Vybrané geotechnické objekty v rámci modernizácie železničnej trate Čadca – štátna hranica SR/ČR

Geotechnika je neoddeliteľnou súčasťou líniových stavieb – či už ide o oporné a zárubné múry, stabilizácie zosuvov, tunely, zlepšovanie konštrukčných vrstiev koľajového podložia, alebo špeciálne zakladanie mostných objektov. Inak to nie je ani pri modernizácii železničných tratí. Článok opisuje vybrané geotechnické stavby pri modernizácii železničnej trate Čadca – štátna hranica SR/ČR z pohľadu projektanta.

Štátna spoločnosť Železnice Slovenskej republiky odovzdala v auguste 2022 stavenisko víťaznému konzorciu realizačných firiem – združeniu ŽSR Kysuce.

Projekt modernizácie trate z Čadce cez Svrčinovec až po hranicu s Českom je nazvaný Modernizácia koridoru, štátna hranica ČR/SR – Čadca – Krásno nad Kysucou (mimo), železničná trať, 3. etapa. Železničná trať Žilina – Čadca je zaradená medzi tranzitné medzinárodné koridory na území SR ako súčasť PAN – európskeho koridoru č. VI. Žilina – Zwardoň – Gdynia a úsek Čadca – št. hranica ČR/SR je prepojením tohto koridoru s koridorom č. 3. Celková dĺžka modernizovaného úseku bude 4,9 km, úsek je súčasťou dvoch európskych koridorov.

Realizáciou stavby sa zmodernizuje jestvujúca dvojkoľajná železničná trať a umožní sa lepšia prístupnosť k transeurópskej dopravnej sieti a dopravnej sieti susediacich štátov. Maximálna rýchlosť na danom úseku sa zvýši z dnešných 80 na 120 kilometrov za hodinu.

Hlavným cieľom stavby je zmodernizovať technickú infraštruktúru na dosiahnutie parametrov v zmysle európskych dohôd AGC (európska dohoda o železničných magistrálach) a AGTC (európska dohoda o najdôležitejších trasách medzinárodnej kombinovanej dopravy). Modernizáciou tohto úseku sa skráti cestovný čas o viac ako jednu minútu.

Aby sa dosiahli požadované parametre, musia sa stabilizovať aktívne aj potenciálne zosuvy. V tomto článku stručne predstavíme niektoré stavebné objekty, ktoré túto činnosť zabezpečia.

Inžinierskogeologické zhodnotenie trasy modernizácie

Z geomorfologického hľadiska (Mazúr – Lukniš, 1980) patrí predmetné územie do Alpsko-himalájskej sústavy, podsústavy Karpaty, provincie Západné Karpaty, subprovincie Vonkajšie Západné Karpaty.

Plánovaná trasa prechádza oblasťou Stredné Beskydy, celkom Kysucká vrchovina, podcelkom Krásňanská kotlina, ďalej oblasťou Západné Beskydy, celkom Turzovská vrchovina, podcelkom Hornokysucké Podolie a celkom Jablunkovské medzihorie a tiež oblasťou Slovensko-moravské Karpaty, celkom Javorníky, oddielom Vysoké Javorníky, pododdielom Rakovská hornatina.

Trasa železničnej trate je situovaná do údolia rieky Čierňanka a do údolia Šľahorovho potoka, resp. do svahov priľahlých k týmto vodným tokom. V úseku od zastávky Čadca-mesto až po koniec posudzovaného úseku na štátnej hranici je terén (patriaci Turzovskej vrchovine) modelovaný miernejšie. Údolná niva riek Kysuca a Čierňanka je rovinatá, s malými výškovými rozdielmi.

Priľahlé svahy a vrcholy majú mierne modelovaný reliéf a charakter pahorkatiny. Na svahoch sa zachovali staršie poriečne terasy. Jestvujúca železničná trať vedie územím nivy, resp. v úseku od Svrčinovca po štátnu hranicu je osadená v pravobrežných svahoch údolia Šľahorovho potoka. Trasa s malými smerovými odchýlkami rešpektuje pôvodný koridor železničnej trate.

Morfologický reliéf územia je výsledkom pôsobenia erozívno-denudačných procesov a procesov selektívneho zvetrávania (hlavne v ílovcoch) v kombinácii aj s gravitačnými svahovými procesmi. Priemerný sklon územia je 14° až 24°, v miestach, kde vystupujú odolné skalné horniny, je sklon strmší – 30° až 45°. V oblasti možno pozorovať tri erózne systémy rozličného veku.

Stredohorský erózny systém sa zachoval vo forme širokých chrbtov v nadmorských výškach 750 – 800 m n. m. Poriečna roveň sa zachovala na okrajoch pohoria v nadmorských výškach 550 – 600 m n. m. Najmladšia forma reliéfu – doliny – je hlboko vrezaná do reliéfu poriečnej rovne, pričom nadmorská výška dosahuje 380 – 440 m n. m.

SO 08-33-10 Čadca – štátna hranica ČR/SR, zárubný múr pri koľ. č. 1 (nžkm 281,605 – 282,080)

V mieste navrhovaného objektu bude nová trať opúšťať pôvodné železničné teleso a bude sa zarezávať do jestvujúceho svahu. V danej lokalite bol zaznamenaný svahový zosuv. Na zabezpečenie zárezu sa navrhuje vybudovať zárubný múr, ktorý bude tvoriť kotvená podzemná železobetónová stena.

Podzemnú stenu dlhú 490,490 m tvorí zvislý múr (podzemná ŽB stena) po celej dĺžke zárezu. Koruna steny sleduje terén v záreze a je spádovaná ku koncom steny tak, aby bola možnosť odviesť povrchovú vodu z koruny múru. Maximálna výška steny nad TK je 11,6 m. Maximálna celková výška steny je 19,32 m, minimálna 5,9 m. Hrúbka steny je konštantná – 1,0 m.

Základný tvar steny v pôdoryse určuje smerovanie trate s polomerom oblúka R = 1 070 m. Pôdorysné vedenie steny je členité. Stena bude budovaná zo segmentov s dĺžkou 4 m, výnimku tvoria segmenty v blízkosti pôdorysných lomov.

Podzemná stena bude kotvená do podložia pod šmykovú plochu pomocou trvalých lanových kotiev, ktorých počet po výške sa odvíja od výšky steny. Kotvy budú predopnuté na silu od 370 do 1 410 kN. Hlavy kotiev budú zakotvené priamo do steny.
Podpovrchové odvodnenie zabezpečujú subhorizontálne odvodňovacie vrty s dĺžkou 80,0 m, ktoré sa nachádzajú pri dolnej časti steny.

Ďalší systém subhorizontálnych vrtov sa nachádza za korunou múru, kde sú približne vo vzdialenosti 6 m umiestnené ŽB múriky na vyústenie vrtov. Súčasťou podpovrchového odvodnenia sú prepichy realizované dodatočne v už zhotovenej stene. Otvory sú zaústené do zvislého zberného potrubia, ktoré je pripevnené na lícnu stranu steny.

Povrchové odvodnenie svahu zabezpečuje systém rigolov. Rigol je umiestnený priamo pri korune svahu za rímsou. Vo vzdialenosti približne 20 m sa nachádza ďalší rigol, ktorý vedie po celej dĺžke múru.

SO 08-33-12 Čadca – štátna hranica ČR/SR, zárubný múr pri koľ. č. 1 (nžkm 282,225 – 282,400)

Zárubný múr je potrebné vybudovať na zabezpečenie zárezu, ktorý vznikol vyrovnaním smerového oblúka pre potreby zvýšenej traťovej rýchlosti. V danej lokalite boli zaznamenané svahové zosuvy, preto je potrebné zabezpečiť stabilitu svahu.

Stavebný objekt tvorí kotvený a klincovaný zárubný múr, vďaka ktorému sa dosiahne značné zníženie výkopov a trvalých záberov na jestvujúcom teréne z dôvodu budovania modernizovanej železničnej trate.

Predmetný objekt je dlhý približne 273 m a pozostáva z jednoetážového klincovaného a kotveného zárubného múru. Výška múru je premenlivá, od 2,30 do 3,60 m od upraveného terénu.  Na zabezpečenie stability zárezu je použitá metóda klincovania zemín.

Podstata metódy spočíva v postupne opakovanom odkope, vo vytvorení hustej siete ťahových prvkov v zemine (klincov) a vo vytvorení krycej vrstvy zo striekaného betónu, vystuženej sieťovinou. V tomto prípade sa použijú klince s priemerom 32 mm a dĺžkou 3,0 m pod uhlom 10° od horizontu.

Stabilitu múru budú zabezpečovať aj trvalé lanové kotvy s dĺžkou 15 × 10 m, ktorých hlavy budú uchytené do železobetónových kotviacich prahov. Kotvy sú predopnuté na silu od 200 do 300 kN.

Obkladovú konštrukciu tvoria vystužené prefabrikované bloky s gabionovou pohľadovou úpravou. Gabionové koše sú ukladané v sklone lícnej plochy 5 : 1. Ostatná časť priestoru za rubovým prvkom v korune múru sa vyplní vhodným nesúdržným zrnitým materiálom.

Povrchové vody sa budú odvádzať v korune múru cez odvodňovací prefabrikovaný žľab. Striekaný betón bude okamžite po zatvrdnutí perforovaný a vody budú následne vyvedené cez drenážne rúrky a gabionový obklad. Z dôvodu zníženia tlaku vody na zárubný múr a zvýšenia stability svahu bude nutné v jeho spodnej časti zrealizovať horizontálne odvodňovacie vrty s dĺžkou 120 m. Tieto vrty budú odvádzať vody zo širšieho okolia, a tým aj zvyšovať stabilitu okolitého prostredia.

SO 08-33-14 Čadca – štátna hranica ČR/SR, zárubný múr pri koľ. č. 1 (nžkm 283,040 – 283,435)

Stavba zárubného múru je potrebná na zabezpečenie zárezu, ktorý vznikol zväčšením polomeru smerového oblúka pre potreby zvýšenej traťovej rýchlosti. V danej lokalite boli zaznamenané svahové zosuvy, preto je potrebné zabezpečiť stabilitu svahu.

Stavebný objekt, podobne ako SO 08-33-12, tvorí kotvený a klincovaný zárubný múr, vďaka ktorému sa dosiahne značné zníženie výkopov a trvalých záberov na jestvujúcom teréne. Predmetný objekt je dlhý približne 496 m a pozostáva z trojetážového klincovaného a kotveného zárubného múru. Výška múru je premenlivá, do 12,7 m od upraveného terénu.

Technické riešenie tohto objektu je veľmi podobné ako pri SO 08-33-12, preto sa mu v tomto článku nebudeme podrobnejšie venovať.

SO 08-33-20 Čadca – štátna hranica ČR/SR, stabilizácia zosuvu v nžkm 282,840 – 282,940

V rámci modernizovania železničného koridoru je nevyhnutné zvýšiť stabilitu aktívneho zosuvu, ktorý sa nachádza v úseku nžkm 282,770 – 282,870. Rozmery aktívneho zosuvu sú približne 220 × 70 m.

K aktivácii svahového pohybu došlo po niekoľkodňových extrémnych zrážkach v júli 1997, následne boli znefunkčnené odvodňovacie rigoly popri železnici a čelo zosuvu bolo vo výške 0,5 m vytlačené až na koľajnice, pričom teleso železničného násypu bolo mierne poškodené.

Z morfológie svahu nad dnešnou odlučnou oblasťou vyplýva, že ide o staré zosuvné územie, kde sa v minulosti svahové pohyby už viackrát opakovali. V spodnej časti zosuvu sa ihneď po vzniku zosuvu robili prvé opatrenia vo forme odvodnenia a vyčistenia upchatého zberného rigolu.

Železnice SR realizovali pri železničnom telese výkop pod bázu aktívnej šmykovej plochy s  hĺbkou 8 × 10 m a so šírkou 5 × 8 m, vybudovali nové odvodňovacie systémy a nahradili vyťažené ílovité zeminy triedeným kamenivom. Na odvodnenie svahu realizovali z dvoch stanovísk pod železničným násypom odvodňovacie vrty.

Zároveň bol vytvorený stabilizačný prísyp. Popod železničnú trať bol z drenážnych rebier prevedený priepust z betónových skruží. Uvedenými opatreniami sa podarilo zvýšiť stupeň stability v aktívnej časti svahovej deformácie na hodnotu 1,189.

Uvedené realizované sanačné práce však nemožno považovať za dostatočné, pretože boli realizované približne len v 2/3 šírky postihnutého územia. V západnej časti svahovej deformácie nenastal taký výrazný transport zosúvajúceho sa materiálu ako v ostatnej časti zosuvu, výrazné trhliny vzniknuté po sanácii však svedčia o aktivite územia.

Navyše, v tejto časti nie sú vykonané takmer žiadne sanačné opatrenia. Pri rekognoskácii terénu v roku 2011 sa zistilo vymokanie vody v päte stabilizačného prísypu. Sanácia zosuvného územia bude pozostávať z viacerých opatrení. Keďže zosuvné územie je najviac ovplyvňované infiltráciou zrážkových vôd, je potrebné odvodniť ho povrchovo aj hĺbkovo a čo najviac urýchliť odtok vody z tohto územia.

Povrchové odvodnenie územia bude tvoriť systém siedmich drenážnych kamenných rebier, ktoré budú vyhotovené priečne na smer zosuvu a budú zvádzať povrchovú vodu do kontrolných šácht, prepojených zberným kanalizačným potrubím. Výplň kamenných rebier musí tvoriť kamenivo z vyvretých hornín frakcie 16 × 64 mm, 64 × 128 mm a na vrchu rebra ukladané kamene s veľkosťou 200 × 500 mm.

Kanalizačné potrubie bude zaústené do novobudovaného priepustu. Hĺbkové odvodnenie územia zabezpečia subhorizontálne odvodňovacie vrty, ktoré budú vyhotovené z piatich hniezd.

Jedno z nich bude pod traťou s 3 vrtmi, 4 hniezda budú nad traťou, pričom z každého bude viesť jeden vrt. Voda z odvodňovacích vrtov bude cez výtokové múriky zvedená do odvodňovacích rigolov, ktoré budú nad traťou zaústené do drenážnych kamenných rebier.

Pod traťou bude rigol zaústený do recipientu pri päte priťažovacieho prísypu.
Na zvýšenie stability svahu sa vybudujú a zväčšia priťažovacie prísypy. Nový prísyp sa vybuduje nad traťou, kde bude priťažovať aktívnu šmykovú plochu a zlepšovať jej stabilitu.

Existujúci prísyp pod traťou, ktorý zlepšuje stabilitu bazálnej šmykovej plochy, sa rozšíri. Päta spodného násypu bude chránená proti podomieľaniu vodou v potoku pri vysokých stavoch voľne loženým lomovým kameňom.

SO 08-33-21 Čadca – štátna hranica ČR/SR, stabilizácia zosuvu trate v nžkm 283,950 – 284,330

V rámci modernizovania železničného koridoru je nevyhnutné zvýšiť stabilitu potenciálneho zosuvu a vysokého násypu telesa trate.Z hľadiska stability môžeme  toto územie rozdeliť na dve časti.

Prvá časť sa nachádza v mieste medzi podjazdom približne v km 284,003 a pokračuje zhruba po km 284,110. Vysoký násyp v tomto mieste má stabilitný problém na druhej koľaji a okrem toho je tam problém so sýtením päty násypu povrchovou a podzemnou vodou, lebo priľahlé územie je zamokrené.

V tomto úseku už boli urobené aj provizórne opatrenia, ktoré sú však úplne nedostatočné. Druhá časť sa nachádza približne od km 281,180 po koniec úseku, kde je teleso trate vybudované na zosuvnom území. V tejto oblasti neboli zatiaľ vykonané žiadne stabilizačné opatrenia.

Sanácia nestability vysokého násypu pod koľajou č. 2 sa bude realizovať výmenou zemín, ktoré tvoria túto časť násypu. Do telesa sa počas realizácie na ochranu stability koľaje č. 1 osadia dva rady štetovníc, ktoré budú v úrovni železničného spodku prepojené oceľovými tiahlami.

Po vybudovaní paženia sa násyp pod koľajou č. 2 odstráni približne do hĺbky 4 m od povrchu násypu a na obnaženom telese sa vytvorí zazubenie. Násyp sa spätne dobuduje do pôvodného tvaru zo štrkodrviny frakcie 4 × 125 mm s plynulou krivkou zrnitosti.

Pätou násypu bude prechádzať drenážne rebro, ktoré bude zaústené do recipientu prevádzaného cez podjazd. Zlepšenie stability druhej časti územia je navrhnuté pomocou hĺbkového a povrchového odvodnenia.

Povrchové odvodnenie územia bude tvoriť systém drenážnych kamenných rebier, ktoré budú vyhotovené priečne na os trate a spojené pozdĺžnym kamenným rebrom. Pozdĺžne kamenné rebro bude zaústené do existujúceho rigolu z betónových tvárnic.

Kontrolné šachty budú vybudované vo vzdialenostiach približne 50 m v smere staničenia. Hĺbkové odvodnenie územia sa bude realizovať pomocou subhorizontálnych odvodňovacích vrtov, ktoré budú vyhotovené z dvoch hniezd pod traťou.

Záver

Každý z objektov opísaných v článku má za úlohu chrániť železničné teleso a zvýšiť stabilitu nielen samotného železničného násypu, ale aj širšieho okolia. V rámci výstavby predpisuje projekt dodatočný IG prieskum na spresnenie modelu geologického prostredia.

Súčasťou uvedených stabilizácií je aj projekt komplexného geotechnického monitoringu. Na základe výsledkov z meraní sa technické riešenie môže operatívne optimalizovať. V čase písania článku sa už začali prípravné práce na niektorých objektoch, stále sme však len na začiatku a zhotoviteľa čaká značná časť prác.

TEXT: Ing. Radoslav Kubuš,pôsobí v spoločnosti REMING ­CONSULT, a. s
FOTO A OBRÁZKY: REMING CONSULT, a. s

Literatúra:

1. Orientačný inžinierskogeologický prieskum, Záverečná správa, CAD-ECO, a. s., 2011.
2. Podrobný inžinierskogeologický prieskum, Záverečná správa, CAD-ECO, a. s., 2012.
3. Modernizácia koridoru, štátna hranica ČR/SR – Čadca – Krásno nad Kysucou (mimo), železničná trať, 3. etapa, projektová dokumentácia, stupeň DSP, DRS, REMING CONSULT, a. s.

Článok bol uverejnený v časopise IS 4/2022