Cestný tunel Višňové – Dubná skala

27. októbra 2017

Tunel Višňové sa vďaka svojej dĺžke, dopravnému významu a technickému riešeniu radí medzi najsledovanejšie tunely na Slovensku. Ide o dvojrúrový tunel budovaný v plnom profile s celkovou dĺžkou trasy 7,52 km. Zvolená trasa vedie cez masív pohoria Lúčanskej Malej Fatry dosahujúci výšku 800 až 1 350 m.

Objednávateľom tunela je NDS, financovaný je zo zdrojov Operačného programu Doprava 2007 – 2013, Operačného programu Integrovaná infraštruktúra 2014 – 2020 a zo štátneho rozpočtu Slovenskej republiky. Zhotovovateľom tunela a priľahlého diaľničného úseku je združenie SALINI IMPREGILO – DÚHA s celkovou zmluvnou hodnotou 409 800 000,50 €.

Geologické a hydrologické podmienky sa v minulosti overovali prieskumnou štôlňou, ktorá sa realizovala v rokoch 1998 až 2002. Štôlňa bola vyrazená dvoma technológiami – Novou rakúskou tunelovacou metódou (NRTM), čiže konvenčným spôsobom razenia, na dĺžke 3,12 km v smere od západného portálu a metódou TBM (Tunnel Boring Machine) na dĺžke 4,36 km od východného portálu.

V súčasnosti už prebieha razenie na štyroch čelbách (dvoch z východného a dvoch zo západného portálu). Z východného portálu sa v oboch tunelových rúrach dosiahlo k dnešnému dňu 6 km a zo západného portálu 4,4 km. Z oboch portálov sa vyťažilo už viac ako 1,5 milióna m³ výrubu. K 1. 9. 2017 sa dosiahol takýto stav razenia:

západný portál, severná tunelová rúra: spolu sa vyrazilo 2 380,38 m; práce sa začali 6. 4. 2015,
západný portál, južná tunelová rúra: spolu sa vyrazilo 2 211,55 m; práce sa začali 9. 6. 2015,
východný portál, severná tunelová rúra: spolu sa vyrazilo 3 054,15 m; práce sa začali 18. 4. 2015,
východný portál, južná tunelová rúra: vyrazilo sa 1 002 m (k 27. 7. 2016); práce sa začali 18. 9. 2015.

Geologické a geotechnické podmienky

Geologické podmienky na trase sú naozaj pestré – od usadených hornín ako ílovce a pieskovce až po kryštalické horniny granitoidy. Základný opis je uvedený v tab. 1. Geotechnické vlastnosti horninového masívu sú ovplyvnené predovšetkým prítomnosťou strižných zón, ktoré majú nepravidelný priebeh a pretínajú tunelové rúry v relatívne krátkych intervaloch každých 10 až 100 m.

Tab. 1 Geologické podmienky (staničenie od západu)

Ďalšou problémovou vlastnosťou masívu je výskyt vzájomne nevhodne orientovaných zlomov, z ktorých sa ako najmenej priaznivé ukázali zlomy so „strechovitou“ štruktúrou, spôsobujúce vypadávanie horninového materiálu (nadvýlom) – často aj blokovitých rozmerov – zo stropov a strán tunela. Tieto problémy sú ovplyvnené aj frekvenciou (hustotou) zlomov, ktoré detailne fragmentujú horninový masív, a hustotou puklín zovretých zlomami.

Hydrologické podmienky

Hydrologické podmienky zisťované počas realizácie prieskumnej štôlne preukázali výskyt krasového systému napájania, ktorý je priamo závislý od intenzity atmosférických zrážok. Bodové prítoky z daného systému predstavujú hodnotu dosahujúcu 10 až 20 l/s. Po prerazení prieskumnej štôlne sa množstvo celkovo odvádzanej vody ustálilo na 150 až 220 l/s. Tieto hydrologické podmienky si vyžiadali technické riešenie so zachovaním prieskumnej štôlne, ktorá v súčasnosti slúži na odvodnenie celého objektu.

Metóda výstavby

Samotné razenie tunela sa vykonáva konvenčným spôsobom – v mäkších horninách mechanickým rozpojovaním a v skalných až poloskalných horninách pomocou vrtno-trhacích prác. Na začiatku razenia na východnom a západnom portáli sa použila metóda NRTM so súčasným vyhodnocovaním geologickej úlohy v súlade s požiadavkami objednávateľa stavby. Následne sa však vzhľadom na priebežné vyhodnotenia geológie zvolil technologický variant cyklického razenia s názvom ADECO-RS. Základným rozdielom medzi metódami ADECO a NRTM je, že NRTM pozostáva z viacerých fáz razenia stropu, základových pásov, stredného pásu a protiklenby, zatiaľ čo pri ADECO sa uplatňuje razenie na plný profil v akýchkoľvek geologických podmienkach.

Prístup ADECO-RS je výsledkom podrobného experimentálneho a teoretického výskumu, ktorý sa začal pred viac ako dvadsiatimi rokmi v spoločnosti Rocksoil Milan a viedol ho prof. Pietro Lunardi. Názov ADECO-RS vznikol ako skratka pre Analysis of COntrolled DEformation in Rocks and Soils.

Hlavným znakom prístupu ADECO-RS je to, že projektant sa primárne zameriava na deformáciu podložia spôsobenú výlomovými prácami. Táto deformácia sa najprv analyzuje a predpovedá pri použití rôznych nástrojov (plnoškálové a laboratórne testy, matematické modely atď.), následne sa kontroluje použitím vhodných stabilizačných opatrení.
Na rozdiel od tradičných prístupov, ktoré berú do úvahy iba deformáciu za čelbou, prístup ADECO-RS skúma deformáciu veľmi starostlivo, a to ihneď od jej vzniku. Začína deformáciou pred čelbou a následne rieši deformáciu aj za čelbou.

Prístup ADECO-RS teda kontroluje deformáciu tým, že najprv v prednej časti čelby vykonáva predzaisťovacie práce, a nie iba obyčajné vystrojovacie práce, ktoré sa využívajú pri tradičných prístupoch. Na predzaisťovacie práce sa využíva jadro masívu v prednej časti čelby (v prípade potreby sa použijú vhodné metódy zlepšovania), čo slúži ako konštrukčný prvok na stabilizáciu tunela počas fázy razenia.
Týmto spôsobom je prístup ADECO-RS schopný úspešne zvládnuť akýkoľvek typ podložia a stav napätia.

V nepriaznivých podmienkach sa aplikuje takýto postup:

Fáza 1: Zaisťovanie razenia mikropilótovým dáždnikom a spevňovanie predpoľa čelby injektovateľnými sklolaminátovými kotvami. V prípade výskytu vody sa navŕtajú odvodňovacie vrty s perforovanými rúrami.
Fáza 2A: Razenie na plný profil so záberom podľa vystrojovacej triedy. Razenie sa vykonáva mechanickým rozpojovaním zhora nadol s krokom 1,0 m.
Fáza 2B: Zaistenie čelby striekaným vláknobetónom alebo striekaným betónom.
Fáza 2C: Zabudovanie oceľových skruží a tyčovej výstuže s napojením na vystrojenie vykonané v predošlom zábere.
Fáza 2D: Striekaný betón vystužený vláknami alebo mrežovinou, ukončujúci primárne ostenie.
Fáza 3A: Realizácia spodnej klenby a opôr (ešte predtým sa musí inštalovať hydroizolácia). Údaje z monitoringu umožnia stanoviť maximálnu vzdialenosť od čelby.
Fáza 3B: Betonáž hornej klenby ostenia (ešte predtým sa musí inštalovať hydroizolácia). Údaje z monitoringu umožnia stanoviť maximálnu vzdialenosť od čelby.

Meraním a analýzou geotechnických parametrov v rámci geomonitoringu čelby a blízkeho okolia sa určuje vystrojovacia trieda razenia.
Počas fáz razenia musí ostenie garantovať zaistenie výrubu po razení, ako aj bezpečnosť robotníkov. Väčšinou pozostáva z týchto častí:

• Primárne ostenie: Aplikuje sa okamžite po razení. Môže sa považovať za trvalé iba pri splnení určitých podmienok. Pozostáva z týchto krokov:

– Predzaistenie tunela: Ide o ochranné opatrenia, ktoré vytvoria efekt odklonenia napätí mimo profilu tunela, zachovávajúc čo najviac prirodzené charakteristiky masívu. V tejto skupine sú obsiahnuté intervencie pôsobiace priamo na masív, ktorý má byť rozpojený, zlepšujúc jeho charakteristiky (pevnostné aj deformačné). Patrí sem stabilizácia čelby sklolaminátovými kotvami či drenáž.
– Predháňaná výstuž: Ide o mikropilótový dáždnik alebo ihlovanie, ktoré síce nezabezpečia kontinuálne celé jadro, ale vytvoria ochrannú obálku.
– Zaistenie výrubu: Patria sem všetky intervencie podopierajúce masív a redukujúce deformácie, ako sú radiálne svorníky, oceľové skruže, priehradové skruže, betón, oceľové siete a protiklenba blízko čelby.

• Definitívne ostenie: Je trvalou konštrukciou, ktorá sa aplikuje v určitej vzdialenosti od čela tunela.

Ostenie musí zodpovedať charakteristikám horninového masívu. Zložené je z prvkov, ako sú svorníky, oceľové skruže, priehradové skruže, betón, oceľové siete a vlákna, a to podľa typu vystrojovacej triedy.

Vystrojovacie triedy

V závislosti od geologických podmienok sa uskutočňuje aj výber vystrojovacích tried, ktoré sa vo vzťahu k primárnemu osteniu delia na dve základné alternatívy: trieda A (vystuženie pomocou torkrétu, vlákien a oceľových svorníkov) a trieda B (vystuženie pomocou oceľových nosníkov zapustených v torkréte spolu so svorníkmi), pričom každá z nich definuje rozsah razenia pre primárne vystrojenie, dĺžku záberu a rozmery finálneho betónového ostenia. Podkategórie tried A a B sú veľmi zložité, keďže definujú individuálne riešenie pri každom type tunela, konkrétne pri štandardnom tuneli, zálivoch, výklenkoch so stropom, bez stropu atď.

Trieda A sa bežne používa v hornine s lepšou kvalitou, v granite, pričom dĺžka záberov je približne 3 až 4 m. Primárne vystrojenie spočíva vo svorníkoch a torkréte vystuženom oceľovými vláknami. Toto razenie je v plnom profile a na profil sa vždy aplikuje striekaný betón s penetračným náterom.

Tab. 2 Vystrojovacie triedy vs geomechanické jednotky

Trieda B sa používa v horninách s horšou kvalitou, napr. v dolomitoch, vápencoch, bridlici a vo výrazných poruchových zónach vo všetkých typoch hornín. Tieto jemné materiály sa razia hlavne mechanickými metódami a dĺžka záberov sa znižuje. Primárne vystrojenie v B-triede, razenie plného profilu, sa skladá z betónu vystuženého vláknami, oceľových nosníkov s rôznou hmotnosťou a zo sekundárneho torkrétu na vyplnenie vnútorného povrchu nosníkov. Čelba sa systematicky vystužuje torkrétom a tam, kde je to potrebné, aj sklolaminátovými kotvami. Raziaca metóda NRTM sa použila na začiatku, čo je podobné kategórii triedy B, s výnimkou realizácie viacerých lavíc.

Záver

Nielen zložité geologické a geotechnické podmienky, ktoré sa vyskytujú na trase tunela, ale aj hydrologické podmienky ovplyvnili voľbu použitej technológie ADECO a rozhodnutie zachovať prieskumnú štôlňu a prispôsobiť trasu tunela tak, aby plnila účel odvodňovacej šachty na dosiahnutie optimálneho vynaloženia materiálových a strojných kapacít.

Road tunnel Višňové – Dubná skala

Thanks to its length, transport importance and technical solution, the Višnové tunnel is one of the most watched tunnels in Slovakia. It is a two-lane tunnel built in full profile with a total length of 7.52 km, which leads through the massif of Lúčanská of the Malá Fatra mountain range with height of 800 to 1350 m.

TEXT: Ing. Milín Kaňuščák, Ing. Matúš Kozel , PhD.
FOTO: DÚHA, a. s., Miro Pochyba

Milín Kaňuščák a Matúš Kozel pôsobia v spoločnosti DÚHA, a. s.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby 5/2017.