Želežničný tunel Turecký vrch

Jedným zo strategických cieľov Slovenskej republiky v procese európskej integrácie je napojenie dopravných väzieb Slovenska na európsku dopravnú sieť. Požiadavka modernizácie vybraných železničných tratí ŽSR vychádza z koncepcie európskych dopravných koridorov definovaných na II. Paneurópskej konferencii ministrov dopravy, konanej na Kréte v roku 1994. Nadväzovala na snahy Európskej únie o rozvoj novej železničnej politiky, ktorá by vyjadrovala aj integračné snahy o zjednotenie celého železničného systému, harmonizáciu kvalitatívnych ukazovateľov, zákonodarných opatrení a zvyšovanie výkonnosti železníc vo všetkých európskych štátoch aj mimo EÚ. Na spomenutej konferencii boli definované dopravné koridory aj v strednej a východnej Európe, z ktorých sa siete ŽSR týkajú tri. Na jednom z nich, koridore č. V v úseku vetvy A Bratislava – Žilina – Čierna nad Tisou, sa nachádza tunel Turecký vrch.

Zdôvodnenie stavby
Na základné koncepčné súvislosti nadväzuje rozvojový dokument rozhodujúci pre Slovenskú republiku: Dlhodobý program rozvoja železničných ciest, schválený uznesením vlády SR č. 166/93 a aktualizovaný uznesením vlády č. 686/97, v ktorom boli definované základné smery rozvoja železničnej dopravy na Slovensku do roku 2010 a načrtnutý ďalší vývoj. Ako jedna z priorít je stanovená modernizácia železničného koridoru Bratislava – Žilina – Čadca – Skalité – štátna hranica s Poľskou republikou. Aj stavba ŽSR Modernizácia železničnej trate Nové Mesto nad Váhom – Púchov, žkm 100,500 – 159,100 pre traťovú rýchlosť do 160 km/h je súčasťou uvedených medzinárodných koridorov a vybraného ťahu Bratislava – Žilina – Čadca – Skalité – štátna hranica s Poľskou republikou. Podľa predbežného členenia ide o súčasť koridoru č. V, vetva A2, úsek Nové Mesto nad Váhom – Púchov v dĺžke asi 60 km.

Základné údaje o stavbe
I. etapou stavby ŽSR Modernizácia železničnej trate Nové Mesto nad Váhom – Púchov, žkm 100,500 – 159,100 pre traťovú rýchlosť do 160 km/h je medzistaničný úsek Nové Mesto nad Váhom – Trenčianske Bohuslavice, žkm 100,500 – 105,245. Táto etapa nadväzuje na predchádzajúci II. úsek Trnava – Nové Mesto nad Váhom, ktorý sa končil v železničnej stanici Nové Mesto nad Váhom v žkm 100,500. Koniec I. etapy stavby je pred železničnou stanicou Trenčianske Bohuslavice v žkm 105,245. Smerovo a výškovo je modernizovaná trať vedená v maximálnej miere na pôvodnom železničnom telese s prihliadnutím na dodržanie požadovaných rýchlostných parametrov, základných podmienok na priechodnosť a priestorovú úpravu podľa STN 73 6201 (najmä vo vzťahu k nadjazdom), ako aj dodržanie požadovanej únosnosti mostov a priepustnosť pre storočné hladiny vody nad vodnými tokmi. Najvýraznejším prvkom I. etapy stavby je železničný tunel cez Turecký vrch, ktorý bol navrhnutý na dosiahnutie požadovanej rýchlosti 160 km/h, výhľadovo 190 km/h, pri použití konvenčných súprav bez naklápacej techniky. Dĺžka tunela je 1 775 m (žkm 102,485 – 104,260). Navrhnutá nová trať tu opúšťa pôvodné teleso, pretože bez rozsiahlych nových záberov územia sa nedá realizovať požadovaný rýchlostný parameter.

Základné údaje o tuneli
Tunel prekonáva masív Tureckého vrchu vo dvoch protismerných oblúkoch, približne rovnobežne so smerom štátnej cesty I/61 a ochrannej hrádze Biskupického kanála, v smere staničenia novej trate od juhu na sever. Trasa vychádza z veľmi stiesnených pomerov jestvujúceho skalného odrezu pred vjazdovým (južným) portálom s veľmi malým odklonom (maximálne 15°) od prevládajúceho smeru vrstevníc. Železničný dvojkoľajový tunel má dĺžku 1 775 m, razená časť je dlhá 1 740 m. Stavba tunela pozostáva z komplexu povrchových (hĺbených) a razených (podzemných) stavebných objektov. Súčasťou sú aj zárubné steny pred portálmi. Technológia výstavby rešpektovala horninové prostredie masívu tvorené veľmi pevnými vápencami a dolomitmi. Projekt navrhol uplatniť zásady tzv. Novej rakúskej tunelovacej metódy s použitím rozpojovania hornín pomocou trhacích prác. Zvyšok sa realizoval v otvorených stavebných jamách, presypaných tak, aby sa povrch nad tunelom vrátil v maximálnej miere na pôvodnú úroveň. Technické riešenie rešpektovalo pôvodný charakter prostredia. Návrhom zárubných múrov z opracovaného kameňa na oboch portáloch po vrch klenby tunela a prípravou na ozelenenie na vrchnej úrovni sa vytvorila možnosť na prirodzené rozšírenie prírodného prostredia lesostepi čo najbližšie k železničnej trati. Razený dvojkoľajový železničný tunel je navrhnutý na priechodný prierez UIC C s osovou vzdialenosťou koľají 4 200 mm vo dvoch protismerných oblúkoch R 2 000 m (1 995 m) a medzipriamej pri minimálnych pozdĺžnych sklonoch 3,5 a 4,9 ‰. Požiadavka stavebníka navrhnúť tunel tak, aby bol pripravený na prevádzku súprav dosahujúcich 200 km/h bola splnená tým, že projektant pri posudzovaní návrhu priečneho rezu tunela bral do úvahy aerodynamiku súprav (súčasných aj pripravovaných) a jej akustické účinky 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 (European Rail Research Institute – ERRI). Vjazdový (južný) portál je umiestnený v nžkm 102,485, výjazdový (severný) v nžkm 104,260. Nadložie v osi tunela dosahuje minimálnu hodnotu v mieste južného razeného portálu, najvyššie je v nžkm 103,500 a dosahuje približne 100 m. Profil výrubu vrátane nadvýlomov má plochu od 110 do 118 m2 (pri použití protiklenby), je široký 13,20 m a vysoký od 8,90 do 10,06 m (s protiklenbou). Tunel sa dispozične pripravil na inštaláciu trakčného vedenia, káblových kanálov, osvetlenia, zabezpečovacieho zariadenia a odvodnenia. Na obidvoch stranách je komunikačný priestor so šírkou 1 200 mm, umožňujúci únik osôb. V služobných chodníkoch tunela sa nachádzajú potrubia požiarneho vodovodu s nadzemnými hydrantmi umiestnenými vo výklenkoch, umožňujúce napojenie hasičskej hadice pri zásahu v tuneli. Tvar konštrukcie je podkovovitý s kruhovou klenbou, v oblasti portálov a na miestach s výskytom porúch podložia sa zrealizovala spodná klenba. Železobetónovú konštrukciu tvorí dočasné (primárne) ostenie zo striekaného betónu a trvalé (sekundárne) ostenie z monolitického betónu. Dočasné a trvalé ostenie oddeľuje drenážna medzivrstva tvorená špeciálnou drenážnou fóliou. Odvodnenie tunela je zabezpečené pozdĺžnym sklonom tunelovej rúry. V smere staničenia stúpa 0,489 % od vjazdového portálu až do km 103,500, odkiaľ niveleta klesá 0,350 % na úseku dlhom 700 m do km 104,200 a následne 0,472 % do konca tunela smerom k severnému portálu. Razená úniková štôlňa umožní cestujúcim opustiť ohrozený priestor železničného tunela, prípadne aj nástup hasičskému záchrannému zboru. Štôlňa je dlhá 240 m a na tunel je napojená v nžkm 103,483. Vyúsťuje v mieste starého nadjazdu v sžkm 104,00. Razená štôlňa má podkovovitý profil s plochým dnom a je vybavená systémom nútenej ventilácie a požiarnymi dverami.

Prieskum a geologické pomery
Inžinierskogeologický a hydrologický prieskum (IGHP) na mieste tunela vykonala v období január až máj 2003 spoločnosť GEOFOS, s. r. o., Žilina. Predmetom IGHP bolo dokumentovanie vlastností zemín a hornín v podloží, ako aj výskyt a agresivita podzemnej vody pri pôsobení na konštrukcie z betónu a ocele. V zmysle STN 73 0036 patrí skúmané územie do rajónov s maximálne pozorovanou seizmickou intenzitou 6 – 7° MSK-64. Výsledkom inžinierskogeologického prieskumu bolo členenie masívu, v ktorom sa tunel razil, na kvázi homogénne bloky, ktoré sa počas razenia stálou službou geotechnického monitoringu priebežne upravovali podľa skutočných podmienok na čelbe. Tunel sa začal raziť zo severného portálu v komplexe kvartérnych sedimentov eolitického a deluviálneho pôvodu. Ich mocnosť sa smerom k svahu zmenšovala. V tomto úseku sa razilo postupne na vertikálne aj horizontálne rozdelenej čelbe. Razenie tunela prešlo zo zemín do zvetraného skalného masívu, ktorý sa nachádzal postupne v celom výrube. Prechodový úsek tvorili v dne a jadre vrstvy dolomitov prekryté súvrstvím vápencov. Okrem niekoľkých zlomov s výškovými posunmi a vplyvu zvetrania sa nič nezvyčajné neobjavilo, predpokladané krasové vplyvy sa zo severnej strany nepotvrdili. Razenie z južného portálu prebiehalo v kvalitnejších podmienkach, masív tvorili tektonicky porušené vápence, ktorých vlastnosti sa s hĺbkou postupu zlepšovali. Od južného portálu sa v určitých úsekoch pri odkrývaní dna objavili hlboké ryhy vytvorené krasovou činnosťou a vyplnené sedimentmi. Skalný masív Tureckého vrchu tvorili mezozoické súvrstvia karbonatických hornín (dolomitov a vápencov). Karbonatický masív vrátane zón tektonického porušenia a rozvoľnenia hornín bol minimálne zavodnený. V masíve Tureckého vrchu sa nenarazilo na žiadne vývery podzemných vôd ani rozptýlené prítoky. Možno konštatovať, že tunel bol suchý. Nadložie v osi tunela dosahuje minimálnu hodnotu, asi 3 m v mieste južného razeného portálu (nžkm 102 ,510), najvyššie je v nžkm 103,500 a dosahuje približne 100 m.

Technické riešenia
Priečny rez tunela
Projektovanie jednotlivých stupňov sprevádzala diskusia o správnej veľkosti tunela. Svetlý profil bol na dané obdobie (rok 2002 – dokumentácia na územné rozhodnutie) navrhnutý pomerne veľkoryso so šírkou 12,2 m a plochou 80,6 m2. Osová vzdialenosť koľají sa navrhla na 4,20 m. Väčší profil vychádzal z požiadavky stavebníka (ŽSR), aby bolo výhľadovo možné prevádzkovať súpravy s rýchlosťou až 200 km/h, zatiaľ čo dnešné predpisy umožňujú najvyššiu rýchlosť 160 km/h. Návrh priečneho rezu bol posúdený z hľadiska aerodynamiky a spĺňal lekárske kritérium maximálnej zmeny tlaku 10 kPa v priebehu jazdy vlaku tunelom a tým aj požiadavky na tlakový komfort cestujúcich vo vnútri vlaku. Vo väčšom profile vzniká aj menší aerodynamický odpor, čím dochádza k nižšej spotrebe energie a je potrebný menší trakčný výkon.

Technické špecifikácie interoperability (TSI SRT)
Rozhodnutím európskej komisie zo dňa 20. decembra 2007 – TSI SRT Bezpečnosť v železničných tuneloch sa stanovujú niektoré záväzné prvky týkajúce sa bezpečnosti. V dvojkoľajovom tuneli sú predpísané únikové chodníky na oboch stranách tunela široké najmenej 0,75 m. Vzhľadom na navrhnutú veľkosť priečneho rezu sa tieto požiadavky v projekte a následne na stavbe splnili a priečny rez, ako aj ďalšie nadväznosti nebolo potrebné meniť.

Pevná jazdná dráha
O pevnej jazdnej dráhe (PJD) sa rozhodlo v projekte na stavebné povolenie. PJD má oproti klasickému štrkovému lôžku niekoľko významných pozitív. Je to predovšetkým dlhodobá stabilita koľajníc upevnených v betónovej doske PJD a z toho vyplývajúcich minimalizácií udržiavacích prác, ktoré najmä v tuneli znamenajú výluky premávky. PJD umožňuje aj jazdu automobilov, čo je v prípade tunelov vhodné na rýchly zásah jednotiek hasičského a záchranného zboru. Ďalším prínosom je zníženie konštrukčnej výšky železničného zvršku, čo zmenšuje plochu nutnú na výrub tunela. Menšia plocha výrubu spoločne z nižšími nákladmi na údržbu znamenajú úsporu celkových investičných nákladov, hoci zriaďovacie náklady na PJD sú asi 1,5-krát vyššie. Pri realizácii stavby sa zvolil systém PJD RHEDA 2000 s menšou konštrukčnou výškou, ako uvažoval projekt, to však umožnilo zdvihnúť dno tunela až o 400 mm a tým ešte viac zmenšiť výrub.

Vypustenie záchranných výklenkov
Vo všetkých stupňoch projektovej dokumentácie boli navrhované po celej dĺžke tunela záchranné výklenky v ostení tunela po oboch stranách vo vzájomnej vzdialenosti 20 m. Takéto výklenky sa navrhovali od čias Rakúsko-Uhorska a slúžili na prečkanie zamestnanca v tuneli počas prejazdu vlaku. Pri rýchlosti 160 km/h a vyššej už výklenky bezpečnosť nezaistia (tlaková a podtlaková vlna od vlaku by mohla osobu vytiahnuť), a preto je potrebné prehliadky a práce v tuneli zabezpečiť iným spôsobom – organizačne, krátkodobými výlukami. V priebehu realizácie tunela sa podarilo prerokovať zmenu oproti pôvodnej projektovej dokumentácii a výklenky sa z realizácie vynechali, čím sa podstatne zjednodušila konštrukcia samotného tunela.

Razený tunel
Tunelová rúra razeného úseku má dĺžku 1 740 m (nžkm 102,510 – 104,250) a nadväzujú na ňu hĺbené úseky južného portálu s dĺžkou 25 m a severného portálu s dĺžkou 10 m. V celej dĺžke (až na dve miesta v strede tunela) je použitý jednotný prierez dvojkoľajového tunela. Približne v strede sú zhotovené dve napínacie komory na trakčné vedenie dlhé 10 m. Uprostred tunela v km 103,483.00 je napojená 244,7 m dlhá razená úniková štôlňa ústiaca do priestoru bývalého nadjazdu dnes už opustenej cestnej komunikácie cez pôvodnú železničnú trať. Konštrukcia tunela je dvojplášťová (primárne a sekundárne ostenie) s medziľahlou fóliovou izoláciou, ktorá je chránená pred drsným povrchom primárneho ostenia ochrannou geotextíliou.
Primárne (dočasné) ostenie je zo striekaného betónu C 16/20 s premenlivou hrúbkou 150 až 400 mm. Podľa vystrojovacích tried je okrem betónu tvorené z priehradových oceľových nosníkov, zváranej siete s rôznym priemerom a rastru, dištančných telies a oceľových, respektíve sklolaminátových svorníkov. Asymetricky zaťažené sekundárne ostenie je z monolitického vystuženého, prípadne nevystuženého betónu C 25/30 – XC1, XF1 – Cl 0,20 – Dmax22 – S3 hrubého 300 mm a viac. Napriek tomu, že sa v projekte uvažovalo použiť vo vápencoch a dolomitoch v priebehu celého tunela ploché dno so základovými pásmi, v odkrytých úsekoch s mohutnými poruchami vyplnenými ílovitou výplňou dĺžky aj viac ako 3 m, bolo potrebné na základe odporúčania geotechnického dozoru doplniť spodné klenby.

Južný (vjazdový) portál
V úseku zárubného múra pred vjazdom do tunela sa nová trasa trate veľmi pomaly odkláňa od starej a vyžaduje si tak skalný odrez v pôvodnom strmom svahu z pevných vápencov. Aj keď bol skalný odrez relatívne stabilný, zárubný múr z kamenného muriva v sklone 5 : 1 zabráni následnej erózii a zvetraniu skalného masívu. Miesta, ktoré boli vo väčšej miere zvetrané, sa zaistili striekaným betónom s oceľovými sieťami a tyčovými svorníkmi. Nad betónovou korunou múra, na ktorej je osadené bezpečnostné zábradlie, sa pôvodný svah spevnil antikorovou sieťou Tecco® s hydroosevom. Nad úrovňou takto spevneného svahu sa vybudovala línia ochranných dynamických bariér proti padaniu predovšetkým kamenných blokov do priestoru trate. Najväčší problém predstavovalo rozpojovanie horniny odrezu v tesnej blízkosti prevádzkovanej trate, navyše komplikované úrovňovým železničným prejazdom na stavenisko. Zhotovovateľ si však pri postupnom odťažovaní na úroveň päty zárubného múru erudovane poradil aj bez predpokladaných trhacích prác, len s pomocou rýpadiel a ochranných stien z prefabrikátov. Týmto krokom sa značne zredukoval plánovaný rozsah výluk. Hĺbený tunel je vybudovaný pomocou kontradebnenia a debniaceho vozu vysunutého z tunela v zrezanom tvare s límcom po obvode. Jeho povrch je sčasti obnažený, chránený striekanou izoláciou na báze živíc a sčasti obetónovaný betónom s malým obsahom cementu (tzv. prostým) s povrchovou úpravou ručne ukladaných drôtokamenných matracov. Ponad hĺbený tunel sa zrealizoval aj kameňom vydláždený rigol na odvedenie povrchových vôd do požiarnej nádrže situovanej v tesnej blízkosti.

Severný (výjazdový) portál
Ako už bolo spomenuté, severný portál sa nachádza v kvartérnych sedimentoch Váhu a potoka Bošáčky, ich mocnosť je viac ako 40 m a zasahuje až pod základové konštrukcie. V strmom portálovom svahu tvorenom prevažne sprašovými hlinami bolo potrebné počítať s možnosťou aktivácie svahových pohybov, čo sa však nepotvrdilo. V týchto podmienkach bolo náročné zvoliť vhodný postup pri zaisťovaní portálovej jamy. Zhotovovateľ nakoniec zvolil racionálny spôsob práce, ktorého podmienkou bolo vytvorenie pracovného priestoru na zaisťovanie každej úrovne odkopu a kotvenie. Práce sa začali vybudovaním prístupovej komunikácie na strmý svah tak, aby bolo možné vŕtať a zabudovať prvé mikropilóty stien, pramencové kotvy a tri železobetónové prievlaky. Prievlaky lemujúce terén sa realizovali po častiach a zároveň vytvorili definitívnu stužujúcu korunu portálových stien kotvenú trvalými horninovými kotvami. Výkopy a zaisťovanie jamy pokračovali postupne nadol po jednotlivých etážach s výškou asi 3 m až na druhú kotevnú úroveň. Odtiaľ sa vŕtali pilóty severnej a južnej pilótovej steny, ktoré boli kotvené, a medzi nimi sa vybudovala spodná rozperná doska a spodná klenba hĺbeného tunela, obe zo železobetónu. Postup hĺbenia a zaisťovania stavebnej jamy bol úzko viazaný za začiatok razby tunela. Definitívny zárubný múr z betónu C 25/30 lemuje steny jamy. Sklon líca je 5 : 1 a tak ako portálové steny, aj steny jamy sú obložené lomovým kamenným murivom. Koruny sú ukončené rímsami prekrývajúcimi súčasne trvalé prievlaky. Všetky steny portálu sú kotvené v hornej časti trvalými kotvami, z ktorých vybrané sú prispôsobené na sledovanie deformácií pomocou dynamometrov.
Portálový blok hĺbeného tunela je ukončený zvislo, časť je obnažená a pokrytá striekanou izoláciou, časť je obetónovaná a obložená kamenným murivom.

Vybavenie tunela
Súčasťou tunela ako funkčného celku je jeho technologické vybavenie umožňujúce samotnú prevádzku a údržbu a zabezpečujúce bezpečné podmienky pri všetkých stavoch a situáciách, ktoré v ňom môžu nastať. Medzi zrealizované technologické vybavenie tunela patria:

•  bezpečnostné držadlá z nehrdzavejúcej ocele umiestnené obojstranne,
•  adaptačné osvetlenie, prevádzkové osvetlenie a núdzové LED osvetlenie umiestnené v držadlách, osvetlenie vchodu do únikovej štôlne,
•  zásuvkový rozvod pre potreby údržby a zásah bezpečnostných zložiek,
•  vyžarovací kábel na šírenie rádiového a telefónneho signálu,
•  tlačidlá elektropožiarnej signalizácie,
•  líniový požiarny hlásič zrealizovaný na štyroch úrovniach,
•  požiarny vodovod s nadzemnými hydrantmi,
•  bezpečnostné značenie úniku z tunela,
•  kamery sledujúce oblasti portálov tunela a vstup z tunela do únikovej štôlne,
•  zariadenie na napínanie trakcie,
• rozvody ukoľajnenia trakčného vedenia,
•  zabezpečovacie zariadenia (návestidlá, vzdialenostné upozorňovadlá, balízy),
•  pretlakové vetranie štôlne atď.

Väčšina zariadení je riadená, respektíve napájaná káblami, ktoré sú umiestnené v chodníkoch v káblových kanáloch. Delia sa v káblových šachtách a k samotným aktívnym prvkom sú vedené v ostení v zabetónovaných chráničkách. Riadiace a napájacie zariadenia sú situované mimo tunela v technologických domčekoch na oboch portáloch.

Prístupové komunikácie
K všetkým vstupom do tunela sa vybudovali prístupové komunikácie slúžiace na údržbu, prevádzku a bezpečnosť tunela. V rámci nich sú vytvorené nástupné plochy v prípade zásahu požiarnych a záchranných zložiek.

Záver
Môžeme konštatovať, že projektantovi v spolupráci so zhotovovateľom sa podarilo úspešne navrhnúť a realizovať dielo, ktoré reprezentuje posledné trendy tunelového staviteľstva na železniciach. A nie je to len vďaka stavebnej časti, ku ktorej patria veľkosť tunela na rýchlosť 200 km/h, pevná jazdná dráha, odstránenie záchranných výklenkov atď, ale treba spomenúť aj moderné technologické vybavenie, ku ktorému patrí núdzové osvetlenie umiestnené v antikorových držadlách, požiarna nádrž napájaná priamo zo susediaceho toku, nezavodnený požiarny vodovod kombinovaný z HDPE a liatiny alebo požiarne dvere do únikovej štôlne odolávajúce aerodynamickým tlakom.

TEXT: Ján Kušnír – Michal Gramblička – Otakar Hasík

Ing. Ján Kušnír, REMING CONSULT, a. s., Trnavská cesta 27, 831 04 Bratislava

Ing. Michal Gramblička, SUDOP Praha, a. s., Olšanská 1a, 130 80 Praha 3 – Žižkov

Ing. Otakar Hasík, METROPROJEKT Praha, a. s., I. P. Pavlova 1786/2, 120 00 Praha 2

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske Stavby/Inženýrské stavby