Železničný tunel Turecký vrch

Dvojkoľajný železničný tunel Turecký vrch sa nachádza na železničnom koridore č. V Bratislava – Žilina – Košice – Čierna nad Tisou. Stavba tunela je súčasťou modernizácie železničnej trate v úseku Nové Mesto nad Váhom – Zlatovce v dĺžke 17,5 kilometra. Modernizácia spomínaného úseku začala v septembri 2009. Práce budú ukončené do konca mája 2013. Stavba je financovaná z prostriedkov Kohézneho fondu Európskej únie v rámci Operačného programu Doprava.

Ide o prvý železničný tunel na Slovensku, ktorý je navrhnutý a realizovaný podľa technických špecifikácií pre interoperabilitu pre konvenčné trate. Je to pilotný projekt, z ktorého budú vychádzať aj projekty ďalších pripravovaných stavieb železničných tunelov. Zhotoviteľom stavby je Združenie Nové Mesto nad Váhom – Zlatovce 2009, ktorého lídrom je spoločnosť OHL ŽS, a. s., Brno. Členmi Združenia sú spoločnosti Skanska SK, a. s., Váhostav – SK, a. s., Doprastav, a. s., a Eltra, s. r. o.

Tunel sa nachádza v medzistaničnom úseku Nové Mesto nad Váhom – Trenčianske Bohuslavice, v novom železničnom kilometri (ďalej nžkm) 102,485 – 104,260 a jeho postavením sa skráti úsek oproti súčasnej dĺžke o 403 m. Tunel je v podstate preložkou súčasnej železničnej trate, ktorá obchádza masív Tureckého vrchu v jeho úbočí v súbehu s cestou I. triedy I/61 a Biskupickým kanálom rieky Váh. Tunel zabezpečí zvýšenie terajšej traťovej rýchlosti z 80 km/h na 160 km/h, výhľadovo na 200 km/h.

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 a minimalizuje negatívne vplyvy na chránenú krajinnú oblasť. Ďalšou výhodou tunelového variantu je, že výstavba tunela neobmedzovala železničnú dopravu, pretože tunel sa razil mimo pôvodnej trate.

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.

Dvojkoľajný železničný tunel je navrhnutý na priechodný prierez UIC C pri osovej vzdialenosti koľají 4 200 mm. Požiadavka stavebníka navrhnúť tunel tak, aby bol pripravený na prevádzku súprav dosahujúcich 200 km/h bola splnená tak, že projektant posudzoval návrh priečneho rezu tunela s uvažovaním aerodynamiky súprav (súčasných aj pripravovaných) a jej akustických účinkov na cestujúcich pri rýchlosti dopravy v = 200 km/h. Podkladom na návrh bola správa ERRI C 218/DT 368 z júna 1998 o technickom riešení návrhu priečneho rezu železničných tunelov pre uzavreté súpravy pri uvažovaní aerodynamiky (ERRI – European Rail Research Institute).

Celková dĺžka tunela Turecký vrch v osi je 1 775 m. Tunelová rúra razeného úseku má dĺžku 1 738,5 m a na ňu nadväzujú hĺbené úseky južného portálu v dĺžke 25 m a severného portálu v dĺžke 10 m. V celej dĺžke vrátane portálových úsekov je jednotný prierez dvojkoľajného tunela so svetlým polomerom tunelovej rúry 6,1 metra, len asi uprostred tunela sú dve komory na napínanie trakčného vedenia s rozšíreným prierezom. Dvojkoľajná trať v tuneli je navrhovaná na rýchlosť 200 kilometrov za hodinu s protismernými oblúkmi s polomerom 2 000 metrov.

Pre potreby mimoriadnych udalostí je približne uprostred tunela napojená razená úniková štôlňa s dĺžkou 244,5 metrov, ústiaca na úpätie Tureckého vrchu. Vetranie tunela je prirodzené a súčasne podporované pôsobením piestového účinku prechádzajúcich vlakových súprav. Konštrukcia ostenia dvojkoľajného tunela je dvojplášťová s medziľahlou hydroizoláciou v klenbe a v jadre. Dno nie je izolované. Vonkajšie primárne ostenie tunela je zo striekaného betónu triedy C 20/25 s premenlivou hrúbkou plášťa od 150 mm do 400 mm, ktoré dočasne zaistí výrub tak, aby sa s časovým odstupom zabudoval izolačný plášť súčasne s trvalým sekundárnym ostením z monolitického vystuženého betónu triedy C 25/30 v hrúbke 300 – 400 mm (hĺbené úseky 550 mm).

Po prvý raz na Slovensku sa ako železničný zvršok v tuneli zvolila konštrukcia pevnej jazdnej dráhy. Pevná jazdná dráha (PJD) bola navrhnutá z dôvodu zníženia plochy výrubu a takisto aj z dôvodu trvanlivosti a fixácie polohy koľaje a jej minimálnej údržby v prevádzke. Ide o pilotný projekt, z ktorého budú čerpať aj projekty ďalších pripravovaných železničných tunelov. PJD prechádza cez rozličné typy podložia trate. Začína pred južným portálom a prechádza cez celý tunel. Za severným portálom pokračuje PJD po mostoch a zemnom telese. Celková dĺžka PJD je 2 280,145 m. Na uvedený úsek trate sa použije typ PJD Rheda 2000.
Podporu koľajníc netvoria klasické podvaly uložené v koľajovom štrkovom lôžku, ale betónová doska (monolitická alebo prefabrikovaná) uložená na tuhú roznášaciu dosku (hydraulicky spevnená zemina – v podstate chudobný betón), cez ktorú sa uskutočňuje plošný roznos zaťaženia do zemného telesa. K samotnej PJD ešte patria na oboch jej koncoch prechodové oblasti, ktoré zabezpečujú plynulý prechod (plynulú zmenu tuhosti) z tuhej konštrukcie PJD do klasického železničného zvršku.

Inžiniersko-geologické pomery
Oblasť južného portálu a horninový masív Tureckého vrchu (asi 1,3 km trasy) tvorí komplex wettersteinských vápencov a dolomitov, ktorý je porušený systémami tektonických porúch, kolmých a paralelných s osou tunela. Priečne tektonické poruchové zóny šírky od 0,5 do niekoľkých metrov sa na povrchu prejavujú vznikom výrazných eróznych rýh. Medziľahlé bloky hornín sú prakticky neporušené. Oblasť severného portálu (asi 370 m trasy) tvoria horniny mezozoika, ktoré sú zastúpené dachsteinskými vápencami, dolomitmi a reiflingskými vápencami. Mezozoický podklad je v mieste severného portálu prekrytý čiastočne zachovanými sedimentmi neogénu charakteru ílovcov a ílov. Neogénne a mezozoické horniny sú prekryté komplexom kvartérnych sedimentov, najmä eolickými sedimentmi (sprašami a sprašovými hlinami) a diluviálnymi sedimentmi (kamenitými a balvanitými sutinami, prípadne hlinitými a hlinitokamenitými sedimentmi).

Najrizikovejšími úsekmi z hľadiska razenia boli oblasti portálov a úseky pod hlbokými eróznymi ryhami, v miestach širokých tektonických zón.

Realizácia stavby
Primárne ostenie tunela
Pred začatím razenia tunela sa na obidvoch portáloch vybudovali stavebné jamy, ktoré sa zaistili zvislými mikropilótami, kari sieťami, striekaným betónom a zemnými kotvami. Zaistené stavebné jamy tvoria zároveň základ zárubných stien portálov tunela.

Pred vlastným razením tunela sa z dôvodu nízkeho podložia na južnom a severnom portáli zrealizovali mikropilótové dáždniky zviazané železobetónovým prievlakom do portálového venca. Nadložie v osi tunela dosahuje minimálnu hodnotu asi 3 m v mieste južného razeného portálu, najvyššie dosahuje približne 100 m v strede tunela.

Tunelový prierez vystrojený primárnym ostením má šírku asi 13,5 m. Priečny rez tunela razeného v porušených horninách je uzavretý spodnou klenbou. Výška výrubu je asi 11,5 m, plocha výrubu je asi 130 m².

Razenie tunela prebiehalo cyklickým spôsobom podľa zásad Novej rakúskej tunelovacej metódy (NRTM), podľa vystrojovacích tried s horizontálnym členením výrubu na kalotu, stupeň (jadro) a dno. Pri razení tunela od severného portálu v úseku 62,4 m bol výrub členený aj vertikálne. Pri razení metódou NRTM sa dajú úspešne využívať možnosti operatívnych technologických zásahov. Konštrukčné riešenie zaistenia výrubu a primárneho ostenia bolo podriadené vlastnostiam horninového masívu. Primárne ostenie tunela sa zaisťovalo mokrým striekaným betónom s hrúbkou 150 – 300 mm, priehradovými výstužnými oblúkmi, zváranými sieťami a svorníkmi podľa jednotlivých technologických tried razenia.

Vzhľadom na geologické pomery sa pevné skalné horniny rozpojovali pomocou vrtno-trhacích prác. Porušené skalné horniny sa rozpojovali mechanickými rýpadlami a s použitím ťažkých zbíjacích kladív (impaktorov).

Podľa geologického prieskumu sa predpokladali technologické triedy výrubu tunela v rozsahu TT5b2, TT5b1, TT5a2, TT5a1, TT4, TT3 a TT2. Skutočné triedy výrubu sa určili pred každým postupom razenia priamo na mieste na základe reálnych geologických pomerov, geotechnického monitoringu a rozhodnutia stavebného dozoru investora v zhode so stavbyvedúcim zhotoviteľa. Odstupy dobierky jadra a dna sa pri realizácii upravili na základe výsledkov meraní deformácií výrubu (konvergenčné merania). Prípadná úprava vystrojovacích prvkov primárneho ostenia a dĺžka maximálneho záberu bola určená v schémach zaistenia výrubu. Skutočné dĺžky tried výrubu tunela Turecký vrch sú uvedené v tabuľke.

Podľa pôvodnej koncepcie razenia tunela malo razenie prebiehať iba zo severného portálu, na južnom portáli sa mala vyraziť iba portálová časť a úniková štôlňa by sa razila z tunela smerom na povrch. Z dôvodu urýchlenia výstavby sa koncepcia zmenila a tunel sa razil z oboch portálov. Súčasne sa razila úniková štôlňa smerom do tunela s následným razením smerom k severnému a južnému portálu.

Samotné razenie 1 738,5 m tunela sa začalo 13. 1. 2010 zo severného portálu a 4. 2. 2010 sa začal raziť tunel z južného portálu. Tunel bol prerazený v kalote slávnostnou prerážkou dňa 25. 11. 2010. Tunel sa kompletne vyrazil 29. 12. 2010 dobierkou jadra. Následne sa vyrazili výklenky na čistenie drenáže a požiarne výklenky. Postup razenia kaloty v zemných a porušených horninách bol 2,0 m/deň, po prechode do pevných skalných hornín sa postupy stabilizovali na približne 5,0 m/deň.

Úniková štôlňa sa začala raziť dňa 9. 4. 2010, a to metódou NRTM bez členenia výrubu, t. j. na celý profil v technologických triedach TT4 a TT3. Plocha teoretického výrubu je 28,5  m², hrúbka striekaného betónu je 150 – 200 mm. Denné postupy boli približne 1,0 m/deň, po prechode do pevnejších hornín sa dosiahol denný postup 4,0 m/deň. Razenie 244,5 m dlhej štôlne bolo ukončené 17. 7. 2010 a pokračovalo sa v razení tunelovej rúry smerom k portálom.

Razenie tunela a únikovej štôlne, vystrojovanie a zaisťovanie okolitého horninového prostredia sa realizovalo pomocou štandardného strojného vybavenia používaného v našich podmienkach. Na vrtné práce sa použili vrtné vozy Atlas Copco Boomer E2C, na strojné rozpojovanie horniny tunelbagre Lieb­herr R 924, na nakládku horniny čelné kolesové nakladače Liebherr 566 a Volvo 120L, na odťažbu rúbaniny dumpre Volvo a na striekanie betónu striekacie vozy Meyco Potenza.

Sekundárne ostenie tunela
Sekundárne ostenie tunela Turecký vrch je rozdelené na dve monolitické železobetónové časti, ktoré sú ohraničené pracovnou škárou umiestnenou na rozhraní hornej klenby a základových pásov. Spodná časť – základové pásy je položená na základovej škáre vyrovnanej podkladovým betónom. V miestach porušeného horninového masívu sa navrhla protiklenba. Vrchná časť – horná klenba je oddelená od primárneho ostenia hydroizoláciou.

V pozdĺžnom smere sú bloky dlhé 10 m. Každých asi 50 m je v oboch stranách uložený výklenok na čistenie drenáže. Každých 100 je v oboch stranách uložený požiarny výklenok. Sekundárne ostenie je z monolitického železo­betónu triedy C 25/30, výstuž z ocele 10 505 R.

Sekundárne ostenie hornej klenby je riešené v niekoľkých typoch podľa technologických tried výrubu:

• typ R1 má hrúbku ostenia minimálne 300 mm a je položený na základových pásoch; je zabudovaný v technologických triedach výrubu TT2, TT3 a TT4, t. j. v prevažnej dĺžke razeného úseku,
• typ R2 má hrúbku ostenia 400 mm a tiež je založený na základových pásoch; je určený do TT5a1, t. j. do prechodových úsekov, kde sú v jadre a základoch pevné skalné horniny, ale v kalote a nadloží je málo pevné horninové prostredie alebo nízke nadložie,
• typ R3 má hrúbku ostenia klenby minimálne 400 mm, pričom ostenie je uzavreté spodnou klenbou v hrúbke minimálne 600 mm; je určený do prechodových úsekov s neistým podložím a do prvého razeného bloku južného portálu v triede TT5a2,
• typ R4 má hrúbku ostenia klenby minimálne 400 mm, pričom ostenie je uzavreté spodnou klenbou v hrúbke minimálne 600 mm; v porovnaní s typom R3 má upravenú geometriu spodnej klenby; je určený do razených blokov severného portálu v triede TT5b1 a TT5b2,
• typ R5 je určený pre komory na umiestnenie napínacích zariadení trakčného vedenia s hrúbkou ostenia klenby minimálne 500 mm.

Sekundárne ostenie tunela sa začalo betonážou spodnej klenby a základových pásov 19. 11. 2010. Súčasne sa na urýchlenie výstavby na obidvoch portáloch tunela montovali debniace vozy na betonáž hornej klenby. Po zabetónovaní základových pásov sa realizovala profilácia primárneho ostenia hornej klenby a príprava povrchu na kladenie hydroizolácie.

Hydroizolácia tunelovej rúry, ktorej súčasťou je aj izolácia výklenkov, je v celom projektovanom profile (bez izolácie dna tunela). Práce začali 15. 2. 2011 a prebiehali súčasne od južného aj severného portálu smerom do stredu tunela. Hydroizolačný systém pozostáva z geotextílie s projektovanou gramážou, ktorá je nastrelená na podkladovú vrstvu – primárne ostenie tunela. Na geotextíliu je v celom priečnom profile projektového tvaru uchytená hydroizolačná fólia. V tuneli Turecký vrch sa použila netkaná geotextília Tecnodren PES/R s gramážou 500g a 800 g/m². Ako hydroizolačná fólia sa použila PVC fólia Mapeplan TU 22.

Samotná betonáž sekundárneho ostenia hornej klenby razenej časti tunela začala 16. 3. 2011 z obidvoch portáloch smerom do stredu tunela a bola ukončená 21. 9. 2011 vrátane komôr na napínanie trakčného vedenia. Po dosiahnutí dostatočného časového odstupu sa realizovala výplňová injektáž vrchlíka hornej klenby v jednotlivých blokoch.

Už počas betonáže hornej klenby sa začalo s dobierkou pláne tunela a jej vyrovnania a s uložením potrubia hlavného zberača DN 350. Následne práce pokračujú s realizáciou priečneho odvodnenia tunela DN 200 a káblo­vodov, ktoré sú uložené v chodníkoch tunela.

V každom chodníku (na oboch stranách tunela) je navrhnutá rovnaká zostava chráničiek. Ide o chráničky pre slaboprúdové a VN vedenie 5 × DN 100 a 9-otvorový multikanál.

Zárubná stena pred vjazdovým (južným) portálom
Skalný odrez pozdĺž trate pred vjazdovým (južným) portálom je zaistený zárubnou stenou, ktorá vedie rovnobežne s osou koľaje v dĺžke 120 m. Realizácia prác prebiehala po vybudovaní stavebnej jamy a sprístupnení portálu na razenie. Vzhľadom na tesnú blízkosť železničnej trate bol skalný masív rozpojovaný strojne pomocou pásových rýpadiel. Na ochranu trate pred prípadnými padajúcimi skalami sa vybudovala dočasná stena z betónových prefabrikátov. Svahy zárubnej steny sú zaistené kari sieťami a striekaným betónom a prekotvené IBO kotvami s antikoróznou úpravou. Pohľadová časť steny bude obložená kamenným murivom z andezitu.

Horná časť zárubnej steny je zaistená oceľovými sieťami systémom Tecco a kotevnými tyčami typu CKT. Sieť je doplnená geosyntetickou rohožou na použitie hydroosevu.

Nad vjazdovým (južným) portálom sa na zachytávanie voľných fragmentov uvoľneného skalného masívu s ohľadom na danú morfológiu terénu a sklon svahu navrhla dynamická bariéra GBE-500.

Pevná jazdná dráha
Z dôvodu pokračujúcich prác v tuneli začali dňa 8. 8. 2011 práce na PJD mimo tunela na stavebnom objekte mosta SO 24-33-08, koľaje č. 2. Práce spočívajú v zabetónovaní výplňových betónov konštrukcie PJD a montáže 1. časti armatúry TCL vrstvy (TCL = Track Concrete Layer – zvršková monolitická nosná železobetónová doska).

V súčasnosti sa začala realizovať HBL vrstva PJD na zemnom telese na koľaji č. 2 pred severným portálom tunela (HBL = Hydraulic Bounded Layer – Hydraulicky viazaná nosná vrstva). V decembri sa práce presunú do tunela a celé zimné obdobie sa tak využije na betonáže v tuneli.

Spustenie železničnej prevádzky v tuneli sa plánuje v dvoch krokoch. Ako prvá bude spustená do prevádzky koľaj č. 2 koncom júla 2012 a následne koľaj č. 1 v októbri 2012.

Presmerovanie železničnej trate cez nový tunel Turecký vrch vytvorí predpoklad na dokončenie zvyšných častí stavby, vrátane cestné­ho nadjazdu v Trenčianskych Bohuslaviciach.

TEXT: Ing. Petr Vilímek, Ing. Jozef Urban
FOTO: OHL ŽS

Petr Vilímek je riaditeľom výstavby v spoločnosti OHL ŽS, a. s.

Jozef Urban je vedúcim strediska Tunely spoločnosti OHL ŽS, a. s.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.