvalo až do dnešných dní. Zvýšené nároky na kvalitu a rýchlosť prepravy úmerné 21. storočiu a jednotným konštrukčným zásadám železničnej siete zjednotenej Európy však už vyvolávajú potrebu zásadnej rekonštrukcie tejto trate. Vzhľadom na príslušnosť trate do siete európskych železničných koridorov je snahou použiť na úhradu časti nákladov na rekonštrukciu a modernizáciu európske fondy. Na stanovenie optimálneho pomeru investičných nákladov k zvolenému technickému riešeniu a trase bolo potrebné vypracovať štúdiu realizovateľnosti.

Štúdia mala štyri etapy prác, pričom cieľom:

1. etapy bolo definovať ciele v rámci dopravného koridoru, analyzovať kľúčové vstupy, navrhnúť doplnkové, organizačné a prevádzkové opatrenia v oblasti infraštruktúry,
2. etapy bolo spracovať a navrhnúť viaceré možné investičné alternatívy obsahujúce minimálne alternatívu „bez projektu“ a stanoviť 4 alternatívy v zmysle „urobiť niečo“; následne spracovať pre každý koncepčný variant koridoru určitý počet čiastkových alternatív, ktoré musia spĺňať ciele projektovej koncepcie koridoru,
3. etapy bol užší výber alternatív, ktorý vstúpi do záverečného hodnotenia pomocou zvolených nástrojov a kritérií (napríklad mulitikriteriálna analýza),
4. etapy analyzovať náklady a výnosy (CBA), vypracovať konečné vyhodnotenie alternatív a určiť ich poradie.

Článok sa zameriava na 2. a 3. etapu, ktoré boli pravdepodobne kľúčové z hľadiska výsledku celej štúdie.

Definovanie štyroch koncepčných variantov koridoru

Na základe cieľov štúdie sa definovali štyri koncepčné návrhy koridoru, v rámci ktorých sa zostavili ucelené trasy, využívajúc úvodný zásobník trás vytvorený pre rýchlosti 120, 140 a 160+ km/h. Trasy koncepčných variantov sa zostavili vzájomnou kombináciou monorýchlostných trás podľa vhodnosti a potreby na danom úseku trate.

Tvorba trás, ich analýza a konečný výber

Úlohou 2. etapy štúdie bolo vytvoriť dostatočný počet trás podľa zvolených parametrov, odsúhlasených riadiacim výborom. Medzi základné parametre patria maximálna rýchlosť jazdy a pozdĺžny sklon trate. Celá trať s dĺžkou približne 350 km bola rozdelená na 16 hlavných úsekov – tie na svojich rozhraniach rešpektovali a zohľadňovali pevné body (železničné stanice a iné dôležité dopravne), cez ktoré musí trať prechádzať. V tab. 2 je uvedený prehľad 16 hlavných úsekov trate. Aby sa obsiahlo kompaktné portfólio trás, stanovil a uskutočnil sa prvotný cieľ – navrhnúť v každom zo 16 úsekov nové trasy na rýchlosť 120, 140 a 160 km/h a, samozrejme, ponechať trasu existujúcej železničnej trate. Schéma vytvárania trás v hlavnom úseku je na obr. 1.

Obr. 1 Schéma vytvárania trás v hlavnom úseku

Pri prvotnom návrhu vznikli situácie, keď sa v niektorom zo 16 úsekov trate vytvorilo aj viac alternatív na tú istú rýchlosť. Tie sa potom označili indexom – napríklad 140/1, 140/2 (dve trasy na rýchlosť 140 km/h). Toto bol prvý, základný, zásobník trás, z ktorého sa počas štúdie odvíjal ďalší výber. Prehľad o úvodnom počte trás poskytuje tab. 3. V stĺpcoch s konkrétnou návrhovou rýchlosťou je zapísané, koľko alternatív sa v danom úseku vyskytuje. Tento výber bol podrobený „prvej redukcii“, v rámci ktorej sa z ďalšieho posudzovania vylúčili evidentne nezmyselné trasy (mali veľmi zlé sklonové pomery, sprevádzali ich extrémne zásahy do zastavaného územia a pod.).

Po prvom výbere trás sa do všetkých zostávajúcich trás vložili jednotnou metodikou inžinierske stavby (mosty a tunely, cesty, zastávky, stanice…), a to na základe vzájomného porovnania polohopisnej mapy a pozdĺžnych profilov. Trasovanie sa vykonávalo v 3D, na 3D modeli terénu s presnosťou povrchu obvyklou pri mapách v mierke 1 : 10 000. Každý zo 16 hlavných úsekov trate bol však stále príliš dlhý, takže nevhodný na detailnejšiu kombinovateľnosť jednotlivých trás v úseku medzi sebou. Hľadala sa tak objektívna metóda, ako každý hlavný úsek vnútorne rozdeliť na menšie čiastkové úseky. Ukázalo sa, že pri návrhu trás vznikli v každom hlavnom úseku prirodzene miesta, kde sa všetky trasy alebo väčšina v konkrétnych úsekoch alebo bodoch stotožňujú či pretínajú (obr. 2).

Obr. 2 Schematické zobrazenie určenia spoločných bodov trás v hlavnom úseku

Tieto miesta vytvorili ďalšie hranice, umožňujúce rozdeliť 16 hlavných úsekov na ďalšie kratšie čiastkové úseky, čím vznikla možnosť jednotlivé trasy medzi sebou vzájomne kombinovať, vytvorené kombinácie vyhodnocovať a nakoniec skladať optimálne varianty podľa kritérií. Na získanie jednoduchšieho prehľadu o tom, na koľko čiastkových úsekov je rozdelených 16 hlavných úsekov a ktoré trasy obsahuje každý čiastkový úsek, vznikla grafická príloha Schéma delenia trate. Výsek z nej ukazuje obr. 4. Celkový počet čiastkových úsekov z Čiernej nad Tisou do Žiliny je 59. Z hľadiska potreby zoradenia výsledných trás vytvorených kombináciou čiastkových trás z čiastkových úsekov do štyroch množín „koncepčných návrhov koridoru“ existoval ešte stále príliš veľký počet trás, v mnohých prípadoch aj obsahovo a technicky duplicitných.

Tento počet bolo potrebné zredukovať, na čo sa použila expertná analýza. Redukciou trás v procese expertného posúdenia vznikol veľkostne prijateľný zásobník čiastkových trás (alternatív), pri ktorých sa jednotným spôsobom určili náklady. Okrem nákladov sa pri každej čiastkovej trase určila úspora času (oproti existujúcej – referenčnej trase) a určili sa aj náklady na 1 minútu úspory času. Tieto údaje (čísla, koeficienty) a posúdenie pravdepodobných/potenciálnych vplyvov na životné prostredie tvorili základ na zostavenie 340 km dlhých trás podľa definície piatich koncepčných návrhov koridoru. Pôvodné štyri koncepty z úvodu štúdie sa po 2. etape prác rozšírili na žiadosť Železníc Slovenskej republiky o piaty koncept.

Obr. 4 Schéma delenia trate na čiastkové úseky – ide o hlavný úsek 04 Kysak – Margecany; čísla ohraničené štvorcovým rámikom sú známky jednotlivých trás z posúdenia z pohľadu klimatických zmien.

V rámci každého čiastkového úseku a jeho trasy sa spracovali tieto údaje:

• základné investičné náklady,
• merné náklady na 1 sžkm (km trate v súčasnom stave),
• teoretická úspora jazdného času určená pre jeden smer jazdy,
• hrubé hodnotiace číslo určené ako podiel základných nákladov a zníženia jazdného času; hodnotiace číslo je uvedené v tvare mil. €/1 min zmeny jazdného času,
• čisté merné náklady na 1 sžkm stanovené ako základné investičné náklady čiastkového úseku v jednotlivých koncepčných variantoch, znížené o merné náklady referenčného variantu,
• čisté hodnotiace číslo určené ako podiel základných nákladov čiastkového úseku v jednotlivých koncepčných variantoch, znížené o merné náklady referenčného variantu a zníženia jazdného času; hodnotiace číslo je uvedené v tvare mil. €/1 min zmeny jazdného času a vyjadruje zjednodušený pomer nákladov a benefitov.

Takýmto spôsobom vznikol ohodnotený zoznam čiastkových trás, pri ktorom bolo možné určiť už pomerne objektívnym spôsobom výhodnosť a účelnosť každej konkrétnej čiastkovej trasy. Na jeho základe sa pre každý z piatich koncepčných variantov (tab. 1) zostavili ucelené trasy v rámci celej trate s dĺžkou 350 km. Tab. 6 zobrazuje počet variantov pri každom koncepčnom návrhu koridoru podľa tab. 4.

Z tab. 6 vidieť takéto zostavenie čiastkových alternatív:

Koncept 1
Tzv. základný koncept charakterizuje snaha o minimalizáciu investičných nákladov a dosiahnutie vytýčených špecifických cieľov. V rámci neho boli zostavené tri čiastkové alternatívy 1.1 – 1.3.

Koncept 2
Tento koncept, pracovne nazvaný ako stredný, je zameraný hlavne na realizovateľnosť výhľadového taktového grafikonu 2020. Zostavilo sa v ňom spolu päť čiastkových alternatív 2.1 – 2.5.

Koncept 3
Tzv. maximálny koncept si kladie za cieľ konkurenciu IAD na väčšie vzdialenosti. Boli v ňom zostavené spolu štyri čiastkové alternatívy 3.1 – 3.4.

Koncept 4
Tzv. regionálny koncept je zameraný (ako už pracovný názov napovedá) na dostupnú prímestskú dopravu v okolí miest Žilina (úsek Žilina – Kraľovany) a Košice (Košice – Kysak – Prešov). Boli v ňom zostavené tri čiastkové alternatívy 4.1 – 4.3.

Koncept 5
Je invariantný, zostavil sa tak iba jeden návrh.

Spolu teda vzniklo 16 trás.

Multikriteriálna analýza

Všetky trasy piatich koncepčných návrhov koridoru sa podrobili multikriteriálnej analýze. Účelom bolo zostaviť výsledný počet trás, ktorý sa na záver posúdi analýzou nákladov a výnosov (CBA).
Stanovilo sa sedem kritérií (väčšina z nich obsahovala aj subkritériá), podľa ktorých sa realizovalo hodnotenie čiastkových alternatív. Medzi kritériá patril aj vplyv klimatických zmien.

Kritériá skupiny 1: Náklady

Základné investičné náklady
Ide o investičné náklady variantu stanovené podľa technického riešenia a ohodnotené schváleným Zoznamom jednotkových cien.

Prevádzkové vplyvy počas výstavby
Predstavujú potrebné zvýšenie základných investičných nákladov na zabezpečenie podmienok železničnej prevádzky počas výstavby. Počíta sa tu s technickými prostriedkami a zvýšením nákladov z prevádzky – mostné provizóriá, štetovnicové steny, dočasné koľajové úpravy, úpravy zabezpečovacieho zariadenia a trakčného vedenia počas výstavby, zvýšenie nákladov na mzdy, prevádzka stavebných mechanizmov, zväčšený rozsah zariadenia staveniska jeho delením na časti pozdĺž trate a iné. Toto kritérium dá odpoveď na otázku, o koľko sa zvýšia investičné náklady z dôvodu potreby udržať trať v prevádzke počas výstavby.

Sanácia zosuvov
Toto kritérium predstavuje spôsob zreálnenia odhadu investičných nákladov o vplyvy, s ktorými sa na úrovni štúdie bežne nepočíta. Pri stupni poznania dosahovaného v riešenej štúdii – bez dostatočných geologických a geotechnických prieskumov – je určenie investičných nákladov na sanácie zosuvov na úrovni expertného odhadu, preto tieto predpokladané náklady nie sú zahrnuté do odhadu investičných nákladov. Riešiteľ predpokladá nezanedbateľné rozdiely medzi posudzovanými čiastkovými variantmi.

Kritérium skupiny 2: Zmena (úspora) jazdného času

Na základe vytvorenia čiastkových alternatív sa vypočítali teoretické jazdné časy pri každej čiastkovej alternatíve. Použitá jednotka je minúta (min). Výsledná známka je ohodnotením pomerového porovnania podľa vzťahu hodnotená čiastková alternatíva/najvyššia alternatíva × 10 bodov.

Kritériá skupiny 3: Technická stránka štúdie

Sklonové pomery
Hodnotí sa veľkosť sklonu trate v promile.

Veľkosť prevýšenia v smerových oblúkoch
Prevýšenie koľajnicových pásov v smerových oblúkoch má vplyv na zaťaženie konštrukcie železničného zvršku, a teda na prevádzkové opotrebenie a následnú životnosť a údržbové náklady.
Prevýšenie je funkcia rýchlosti a má zohľadňovať zmenšenie odstredivého zrýchlenia pri najrýchlejších vlakoch. Zväčšovaním prevýšenia nastáva problém s jeho prebytkom pri pomaly idúcich (nákladných) vlakoch, ktoré spôsobujú opotrebovávanie vnútorného koľajnicového pásu. Zväčšovanie prevýšenia sa dá teda paušálne považovať za stav, keď sa zvyšuje šanca na stúpanie nákladov na údržbu počas prevádzky trate.

Počet rýchlostných skokov v trase
Spočíta sa súčet rozdielov rýchlostí Δv v celej zostavenej trase v ABS hodnote. Pri určovaní hodnôt jednotlivých sčítancov sa bude postupovať podľa princípu:
–    Δv  = 20 km/h (napr. 120 – 100)        hodnota bude 20
–    Δv  = 40 km/h (napr. 140 – 100)        hodnota bude 40 × 1,5 = 60
–    Δv  = 60 km/h (napr. 160 – 100)        hodnota bude 60 × 2 = 120

Hodnotenie:
∑Δv  = 0 km/h     + 10 b
∑Δv  = max    0 b

Maximálna hodnota sa určí, až keď budú v konečnej podobe zostavené trasy.

Kritériá skupiny 4: Environmentálne vplyvy

Z pohľadu vplyvu projektu na životné prostredie sa ako kritériá na hodnotenie a porovnanie jednotlivých alternatív vybrali tieto vplyvy:

• narušenie migračných koridorov,
• vplyv stavby na povrchové a podzemné vody,
• vplyv na chránené územie (okrem NATURA 2000),
• vplyv na územie NATURA 2000,
• hluková záťaž obyvateľstva,
• riziká súvisiace s vplyvom klimatických zmien.

Kritérium skupiny 5: Vplyvy súvisiace s rizikami vplyvu klimatických zmien

Analýza sa vykonala v rámci existujúceho stavu a navrhnutých variantov. Zamerala sa na posúdenie rizík v dôsledku povodní (zátopové oblasti, hĺbky a rýchlosti pri Q100 a Q1000) a zosuvov, ktoré môžu narásť po povodňových stavoch alebo dlhotrvajúcich zrážkach. Tam, kde sa zistili významné riziká, resp. tam, kde sa pri predbežnej analýze ponúkali ekonomicky výhodné a ľahko realizovateľné úpravy trasy, ktoré redukujú identifikované riziká, sa odporučili opatrenia.

Kritériá skupiny 6: Dopravné kritériá

Po diskusii sa hlavné dopravné kritérium – zníženie jazdného času – zaradilo ako samostatné kritérium. Riešiteľský tím preveroval viacero iných možných subkritérií (splnenie požiadaviek cieľového GVD, výkonnosť obmedzujúcich úsekov, normatívy hmotností nákladných vlakov, možnosti koordinácie ŽD, IAD a VOD), ktoré v definitívnom hodnotení nefigurujú buď z dôvodu malých rozdielov medzi čiastkovými alternatívami (pod 5 %), alebo sa použili iným spôsobom – kritérium splnenia požiadaviek cieľového taktového GVD sa použilo pri tvorbe alternatív ako nutná podmienka.

Zapojenie tarifných bodov
V tomto kritériu sa bude v praxi posudzovať počet nezapojených tarifných bodov oproti súčasnosti. Hodnotenie závisí od počtu nezapojených tarifných bodov.

Kritériá skupiny 7: Časové hľadisko (pripravenosti na realizáciu)

Stupne projektovej prípravy
Hodnotia sa všetky dosiahnuté stupne projektovej prípravy, ale aj iných potrebných krokov:

1. EIA – zámer a správa o hodnotení,
2. dokumentácia stavebného zámeru verejnej práce,
3. dokumentácia na územné rozhodnutie,
4. schvaľovací proces ŽSR a MDVRR,
5. inžinierska činnosť,
6. územné rozhodnutie,
7. dokumentácia pre stavebné povolenie vrátane schvaľovacieho procesu ŽSR,
8. DRS vrátane schvaľovacieho procesu ŽSR, začiatok majetkovoprávneho vyrovnania,
9. inžinierska činnosť a majetkovoprávne vyrovnanie,
10. stavebné povolenie,
11. DVZ,
12. verejná súťaž na výber zhotoviteľa.

Zhrnutie MCA a výber alternatív pre CBA

V súlade so zadaním nemala multikriteriálna analýza ambície porovnávať všetky čiastkové alternatívy medzi sebou, ale len v rámci koncepčného návrhu koridoru. Táto skutočnosť ovplyvnila aj stanovenie váh jednotlivých kritérií, ktoré sa pri konkrétnych konceptoch líšia. V ďalšom kroku prác na multikriteriálnej analýze realizovali experti známkovanie jednotlivých čiastkových alternatív. Išlo o časovo značne náročný proces, keďže každá alternatíva je zložená z 52 čiastkových úsekov, ktoré sa známkovali samostatne. Takto stanovené bodové hodnotenie so zohľadnením závažnosti kritérií vstupovalo do záverečnej fázy 3. etapy, ktorou bolo vzájomné hodnotenie čiastkových alternatív v rámci jednotlivých konceptov koridoru. Celkové súhrnné známkovanie sa pre väčšiu prehľadnosť previedlo na relatívne. Takto vzniklo poradie jednotlivých čiastkových alternatív v rámci každého koncepčného návrhu koridoru (koncept 5 sa s ohľadom na invariantnosť neposudzoval).

Výsledky ukázali, že rozdiel medzi jednotlivými čiastkovými alternatívami je veľmi malý a kolíše v relatívnych číslach od približne 2 % pri koncepte 1 až po 9 % pri koncepte 3 a 4. Z pohľadu zhotoviteľa štúdie je to známka toho, že návrhy čiastkových alternatív v rámci jednotlivých konceptov sú vyvážené a navzájom konkurencieschopné. Práce boli zavŕšené predložením návrhu správy o užšom výbere alternatív riadiacemu výboru, ktorý tento výber vykonal (tab. 8). Tieto trasy (alternatívy) z Čiernej nad Tisou do Žiliny sa stali predmetom analýzy nákladov a výnosov (CBA). Po vykonaní CBA vyšla víťazne alternatíva 2.3, za ktorou nasledovala alternatíva 3.1.

TEXT: Ing. Ondrej Podolec, Ing. Peter Harabín
OBRÁZKY: REMING CONSULT a. s.

Ondrej Podolec a Peter Harabín pôsobia ako projektanti v spoločnosti REMING CONSULT a.s.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby