Partneri sekcie:
  • Ostendorf - OSMA

Práce na tuneli Žilina finišujú

Obr. 3 Pohľad na čelbu tunela

Práce na tuneli Žilina sa začali v júli 2014 úpravou plochy pre západný portál. V súčasnosti, na jeseň tohto roka, sa práce na stavebných objektoch tunela po približne 51 mesiacoch pomaly končia. Článok prináša ohliadnutie sa za priebehom prác na výstavbe tunela.

Základné údaje o tuneli Žilina boli publikované viackrát. V krátkosti pripomenieme, že ide o 687 m dlhý tunel, ktorý je súčasťou úseku diaľnice D1 Hričovské Podhradie – Lietavská Lúčka. Úsek tvorí južný obchvat mesta Žilina. Stavebníkom a zároveň budúcim správcom tunela je Národná diaľničná spoločnosť, a. s. Priamym zhotoviteľom tunela Žilina je spoločnosť Doprastav, a. s., Bratislava, a Metrostav, a. s., Praha. Projektantom tunela je spoločnosť Basler & Hofmann Slovakia, s. r. o.

Počas celej výstavby musel zhotoviteľ tunela riešiť nepriaznivé okolnosti v podobe extrémne náročných inžinierskogeologických podmienok, ktoré sa premietali do zmien vystrojovacích tried, navýšenia množstva zabudovaných stavebných materiálov, ako aj do problémov s dodržiavaním harmonogramu výstavby.

Práce v takomto prostredí si vyžadovali operatívny prístup a komunikáciu medzi zhotoviteľom, projektantom a stavebným dozorom. Zhotoviteľ preukázal vysokú dávku skúseností s razením v mäkkých horninách, ako aj cit pre sledovanie a hlavne vyhodnotenie odozvy horninového prostredia na jednotlivé pracovné operácie, podporené znalosťami geológie, geotechniky a dobrej orientácie v požadovaných technologických postupoch.

V neposlednom rade bolo nevyhnutné mať aj dobrý prehľad o trhu so stavebnými materiálmi s cieľom zvoliť optimálne materiály, najlepšie vyhovujúce zastihnutým podmienkam. To všetko bolo možné hlavne vďaka súhre a odborným znalostiam stavbyvedúcich, majstrov, prípravárov, kvalitárov a mnohých ďalších, ktorí sa na výstavbe tunela podieľali za tím zhotoviteľa.

Priebeh výstavby tunela Žilina

Zhotoviteľ pôvodne počítal s celou realizáciou výstavby tunela dovrchným razením zo západného portálu, čo dokladoval predložený harmonogram prác. Tomu sa prispôsobilo umiestnenie zariadenia staveniska, umiestnenie a veľkosť depónie, plocha na uskladnenie materiálu, počet strojových zostáv, ako aj počet razičských skupín. Čas výstavby na prerazenie tunela bol plánovaný na 395 dní od dátumu začatia prác.

Zabezpečenie portálu na razenie

Práce na tuneli sa začali zabezpečením stavebnej jamy na západnom portáli v júli 2014. Vzhľadom na prítomnosť aktívneho zosuvného územia v pravom južnom svahu nad portálovým zárezom bolo nevyhnutné prítomný zosuv pred začatím výkopových prác sanovať. Sanácia sa realizovala hĺbkovým odvodnením predmetného územia. Odvodňovacími vrtmi sa podarilo naraziť na zvodnatené vrstvy, dôkazom čoho bolo neustále vytekanie vody z vrtov.

Po znížení hladiny podzemnej vody v záujmovom území začal zhotoviteľ s výkopovými prácami. Pretože sa zabezpečovalo nestabilné územie, zrealizovala sa zárubná konštrukcia – kotvená pilótová stena z veľkopriemerových pilót v kombinácii s dlhými lanovými kotvami a striekaným betónom. Na zníženie množstva odkopových prác v päte zosuvu sa v oblasti ľavej tunelovej rúry navrhla ochranná železobetónová klenba, v praxi známa pod názvom „korytnačka“.

Práce na portáli trvali približne päť mesiacov do začiatku razenia severnej tunelovej rúry. V mieste južnej tunelovej rúry pokračovali práce na stabilizácii portálovej steny do konca decembra 2014. Po tomto čase pristúpil zhotoviteľ k razeniu tunela.

Priebeh razenia tunela

Razenie tunela Žilina sa začalo v novembri 2014 (obr. 1) výstavbou severnej tunelovej rúry. V tom čase ešte nikto netušil, v akých extrémne náročných inžinierskogeologických (IG) podmienkach bude stavba pokračovať.Na základe IG prieskumu, ktorý dostal zhotoviteľ v súťažných podkladoch, mal byť tunel Žilina situovaný v horninovom masíve budovanom paleogénnym súvrstvím ílovcov a pieskovcov, s prevahou ílovcov v celom hodnotenom úseku.

Obr. 1 Začiatok razenia tunela zo západného portálu pod korytnačkou
Obr. 1 Začiatok razenia tunela zo západného portálu pod „korytnačkou“

Od východného portálu mal paleogén prekrývať formáciu kvartérnych pokryvných útvarov reprezentovaných terasovým a deluviálnym komplexom. Kvartér bol reprezentovaný predovšetkým ílovitým štrkom až štrkom s prímesou jemnozrnnej zeminy. Zóna zvetrania mala zasahovať do hĺbky viac ako 10,0 m od povrchu paleogénneho súvrstvia.

V tejto zóne degradovalo zvetrávanie poloskalné horniny paleogénu na zeminy, čo pri malej výške nadložia tunela znamenalo, že 48 % dĺžky tunela sa malo raziť v zeminách. Výsledky IG prieskumu zdokumentovali aj viaceré tektonické zóny, ktorými bolo horninové prostredie v trase tunela porušené. Predpokladalo sa, že tektonicky porušené zóny sa budú striedať v celom úseku tunela, výraznejšie v jeho západnej časti.

Hladina podzemnej vody bola zadefinovaná v celej trase tunela nad projektovanou niveletou. Sťažené podmienky razenia spôsobené podzemnou vodou bolo možné očakávať na kontakte tektonických porúch, kde sa predpokladal výskyt sústredných prítokov podzemnej vody.

Podľa podkladov poskytnutých v súťaži sa javilo, že najväčším problémom pri výstavbe tunela bude mäkká, poddajná hornina so všetkými jej dôsledkami, ako sú vysoké deformácie výrubu a sadanie (zabáranie) celej stavby.

Na základe tohto predpokladu bol navrhnutý tvar priečneho rezu, ako aj technologický postup výstavby tunela takým spôsobom, aby sa čo najviac eliminovali očakávané nepriaznivé vplyvy – spodná klenba bola navrhnutá v celej dĺžke tunela, v kalote sa navrhli rozšírené päty výrubu a základnou podmienkou technologického postupu výstav­by bolo čo najrýchlejšie uzatváranie celého profilu.

Hneď po začatí razenia severnej tunelovej rúry sa však predpoklady deklarované v záveroch IG správy, ktorá bola súčasťou súťažných podkladov, nepotvrdili. Zhotoviteľ začal narážať na nepriaznivé geologické podmienky a ich prejavy – razenie v rozložených ílovcoch s extrémne nízkou pevnosťou R6 a vysokou plasticitou aj vysoká nestabilita vrchnej časti kaloty, ktorú tvoril úplne zvetraný ílovec až charakteru zemín.

Na plastické správanie horniny bol zhotoviteľ pripravený, čo sa však neočakávalo a nedalo sa vopred predpokladať, bolo nadmerné vysypávanie horninového materiálu z čelby kaloty. Vysypávanie horniny nijako nezodpovedalo deklarovanému plastickému správaniu horninového prostredia. Hornina sa hlavne vo vrchnej časti kaloty začala správať ako sypký, nesúdržný materiál.

Zhotoviteľ v spolupráci s projektantom okamžite prehodnotil vzniknutú situáciu a zareagoval na zastihnuté inžinierskogeologické pomery urýchleným uzatváraním celého profilu 12 – 16 m od čelby kaloty (obr. 2), výrubom kaloty po častiach s okamžitým stabilizačným nástrekom otvorenej plochy a skrátením dĺžky záberu na 0,8 m.

Obr. 2 Výrub tunela rýchle uzatváranie celého profilu
Obr. 2 Výrub tunela – rýchle uzatváranie celého profilu

Zastihnuté nepriaznivé reagovanie horniny v okolí výrubu postupovalo veľmi rýchlo, až na začiatku januára 2015 vyústilo do mimoriadnej udalosti – závalu. Ten potom zastavil razenie v severnej tunelovej rúre na šesť mesiacov. V čase riešenia závalu prebiehali neustále odborné diskusie na strane zhotoviteľa, projektanta, ako aj tímu prizvaných odborníkov, ktorých cieľom bolo nájsť spôsob ďalšieho postupu razenia tak, aby už nevznikla ďalšia mimoriadna udalosť.

Prioritou sa stalo zabezpečenie stability výrubu a čelby bez ohľadu na finančnú náročnosť prijatých opatrení. Pretože horninový masív sa správal inak, ako bolo deklarované, pristúpil zhotoviteľ k realizácii doplnkového IG prieskumu. Aj keď geotechnické parametre sa na základe doplnkového prieskumu výrazne nezmenili, preukázala sa zmena prerozdelenia kvázihomogénnych blokov.

Najnepriaznivejšie bloky, s ktorými sa pôvodne počítalo len v nízkom nadloží, sa presunuli aj do oblastí s vyšším nadložím. To si v dôsledku väčšieho geostatického napätia vyžiadalo zmenu/zosilnenie primárneho ostenia. Na základe skúseností z priebehu razenia a výsledkov doplnkového prieskumu bolo zrejmé, že je nevyhnutné venovať zvýšenú pozornosť zaisteniu stability horninového prostredia pred čelbou.

Dôvodom bola nielen prítomnosť zvodnatených, málo súdržných hornín pred čelbou, ale aj skutočnosť, že uzatváranie výrubu v krátkej vzdialenosti za čelbou (opatrenie na zabezpečenie stability ostenia) zvyšovalo, paradoxne, nestabilitu čelby. Začala sa teda realizovať dočasná protiklenba kaloty, masívne kotvenie čelby kaloty sklolaminátovými kotvami dlhými 16 m a profil tunela sa uzatváral vo vzdialenosti maximálne 12 m od čelby kaloty.

Takýmto spôsobom sa deformácie primárneho ostenia podarilo postupne stabilizovať. Naďalej však zostávala problematická nestabilita čelby, ktorú navyše podporovali stále sa zvyšujúce prítoky podzemnej vody. Identifikovať miesta nadmerných prítokov podzemnej vody, prípadne zvodnatené šošovky, sa pritom doplnkovým prieskumom nepodarilo.

Nadmerný prítok podzemnej vody v kombinácii s nesúdržnou horninou bol aj príčinou ďalšieho závalu, ktorý nastal v novembri 2015. Vplyvom prúdiacej vody sa nepodarilo zastabilizovať čiastkový výrub v klenbe kaloty. Došlo k prelomeniu stropu tunela, k jeho vysypaniu a následnému vtečeniu zvodnateného materiálu do priestoru tunela. Riešenie závalu zastavilo výstavbu severnej tunelovej rúry približne na ďalšie dva mesiace.

Zhotoviteľ v spolupráci s projektantom, geológom a prizvanými expertmi v oblasti zlepšovania kvalít horninového prostredia opätovne prehodnotil spôsob vystrojovania. Po zabezpečení a prekonaní oblasti závalu sa pristúpilo k razeniu severnej tunelovej rúry vo vystrojovacej triede navrhnutej pre extrémne zložité inžinierskogeologické pomery.

Upravila sa geometria priečneho rezu a zväčšila sa hrúbka primárneho ostenia na 40 cm. Razenie prebiehalo systematicky pod ťažkými mikropilotovými dáždnikmi, zároveň pokračovalo masívne kotvenie čelby sklolaminátovými kotvami. Vrty sa pre zastabilizovanie stien vrtov a čiastočné preinjektovanie okolia vrtov začali vŕtať s cementovým výplachom.

Obr. 3 Pohľad na čelbu tunela
Obr. 3 Pohľad na čelbu tunela

Po viacerých odborných diskusiách a skúškach na čelbe tunela sa pristúpilo k vysokotlakovým injektážam mikropilótového dáždnika a sklolaminátových čelbových kotiev. Počet injektovaných kotiev na čelbe sa menil v závislosti od aktuálne zastihnutej situácie. Na odvodnenie horninového prostredia pred čelbou sa začali vŕtať tri odvodňovacie vrty s dĺžkou 20,0 m.

Vyššie opísané zabezpečovacie opatrenia sa ukázali ako účinné. Realizácia mikropilótového dáždnika a čelbových kotiev aj s vysokotlakovou injektážou však prebiehala v časovom harmonograme deväť dní, čo opätovne výrazne spomaľovalo postup razenia tunela. Pretože pomalé postupy razenia zo západného portálu značne narušili harmonogram stavebných prác, pristúpil zhotoviteľ k razeniu aj z východného portálu.

Raziť z východného portálu sa začalo koncom októbra 2015 v južnej tunelovej rúre a vo februári 2016 v severnej tunelovej rúre. Z východného portálu sa neočakávalo také výrazné plastické správanie horninového masívu, ako na západnom portáli, čo sa aj v priebehu prác potvrdilo.

Spomaliť postup razenia mohla prítomnosť kvartérnych štrkov v klenbe kaloty. Na to bol však zhotoviteľ pripravený, preto sa hneď od začiatku razenia používala na spevnenie čelby a horninového prostredia pred čelbou chemická aj cementová vysokotlaková injektáž.

Takýto postup sa osvedčil a razenie z východného portálu nespôsobovalo výraznejšie problémy.Tunel Žilina bol prerazený v januári 2017. Čas výstavby bol aj napriek razeniu z oboch portálov 731 dní od začatia prác, čo predstavovalo predĺženie razenia o 336 dní.

Sekundárne ostenie tunela

K výstavbe sekundárneho ostenia sa pristúpilo po následnom upokojení nárastu deformácií a profilácii primárneho ostenia. Nepriaznivé inžinierskogeologické podmienky pri razení tunela sa prejavili aj pri návrhu a realizácii sekundárneho ostenia. Rozdiely boli zrejmé predovšetkým v oblastiach, kde sa použili vystrojovacie triedy s mikropilótovým dáždnikom.

V týchto úsekoch sa použila prehĺbená spodná klenba, ktorá si vyžiadala navýšenie betónu oproti spodnej klenbe v objeme 71,5 m3/blok. Pri realizácii hornej klenby sa zvýšilo oproti súťažnému návrhu predovšetkým množstvo výstuže. Množstvo výstuže v blokoch v oblasti s mikropilótovými dáždnikmi (ťažké bloky) bolo približne 24 t/blok, pričom v ostaných úsekoch bola hmotnosť výstuže hornej klenby približne 15 t/blok.

To sa prejavilo aj na čase potrebnom na vyarmovanie jedného bloku – armovanie jedného ťažkého bloku trvalo približne päť dní. Po prechode do ľahších blokov sa armovanie skrátilo približne na 2,5 dňa/blok. Samotná betonáž hornej klenby sa realizovala zo západného portálu.

Betonáž každej tunelovej rúry trvala zhruba štyri mesiace. Betonáž bloku ostenia sa realizovala približne každý druhý deň.Realizácia sekundárneho ostenia (armovanie, hydroizolácie, betonáž – horná a spodná klenba) tunela Žilina trvala 362 dní, čo predstavuje navýšenie času realizácie oproti súťažným podkladom o 115 dní.

Obr. 4 Sekundárne ostenie tunela pohľad na murovanú stienku združeného výklenku
Obr. 4 Sekundárne ostenie tunela – pohľad na murovanú stienku združeného výklenku

Postup prác po dokončení sekundárneho ostenia

Po dobetónovaní sekundárneho ostenia pokračovali práce zhotoviteľa jednak vo vnútri tunelových rúr a takisto aj na portáloch tunela. Postup prác, ako aj ich časová následnosť boli zvolené takým spôsobom, aby sa nenarušil harmonogram výstavby cementobetónovej vozovky v tuneli.

V tuneli bolo potrebné ukončiť čo najrýchlejšie výstavbu chodníkov tak, aby sa umožnil prejazd finišera realizujúceho cementobetónovú vozovku. To si vyžadovalo koordináciu prác stavebnej časti a technológov, ktorí zabezpečovali uloženie optických káblov a káblov VN a NN v káblovodoch pod chodníkmi tunela. Zo stavebnej časti bolo potrebné položiť požiarny vodovod, štrbinové žľaby, obrubníky a zakryť celý chodník prefabrikovanými zákrytovými doskami.

Práce na portálových plochách tunela boli takisto organizované takým spôsobom, aby nezdržovali plánované kladenie cementobetónovej vozovky. Išlo predovšetkým o práce, ktoré si vyžadovali výkopy na drenážne odvodnenie tunela, odvodnenie vozovky, požiarny vodovod a káblovody (obr. 5).

Obr. 5 Výkopové práce na západnom portáli tunela
Obr. 5 Výkopové práce na západnom portáli tunela

Aj tu sa prejavil nepriaznivý vplyv predĺženia realizácie tunelových rúr. Výkopové práce, ktoré boli vzhľadom na stiesnené pomery na portáli plánované postupne a mali sa realizovať v letných a jesenných mesiacoch, sa začali realizovať v novembri 2017 takmer všetky naraz. Čas na ich realizáciu sa skrátil a všetky práce prebiehali prevažne v zimnom období.

Rozhodujúcim faktorom ovplyvňujúcim priebeh výstavby bolo počasie, ktoré malo významný vplyv na logistiku materiálov a zabezpečovanie strojového vybavenia. Výkopové práce komplikovali prítoky podzemnej vody podporované daždivým počasím. Rozbahnená hornina výrazne znižovala kvalitu základovej škáry a ovplyvňovala výsledky zaťažovacích skúšok.

Počas betónovania základových pásov a káblových šácht boli teploty často pod bodom mrazu, niektoré práce boli pre nízke teploty prerušené, prípadne sa prijali opatrenia potrebné pri prácach v zimnom období. Nepriaznivé počasie významne menilo harmonogram stavby. Preto sa pri koordinovaní stavebných prác dôsledne sledovala projektová dokumentácia všetkých objektov vo vzťahu k aktuálnej časovej postupnosti ich výstavby.

Cieľom bolo zabrániť zbytočným prestojom, vzájomnému podkopávaniu šachiet a plošných základov pre múry a nesprávnej postupnosti kladenia potrubí a káblovodov križujúcich sa v rôznych výškových úrovniach. Aj tieto úskalia však zhotoviteľ zvládol a s betonážou vozovky sa začalo v plánovanom čase.

Betonáž cementobetónovej vozovky

Betonáž cementobetónovej (CB) vozovky v tuneli Žilina realizovala spoločnosť STRABAG, s. r. o., Bratislava. Šírka vozovky je 7,50 m. Vozovka v predportálových úsekoch sa napája na asfaltobetónovú vozovku diaľnice. Vozovka objektu je dvojvrstvová a sa skladá z krytu (CB), podkladovej vrstvy (CBGM) a ochrannej vrstvy (ŠD). Celková hrúbka vozovky je minimálne 700 mm.

Protišmyková úprava krytu je realizovaná obnaženým kamenivom, tzv. vymývaným betónom. Pri tejto technológii sa odstraňuje kefovaním povrchová malta vznikajúca pri hutnení betónu, čím vzniká povrch tvorený len zrnami kameniva s veľkosťou maximálne 8 mm. Výsledný povrch má trvalejšie protišmykové vlastnosti a zároveň vykazuje znížené emisie valivého hluku. S výstavbou CB krytu vozovky sa začalo 21. 6. 2018 privážaním strojov na východný portál tunela pred južnú tunelovú rúru.

Kladenie vozovky sa realizovalo touto strojovou zostavou:

  • spodný betón: Walter-Heilit, typ GFU 08,
  • vrchný betón: Walter-Heilit, typ GFO 07 (obr. 6),
  • pracovná plošina: Walter-Heilit, typ SAB 01.
Obr. 6 Kladenie cementobetónovej vozovky
Obr. 6 Kladenie cementobetónovej vozovky

Prejazd strojnej zostavy prebiehal po líniových prvkoch ohraničujúcich vozovku – obrubníkoch a štrbinových žľaboch. Aj keď je hmotnosť strojov HW nízka, štrbinové žľaby a obrubníky museli byť uložené kvalitne, aby pri prejazde strojov nedochádzalo k ich praskaniu. Realizácia cementobetónového krytu v južnej tunelovej rúre trvala štyri dni.

Následne sa strojová zostava zo západného portálu presunula opätovne na východný portál tunela a ďalej sa pokračovalo s realizáciou vozovky v severnej tunelovej rúre. Kladenie sa v rámci oboch tunelových rúr ukončilo 29. 6. 2018.

Zabudované objemy v mieste CB krytu pri oboch tunelových rúrach sú takéto:

  •  štrkodrvina 0-31,5: 4 064,50 m3,
  • cementom stmelená zmes CBGM C5/6: 2 557,06 m3,
  • cementobetónový kryt dvojvrstvový CB I (spolu 25 cm): 3 603,45 m3.

Práce prebiehajúce v tuneli v súčasnosti

V čase písania článku (september 2018) prebiehajú práce na konečných terénnych úpravách portálov. Predmetná časť stavby nadväzuje bezprostredne na stabilizáciu portálu na razenie stien stavebnej jamy, ktoré sú zabezpečené pilótovými stenami a zemnými lanovými kotvami.

Definitívne úpravy západného portálu tunela Žilina sú riešené pri oboch tunelových rúrach pomocou stabilizačných vystužených násypov s gabionovým obkladom. Stabilitu päty vystužených násypov budú zabezpečovať oporné múry. Po oboch stranách portálu sú už zrealizované železobetónové obkladové múry pilótových stien (obr. 7).

Obr. 7 Realizácia obkladových múrov na západnom portáli tunela
Obr. 7 Realizácia obkladových múrov na západnom portáli tunela

Železobetónové oporné a obkladové múry sú z monolitického betónu liateho do debnenia. Povrchovú úpravu pohľadovej plochy múrov tvorí vzor „kyklopského muriva“ vložením matrice do debnenia.V súčasnosti sa na západnom portáli tunela Žilina realizuje vystužený násyp a začína sa s kladením gabionových košov. Ukončenie prác na vystuženom násype sa predpokladá v novembri tohto roka.

Záver

Postupným ukončovaním realizácie stavebných prác sa činnosť zhotoviteľa stavebnej časti nekončí. Nastupuje úzka spolupráca s dodávateľmi technológií, príprava diela na skúšobnú prevádzku a odovzdávanie objednávateľovi. V neposlednom rade bude pot­rebné zosumarizovať dokumenty potrebné na kolaudáciu.

Work on the Žilina tunnel finishes

Work on the Žilina tunnel began in May 2014 by adjusting the area for the Western portal. At present, in autumn of this year, work on construction projects of the tunnel after about 51 months comes slowly to an end. The article provides an insight into the progress of the tunnel construction.

 

 

TEXT: Michal Fučík, Ing. Iveta Šnauková
FOTO: Doprastav, a. s.

Michal Fučík a Iveta Šnauková pôsobia v spoločnosti Doprastav, a. s.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby 5/2018.

Komentáre