Projektovanie Gotthardského tunela pomocou CAD systému

Gotthardský úpätný tunel je železničný tunel, ktorý prechádza alpským Gotthardským masívom a po dokončení sa so svojimi 57 kilometrami stane najdlhším železničným tunelom sveta a najrýchlejším prepojením cez Alpy. Práce na veľkolepom projekte sa začali v 90. rokoch 20. storočia, a to súčasným budovaním z oboch smerov. Od roku 2017 by sa tunelom mali preháňať vlaky rýchlosťou až 250 km/h.

Úpätný tunel Gotthard sa považuje za jeden z priekopníckych projektov 21. storočia.

Cieľom projektu je, aby sa Švajčiarsko napojilo na európske vysokorýchlostné systémy a stále hustejšia doprava v Alpách sa v čo najväčšej miere presmerovala na železnicu. Kapacita nákladnej prepravy sa viac než zdvojnásobí vďaka možnosti používať na novej trati modernejšie vlaky. V osobnej doprave sa čas jazdy medzi Zürichom a Milánom zníži z dnešných štyroch na menej než tri
hodiny.

Päť úsekov a rozsiahla logistika
Aby bolo možné zvládnuť rozsiahly projekt v čo najkratšom čase, rozdelila sa celková dĺžka tunela do piatich úsekov: od severu k juhu za sebou nasledujú Erstfeld (7,4 km), Amsteg (11,4 km), Sedrun (6,8 km), Faido (14,6 km) a Bodio (16,6 km). Tri stredné úseky sa vylamovali ako vložené otvárky a ich mimoriadne rozmery boli náročné na logistiku. Vyššie požiadavky v porovnaní so zvyčajnými situáciami pri stavbách tunelov sa kládli na väčší prísun čerstvého vzduchu (väčšia časť tunela sa musela odvetrávať), väčší počet dopravných zariadení pre zamestnancov, na dovoz a odvoz stavebného materiálu a vyrúbanej horniny, množstvo záchranných prostriedkov aj na intenzívnejšie chladenie.

V roku 1994 získala inžinierska organizácia pre úpätný tunel Gotthard-sever za gescie
spoločnosti Gähler und Partner AG zákazku na projektové práce a miestne vedenie stavby severných čiastkových úsekov Erstfeld a Amsteg. V rámci zákazky sa riešili aj ekologické a geologické otázky súvisiace s výstavbou tunela.

Súčasťou úseku Erstfeld je okrem obidvoch jednokoľajových tunelových tubusov a 22 priečnych štôlní podzemný objekt určený na vetvenie – možné predĺženie tunela v severnom smere. Projekt zahŕňa aj tunel stavaný z povrchu s dĺžkou 600 m, severný portál a všetko vonkajšie zariadenie potrebné na chod stavby – stanicu staveniskovej dopravy, betonárku a zariadenie na úpravu vody.

K nadväzujúcemu čiastkovému úseku Amsteg patrí okrem vlastného tunela s 38 priečnymi štôlňami a štôlňou na prúdový kábel (1,9 km) severne vložená otvárka. Tú tvorí prístupová štôlňa dlhá 1,8 km a všetky vonkajšie zariadenia a rôzne prispôsobenia stavbám komunálnej infraštruktúry. Musela sa napríklad realizovať preložka cesty, pretože jej pôvodná trasa sa pretínala s portálom prístupovej štôlne.

V rámci inžinierskej organizácie projektovala spoločnosť Gähler und Partner AG obidve hlavné razenia Erstfeld a Amsteg aj všetky vonkajšie zariadenia v Amstegu – cestnú preložku a nové cesty, inštalačné plochy, plochy na ubytovanie, bufety a kancelárie, ako aj úpravu existujúcej vlečky medzi Erstfeldom a Amstegom spolu so staveniskovou stanicou.

Pri tomto projekte, ako aj pri všetkých ďalších projektoch v pozemnom staviteľstve, pri projektovaní nosných konštrukcií, celkových domových inštaláciách aj inžinierskych a banských stavbách používa Gähler und Partner AG 18 licencií softvéru Allplan Vystužovanie. Práce v Amstegu sa projektovali ešte v programe Speedikon. Ku koncu stavebných prác v Amstegu a pri začatí realizačného projektu v Erstfelde sa prešlo na program Allplan. Nový softvér obstál pri krste ohňom bez problémov. Všetky výkresy prvého úseku výstavby boli bez chýb a mohli sa prevziať a na druhom úseku výstavby sa mohlo bez problémov pokračovať. Spoločnosť Gähler und Partner profituje zo spoľahlivosti programu Allplan nielen pri výmene dát v rámci spolupráce v inžinierskej organizácii, ale aj pri spolupráci s ostatnými účastníkmi výstavby. Projekt využíva mnohé programy v najrôznejších verziách. Ak by sa mali výkresy najskôr upravovať z dôvodu skresleného písma alebo rôznych hrúbok a farieb čiar, bolo by to neobyčajne nákladné. So softvérom Allplan k takýmto komplikáciám nedochádza a výkresy sa môžu vymieňať v bezchybnej kvalite. Softvér zvláda bez problémov aj taký obrovský objem dát, ako je 120 rôznych blokových výkresov a viac než 1 000 celkových výkresov zostavených v rámci projektu.

Optimalizácia nákladov pri využití CAD
Na optimalizáciu spotreby betónu, a tým aj nákladov, vyvinuli inžinieri systém s nastaviteľnou veľkosťou debnenia. Aktuálna geometria debnenia sa stanovuje práve pomocou systému Allplan. Digitálne premeranie povrchu, ktoré ukazuje presnú polohu poistenia proti vylomeniu, sa načíta do Allplanu a podloží normálnymi profilmi. Ak sa prihliadne k minimálnym rozmerom súčastí a ku geometrickým okrajovým podmienkam z prevádzky, následne sa zistí optimálna konfigurácia debnenia.

Vysoké geotechnické nároky pod kontrolou
Projekt Gotthard musel rátať so silným nadložím s mocnosťou až 2 400 metrov, ktoré mohlo spôsobovať v poruchových zónach nezvyčajne vysoké napätia. Na rôznych miestach sa stávalo, že vysoké tlaky deformovali dokonca poistenia proti vylomeniu s masívnymi oceľovými profilmi, a to v priebehu iba niekoľkých týždňov, čo viedlo k nevyhnutným opravám profilov. S podporou Allplanu pristupovali inžinieri k podobným statickým výzvam dvojakým spôsobom: buď naprojektovali na sporných miestach v súlade s vysokou odolnosťou v tvare oceľového oblúka armatúru a striekaný betón, alebo zabudovali mäkké oblasti, v rozsahu ktorých sa môže hornina deformovať. Pri tom sa používali špeciálne oceľové profily, ktoré sa – podobne ako tlmiče – zasunuli. Prídavné vystuženia zabraňovali zvyškovým pohybom. V týchto oblastiach s vysokými geotechnickými nárokmi sa vnútorná klenba vybavila výstužou navrhnutou v systéme Allplan pomocou modulu na projektovanie výstuže. Popri možnosti 3D zobrazenia komplexných elementov bolo veľkou pomocou, že softvér automaticky zisťoval výkazy a výpisy elementov výstuže, a tak nebolo potrebné manuálne počítanie.

2D pre štandard, 3D pre špeciality
Pre štandardné projekty vypracovala spoločnosť Gähler und Partner v Allplane pôdorysy, rezy a detaily pomocou 2D. Pri náročných miestach alebo v problematických oblastiach dávajú inžinieri prednosť projektovaniu v 3D a pracujú s vizualizáciami. Tak možno pomocou geometrie skontrolovať, či je k dispozícii dostatok miesta, či hrúbky klenby a prejazdové profily súhlasia, alebo či sú možné zamýšľané káblové vedenia. Práve v súvislosti so sústavami káblových trubiek, ktoré menia svoj smer, sa výzvy na projektovanie objavujú stále znova. Niekedy vychádzajú sústavy vodorovne z dna tunela, končia ale zvislo v klenbe tunela a stáva sa, že pritom menia aj smer. Často prebieha aj viacej ochranných káblových trubiek najprv rovnobežne v rovnakom priereze, aby sa na určitom mieste oddelili a vo svojom ďalšom pokračovaní sledovali rôzne smery. Navyše podľa druhu kábla sa musia dodržiavať maximálne polomery ohybu. Iný príklad zložitého miesta je v Amstegu, kde sa prístupová aj káblová štôlňa na prívod trakčného prúdu stretávajú s obomi tunelovými tubusmi. Vznikajúce priestorové pretínania rôznych štruktúr sa projektovali efektívne pomocou 3D.

TEXT, FOTO: Z materiálov spoločnosti Nemetschek ag

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.