Sanace Banskobystrického železničního tunelu P. MAKÁSEK,& J. SVOBODA
PRAGOPROJEKT, a.s., Praha, Czech Republic
SOUHRN: Severní obchvat Banské Bystrice spolu s dalšími třemi úseky mezi Nitrou a Tekovskými Nemcami slovenské rychlostní komunikace R1 jsou součástí takzvaného druhého balíku PPP projektů na Slovensku. Ta bude po svém dokončení spojovat Trnavu, Nitru, Žiar nad Hronom, Zvolen, Banskou Bystricu a Ružomberok. Těleso komunikace severního obchvatu prochází nad provozovaným železničním tunelem v hlubokém zářezu. Vlastní křížení je ve velmi ostrém úhlu na délce cca 150 m. Zároveň je přímo nad Banskobystrický tunel umístěn střední pilíř mostu přes rychlostní komunikaci. Banskobystrický tunel je jednokolejný délky 350 m, postavený již roku 1938 starou Rakouskou metodou z pasů délky 4 - 9 m s pracovními spárami. Tunelová obezdívka je z části z kamenných klenáků a z části z prostého betonu, nebo je celá obezdívka kamenná. Celkem se v tunelu vyskytuje devět typů ostění. V části tunelu je obezdívka izolována živičnými deskami. Převážně vlivem účinku vody a mrazu je dnes obezdívka tunelu porušena až do hloubky 300 mm. Proto je nutné ji před provedením komunikace sanovat. Vlivem výstavby rychlostní komunikace v hlubokém zářezu dojde zároveň k narušení systému podzemních vod. Sanace bude provedena ve dvou etapách a to v předstihové etapě před vlastní výstavbou rychlostní komunikace a v následné etapě po její výstavbě. Vlastní sanace spočívá zejména v obnovení drenážního systému tunelu, opravě betonového ostění pomocí stříkaného betonu, opravě kamenné obezdívky za pomocí těsnících injektáží a mikroinjektáží a v provedení organizovaných svodů vody. Toto všechno je nutné provést za minimálního omezení železniční dopravy.
1 ÚVOD Severní obchvat Banské Bystrice spolu s dalšími třemi úseky mezi Nitrou a Tekovskými Nemcami slovenské rychlostní komunikace R1 jsou součástí takzvaného druhého balíku PPP projektů na Slovensku. Ta bude po svém dokončení spojovat Trnavu, Nitru, Žiar nad Hronom, Zvolen, Banskou Bystricu a Ružomberok. Při výstavbě severního obchvatu Banské Bystrice, který je součástí rychlostní komunikace R1, těleso komunikace kříží Banskobystrický železniční tunel (viz obrázek 1). Vlivem výstavby dojde ke změně systému podzemních vod i napjatosti horninového masivu a je proto nutné posoudit stav stávajícího díla a zaručit jeho stabilitu při i po výstavbě rychlostní komunikace. Vzhledem ke svému stáří, použitým materiálům a průsakům vod je dnešní stav tunelových obezdívek špatný. Proto je nutná celková sanace díla.
2 TROCHA HISTORIE Na úseku Banská Bystrica – Dolní Štubňa železniční tratě Vrútky – Zvolen bylo během let 1936 – 1940 postaveno 22 tunelů o celkové délce 12 211 km. Tunel č.1 Banskobystrický, též nazývaný Kačický dle vrcholu Kačice pod kterým je vyražen, je jednokolejný tunel délky 350 m postavený Rakouskou metodou. Při ražbě se provádělo pobírání v jednotlivých příčných řezech rozfáraných pomocí stropních štol. Ty byly dále postupnými sestupy rozšiřovány za neustálého vystrojení výdřevou. Definitivní vystrojení je v tomto tunelu provedeno z části kamennou obezdívkou a z části kombinací horní klenby z kamenných klenáků a opěr z prostého betonu. Je použito celkem devět typů příčných řezů (viz obrázek 2). Vlastní stropní štola, která zasahuje nad rub klenby obezdívky, nepříznivě působí na vytvoření horninové klenby. Volný prostor byl zpravidla zaplňován pouze vyskládanou rubaninou a má tedy výrazný drenážní účinek. Část obezdívky (cca 172 m) je opatřena izolací ze živičných desek. 1
Obrázek 1. Situace
Obrázek 2. Vzorové příčné řezy
3 SOUČASNÝ STAV TUNELU Ve svých 72 letech má tunel omezenou funkci drenážního systému a zejména v místech bez živičných desek obezdívkou protéká voda. Převážně části z prostého betonu degradují protékající vodou, která se v mrazu rozpíná a poškozuje ostění. V zimním období jsou viditelné rampouchy a ledopády na obezdívce. Kamenná obezdívka je částečně zkorodovaná vlhkostí a zplodinami motorů lokomotiv. Jako základ pro návrh sanace tunelu byla provedena v červnu roku 2006 komplexní pasportizace tunelového ostění po jednotlivých pasech. V tunelových pasech jsou zjevné plomby po předcházejících opravách, časté průsaky místního i plošného charak-
teru, ale zejména degradace betonu. Místy je betonové ostění zničeno do velkých hloubek, až 300 mm. Největší degradace je zejména v opěrách tunelu, kde je i viditelné vypadávání kusů ostění. Pro každý pas obezdívky byl proveden protokol (viz obrázek 3), ve kterém byly zakresleny a popsány poruchy, přiložena fotodokumentace a popsán návrh sanace. Byl stanoven rozsah oprav a ohodnocen stavební stav. Stavební stav ostění tunelu byl ohodnocen v rozsahu 2 – „uspokojivý stav“ až 4 – „zlý stav“.
2
4 VLIV VÝSTAVBY RYCHLOSTNÍ KOMUNIKACE R1 NA TUNEL Rychlostní komunikace R1 v místě křížení s Banskobystrickým tunelem prochází v poměrně hlubokém zářezu cca 4 – 8,5 m. Zároveň je přímo nad tunelem umístěn pilíř mostu přes komunikaci. Při nadloží 7,5 – 18 m je stavbou nepříznivě ovlivněna horninová klenba, ale jedná se pouze o úsek v bezprostřední blízkosti křížení, které je ve velmi ostrém úhlu cca 12° na délce cca 150 m. Vlivem výstavby rychlostní komunikace dojde k nerovnoměrnému odlehčení ostění železničního tunelu a tedy celkově k zmenšení horninových tlaků na konstrukci. Výsledné deformace ostění ale budou nepatrné, zejména díky velmi příznivým geologickým podmínkám. Tunel byl vyražen v dobrých horninách třídy R2 a R3 Chočské jednotky, tvořené souvrstvím zdravých až navětralých slinitých vápenců a břidličnatých slínovců. Na základě statického výpočtu provedeného na třech příčných řezech výsledné napětí v betonové obezdívce nepřesáhne dovolené namáhání a ostění tak, za předpokladu dobrého stavu, vyhoví podmínce stability.
Obrázek 3. Protokol pasportizace
Zároveň se při výstavbě rychlostní komunikace odstraní vrstvy zvětralých a navětralých vrstev tvořených mimo jiné i paleogenními jíly tuhé konzistence, které působí jako přirozená izolace proti průniku srážkových vod. Aby se zmírnilo množství
průsakové vody ostěním a tím další degradace ostění tunelu, je zářez komunikace izolován a většina srážkové vody odváděna podélným odvodněním cesty. Přesto je ale sanace tunelového ostění vůči vodě nutná, neboť podzemní vody mají puklinový charakter a mohou být dotovány z velkých vzdáleností. Pro rozrušování tvrdých hornin třídy R2 a R3 je nutné vyloučit trhací práce a používat mechanické rozrušování, případně se omezit na odstřely s nízkým kmitáním do 20 mm/s. 5 SANAČNÍ PRÁCE Vlastní sanační práce jsou rozděleny do dvou částí a to do etapy předstihové, která bude provedena před výkopem zářezu rychlostní komunikace a výstavbou mostu přes komunikaci a na následnou etapu, která bude provedena po skončení prací na komunikaci R1. 5.1 Předstihová etapa Tato část spočívá v hlavní opravě tunelové obezdívky. Je nutné obnovení drenážního systému, aby nedocházelo k hromadění vody za rubem ostění tunelu a jejímu průsaku skrz obezdívku. Proto bude obnovena podélná stoka tunelu. Budou udělány dvě nové revizní šachty, pomocí kterých bude podélná kanalizační stoka vyčištěna tlakovou vodou a na základě kamerových zkoušek opravena. Hlavní částí této etapy je obnova obezdívky tunelu. Betonové části obezdívky budou v celé ploše otryskány vodním proudem do hloubky 50 – 100 mm podle hloubky porušení a budou odstraněny oblasti hloubkově porušeného betonu. Případné kaverny za ostěním budou vyplněny jílovitocementovou injektáží. Obezdívka bude obnovena stříkaným betonem s karisítěmi a potom bude provedena zcelující vrstva z torkretu. Všechny betony budou provedeny s krystalizační přísadou. Kamenné části obezdívky bez viditelných výtoků budou také otryskané vodním proudem a bude obnoveno jejich vyspárování. V místech s průsaky vody budou provedené mikroinjektážní práce. Nejdříve bude odstraněno spárování do hloubky cca 100 mm a malta bude nahrazená rozpínavým cementem. Tato vrstva slouží k utěsnění líce obezdívky, aby se zamezilo nežádoucímu úniku těsnících injektáží. Ty boudu aplikovány pod tlakem přes hustou síť vrtů hloubky cca 2/3 obezdívky. Těsnící hmoty na bázi polyuretanu zaplní a utěsní tunelovou obezdívku. Je potřeba, aby vrty nenarušily existující izolační vrstvu z asfaltových desek a nepronikly tak do oblasti skládané tunelové rubaniny za rubem obezdívky. Tato oblast slouží jako přirozená drenážní vrstva a nebylo by vhodné ji zaplnit. Ve zvláště exponovaných místech budou spáry kamenné obezdívky přetřeny vodonepropustnou membránou z polyuretanových nátěrů. Za účelem odvedení vody za rubem obezdívky budou ve vytypovaných místech realizované svodni3
ce. V místě spáry mezi pasy obezdívky bude vysekán podélný otvor o rozměrech 100 x 50 mm, z kterého budou v horní úrovni vyvrtané tři odvodňovací vrty délky cca 2 m. Svodnice bude zakrytá nerezovým plechem a bude odvedená do podélné tunelové kanalizační stoky. Svodnice bude provedena jako rozebíratelná a čistitelná. Ukázka půdorysného schématu sanací (viz obrázek 4). V neposlední řadě v předstihové etapě sanace bude obnoveno informační a bezpečnostní značení v tunelu. Bude obnoveno označení výklenků bílým pruhem a podélný bílý pruh, který se svažuje ve směru úniku. 5.2 Následná etapa V této části sanace spočívá v repasportizaci obezdívky tunelu po skončení výstavby rychlostní komunikace a ve vyhodnocení geotechnického monitoringu. Poté budou pro jednotlivé pasy tunelové obezdívky stanoveny plochy určené k dotěsnění a k opravě obezdívky. Povrch obezdívky bude v případě nutnosti před zahájením injektážních prací opětovně upraven tak, aby nedocházelo ke zbytečným únikům injektážních hmot. Současně budou dle potřeby realizované nové svodnice pro organizovaný
svod vody. Může být použit takzvaný šachovnicový systém, kdy injektáže vytvářejí určitou přehradu v proudění vody a úsek mezi nimi je odvodněn svodnicemi. Všeobecně je nutné počítat s použitím proinjektovaných kotvících tyčí v určitých partiích tunelu pro zpevnění obezdívky. 6 HOSPODAŘENÍ S VODOU Z DŮVODU OCHRANY ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ Během sanačních prací na Banskobystrickém tunelu bude používáno velké množství vody pro stavební účely. Pomocí vodního tlakového proudu budou odstraňovány degradované části obezdívky a zároveň se jím bude tunel čistit a odmašťovat. Dále se bude voda používat k vrtání, k aplikaci stříkaných betonů atd. Znečištěná voda bude odváděna podélným drenážním systémem na jihovýchodní (Banskobystrický) portál do malé čerpací nádrže, dočasně zřízené na portálu, nejlépe ze starého báňského vozíku = huntu. Z této nádrže bude voda přečerpávána do akumulační nádoby a odvezena k ekologické likvidaci.
Obrázek 4. Půdorysné schéma sanačních opatření
4
Po dokončení díla je potřeba sledovat, minimálně po dobu jednoho roku, kvalitu drenážní vody a pH a případně učinit ekologické opatření. 7 PRACOVNÍ VLAK A ŽELEZNIČNÍ DORAVA Jako místo zařízení staveniště bude pro sanaci použit pracovní vlak, který bude sestavovaný dle aktuální potřeby na nedaleké železniční stanici Kostiviarka. Zde bude také umístěna stavební buňka pro účely stavby a překladiště materiálu pro výstavbu a vybouraných hmot z tunelu. Pracovní vlak bude obsahovat demoliční a vrtací oddíl, dále stříkací oddíl pro aplikaci stříkaných betonů, injektážní oddíl a vagóny určené na odpad. V případě nutnosti budou připojeny cisterny s vodou a služební vůz.
Železniční doprava musí být během stavebních prací na sanaci tunelu vyloučena. Vzhledem k tomu, že se jedná o velmi vytíženou trať, je nutné omezit výluky na minimum. Počítá se se 40 dny úplné výluky a dále budou práce realizované co nejvíce bez vyloučení dopravy v délce cca 6 hodin dle grafikonu. 8 ZÁVĚR Na začátku ledna 2010 byl odevzdán realizační projekt, vlastní začátek sanace Banskobystrického tunelu se předpokládá na březen až duben tohoto roku. LITERATURA PRAGOPROJEKT, a.s. leden 2010. Úprava tunela ŽSR v žkm 4,166 trate B.Bystrica – Diviaky – dokumentace DRS.
5
