Realizácia južného portálu tunela Bikoš

Obr.5def
Zdroj: VÁHOSTAV-SK

Južný portál tunela Bikoš sa nachádza v km 1,6705 rýchlostnej cesty R4 Prešov – severný obchvat. Táto komunikácia je súčasťou severojužného dopravného prepojenia rýchlostnou cestou R4 v úseku štátna hranica SR/PR – Vyšný Komárnik – Milhosť – štátna hranica SR/MR.

Rýchlostná cesta má zabezpečiť prepojenie medzi diaľnicou D1 a rýchlostnou cestou R4 Prešov – Svidník mimo existujúceho systému cestnej siete a mesta Prešov s celkovým dopravným odľahčením mesta. Jej výstavbou mimo zastavaného územia mesta a dotknutých obcí sa podarí výrazne znížiť dopravné zaťaženie na existujúcich cestách.

Južný portál tunela Bikoš

Funkciou južného portálu je umožniť realizáciu raziacich prác v tuneli Bikoš. Hrubé terénne úpravy (HTÚ) riešia zabezpečenie stability stien portálovej jamy a umožnia prístup tunelovej mechanizácie do tunelových rúr.

Základné údaje o stavbe
Názov stavby: Rýchlostná cesta R4 Prešov – severný obchvat, I. etapa
Názov objektu: 401-00-011 Južný portál na razenie a hrubé terénne úpravy
Miesto stavby: okres Prešov, Prešovský samosprávny kraj
Katastrálne územie: Prešov, Veľký Šariš
Druh stavby: novostavba
Kategória komunikácie: R 24,5/100
Stavebník: Národná diaľničná spoločnosť, a. s., Dúbravská cesta 14, 841 04 Bratislava
Projektant objektu: Basler & Hofmann Slovakia, s. r. o., Panenská 13, 811 03 Bratislava
Zhotoviteľ stavby: Združenie VÁHOSTAV-SK – TuCon – R4 severný obchvat Prešova
Zhotoviteľ objektu: VÁHOSTAV-SK, a. s.

Technické riešenie objektu

Južný portál na razenie tunela a HTÚ pozostávajú z dvoch navzájom prepojených súčastí.
Prvou je predportálová časť, ktorú tvorí svahovaná stavebná jama so sklonmi výkopu 1 : 1,75 až 1 : 1,5 (v mieste budúceho zárezu pre portál razeného tunela), napájajúca sa priamo na objekt budúcej rýchlostnej cesty.

Súčasťou predportálového úseku je aj zárez pre technologickú centrálu, ktorá bude založená v priestore portálu. Je navrhnutý v sklone 3 : 1.

Druhou časťou je portál na razenie tunela, ktorý tvorí svahovaná stavebná jama v otvorenom výkope, zabezpečená striekaným betónom triedy C20/25 s hrúbkou 200 mm, vystužená dvomi vrstvami zváranej siete ∅ 8/8 – 150/150 mm, zemnými klincami – 28 mm s dĺžkami 6 až 8 m a dočasnými 3- a 5-pramencovými lanovými kotvami Ls ∅ 15,2 mm s tlakovo injektovaným koreňom s dĺžkou 21/9 m až 28/10 m.

Sklony svahov sú v hornej časti navrhnuté v pomere 1 : 1,25, následne 3 : 1 až po projektované dno jamy. Zárez na razenie tunela je členený lavičkami so šírkou 1,5, resp. 0,9 m. Sklony svahov sú v hornej časti navrhnuté v pomere 1 : 1,25, následne 3 : 1 až po projektované dno jamy. Prvky zabezpečenia (kotvy, klince, striekané betóny, betóny prahov) majú dočasný charakter, t. j. maximálne do plánovaného ukončenia stavebných prác na konečných terénnych úpravách portálu.

Po dokončení výstavby hĺbeného tunela a súvisiacich objektov bude jama trvale zasypaná. Nad portálom je navrhnutý odvodňovací žľab so šírkou 600 mm.

Geologické pomery

Na základe výsledkov geologického prieskumu projekt predpokladal, že väčšinu materiálu (zhruba 60 %) v oblasti hĺbenej časti tunela a portálových stien bude tvoriť komplex kvartérnych zemín v zastúpení ílov so strednou plasticitou (F6/CI) až ílov s vysokou plasticitou (F8/CH) s tuhou až tuho-pevnou konzistenciou. Íly by mali mať svetlo-žltkasto-hnedú farbu a mali by byť s lokálnym výskytom Mn konkrécií.

Hrúbka povrchovej vrstvy mala byť veľmi premenlivá v rozsahu od 6,5 až po 10,6 m. Projekt predpokladal, že pri výkopových prácach v spodnej časti stavebnej jamy hĺbeného tunela a portálových stien sa bude vyskytovať predkvartérne podložie tvorené komplexom paleogénnych hornín hutianského súvrstvia. Pre tento komplex je charakteristická prítomnosť ílovcov, ktoré sú vo vrchnej časti úplne zvetrané, charakteru ílu so strednou plasticitou (F6/CI), s pevnou konzistenciou, obsahom úlomkov ílovca do 3 až 5 cm a s extrémne nízkou pevnosťou (R6). Hrúbka úplne zvetraných hornín bola v rozsahu 3,2 až 4,3 m.

Pod zónou úplne zvetraných hornín vystupujú silno až stredne zvetrané ílovce, ktoré boli prevrstvené siltovitými preplástkami. Dosah zóny zvetrania sa predpokladal v úrovni 20,0 až 22,0 m v závislosti od tektonického porušenia.

Počas hĺbenia portálovej jamy a predportálového úseku bolo nutné dôsledne dokumentovať skutočne zasiahnutú geologickú stavbu a v prípade zastihnutia horšej geológie alebo vyššej hladiny podzemnej vody, ako predpokladal projekt, bolo potrebné zohľadniť danú skutočnosť pri ďalšom postupe prác. Preto bol pri vrtných a výkopových prácach prítomný geológ a stavebný dozor.

Postup výstavby

Predportálový úsek

Predportálový úsek zahŕňal terénne úpravy od staničenia 1,610 rýchlostnej cesty R4 po staničenie definitívneho portálu. Úsek tvorila svahovaná stavebná jama so sklonmi svahov 1 : 1,75 na ľavej a pravej strane zárezu v smere staničenia.

V mieste staničenia definitívneho portálu bol zárez zrealizovaný so sklonom svahu 1 : 1,5, pretože išlo o dočasný zárez, v ktorom sa následne hĺbila stavebná jama tunela. Svahovanie sa napájalo na pravostranné a ľavostranné svahovanie zárezovým kužeľom s premenným sklonom.

Dno jamy predportálového úseku bolo pozdĺžne spádované v sklone 1,5 % v smere staničenia, pričom priečny sklon bol premenný. Odvodnenie dna a svahov sa riešilo dočasným zemným rigolom umiestneným pri päte zárezu. Zemný rigol bol opatreným striekaným betónom a spádovaný v smere trasy. Za korunou zárezu bol zrealizovaný trvalý odvodňovací žľab na zachytenie povrchových zrážkových vôd.

Portálový úsek

Vzhľadom na veľmi nepriaznivé geologické podmienky sa zabezpečenie stability svahov portálu na razenie realizovalo zo striekaného betónu, klincovaním a kotvením podľa geologických pomerov v sieti 1,5 × 1,5 m s dĺžkou klincov 6,0 až 8,0 m. Toto zaistenie bolo doplnené dočasnými lanovými kotvami s prefabrikovanými roznášacími prahmi, vyhotovenými v štyroch výškových úrovniach.

Portálový úsek bol počas výstavby rozdelený na päť etáží s rozdielnou výškou:

1. etáž: výška 1,0 – 2,5 m
Sklon svahov zárezu sa v tejto etáži zrealizoval v pomere 1 : 1,25, pričom sa na neho naniesol ochranný nástrek striekaným betónom s hrúbkou 50 mm. V päte etáže sa zhotovila lavička so šírkou 1,5 m, na ktorú sa po zabudovaní podkladového betónu osadili prefabrikované roznášacie prahy.

Lanové kotvy v tejto etáži boli navrhnuté a zrealizované ako dočasné 3 ∅ Lp 15,2 mm Y 1860 s dočasnou protikoróznou ochranou. Kotevné platne boli z ocele S355. Vrty na osadenie kotiev mali priemer 156 mm a dĺžku 24 m. Po osadení kotiev sa realizovala zálievka do zapaženého vrtu cementovou zmesou s vodným súčiniteľom w = 0,4.

Tlak pre zálievku bol navrhnutý na 0,60 MPa. Najskôr po 12 hodinách od vyplnenia vrtu zálievkou a po jej zatuhnutí sa pristúpilo k injektáži kotiev, ktorá sa vykonávala pomocou dvojitého obturátora. Injektovalo sa vzostupne s krokom po 0,5 m. Na výrobu injekčnej zmesi sa použil cement CEM II/A-S 32,5 R.

Následne sa pristúpilo k predpínaniu jednotlivých kotiev podľa dohodnutého systému podrobne opísaného v technickej správe tohto objektu. Samotné predpínanie kotiev sa vykonalo a zdokumentovalo v zmysle STN EN 1537. Po predopnutí a odskúšaní kotiev predmetnej kotevnej úrovne sa mohlo pokračovať v odkopávaní zárezu na ďalšiu etáž.

2., 3. a 4. etáž: výška 3,0 m
Každá ďalšia etáž sa odkopávala v dvoch úrovniach po 1,5 m a bola zabezpečená spôsobom „klincovanej zeminy“ s krycou vrstvou zo striekaného betónu. Priemer vrtu pre klince bol 110 mm. Klince boli navrhnuté z betonárskej ocele B500B s priemerom R 28 mm a zrealizované v rastri 1,5 × 1,5 m.

Dĺžka klincov vyplynula z celkového statického posúdenia stability portálu a pohybovala sa od 6,0 až po 8,0 m. Na injektáž klincov (injekčné tlaky do 0,6 MPa) sa použila cementová injekčná zmes s vodným súčiniteľom w = 0,4. Na výrobu injekčnej zmesi sa použil cement CEM II/A-S 32,5R.

Obr.1
Obr.1  Príprava na zaistenie striekaným betónom | Zdroj: VÁHOSTAV-SK

Po vyhotovení klincov sa pokračovalo v rea­lizácii striekaného betónu vystuženého dvomi vrstvami siete po vrstvách tak, aby sa dosiahla predpísaná hrúbka torkrétu a krytie výstuže. Ako výstuž striekaného betónu sa použila výstužná sieťovina 2x KARI sieť ∅ 8/8 – 150/150 mm z ocele B500B, ktorá sa ukladala na predchádzajúcu vrstvu striekaného betónu (obr. 1)

Presahy jednotlivých sietí boli na dve oká siete. Pred nanesením poslednej vrstvy striekaného betónu sa na klinec upevnila pomocou naskrutkovania roznášacia doska s rozmermi 200 × 200 × 10 mm s matkou a podložkou. Následne sa to celé dostreklo poslednou vrstvou torkrétu.

Celková hrúbka striekaného betónu na portálovej stene a na bočných stenách je 200 mm. Do takto zaistenej steny sa z dôvodu odvedenia vody za striekaným betónom vkladali priečne odvodňovacie rúrky z PVC ∅ 100 mm s dĺžkou 300 mm v rastri 1,5 × 2 m.

V týchto etážach boli lanové kotvy navrhnuté a zrealizované ako dočasné 5 ∅ Lp 15,2 mm Y 1860 s dočasnou protikoróznou ochranou. Kotevné platne boli z ocele S355. Vrty na osadenie kotiev sa realizovali tak ako v predchádzajúcej etape – vrtom s priemerom 156 mm a s rozdielnou dĺžkou od 20 do 26 m.

Obr.2def
Obr.2 Prefabrikovaný prah pre štyri kotvy | Zdroj: VÁHOSTAV-SK

Zemné kotvy sú zakotvené cez prefabrikovaný ŽB kotevný prah zo železobetónu C25/30 s krytím výstuže 40 mm. Kotevné prahy sú prefabrikované a položené na podkladový betón C12/15 s hrúbkou 100 mm (obr. 2).

Vzhľadom na použitie prefabrikátov bolo nutné zrealizovať striekaný betón s dôrazom na presnosť a najmä rovinatosť pohľadovej časti, aby bola zaručená plná a rovnomerná kontaktná plocha medzi rubovou stranou prahu a striekaným betónom. Priestor medzi prefabrikátom a kontaktnou plochou striekaného betónu sa vyplnil liatym betónom.

Železobetónový prah je opatrený prestupmi pre kotvu profilu 194/5 z ocele S235. Prahy sú od seba oddelené medzerou so šírkou 50 mm v zmysle projektovej dokumentácie. Kotvy sa predopli až po dosiahnutí 28-dňovej pevnosti betónu kotevných prahov a injektáže koreňa. Všetky kotvy museli byť aktivované a odistené ešte pred začatím razenia tunelových rúr.

5. etáž: výška 2,85 – 3,0 m
Zaistenie svahu bolo v tejto etáži zabezpečené len spôsobom „klincovanej zeminy“, bez kotevných prahov, pričom sa použil obdobný spôsob ako v predchádzajúcich etážach. To znamená, že sa realizovalo zaistenie striekaným betónom C20/25, vystuženým 2x KARI sieťou ∅ 8/8 – 150/150 mm a klincami z betonárskej ocele B500B s priemerom R 28 mm.

Dno portálu bolo odvodnené dočasnými odvodňovacími ryhami opatrenými striekaným betónom, ktoré boli zvedené do dočasných zberných studní z betónových skruží DN 1 000 mm. Odtiaľ sa čerpala voda ponornými kalovými čerpadlami (obr. 3).

Materiály konštrukcií

Striekaný betón: STN EN 206 – C20/25 – XC0(SK)-Cl 0,2-Dmax11 – tr. J2 podľa STN EN 14487-1
Betón prahov: STN EN 206 – C25/30 – XC2(SK)-Cl 0,4-Dmax16 – S4
Podkladový betón: STN EN 206 – C12/15 – X0(SK)-Cl 1,0-Dmax22 – S2
Betonárska oceľ: B500B
Predpínacia výstuž: Y1860
Konštrukčná oceľ: S235 (platne klincov, priechodky kotiev)
Konštrukčná oceľ: S355 (kotevné platne)

V rámci výstavby južného portálu sa použilo 104 lanových kotiev s dĺžkami od 21 do 28 m), 344 klincov s dĺžkami od 6,0 do 8,0 m, 36 ŽB kotevných prahov s rôznym počtom prestupov pre kotvy a približne 315 m3 striekaného betónu.

Obr.4
Obr. 3 Odvodňovací rigol nad portálom | Zdroj: VÁHOSTAV-SK

Záver

Napriek nepriaznivej geológii a zložitým poveternostným podmienkam sa Stredisku tunelov zo spoločnosti VÁHOSTAV-SK, a. s., podarilo v úzkej spolupráci s dcérskymi spoločnosťami VHS-Geotech, VHS-DaM a CONTROL-VHS-SK zrealizovať a odovzdať južný portál na razenie tunela včas a v požadovanej kvalite. Aj preto mohol byť tunel Bikoš 27. 5. 2021 slávnostne prerazený. ZDAR BOH!

TEXT: Ing. Bohuš Bartko, Ing. Ivan Michale
FOTO: VÁHOSTAV-SK, a. s., stredisko tunelov

Bohuš Bartko a Ivan Michale pôsobia v spoločnosti VÁHOSTAV-SK, a. s., v stredisku tunelov.

Literatúra
1. Projektová dokumentácia tunel Bikoš, Južný portál pre razenie a HTÚ – DVP, 6/2020. Basler & Hofmann Slovakia, s. r. o.
2. Projektová dokumentácia tunel Bikoš, Južný portál pre razenie a HTÚ – DP/DRS, 12/2017 Súťažné podklady, NDS, a. s.