Tunel Milochov. Předpoklad projektu a skutečnost
Tunel Milochov je součástí modernizace železniční tratě Púchov–Žilina, určené pro traťovou rychlost do 160 km/h. Jedná se o dvoukolejný jednotubusový tunel s celkovou délkou včetně hloubených portálových částí 1 861 m. Součástí tunelu je i úniková štola délky 266,5 m, která je situována přibližně v polovině tunelu kolmo k jeho ose a ústí v obci Horný Milochov.
V současné době jsou na území Slovenské republiky realizovány dva železniční tunely – tunel Diel a tunel Milochov. Oba tyto tunely jsou součástí modernizace železniční tratě Púchov–Žilina navržené pro traťovou rychlost do 160 km/h.
Zhotovitelem stavby je sdružení firem Doprastav, a. s., Subterra, a. s., TSS Grade, a. s., a Elektrizace železnic Praha, a. s. Zhotovitelem stavební části tunelu Milochov je Subterra, a. s., Divize 1. Generálním projektantem stavby je firma REMING CONSULT, a. s.
Tunel Milochov se skládá celkem ze čtyř hlavních stavebních objektů – východního portálu, západního portálu, únikové štoly a tunelové trouby. Trať prochází tunelem ve dvou pravých směrových obloucích o poloměrech 1 550 m, respektive 1 425 m.
Niveleta tratě směrem od západního portálu stoupá ve sklonu 4,0 ‰ na přibližně třetině délky tunelu a dále klesá ve sklonu 5,9 ‰ směrem k východnímu portálu. Celková délka tunelu včetně hloubených částí je 1 861 m, z toho ražená část je dlouhá 1 770 m.
Hloubená část z východního portálu je dlouhá 71 m a ze strany západního portálu 20 m. Ražba tunelu byla navržena podle zásad NRTM. V závislosti na interpretaci výsledků inženýrskogeologického průzkumu bylo v zadávací projektové dokumentaci navrženo celkem pět technologických tříd výrubu (třídy II, III, IV, Va a Vb).
Způsob ražby je navržen jako konvenční – cyklický, se strojním rozpojováním horniny, v tvrdších horninách s pomocí trhacích prací. Teoretický profil výrubu v dosud realizovaných technologických třídách je v rozmezí 135 m2 (profil v úskoku za návrtnými body mikropilotového deštníku) až 160 m2 (rozšíření profilu pro návrtné body mikropilotového deštníku).
Ostění ražené části tunelu je navrženo jako dvouplášťové – primární a sekundární ostění s mezilehlou deštníkovou izolací a rubovou drenáží.
Primární ostění je tvořeno stříkaným betonem s ocelovými svařovanými sítěmi a příhradovými rámy a dalšími zajišťovacími prvky jako mikropilotový deštník, jehlování a radiální kotvy. Sekundární ostění je navrženo jako železobetonová konstrukce, realizovaná pomocí posuvného bednění.
Během hloubení a zajišťování východního portálu tunelu Milochov byly zastiženy zeminy s horšími geotechnickými parametry, než předpokládal původní projekt. Z tohoto důvodu byla vypracována optimalizovaná projektová dokumentace na zajištění čela stavební jámy a předpolí ražby tunelu pomocí tryskové injektáže.
Následně byla projektantem přepracována také projektová dokumentace pro počáteční úsek ražby z východního portálu. Článek popisuje zkušenosti z dosavadní výstavby tunelu a rozdíly mezi původním projektem a nově navrženým, skutečně realizovaným řešením.
Geologické poměry stavby
Geologická stavba území koridoru železniční tratě v trase tunelu Milochov je komplikovaná. Horninové prostředí je v důsledku složitého vývoje bradlového pásma intenzivně tektonicky porušené, převrásněné a prostoupené zlomovými poruchami.
Na geologické stavbě oblasti se podílejí horniny bradlového pásma se zastoupením flyšoidních souvrství jílovců, slínovců, pískovců a slepenců.
Na základě analýzy vývoje území v rámci průzkumů, detailního měření systému diskontinuit na odkryvech, geofyzikálních měření, prvků reliéfu a směru vodních toků bylo možné odhadnout pravděpodobné směry a charakter tektonických poruch, kterými je území prostoupené.
Bylo konstatováno, že tektonická stavba této oblasti má vliv jak na geotechnické vlastnosti hornin, tak na hydrogeologické poměry území.
Západní portál
Povrch území je pokrytý vrstvou deluviálních sutí s úlomky podložních hornin, které mají převážně charakter štěrkovitého jílu až jílovitého štěrku a mocnost 0,5 až 7,0 m. V podpovrchové zóně je horninový masiv silně zvětralý, rozvolněný, tektonicky silně porušený. Prostředí má charakter jílovité zeminy. Při vrtání lanových kotev již bylo v oblasti kořenů zastiženo skalní podloží.
Východní portál
Na základě průzkumných mapovacích prací, geofyzikálních měření a vrtných prací bylo zkonstatováno, že portálový zářez a úvodní část tunelu jsou situovány do čela rozsáhlého sesuvu.
Vrtanými sondami byly zjištěny silné vrstvy deluviálních sedimentů ve formě jílů a kamenito-jílovitých a jílovito-kamenitých sutí (mocnosti 10–15 m, lokálně 20 m). Díky budování zářezu místní komunikace, železniční tratě a obslužných komunikací v zastavěné oblasti byly již dříve aktivovány svahové pohyby v dotčené oblasti.
Úniková štola
Podloží je tvořené mezozoickými horninami nimnického souvrství s dominantním zastoupením jílovců. Horniny jsou převážně zdravé a navětrané, v místě poruchových zón ale podrcené, mají charakter zemin a lze očekávat výrazné přítoky podzemní vody. V oblasti portálu byly zastiženy v horních etážích písčité jíly s úlomky až bloky pískovců, přecházející ve spodních partiích do navětralých pískovců.
Trasa tunelu
V trase tunelu je masiv tvořen mezozoickými horninami (jílovce s lokálními proplástky pískovců nimnického souvrství a masivní až lavicovité pískovce s proplástky jílovců uhrovského souvrství).
Prostředí je prostoupeno systémem tektonických poruchových zón (zlomů) a k nim příslušejícím systémem puklin. Převážně na tyto systémy puklin budou vázány přítoky podzemní vody do tunelu během ražby. Nadloží tunelu je v rozmezí 5 až 110 m.
Hydrogeologické poměry
Obecně lze konstatovat, že i když ražba tunelu bude procházet přes masiv porušený systémem puklin, které jsou podle výsledků průzkumů silně dotovány zejména srážkovou vodou, silnější výrony vody při ražbě nejsou očekávány. Toto prostředí bylo zhodnoceno jako pomalu proudící, bylo zjištěno poměrně málo pramenů podzemní vody.
Lokálně lze ale očekávat, že v určitých oblastech dojde k jednorázovému vyprázdnění statických zásob podzemní vody. Rozbory podzemní vody ukázaly, že voda z prostředí nemá agresivní účinky na beton, ale vzhledem k vysoké konduktivitě (vodivosti) má silné korozivní účinky na železné materiály.
Hloubení stavební jámy – západní portál
Hloubení a zajišťování stavební jámy západního portálu bylo navrženo na deset pracovních etáží (obr. 1). Portálová i boční stěna stavební jámy byly plánovány s různými sklony, zajištěné kombinací stříkaného betonu, ocelových svařovaných sítí, zemními hřeby a lanovými kotvami v šesti řadách, kotvené přes dvě kotevní úrovně železobetonovými svislými prahy.
Hloubkové odvodnění horninového prostředí bylo navrženo pomocí dvou 100 m dlouhých a dvou 80 m dlouhých vrtů vystrojených perforovanou pažnicí. V každé etáži byly navrženy i 5 m dlouhé odvodňovací vrty v rozestupech 10 m.
Portálová stěna se dělí na čtyři části s mezilehlými vodorovnými lavicemi šířky 1,5 m, boční stěna na celkem šest částí s mezilehlými lavicemi s šířkou taktéž 1,5 m. Práce na portále započaly v květnu 2017. První výzvou pro zhotovitele před zahájením hloubení a zajišťování portálové stěny bylo dostat se s mechanizací na nejvyšší etáž a od ní poté začít zemní a zajišťovací práce.
Bylo nutno přemístit velký objem zeminy, zrealizovat dočasnou obslužnou najížděcí rampu a citlivě umístěným zářezem v rostlém terénu nastoupat až na horní etáž, z které bylo možno začít s pracemi. Během těchto nutných terénních úprav probíhalo oplocení staveniště drátěným plotem a pokládal se i odvodňovací žlab kolem celé horní etáže stavební jámy, svedený ke dvěma horským vpustím.
Při zemních pracích v místě portálu docházelo k vypadávání poměrně velkých bloků horniny, všechny tyto nadvýlomy byly plombovány stříkaným betonem. Stavební jáma západního portálu byla dokončena v prosinci 2017 (obr. 2).
Hloubení stavební jámy – východní portál
Práce na hloubení stavební jámy započaly v květnu 2017. Pravý boční svah ve směru staničení je řešen v převážné části své délky jako dvojetážový. Horní etáž je zabezpečena záporovým pažením, kdy byly z povrchu do předvrtaných děr osazeny profily HEB 220 – 280 a kořen těchto zápor byl stabilizován betonovou zálivkou.
Prostor mezi záporami byl poté při postupném hloubení jámy zajišťován dřevěným pažením a stabilizován pomocí lanových kotev ve vzdálenosti 2,5–3,0 m, upnutých přes roznášecí profily 2xU220–U300.
Spodní etáž byla zajištěna pomocí kombinace zemních hřebíků, ocelových sítí, stříkaného betonu a lanových kotev, kotvených přes železobetonové desky s rozměry 0,8 × 0,8 m. Levý boční svah byl stabilizován pomocí záporového pažení – HEB profilů, výdřevy a lanových kotev upnutých přes roznášecí profily 2xU220.
Portálová stěna byla původně navržena ve sklonu 5 : 1, zajištěná stříkaným betonem, ocelovými sítěmi, zemními hřebíky a lanovými kotvami ve třech řadách. Horní úroveň lanových kotev je ukotvena přes železobetonové roznášecí prahy délky 7 m. V ostatních řadách je kotvení přes železobetonové desky s rozměry 0,8 × 0,8 m.
Hloubkové odvodnění portálového zářezu bylo realizováno pomocí čtyř 100 m dlouhých odvodňovacích vrtů, osazených perforovanými pažnicemi. Při napínání lanové kotvy s označením K24.III v čele portálové stěny došlo k jejímu vytažení.
Údaje o geologickém prostředí, zdokumentované v průběhu vrtání, byly geologem detailně popsány a předány projektantovi. Na základě skutečně zastižené geologie projektant vyhodnotil geotechnické parametry a rozhodl o změně postupu dalších prací.
Z důvodu výskytu plastických jílů v místě plánovaného kořene lanové kotvy rozhodl o zlepšení vlastností zemin v předpolí ražby, tedy o realizaci tryskové injektáže (obr. 3, 4). Požadavkem projektu bylo vytvoření sloupů zpevněné horniny o průměru 700 mm a pevnosti v prostém tlaku minimálně 4,0 MPa po 28 dnech.
Na základě těchto požadavků bylo rozhodnuto o realizaci jednofázové tryskové injektáže M1. Vrty tryskové injektáže byly realizovány v šesti vrtných úrovních. Celkem bylo odvrtáno 574 vrtů, jednotlivé vrty byly 24,4 m dlouhé s délkou proinjektované části 8,5 m. Jednalo se tedy celkem o 14 000 běžných metrů vrtů.
Trysková injektáž byla prováděna po etážích, kdy se průběžně po dokončení jednotlivých etáží přistoupilo k zemním pracím, zajištění odkopané etáže stavební jámy pomocí stříkaného betonu na ocelové sítě a poté se vrtala další horizontální řada vrtů.
Původní řešení zajištění portálové stěny bylo doplněno o čtyři lanové kotvy, zajištěné přes dva železobetonové kotevní prahy. Trysková injektáž byla realizována od konce srpna 2017 do začátku února 2018 (obr. 5, 6).
Hloubení stavební jámy – úniková štola
Přibližně v polovině délky tunelu je kolmo na jeho tubus napojená úniková štola délky přibližně 266 m a průřezu výrubu 10 m2 (průjezdný profil 2,25 × 2,25 m). Štola vyúsťuje svým portálem v zástavbě obce Horný Milochov.
Portál je situovaný do stávajícího odřezu pro místní komunikaci a jeho poloha je navržena tak, aby mezi portálem a komunikací vznikla nástupní plocha o rozloze minimálně 500 m2. Štola bude sloužit jednak jako úniková chodba a současně přístupová cesta pro zásah složek integrovaného záchranného systému v případě mimořádné události.
Ražba samotné štoly bude prováděna zevnitř tunelu. V předstihu byla zrealizována stavební jáma portálu. Svahy stavební jámy byly vybudovány ve sklonu 3 : 1 a zajištěny stříkaným betonem se dvěma vrstvami svařovaných sítí a horninovými kotvami délek 4 a 6 m.
Hloubení a zajišťování probíhalo celkem v šesti etážích výšky 1,5 m. Odvodnění prostoru nad portálem je řešeno pomocí příkopového žlabu z prefabrikátů, který je přes horské vpusti v patě svahu napojený na trativod (obr. 7).
Ražba tunelu ze západního portálu
Původní harmonogram výstavby tunelu Milochov počítal pouze s ražbou ze strany východního portálu. Ale vzhledem k situaci, kdy byl západní portál v prosinci 2017 již hotov a dokončení východního portálu bylo pozdrženo z důvodů změn zajištění portálové stěny a předpolí ražby, zahájil zhotovitel ražbu ze strany západního portálu.
Ražba probíhala podle předpokladu inženýrskogeologického průzkumu projektu v technologické třídě Vb. Profil tunelu byl členěn na kalotu, opěří a protiklenbu. Primární ostění kaloty a opěří je tvořeno kombinací stříkaného betonu, výztužných příhradových rámů, ocelových sítí a radiálních kotev délky 6 m.
Primární ostění protiklenby je tvořeno kombinací ocelových sítí a stříkaného betonu. Ražba probíhala s délkou záběru 0,8–1,0 m pod ochranou mikropilotového deštníku z ocelových pažnic D89/6,3 mm, délky 15 m s překrytím 6,4 m (celkem 39 ks pažnic) a se zajištěním čelby sklolaminátovými kotvami délky 8 m.
Čelba se během ražby zčásti nechávala přitížena pomocí opěrného klínu z rostlé horniny. Opěří a protiklenba byly po vyražení kaloty dobírány v daných rozestupech tak, aby nedocházelo k nežádoucímu nárůstu deformací a výrub byl v co nejrychlejším čase uzavřen do plného profilu díla (obr. 8).
Práce byly započaty 8. ledna 2018. Ražba v kalotě probíhala průměrnou rychlostí 2 m/den (v geologických podmínkách odpovídajících navržené technologické třídě ražby). Bylo vyraženo celkem asi 110 m v plném profilu tunelu.
Po dokončení dodatečných zajišťovacích prací na východním portálu byla ražba na západní straně přerušena. Prostor tunelu a zařízení staveniště byl zajištěn proti vniknutí cizích osob a veškeré kapacity byly přesunuty na východní portál (obr. 9).
Ražba tunelu z východního portálu
Již během realizace tryskové injektáže předpolí ražby směrem z východního portálu zhotovitel upozornil investora, že původně navržená technologická třída výrubu Vb by vzhledem ke skutečně zastižené geologii nemusela být dostačující.
Investor reagoval vydáním pokynu projektantovi na vypracování nového technického řešení pro ražbu. V nově navržených technologických třídách výrubu projektant zohlednil zastiženou geologii, vliv nízkého nadloží (7–25 m v délce 250 m) a současně nutnost omezit deformace výrubu.
Původní škála technologických tříd byla doplněna o dvě nové: VT VI a VT Vc. Doplněná projektová dokumentace zahrnovala i úpravu zajištění předpolí ražby.
Tato změna spočívala v navýšení počtu kusů 15 m dlouhého mikropilotového deštníku, kdy byl deštník realizován ve dvou řadách a rozšířen do stran, celkem bylo tedy místo 585 běžných metrů mikropilot realizováno 1 485 běžných metrů.
Délka čelbových kotev byla změněna z 8 m na 16 m v rastru 1,4 × 1,4 m a dodatkově byly do předpolí ražby realizovány dva odvodňovací vrty délky 50 m (obr. 10 a 11).
Technologická třída výrubu VI
Specifikum této třídy spočívá ve vertikálním členění kaloty na dvě menší části, označené jako kaple I a kaple II. Ražba probíhala pod ochranou mikropilotového deštníku. Dílčí výruby byly uzavírány pomocí příhradových rámů a stříkaného betonu po celém obvodu.
Po doražení I. kaple na konec maximálního možného postupu pod ochranou mikropilotového deštníku (9,6 m) se začala razit II. kaple a postupně se ubourávalo středové výztužné žebro. Primární ostění protiklenby bylo řešeno taktéž s pomocí příhradových ocelových rámů v kombinaci s ocelovými sítěmi a stříkaným betonem (obr. 12).
Technologická třída výrubu Vc
Tato třída je téměř totožná s technologickou třídou Vb s jediným rozdílem – je budována dočasná protiklenba kaloty, zajištěná stříkaným betonem s ocelovými sítěmi. Toto řešení má za úkol zamezovat vzniku nadměrných deformací a umožňuje delší odstup čelby kaloty od dobírání opěří a protiklenby.
Zhotovitel tak může využít kalotu díla jako průzkumnou štolu, která geologovi umožňuje vyhodnocovat aktuální stav, a ve spolupráci s projektantem stanovit další postup prací. Po doplnění a odsouhlasení projektové dokumentace byla ražba zahájena 23. května 2018.
Ve třídě VI bylo v kalotě vyraženo 106,5 m. Poté se pokračovalo v kalotě ve třídě Vc až do vyražení 157,5 m. Na základě doporučení rady geotechnického monitoringu bylo přikročeno k ražení protiklenby ve třídě VI, respektive opěří a protiklenby ve třídě Vc v celkové délce 146,5 m.
Před zahájením dobírky protiklenby bylo zesíleno zajištění portálové stěny kotvami. Paty kaloty tunelu (tzv. sloní nohy) byly na prvních deseti metrech podchyceny mikropilotami délky 6 m. Ražba ve třídě Vc probíhala do 256,5 m od východního portálu, kdy došlo k mírnému zlepšení geologických podmínek, a další ražba už probíhala ve třídě Vb a ostatních třídách z původní projektové dokumentace.
Závěr
Dosavadní zkušenosti z realizace ukázaly nutnost kvalitní spolupráce realizační a projekční složky. Náročné změny projektu zvládl zhotovitel technicky bez větších časových prodlev a bez vzniku mimořádných událostí.
Naměřené konvergence dosáhly nejvíce 70 % maximální povolené hodnoty, stanovené na 118 mm pro třídu VI a na 105 mm pro třídu Vc. Ražby od 256,5 m probíhají dle původních výrubových tříd, kdy se mění pouze jejich rozsah dle aktuální geologie.
V případě vhodných podmínek razí zhotovitel v souběhu kalotu a stupeň a technicky se připravuje na ražbu únikové štoly z profilu hlavního tunelu – tyto práce by měly být zahájené v listopadu 2019 a budou probíhat v souběhu s ražbou hlavního tunelu. Tento předpoklad prací by měl příznivě ovlivnit plánované dokončení díla bez dalších časových prodlev.
Foto: Subterra, a. s.
Literatura
- Projektová dokumentace „ŽSR, Modernizácia trate Púchov – Žilina pre rýchlosť do 160km/h, I. etapa, Optimalizácia“. Dokumentácia pre realizáciu stavby. Reming Consult, a. s., Bratislava 2018.
Článek byl uveřejněn v časopisu Inžinýrské stavby 5/2019.
