Tunel Soroška – výzva pre projektantov

Tunel Soroška je plánovaný tunel na trase úseku rýchlostnej cesty R2 Rožňava – Jablonov nad Turňou, ktorý umožní prechod tejto cesty cez hrebeň masívu Slovenského krasu medzi obcami Lipovník a Jablonov nad Turňou. Bude viesť pod Jablonovským sedlom, ktoré má nadmorskú výšku okolo 550 m n. m. Situovaný je súbežne s Jablonovským železničným tunelom, približne 50 m pod ním, pričom asi v dvoch tretinách dĺžky sa križujú.

Dokumentácia na stavebné povolenie daného úseku rýchlostnej cesty bola spracovaná v roku 2018. Následne bola v roku 2019 spracovaná dokumentácia na ponuku v podrobnosti dokumentácie na realizáciu stavby tak, aby mohla prebehnúť súťaž na zhotoviteľa podľa zmluvných podmienok červenej knihy FIDIC (výstavba podľa dokumentácie zhotoviteľa).

Lokalita

Úsek medzi obcami Lipovník a Jablonov nad Turňou prechádza horským hrebeňom Soroška s cestným horským priechodom v nadmorskej výške 550 m n. m. Územie je súčasťou Národného parku Slovenský kras. Sklony svahov tu dosahujú viac ako 15 %, územie je hodnotené ako horské s funkciou chráneného územia národného parku.

Geologická charakteristika

Na geologickej stavbe sa podieľajú horniny mezozoika silického príkrovu a kvartérne fluviálne a deluviálne sedimenty. Miesto plánovanej trasy tunela patrí k najzaujímavejším častiam Slovenského krasu, môžeme tu nájsť všetky možné krasové javy, ako sú jaskyne, priepasti, dutiny, sifóny, vyvieračky a pod.

Podľa geologického prieskumu je geologická štruktúra územia jednoduchá. Podložie tvoria hlavne vrstvy bridlice, vápenca a dolomitu. Z pohľadu geotechniky je štruktúra podložia zložitejšia. Horniny Silickej planiny sú tektonicky narušené strmými poruchami vedúcimi zo severozápadu na juhovýchod.

Medzi ďalšie problémy pri návrhu patria krasové javy. V roku 2017 sa vykonal podrobný inžinierskogeologický prieskum, ktorým sa zistila prítomnosť niekoľkých nových jaskýň vysokých 8 až 9 m a niekoľkých dutých priestorov s výškou približne 23 až 25 m.

Slovenský kras patrí navyše do chránenej zóny prírodnej akumulácie vody vďaka prítomnosti mimoriadne bohatého zdroja podzemných vôd. Podzemná voda má svoj kolobeh, vsiaknutá voda tečie nadol, potom sa jej tok mení do horizontálneho (sifón), pričom vďaka pórovitej štruktúre tečie voda hlbšie do podložia.

Inžinierskogeologický prieskum

Vo všeobecnosti treba pri návrhu každej geotechnickej konštrukcie poznať vlastnosti horninového masívu. Cieľom prieskumu je teda stanoviť profil horninového prostredia tak, aby bolo možné vytvoriť spoľahlivý výpočtový model.

Počet a typ prieskumných prác má byť priamo úmerný náročnosti stavebného objektu.
Inžinierskogeologické, geotechnické a hydrogeologické pomery tunela Soroška boli zhodnotené zvislými, šikmými a jadrovými štruktúrnymi vrtmi s celkovou dĺžkou 5 519,2 m.

Masív bol rozčlenený na základe vrtov a geofyzikálnych metód na 22 úsekov – kvázihomogénnych úsekov s podobnými inžinierskogeologickými a geotechnickými charakteristikami horninového masívu (tab. 1). Dĺžky úsekov sú rozdielne, v rozmedzí od 35 do 790 m a zvyčajne sú ohraničené prieskumnými vrtmi.

Vzhľadom na veľmi zlú dostupnosť terénu (strmé zrázy) v blízkosti severného portálu však nebolo možné umiestniť vrtné stroje na povrch a vykonať prieskumné vrty v dĺžke takmer jedného kilometra. Vzdialenosť vrtov teda nezodpovedá náročnosti daného územia, a preto nemožno vystihnúť jeho presný charakter.

Geológiu v danom úseku možno teda len predpokladať a počas razenia tunela bude nevyhnutné vykonávať kontrolné predvrty. Tie budú slúžiť na určovanie jaskynných alebo komínových priestorov, ktoré môžu byť vyplnené vodou.

Zároveň sa navrhlo, aby sa úniková štôlňa razila v predstihu a slúžila zároveň aj ako prieskumná štôlňa. Z jej priestorov sa potom budú vykonávať vrty do priestoru tunela s cieľom overiť, či skutočná geológia zodpovedá návrhu.

Pri nedostatočnom prieskume je teda geo­technik nútený pracovať s materiálom, ktorý nemá presne zadefinované vlastnosti, respektíve má zadefinované také vlastnosti, ktoré nemusia korešpondovať so skutočnosťou. Výsledkom môže byť preto neekonomický návrh ostenia tunela.

Identifikácia a opis rizík vstupu do horninového prostredia

Pri návrhu tunela bolo identifikovaných niekoľko skupín rizík, ktoré sa museli zohľadniť pri návrhu technického riešenia. Tieto riziká vstupujú následne aj do realizácie diela, pričom geotechnik bude musieť nájsť spôsob, ako ich riešiť.

Podľa zdroja môžeme tieto riziká rozdeliť na geologické, environmentálne, zmluvné a technologické. Tento článok je zameraný najmä na zhodnotenie geologických a geotechnických rizík, ich opis je v tab. 3. Identifikáciu rizík pozdĺž trasy tunela možno vidieť v tab. 4.

Návrh projektanta a riešenie rizík

Vyššie uvedené riziká predstavujú vstup do projektovej dokumentácie, kde sa musia všetky rizika zhodnotiť a prijať také ekonomicky efektívne riešenia, ktoré tieto riziká uspokojivo eliminujú. V prípade vstupu do horninového riešenia to predstavuje statický návrh primárneho ostenia tunela.

Problematika statického výpočtu zahŕňa široké spektrum geotechnických úloh, z ktorých samotný výpočet predstavuje len malú, ale o to zložitejšiu časť. Už pri návrhu tunela musí mať preto projektant na zreteli všetky súvislosti a komplikácie, ktoré môže dielo vyvolať, a musí si zvoliť kompromis medzi technickým a ekonomickým riešením.

Na rozdiel od návrhu pozemných konštrukcií, kde sú materiály presne definované, predstavuje stavebný materiál v geotechnike horninové prostredie, ktoré tvorí základný prvok nosného systému „ostenie – hornina“. Od návrhu a výpočtu závisí bezpečnosť a cena diela, ktorá nie je v prípade tunelov nízka.

Jednou z prvých a zároveň aj najdôležitejších úloh je určenie primárnej napätosti v horninovom masíve, ktoré je do značnej miery ovplyvňované tektonickým napätím. Horninový masív v okolí výrubu nesplastizuje premiestnením napäťového poľa z otvoru, takže sa vytvorí odľahčená zóna, ktorá má tendenciu zosunúť sa do výrubu (preto je potrebné jeho vystrojenie).

Za ňou potom nasleduje zóna zvýšených napätí, t. j. horninová klenba, ktorá sa v dostatočnej vzdialenosti od výrubu stáva samonosnou (za predpokladu dostatočne mocnej vrstvy masívu nad tunelom). V tuneli Soroška je hrúbka tejto vrstvy určená na 25 až 40 metrov.

V návrhu a posúdení robia problém veľké výrubné plochy, hlavne v oblasti núdzových zálivov a priečnych prepojení. Ďalším problémom je aj otvorenosť trhlín a ich výplň. Trhliny môžu byť vyplnené vodou, vzduchom alebo sypkým materiálom.

Prostredie Slovenského krasu je pritom charakteristické výskytom trhlín, takže ich správne vyhodnotenie je podstatným vstupom pri spresnení výpočtového modelu. Vyhodnocoval sa aj vplyv trhlín na vznik horninovej klenby. Práve prítomnosť rôznych trhlín a diskontinuít značne komplikuje návrh a posúdenie tunela.

Keďže vďaka absencii prieskumu nemožno určiť ich presné polohy, návrh musí počítať s najnepriaznivejším prípadom. Ďalej sa budeme venovať prístupu projektanta k riešeniu podzemných dutín a vplyvu poruchových zón na razenie tunela.

Vplyv podzemných dutín na návrh ostenia

Napäťový stav masívu sa počas geologickej doby menil a dosiahol určitý rovnovážny stav, ktorý je narušený razením tunela a prejaví sa deformáciou. Vo výpočte sa zohľadnila zmena zaťaženia primárneho ostenia a vo výsledku potrebná úprava primárneho ostenia v mieste kaverny.

Vplyv poruchových zón na razenie tunela

V prípade prítomnosti zóny porušenia sa mení stav napätosti horninového masívu, ktorý sa prejaví úbytkom napätia v závislosti od smeru a orientácie trhliny. Počas razenia bude oslabenie aktivované a horninové napätie dosiahne nový rovnovážny stav s novovybudovaným primárnym ostením.

Záver

Návrh tunela Soroška predstavoval pre projektantov výzvu vzhľadom na vedenie jeho trasy v masíve Slovenského krasu, ktorý sa vyznačuje veľkou premenlivosťou a výskytom krasových javov. Na základe inžinierskogeologického prieskumu sa masív rozdelil na kvázihomogénne celky, pričom každý celok má zadefinované vlastnosti, ktoré vstupujú do výpočtu.

Dĺžková nepravidelnosť týchto celkov je spôsobená komplikovanosťou územia (takmer kolmé zrázy) a nemožnosťou vykonať doplnkový prieskum z technickej stránky. V týchto prípadoch sa pristúpilo k idealizácii modelu a pravdepodobnostným prepočtom izolínií materiálových charakteristík.

Pri podrobnejšom prieskume môžeme presnejšie stanoviť geotechnické parametre masívu, a tak navrhnúť ekonomicky prijateľnejšie riešenie. Počas razenia bude preto potrebné verifikovať statický model a upraviť zaistenia tunela primárnym ostením podľa konkrétnych geologických podmienok na stavbe.

Literatúra

1. ORTUTA, J. – PALOČKO, P. Technologické a geotechnické aspekty návrhu tunela Soroška.
2. ORTUTA, J. – PALOČKO, P. – BAKOŠ, M. 2018. Vplyv konštitučného modelu na statický výpočet podzemných diel. Tunely a podzemné stavby 2018, 23. – 25. 5. 2018, Žilina.
3. BAKOŠ, M. – PALOČKO, P. – ORTUTA, J. 2018. Tunel Soroška – jednorúrové riešenie pre južné Slovensko. Tunely a podzemné stavby 2018, 23. – 25. 5. 2018, Žilina.
4. PALOČKO, P. – BAKOŠ, M. – ORTUTA, J. 2019. Limestone cavern influence to primary lining analysis for tunnel Soroška, Slovakia. World Tunnel Congres 2019, Neapol.
5. Dokumentácia DP: Amberg Engineering Slovakia, 2018.
6. SZABÓ, S. – MORAVANSKÝ, D. – COPLÁKOVÁ, J. – MAJERČÁK, J. – MITTER, P. – GAŽI, P. – BUČOVÁ, J. – GRENČÍKOVÁ, A. 2018. Inžinierskogeologické, geotechnické a hydrogeologické pomery horninového masívu tunela Soroška. Tunely a podzemné stavby 2018, 23. – 25. 5. 2018, Žilina.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby 5/2019.