Železničný tunel cez Turecký vrch

Po objavení parného pohonu a jeho uplatnení v železničnej doprave nastal prudký rozvoj železníc. Ťažké parné lokomotívy však mali problém s prekonávaním prevýšenia v hornatom teréne, preto boli stavitelia nútení hľadať výhodnejšie trasy, čo ich priviedlo k razeniu tunelov priamo cez pohoria.

Tunely vždy patrili k najnáročnejším železničným stavbám. Prví stavitelia nemali znalosti z mechaniky hornín a pri razení zúročovali predovšetkým skúsenosti z baníctva. Dnes tunelovanie a razenie podľa zásad Novej rakúskej tunelovacej metódy (NRTM) zaisťuje bezpečnosť stavebného postupu aj konečného diela pomocou observačnej metódy a dôkladného geomonitoringu. Geotechnický monitoring sleduje a meria priebežné správanie horninového prostredia a výstroja výrubu. V reálnom čase odovzdáva vyhodnotené výsledky všetkým účastníkom výstavby, čím zaisťuje bezpečné riadenie stavby.

Tunely sa podstatne odlišujú od ostatných typov stavieb, a to z dôvodu ich vlastnej povahy – obmedzene známeho horninového prostredia a často nepredvídateľných podmienok. Vo všeobecnosti môžeme povedať, že tunely ako inžinierske stavby sa navrhujú a realizujú všade tam, kde je potrebné prekonať prírodné alebo umelé prekážky, pričom zlepšujú smerové aj výškové pomery, skracujú trasy a zachovávajú nedotknutú prírodu nad tunelom. Napriek tomu, že ide o technicky mimoriadne náročné stavby, pri ktorých realizácii sa používajú najmodernejšie dostupné technológie a ktorých výstavba si vyžaduje nemalé finančné prostriedky, tunely sa stavajú hlavne pre úsporu prevádzkových nákladov a ochranu životného prostredia.

Železničné tunely na Slovensku
Celkový počet prevádzkovaných tunelov na tratiach ŽSR je 75 (z tohto počtu je 68 tunelov jednokoľajných a 7 tunelov dvojkoľajných) v celkovej stavebnej dĺžke takmer 43,5 km. Trať s najväčším počtom tunelov je trať Banská Bystrica – Diviaky (Turčianske Teplice) s 22 tunelmi v celkovej dĺžke 12 210 m.

Hoci sa od roku 1966 (posledný bol Ružbašský tunel 1960 – 1966) na Slovensku nepostavil žiaden nový železničný tunel, majú ŽSR v rámci modernizácie železničných tratí plán vystavať na koridorových tratiach 30 nových železničných tunelov. K modernizácii železničných tratí sa pristupuje v zmysle medzinárodných dohôd AGC (Európska dohoda o medzinárodných železničných magistrálach) a AGTC (Európska dohoda o najdôležitejších trasách medzinárodnej kombinovanej dopravy a súvisiacich objektoch).

V týchto dňoch už prebiehajú raziace práce na prvom z plánovaných tunelov. Je ním jednorúrový dvojkoľajný železničný tunel cez Turecký vrch pri Trenčianskych Bohuslaviciach.

Základné údaje o stavbe Názov diela:  V. koridor, Nové Mesto nad Váhom – Púchov, I. a II. etapa, traťový úsek Nové Mesto nad Váhom – Zlatovce Investor:  Železnice Slovenskej republiky, Bratislava Zhotovovateľ:  Združenie Nové Mesto – Zlatovce 2009 Vedúci člen združenia:  OHL ŽS, a. s., Brno. Členovia združenia:  Skanska SK a. s., Váhostav – SK, a. s., Žilina, Doprastav, a. s., Bratislava, Eltra, s. r. o., Košice Začiatok výstavby:  09/2009 Ukončenie výstavby:  04/2013

Železničný tunel cez Turecký vrch
Tunel Turecký vrch je najvýraznejším prvkom I. etapy modernizácie železničnej trate Nové Mesto nad Váhom – Zlatovce v dĺžke 17,7 km. Výstavbu I. etapy zabezpečuje Združenie Nové Mesto – Zlatovce 2009. Podiel prác spoločnosti Skanska SK z celkového objemu predstavuje približne 20 % a tvorí ho hlavne výstavba tunela, na ktorej sa podieľa asi 65 % prác.

Okrem tunela sa na 17,7 km dvojkoľajovej železničnej trati vybudujú dva nové železničné a šesť cestných mostov. Rekonštrukcia čaká aj desať existujúcich železničných mostov, tri podchody pre cestujúcich v železničných staniciach, priepusty a podchody pre verejnosť. Trať je súčasťou európskeho železničného koridoru č. V.

Umiestnenie tunela spolu s konštrukciou portálov a zárubnými stenami rieši otázku nevyhnutného stretu priestorových záujmov medzi modernizáciou železničnej trate a Chránenou krajinnou oblasťou Turecký vrch. Po analýzach alternatívnych riešení vedenia trasy okolo Tureckého vrchu v súčasnej stope železničnej trate a novou trasou – tunelovým variantom – sa investor rozhodol pre tunelový variant. Zmena vedenia trasy cez tunel zabezpečí zvýšenie terajšej traťovej rýchlosti zo 70 až 80 km/h minimálne o 100 % na 160 km/h, výhľadovo na 200 km/h a minimalizuje negatívne vplyvy na chránenú krajinnú oblasť. Ďalšou výhodou tunelového variantu je fakt, že výstavba tunela neobmedzuje dopravu, pretože tunel razíme mimo pôvodnú trať.

Technické riešenie rešpektuje doterajší charakter prostredia a upravuje zárezy portálov tunela pomocou zárubných stien tak, aby sa čo najviac zachoval charakter prírodného prostredia lesostepi (na južnej strane) a mohol ju čo najviac priblížiť k železničnej trati.

Celková dĺžka tunelovej rúry je 1 775 m, z toho razená časť má dĺžku 1 740 m (nový železničný kilometer – nžkm 102,510 00 – 104,250 00) a hĺbený úsek má spolu 35 m (25 m na južnom a 10 m na severnom portáli). V celej dĺžke je jednotný prierez dvojkoľajného tunela až na stred tunela, kde sa nachádzajú dve napínacie komory na trolejové vedenie s rozšíreným prierezom, dlhé po 10 m.

Konštrukcia ostenia dvojkoľajného tunela je dvojplášťová s medziľahlou fóliovou izoláciou. Dno nie je izolované. Prvá vrstva výstuže (primár), ktorá má premenlivú hrúbku plášťa zo striekaného betónu od 150 mm do 400 mm (pevnostnej triedy C 16/20), dočasne zaisťuje výrub tak, aby sa s požadovaným časovým odstupom mohol na striekaný betón pripevniť izolačný plášť. Tento plášť sa následne prekryje ostením z monolitického vystuženého betónu C 25/30 (sekundárne ostenie), ktoré tvorí konečnú konštrukciu ostenia tunela.

Nadložie v osi tunela dosahuje minimálnu hodnotu asi 3 m v mieste južného razeného portálu, najvyššie je v nžkm 103,500 a dosahuje približne 100 m. V strede tunela v km 103,48300 je napojená 244,7 m dlhá úniková chodba, ústiaca v priestore pôvodného nadjazdu železničnej trate.

Technológia razenia
Technológia razenia železničného tunela je úzko spojená s historickým vývojom tunelárstva v našej krajine. Rakúska tunelovacia metóda sa v našich zemepisných šírkach používa od 2. polovice 19. storočia a osvedčila sa pri výstavbe prvých železničných tunelov na našom území. Na výstavbu dvojkoľajového traťového tunela sa použila Nová rakúska tunelovacia metóda (NRTM), ktorá je založená na plnom rešpektovaní vlastností horninového prostredia a využívaní jeho samonosných schopností. Z uvedených dôvodov sa na základe geologického prieskumu rozdelil spôsob razenia na dva základné spôsoby. Prevládajúci spôsob razenia v pevných skalných horninách (vápence a dolomity) je rozdelený na technologické triedy výrubu TT2, TT3 a TT4. Druhý spôsob razenia sa použil v zeminovom prostredí a zvetranej skale, ktorá sa nachádza hlavne v úvodných častiach tunela, a je rozdelený do technologických tried TT5a1 a TT5a2.

Obr. 1  Prípravné práce na zaistení južnej steny severného portálu	Obr. 2  Výstavba južnej a západnej zárubnej steny portálu a ľavý bočný výrub

Firma Skanska SK a. s., Závod Tunely, vykonáva raziace práce zo severného (výjazdového) portálu. Keďže je severný portál umiestnený v hlbokej eróznej ryhe vyplnenej nestabilnou zeminou (obr. 1), bolo nevyhnutné zabezpečiť zvislé steny stavebnej jamy sústavou zvislých mikropilót vybavených vrstvou striekaného betónu s hrúbkou minimálne 15 cm a zemnými kotvami s dĺžkou 24 až 30 m (obr. 2, 3, 4). Ďalej je tu zabudovaná masívna pilótová stena z pilót ∅ 1 200 mm, ktorá chráni stavebnú jamu počas výstavby a tvorí opornú konštrukciu dolnej klenby hĺbeného úseku tunela. Pilótová stena zároveň tvorí základ zárubnej steny portálu vedľa budúcej koľaje.

Obr. 3  Sústava zvislých mikropilót s vrstvou striekaného betónu	Obr. 4  Zárubná stena zaistená zemnými kotvami s dĺžkou 24 až 30 m

Pred začatím razenia sa nadložie tunela zaistilo od portálu sústavou vodorovných mikropilót (mikropilótovym dáždnikom) s dĺžkou 20 m. V týchto zložitých geologických podmienkach sa 13. 1. 2010 začalo razenie úvodných metrov. Prvých 62,4 m sa razilo pri vertikálnom i horizontálnom členení čelby (TT5b2, TT5b1) s dĺžkou kroku 0,8 – 1,0 m. Horniny sa rozpojovali mechanicky – pomocou tunelbagra. Takéto členenie, ktoré sa na našom území použilo prvýkrát, čelbu rozdelilo vertikálne na ľavý bočný výrub, pravý bočný výrub a stredový pilier (obr. 5, 6).

Obr. 5  Vertikálne a horizontálne členenie čelby pri razení tunelovej rúry	Obr. 6  Pohľad na stredový pilier pri vertikálnom členení čelby tunelovej rúry

Veľká výška bočných čiastkových výrubov (9,5 m) a nevyhnutnosť rýchlo uzatvárať každú vyrúbanú časť záberu si vyžadovala členiť bočné výruby horizontálne na kalotu, jadro a protiklenbu (obr. 7, 8). Minimálny predstih kaloty pred jadrom bol daný potrebou uzatvárať obvod betónového ostenia z dôvodu stability tunela (maximálne 4 zábery). Dobierka jadra striedavo sledovala každý druhý záber v kalote. S rovnakým odstupom sa doberala a vystrojovala aj protiklenba bočného výrubu tak, aby bol bočný čiastkový výrub vystrojený uzavretým prstencom primárneho ostenia najneskôr 6 m za čelom kaloty. Oba bočné výruby mali byť razené za sebou s odstupom čelieb 6 až 10 m, no neskôr na základe priaznivých výsledkov geotechnického monitoringu mohol byť odstup čelieb až 24 m. Razenie bočných výrubov bolo nesmierne náročné na meračské práce, pretože primárna výstroj každého bočného výrubu pozostávala zo 7 segmentov oceľovej priehradovej výstuže (ARCUSOV). Merači museli neustále sledovať jej budovanie, aby sa mohol celý prstenec presne uzavrieť a aby sa presne spojili bočné výruby so stredovým pilierom. Výsledky geotechnického monitoringu nám tiež umožnili začať s dobierkou stredového piliera už počas situácie, keď bol ľavý bočný výrub v staničení 56,4 m a pravý bočný výrub v staničení 32,4 m. Aj tento výrub však bolo potrebné členiť na kalotu, jadro a protiklenbu (obr. 7).

Obr. 7  Razenie ľavého bočného výrubu	Obr. 8  Členenie bočného výrubu na kalotu, jadro a protiklenbu	Obr. 9  Krasové útvary – tunel Kastelec (Slovinsko)

Dve úrovne dopravy v tuneli počas razenia si vyžiadali úpravu dopravnej cesty násypom rampy do úrovne kaloty. S razením kaloty sa uzatvárala stropná klenba celého prierezu dvojkoľajného tunela, pričom horná časť vnútorných bokov sa zatiaľ ponechávala a vybúrala sa až s búraním ich spodnej časti, keď sa vyrúbalo jadro stredového piliera a následne sa primárnou výstrojou zaistila aj protiklenba (obr. 6). Tým sa uzavrela spodná klenba celého dvojkoľajného prierezu.

Od staničenia 62,4 m sa geológia zlepšila a razenie sa preradilo do technologickej triedy výrubu 5a1. Na rozpojovanie hornín sme začali postupne využívať aj vrtnotrhacie práce. Tu sa už čelba členila iba horizontálne na kalotu a lavicu s dĺžkou kroku 1,0 – 1,2 m. V tejto triede sme vyrazili 20,8 m. Následne sa razenie zaradilo do technologickej triedy výrubu 4 s dĺžkou kroku 1,5 m. Touto triedou sme razili 74,4 m až do výrubovej triedy 3, v ktorej razíme v súčasnosti. Dĺžka kroku je 2,0 m a razenie v kalote je na staničení 214,6 m (1. 7. 2010).

Podľa názoru geológov nás však čaká ešte jedna zaujímavá oblasť v podobe krasových útvarov, s ktorou už však máme bohaté skúsenosti z ostatných stavieb v zahraničí (napríklad tunel Kastelec v Slovinsku – obr. 9).
Práca v podzemí v uzavretom priestore kládla na ľudí v minulosti, ale aj v súčasnosti vysoké nároky. Hlavne strach z neznámeho a sila prírody, ktorej bolo potrebné čeliť doslova holými rukami, privádzala tunelárov a baníkov s prosbami k sv. Barborke, ktorá je ich patrónkou a drží nad nimi ochrannú ruku. Tento zvyk pretrval a tunelári si svoju patrónku vážia aj dnes (obr. 10). Pri práci v tuneli je jednou z najdôležitejších oblastí bezpečnosť a je dôležitá aj pri využívaní najmodernejšej techniky a ťažkých stavebných strojov. Socha mladej ženy s kahanom v ruke umiestnená na čestnom mieste v tuneli víta tunelárov, ale aj všetkých ľudí pri vstupe do podzemia.

Obr. 10  Svätá Barborka – patrónka tunelárov a baníkov	Obr. 11  Vizualizácia budúceho severného portálu	Obr. 12  Súčasný stav razeného portálu

Napriek dlhej histórii je práca tunelárov pre mnohých stále veľkou neznámou, preto sa výstavba každého tunela teší záujmu verejnosti. Spoločnosť Skanska SK sa snaží podávať verejnosti podrobné informácie o priebehu výstavby. Veríme, že úspešnou realizáciou tohto projektu nadviažeme na stavebné diela, ktoré sa doteraz na železniciach prevádzkujú, a bude ich dôstojným pokračovaním.

TEXT: Ing. Daniel Tisaj, Marián Oravec, Ing. Pavel Melicherčík
FOTO: Skanska SK

Daniel Tisaj je prípravár tunelových projektov v spoločnosti Skanska SK a. s.

Marián Oravec je projektový manažér stavby tunela Turecký vrch v spoločnosti Skanska SK a. s.

Pavel Melicherčík je vedúci tímu prípravy tunelových projektov v spoločnosti Skanska SK a. s.

Literatúra
1.    Husák, J.: Železničné tunely na Slovensku.
2.    Realizačný projekt stavby Modernizácia železničnej trate Nové Mesto nad Váhom – Púchov, I. etapa. REMING Consult, a. s.; Metroprojekt Praha, a. s.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/inženýrské stavby.