Koncepcia technického riešenia tunela Turecký vrch

6.3.2008 8:00 Ing. Jozef Nižňan, Ing. Ondrej Podolec Zdroj: REMING Consult a. s.

Koncepcia technického riešenia tunela Turecký vrch

Dvojkoľajný železničný tunel Turecký vrch sa nachádza na železničnom koridore č. V Bratislava – Žilina – Košice - Čierna nad Tisou, v medzistaničnom úseku Nové Mesto nad Váhom – Trenčianske Bohuslavice, v novom železničnom kilometri (ďalej nžkm)102,485 – 104,260.

 
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. Preložku trate bolo nutné vykonať z dôvodu nevyhovujúcich smerových pomerov súčasnej železničnej trate (rýchlosť len 80 km/h) pre požadovanú rýchlosť 160 km/h.

V technickej štúdii sa uvažovalo s vedením trasy v 4 rôznych polohách – od konvenčnej preložky trate – teda zväčšením polomeru oblúka a vybudovaním skalného odrezu v úpätí Tureckého vrchu, cez tunelovú variantu až po preložku žel. stanice Trenčianske Bohuslavice. Konvenčná preložka sa ukázala ako nerealizovateľná hlavne aj z ekologického hľadiska, keďže záujmové územie je súčasťou Chránenej krajinnej oblasti Biele Karpaty a štátnej prírodnej rezervácie Turecký vrch s piatym stupňom ochrany.

Podrobnejšia analýza variantov ukázala, že tunelové riešenie je v podstate rovnocenné s odrezom, čo s týka objemu vyrúbanej horniny (cca 180 tis. m3) a oveľa výhodnejšie z hľadiska zabezpečenia prevádzky na vlastnej trati ako aj stavebných postupov pri vlastnej realizácii stavby. Výhodou je, že tunel sa dá realizovať nezávisle bez toho, že by obmedzoval súčasnú prevádzku na trati. Navrhnutá trasa má aj z hľadiska zásahu do prírodnej rezervácie Turecký vrch minimálny dopad – len v portálových oblastiach a je vlastne aj nadčasová, keďže je navrhnutá v tunely tak, aby umožňovala aj prevádzku súprav dosahujúcich rýchlosť 200km/h. Všetky tieto uvedené vplyvy nakoniec - v rámci variantného posudzovania - rozhodli o trasovaní novej železničnej trate okolo Tureckého vrchu tunelom.

Varianty riešenia k dokumentácii pre územné rozhodnutie.  

Riešený variant Rýchlosť km/h Náklady v mil. Sk
Tunelový variant 200 km/h 1 552 mil. Sk
Variant s "veľkým odrezom" (podľa štúdie) 160 km /h 1 537 mil. Sk
Variant s "malým odrezom" 160 km/h 1 358 mil Sk
Variant mimo Trenčianských Bohuslavíc 200 km/h Nevyčíslené
variant v jestvujúcej trase 100 km/h 500 mil. Sk

Technické riešenie tunela

Celková dĺžka tunela Turecký vrch v osi je 1775 m, razená časť má dĺžku 1740m. Zvyšných 35 m (25m na južnom a 10m na severnom portáli) je realizovaných v otvorenej stavebnej jame a následne presypaných tak, aby sa povrch nad tunelom vrátil v maximálnej miere na pôvodnú úroveň.
Tunel je projektovaný ako razený a navrhuje uplatniť pri výstavbe zásady Novej rakúskej tunelovacej metódy (NRTM) pri použití rozpojovania hornín pomocou trhacích prác, v oblasti sedimentov nedeštruktívne pomocou tunelbagru. Nadložie v osi tunela dosahuje minimálnej hodnoty cca 3m v mieste južného razeného portálu, najvyššie je v nžkm 103,500 a dosahuje približne 100m.

Inžiniersko-geologické pomery

Oblasť južného portálu a horninový masív Tureckého vrchu (cca 1,3 km trasy) je budovaný komplexom 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. [4], [3]

Oblasť severného portálu (cca 370 m trasy) je budovaná horninami mezozoika, ktoré sú zastúpené dachsteinskými vápencami, dolomitmi a reiflingskými vápencami. Mezozoický podklad je v mieste severného portálu prekrytý čiastočne zachovanými sedimentami neogénu charakteru ílovcov a ílov. Neogénne a mezozoické horniny sú prekryté komplexom kvartérnych sedimentov, najmä eolickými sedimentami (sprašami a sprašovými hlinami) a deluviálnymi sedimentami (kamenitými a balvanitými suťami, prípadne hlinitými a hlinitokamenitými sedimentami).

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

Podľa geologického prieskumu sú predpokladáme technologické triedy výrubu TT2, TT3, TT4, TT5a1 a TT5a2 v skalnom prostredí a TT5b1 a TT5b2 v zeminovom prostredí.

Parametre tunela, konštrukcia, vybavenie

Smerové pomery trate v tuneli sú navrhnuté pre rýchlosť 200 km/h, tvoria ich dva protismerné oblúky o polomere r=2000 m s medzipriamkou dĺžky 573 m. Osová vzdialenosť koľají je na základe výsledkov aerodynamického posúdenia stanovená na hodnotu 4,20 m.
Sklon trate v tuneli je navrhnutý strechovitý so sklonmi +4,887 ‰ a -3,5 ‰, s ohľadom aj na odvodnenie tunela. V osi tunela je navrhnutá centrálna odvodňovacia stoka profilu DN 500, ktorá je na oboch koncoch vyústená do požiarnych nádrží v tesnej blízkosti portálov.

V celej dĺžke (vrátane portálových úsekov) je jednotný prierez dvojkoľajného tunela so svetlým polomerom tunelovej rúry 6,10m, len cca naprostred tunela sú dve „napínacie komory" pre trakčné vedenie s rozšíreným prierezom, dlhé po 10,0m. V celej dĺžke tunela sú po oboch stranách záchranné výklenky vo vzájomných vzdialenostiach po 20m. Vzhľadom na priaznivú geologickú stavbu je tunel navrhnutý prevážne bez dolnej klenby. Dolná klenba je navrhnutá len v krátkych úsekoch s predpokladaným výskytom krasových javov a v portálových oblastiach.

Konštrukcia ostenia tunela je dvojplášťová s medziľahlou fóliovou izoláciou v klenbe a jadre. Dno nie je izolované. Vonkajšia primárna výstroj s premenlivou hrúbkou plášťa zo striekaného betónu C16/20 od 150mm do 400mm, dočasne zaistí výrub tak, aby sa s veľkým odstupom zabudoval izolačný plášť so súčastne realizovaným trvalým sekundárnym ostením z monolitického vystuženého betónu triedy C25/30.

Priečny rez z dokumentácie pre územné rozhodnutie - železničný zvršok v koľajovom lôžku.

Pred oboma portálmi sú navrhnuté požiarne nádrže a spevnené plochy s prístupovými komunikáciami pre nástup záchrannej a požiarnej techniky v prípade nehodovej udalosti. Pod spevnenými plochami sa nachádza aj doplňková infraštruktúra - kábelové komory, kábelovody, drenážny systém a kanalizácia.
Pre potreby mimoriadnych udalostí je zhruba uprostred tunela napojená razená úniková štôlňa dĺžky cca 245m vyústená na úpätie Tureckého vrchu v priestore pôvodného nadjazdu železničnej trate, ktorá umožňuje aj prístup mobilnej záchrannej technike - sanitkám. Štôlňa je vybavená systémom požiarnej ventilácie a požiarnymi dverami. 

Z dôvodu zníženia plochy výrubu a takisto aj z dôvodu trvanlivosti a fixácie polohy koľaje, jej minimálnej údržby v prevádzke, bola ako konštrukcia železničného zvršku zvolená pevná jazdná dráha. Ako vzor pre návrh bol zvolený prefabrikovaný typ „Max Bögl“, ktorý najlepšie spĺňal požiadavky výstavby a prípadnej výmeny pri nehodových udalostiach.

Konzoly trakčného vedenia sú upevnené do stropu tunela medzi traťovými koľajami a na ne sú potom uchytené výložníky nesúce vodič.

Pre úplnosť je k výbave tunela potrebné doplniť osvetlenie, postranné viackomorové kábelové žľaby, požiarny suchovod a drenážny systém.

Vetranie dvojkoľajného tunela je prirodzené a súčasne podporované pôsobením piestového účinku prechádzajúcich vlakových súprav.

Koncepcia realizácie

Modernizácia traťových koľají bude realizovaná postupne tak, aby bola vylúčená vždy len 1 traťová koľaj v medzistaničnom úseku. Doprava vlakov pri výluke jednej z traťových koľají bude zabezpečená obojsmernou jazdou vlakov po jednej traťovej koľaji.

Samotná realizácia celého medzistaničného úseku Nové mesto nad Váhom – Trenčianske Bohuslavice, v ktorom sa nachádza aj tunel, je rozdelená na štyri etapy. Tunel bude realizovaný v prvých 2 etapách a navrhnutá je realizácia zo strany severného portálu. V daľších 2 etapách je zabezpečené napojenie do novej modernizovanej resp. jestvujúcej trasy.

Pred samotnými etapami sa musí realizovať tzv. „0 etapa“, ktorá v sebe zahŕňa vybudovanie prístupových objektov pri severnom portály tak, aby sa dal začať realizovať vlastný tunel (dočasný most, provizórne komunikácie k portálu atď.). 


Priečny rez tunela podľa dokumentácie pre realizáciu stavby.

 Portálové oblasti tunela

Obe portálové oblasti predstavujú oproti dĺžke razenej časti tunela len krátke úseky, avšak svojou technickou náročnosťou sa jej vyrovnajú. Naviac ich komplikujú ešte zložité geologické pomery, sťažený prístup a malý manipulačný priestor.

Severný portál

Severný portál je charakteristický náročnými geologickými pomermi a komplikovaným prístupom, ktorý sťažuje riečka Bošáčka. Portálová oblasť sa zarezáva takmer kolmo do masívu Tureckého vrchu. Zasahuje priečne do hlinitých svahových sutí s veľmi premenlivou súdržnosťou, ktoré navyše vykazujú mierne, ale dlhodobé posuny, čo si vyžaduje ťažkú opornú konštrukciu portálu.

Skrytou dominantou je tu tak masívna pilótová stena, tvoriaca ochranu stavebnej jamy počas výstavby a opornú konštrukciu dolnej klenby hĺbeného úseku tunela. Zároveň tvorí základ zárubnej steny portálu vedľa koľaje č. 2. Viditeľnými masívnymi konštrukciami sú tu čelná a postranná zárubná stena, obe kotvené horninovými kotvami. Prekrytie tunelovej rúry bude realizované monolitickým betónovým príkrovom.

Náročnosť severného portálu dopĺňajú na portálovú oblasť priamo nadväzujúce dva železobetónové mosty cez potok Bošáčka – železničný a cestný pre prístup záchrannej a požiarnej techniky, technologický domček, oporné múry potoka Bošáčka a cca 100m vzdialený nový cestný nadjazd preložky príjazdovej komunikácie do obce Trenčianske Bohuslavice.

Portálová oblasť je charakterizovaná veľkým výskytom stavebných konštrukcií na „malej ploche“. V podloží nástupnej plochy pre požiarnu a záchrannú techniku medzi riečkou Bošáčka a portálom tunela sa nachádza doplnková infraštruktúra - kábelové komory, kábelovody, drenážny systém a kanalizácia.  

Južný portál

Južný portál je charakteristický veľmi ostrým uhlom zarezania tunela do svahu Tureckého vrchu. Vybudovaný bude v skalnom odreze vo vápencových, celkovo stabilných vrstvách prekrytých len slabou vrstvou pokryvov do hrúbky 1 m.


Dominantnou časťou je tu kotvená zárubná stena pri koľaji č. 2 s dĺžkou cca 110 m, ktorá sa postupne ako sa trasa zarezáva dvíha a v priestore portálu dosahuje celkovú výšku 22 m vo dvoch etážach. Tunelová rúra je tu v dĺžke 25 m vybudovaná ako presypaná. 

Portálová oblasť je opäť charakteristická veľkým výskytom stavebných konštrukcií na relatívne malej ploche. V rámci nástupnej plochy pre požiarnu a záchrannú techniku sa v jej podloží nachádzajú objekty doplnkovej infraštruktúry tunela - kábelové komory, multikanálové kábelovody, drenážny systém odvodnenia atď.. Na spevnenej ploche je umiestený montovaný objekt technologického domčeka s inštalovanou technológiou pre ovládanie prevádzkových súborov tunela. Pod nástupnú plochu ešte čiastočne zasahuje požiarna nádrž. Prístup k južnému portálu bude zabezpečený z cesty I/61.

Z hľadiska výstavby bude realizácia južného portálu náročným inžinierskym dielom. Obzvlášť náročné bude vybudovanie 22 m vysokej zárubnej steny v strmom a ťažko prístupnom svahu masívu Tureckého vrchu, pri súčasnej prevádzke po susediacej jestvujúcej železničnej trati.  


Vizualizácia severného portálu podľa realizačného projektu.

 

 Železničný zvršok v tuneli – pevná jazdná dráha

Úplne novou, modernou konštrukciou, je v tuneli použitý železničný zvršok bez koľajového lôžka, tzv. pevná jazdná dráha. Podporu koľajníc netvoria klasické podvaly uložené v koľajovom štrkovom lôžku, ale tuhé podložie – obvykle 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 pevnej jazdnej dráhe (ďalej len PJD) ešte patria na oboch jej koncoch prechodové oblasti, ktoré zabezpečujú plynulý prechod (plynulú zmenu tuhosti) z tuhej konštrukcie PJD do klasického železničného zvršku. Okrem prechodových oblastí má konštrukcia PJD svoje osobitosti na mostoch, v tuneloch a vo výhybkách.

Skladba štandardnej konštrukcie v návrhu použitej PJD je nasledovná:

• koľajnice s pružným upevnením
• prefabrikát PJD s uzlami upevnenia koľajníc hr. 0,20 m
• bitúmencementová malta hrúbky 0,03 m
• roznášacia hydraulicky stmelená vrstva (HGT) hrúbky min. 0,3 m
• konštrukcia železničného spodku (zemné teleso)

Všeobecne sa pre PJD požaduje vyššia únosnosť pláne telesa spodku
cca 100 – 120 MPa oproti klasickému zvršku - 50 MPa. Z tohto dôvodu sú kladené oveľa vyššie nároky na konštrukciu železničného spodku ako pri konvenčnej trati.

V tunely je roznášacia hydraulicky stmelená vrstva (HGT) nahradená slabo vystuženým betónom triedy C 25/30 a na mostoch C 30/37.

HGT vrstva sa z dôvodu presnosti zriadenia (musí kopírovať presne prevýšenie koľaje) a kvalitného zhutnenia realizuje vždy finišerom.

Konštrukcia pevnej jazdnej dráhy s prefabrikátom typu Max Bögl

Nespornou výhodou tejto konštrukcie je trvalá geometrická poloha koľaje a životnosť, ktorú udávajú výrobcovia až min. 60 rokov. Obzvlášť v tuneloch sú to neoceniteľné vlastnosti, kde je každá výluková činnosť pomerne problematická.

Záver

Tunel Turecký vrch spolu s ďalšími súvisiacimi objektami je náročným inžinierskym dielom. Autorský kolektív projektantov, technikov, inžinierov verí, že po jeho realizácii bude robiť česť slovenskému dopravnému staviteľstvu a hlavne, že to nebude posledný železničný tunel postavený na Slovensku na ďalších 50 rokov.

Literatúra

[1] Rudolf a Pavol Kukučík, Železničné a cestné tunely
[2] Štúdia „Analýza alternatívnych riešení vedenia trasy okolo prírodnej rezervácie Turecký vrch“, REMING CONSULT a.s., Bratislava, 2002
[3] Tunel Turecký vrch, inžinierskogeologický prieskum–II.etapa, Geofos, s.r.o., Žilina
[4] REMING Consult a.s., Metroprojekt Praha a.s., realizačný projekt stavby Modernizácia železničnej trate Nové Mesto nad Váhom – Púchov, I.etapa

Galéria

Súvisiace trate