Stavba druhé tunelové trouby dálničního tunelu Horelica J. Svoboda, M. Hnilička
PRAGOPROJEKT, a.s., Praha, Česká republika SOUHRN: Článek se zabývá studií dostavby druhé tunelové trouby tunelu Horelica. Tento tunel se nachází na silnici I/11 na obchvatu města Čadca na dálnici D3 - Žilina - Skalité ve Slovenské republice. Studie řeší nejen výstavbu druhé tunelové trouby ale i přilehlého úseku dálnice včetně změny požárních nástupních ploch a příjezdových komunikací, které již neodpovídají současné legislativě. Podmětem bylo zvýšení intenzity dopravy, převážně kamionové, protože v současnosti tunelem Horelica projíždí 20-25 tisíc vozidel za 24 hodin s tím, že více než 50 % tvoří nákladní vozidla. Dalším podmětem byla nutnost vyřešení problémů s objízdnými trasami při uzavření tunelu, kdy je dopravu nutné odklonit přes centrum města Čadca. To přináší řadu problémů, protože jakýkoliv výpadek v provozu tunelu přináší kolaps komunikačního systému města a okamžité uzavření tunelu (např. při dopravní nehodě) znamená dopravní kolaps nejen v okolí Čadce ale i za hranicemi v ČR a Polsku. Vzhledem k nutnosti údržby a pravidelného čištění, musí být tunel několikrát ročně uzavřen, což lze vzhledem ke způsobeným dopravním problémům udělat pouze ve dnech volna. Článek dále uvádí parametry navrhované druhé tunelové trouby, rozsah nutné přestavby dispečinku a geologické podmínky prostoru budoucí ražby. Následující část článku je věnovaná technologii výstavby tunelu, která bude prováděna během provozu již postavené tunelové trouby. Tomu se musí přizpůsobit veškerý postup prací, tak aby nedošlo k ohrožení provozu nebo dokonce stability hotové tunelové trouby. Druhá tunelová trouba bude ražena za použití metody NRTM, se dvěma hloubenými úseky ve 2 stavebních jámách na portálu Žilina a Čadca. U portálu Žilina bude plocha pro ZS a následně po dokončení stavby bude tato plocha využita jako požárně-nástupní plocha, plocha pro přistání helikoptéry a pro údržbu tunelu. Postup samotné ražby je navržen ve dvou různých variantách dle návrhu OBÚ v Prievidzi. Tyto varianty řeší organizaci výstavby tak, aby byla zachována funkce nouzových úniků z tunelu v případě nehody. V závěru jsou zobecněny zásady organizace práce z důvodu zachování bezpečnosti provozu v druhé tunelové troubě a s tím spojené požadavky požární bezpečnosti. Z těch vyplývá, že přerušení únikové cesty během výstavby je možné jen krátkodobě a pouze za předpokladu snížení rizika havárie v tunelu za pomoci dopravních omezení provozu.
1 ÚVOD Tunel Horelica se nachází na silnice I/11 na obchvatu města Čadca, v Žilinském kraji ve Slovenské republice. Obchvat je součástí dálnice D3 - Žilina - Skalité, která patří do vybrané dálniční sítě A11 a tvoří součást multimodálního dopravního koridoru č. IV transevropské magistrály ve směru sever – jih. Trasování dálnice a umístění tunelu je řešené tak, aby se doprava vyhnula zastavěným územím obcí Oščadnica, Horelica a Čadca. Tím se docílilo snížení nehodovosti na daném úseku, bezpečnějšího a rychlejšího průjezdu a odlehčilo se centru města Čadca, kde se snížil počet kolizí s chodci a zlepšil se stav městské dopravy. Stavba byla realizována v polovičním dálničním profilu, v zářezech v členitém horském terénu Kysuckých Beskyd, mostními objekty nad hluboko zaříznutými údolími potoků a cest a raženým tunelem Horelica. Tunel je v současnosti provozován jako tunel s jednou tunelovou troubou s obousměrným provozem a boční únikovou chodbou. 2 STUDIE VÝSTAVBY DRUHÉ TUNELOVÉ TROUBY 2.1 Účel a cíle studie Pragoprojekt, a.s. zpracoval studii, která se zabývá výstavbou druhé tunelové trouby tunelu Horelica
a přilehlého úseku dálnice včetně změny požárních nástupních ploch a příjezdových komunikací, které již neodpovídají současné legislativě. Podmětem k provedení studie bylo především zvýšení intenzity dopravy, převážně kamionové, a nutnost vyřešení problémů s objízdnými trasami při uzavření tunelu, kdy je dopravu nutné odklonit přes centrum města Čadca. V současnosti tunelem Horelica projíždí 2025 tisíc vozidel za 24 hodin s tím, že více než 50 % tvoří nákladní vozidla.
Obrázek 1. Dispečink u portálu Čadca – současný stav.
Studie se také zabývá stanovením rizik plynoucích z ražby druhé tunelové trouby bez nutnosti uzavření a přerušení provozu v již postavené troubě. Zá1
roveň studie řeší se stavbou spojenou protipožární bezpečnost i v průběhu výstavby díla. 2.2 Zájmová oblast studie Tunel Horelica se nachází v blízkosti centra města Čadca a je v primárním vztahu s místními komunikacemi města. Jedná se o komunikace propojující centrum s příměstskými částmi, ve kterých žije cca 33 % obyvatel Čadce. Hlavní trasa je navržená v kategorii D24,5/80. Délka prověřovaného úseku je 2,67 km, začíná v km 14,61 a končí v km 17,28. V trase je situována druhá tunelová trouba délky 647 m a most délky 130 m (km 14,78 - km 14,88). V km 14,7 se nachází opěrná zeď. Z důvodu vedení požární přístupové komunikace v km 14,58 až km 14,89 je nouzový pruh dálnice rozšířený z 2 m na 3 m. Toto řešení umožní příjezd záchranných jednotek k Žilinskému portálu i v případě kolony na samotné dálnici. Požární komunikace, resp. její poslední úsek, není oddělen od dálniční dopravní cesty svodidly. 2.3 Dopravně-inženýrské údaje Dálnice D3 je situovaná v náročném hornatém terénu a její součástí je a bude několik tunelových objektů. Prvním tunelem je právě tunel Horelica, který má v provozu jednu tunelovou troubu. Odklonění tranzitní dopravy významně zlepšilo situaci v centru města Čadca, ale jakýkoliv výpadek v provozu tunelu se přenáší na komunikační systém města a znamená to jeho úplný kolaps. Vzhledem k tomu, že je nutné tunel udržovat a pravidelně čistit, musí být několikrát ročně uzavřený, což lze udělat prakticky pouze ve dnech volna (o víkendech a svátcích). Okamžité uzavření tunelu, např. při případné nehodě, znamená dopravní kolaps nejen v Čadci a blízkém okolí, ale postupné rozšíření problémů s dopravou až do České republiky a Polska.
provozem v jedné tunelové troubě bez dopravního přetížení města. Dopravně-inženýrské podklady modelují také stav, kdy by se v důsledku uzavření tunelu doprava přesměrovala přes město Čadca. 2.4 Požárně-bezpečnostní řešení Vlastní stavba tunelu a technické systémy musí být projektované tak, aby byly schopné rychle reagovat a odolávat, potlačit a odvádět teplo a toxické zplodiny (hoření a dým vznikající při požáru). Dílo musí splňovat podmínky, které maximálně zajistí bezpečnost a investiční a ekonomický provoz díla z pohledu zřizovacích a provozních nákladů. 2.5 Technické podklady Základním podkladem pro návrh tunelové trouby v popisované studii je STN 73 7507 Projektovanie tunelov pozemných komunikácií, Nařízení vlády č. 344/2006 Z.z. o minimálnych bezpečnostných požiadavkách na tunely v cestnej sieti a TP04. 3 PROJEKT DOSTAVBY 3.1 Směrové a výškové řešení Řešení vychází ze znovu upravené trasy dálnice s tím, že požárně-zásahové plochy u portálů tunelu musí být v jedné úrovni a dostupné z obou dopravních směrů (nejlépe z pomalých pruhů). Na tyto plochy musí být také umožněny příjezdy nezávisle na dálnici D3. 3.2 Druhá tunelová trouba Druhá trouba tunelu Horelica je navrhovaná v kategorii T9, která umožní zavedení obousměrného provozu z důvodu nutné údržby v tunelu po dobu minimálně 10-15 dní ročně. Během údržby tunelu (vždy jen jedné tunelové trouby) je totiž veškerá doprava převedená do druhé tunelové trouby, která je po tuto dobu provozovaná s obousměrným provozem. Tato kategorie navíc vychází ze zadání studie. Základní parametry druhé tunelové trouby viz Tab. 1. Tabulka 1. Základní parametry 2. tunelové trouby __________________________________________________ Kategorie tunelu T9 Příčný profil (plocha výrubu) 117 m2 Celková délka 2. tunelové trouby (PTT) 597 m Délka raženého úseku 547 m Délka hloubených úseků 2 x 25 m Průjezdný profil – výška 4,8 m Návrhová rychlost v tunelu 80 km/hod __________________________________________________
Obrázek 2. Portál Čadca a dispečink – po dostavbě druhé tunelové trouby.
V případě, že budou postaveny obě tunelové trouby, tak se tyto situace dají řešit obousměrným
3.3 Úpravy dispečinku u portálu Čadca Dispečink (Obr. 1 a 2) zůstane v původních prostorách a bude pouze rozšířen na úkor prostoru, kde je dnes kancelář vedoucího provozu tunelu Horelica. Bude kompletně vyměněno vizuální zobrazení tunelů, přičemž bude využit systém zadní projekce. Tento systém vyžaduje samostatnou klimatizovanou 2
místnost. Dále bude zřízeno pracoviště pro přestupky a přesunuto tréninkové pracoviště do bývalé místnosti vedoucího tunelu. Bude umístěna nová technologie nutná pro provoz dalších tunelů (např. slaboproudá rozvodna). Konstrukce bude doplněna o příčky, dveře a doplněna bude i klimatizace a vzduchotechnika. Parkovací místa a dvojgaráž budou přesunuty pod existující mostní objekt dálnice D3. Upravený dispečink bude zajišťovat řízení dopravy nejen ve vlastním tunelu Horelica, ale také na celém dopravním uzlu „Horné Kysuce“, tzn. od Čadce po Skalité (včetně také zatím nerealizovaných tunelů Svrčinovec a Poľana). 4 INŽENÝRSKO-GEOLOGICKÉ ÚDAJE Ražba druhé tunelové trouby bude realizovaná v jílovcích a pískovcích (paleogenní flyšové souvrství). Flyšové souvrství je zastoupené střídajícími se jílovci, částečně vápennými, a pískovci převážně glaukonitickými. V zóně zvětrávaní a tektonického porušení mají charakter jílu až kamenito-jílovité sutě. V trase se nachází více svahových deformací. Podobně jako při výstavbě první tunelové trouby, bude nutné v okolí portálu Čadca zajistit rozšíření oblasti snížení hladiny podzemní vody použitím odvodňovacích vrtů (v omezeném rozsahu). Všechnu vodu z odvodňovacích vrtů je nutné organizovaně svést do místních toků.
provedené v předstihu před hloubením jámy z důvodu zamezení vlivu výkopu na druhou tunelovou troubu. Ze stavební jámy bude probíhat úpadní ražba tunelu. Čerpání důlních vod bude probíhat z mobilních čerpacích nádrží umístěných při čelbě. U Žilinského portálu bude taktéž zřízeno hlavní zařízení staveniště. 5.2 Stavební jáma u portálu Čadca Současné definitivní zajištění stavební jámy (Obr. 5 a 6) bude nutné v oblasti budoucího výrubu tunelu pouze překotvit. Nutnou součástí bude sledování chování stavební jámy v rámci geotechnického monitoringu a realizace měření únosnosti kotev současného zajištění. Upravené výškové vedení druhé tunelové trouby nevyžaduje prohloubení stávající stavební jámy. 5.3 Zařízení staveniště Původní plochy zařízení ZS už neexistují. Proto byli na základě místního šetření vytipované nové plochy v oblasti Žilinského portálu (obr. 4). Zde bude v údolí bezejmenného potoka (po jeho provizorním či definitivním zatrubnění), vlastní zařízení staveniště včetně mezideponie. V oblasti portálu se předpokládá pouze vybudování manipulační plochy v místě budoucího hloubeného tunelu a systém komplexního vodního hospodářství pro akumulaci a čištění důlních vod. Následně budou plochy ZS sloužit jako požárně-nástupní plochy (přímo u portálu) a nouzové plochy pro přistání helikoptéry, případně pro vlastní, především zimní údržbu daného úseku dálnice. Ventilátorovna, kompresorovna a další bodové zdroje hluku je nutné odstínit provizorními stavebními konstrukcemi, protože ražba musí být prováděna kontinuálně.
Obrázek 3. Most a portál Žilina – současný stav.
5 TECHNOLOGIE VÝSTAVBY 5.1 Stavební jáma u portálu Žilina U Žilinského portálu (obr. 3) bude vytvořena stavební jáma, zajištěná kotvenými horizontálními betonovými prahy a soustavou hřebíků. Toto řešení jsme doporučili vzhledem ke zkušenostem ze stavební jámy pro první tunelovou troubu. Zde docházelo k aktivaci dílčích smykových ploch a sesuvů. U jižní části jámy bude použito záporové pažení,
Obrázek 4. Most a portál Žilina – po dostavbě druhé tunelové trouby a přilehlého mostu.
3
5.4 Ražba tunelu Výstavba bude realizována na základě zásad technologie Nové rakouské tunelovací metody (NRTM), převážně v horizontálním členění, v upraveném technologickém postupu a to bez přerušení provozu v levé tunelové troubě. Ražba na základě požadavků OBÚ Prievidza, HZS a provozovatele tunelu, bude realizovaná úpadně od Žilinského portálu. V příportálových oblastech je navrženo zajištění stability nadloží pomocí mikropilotového deštníku vrtaného ze stavební jámy paralelně s obrysem budoucí levé tunelové trouby Rozpojování horniny je s ohledem na geologickou situaci a sousedící provozovanou tunelovou troubu uvažované především pomocí tunelového bagru, hlavně v příportálových úsecích. V pískovcích bude nutné také omezené použití trhacích prací. Příčný profil se předpokládá po zkušenostech s první tunelovou troubou, převážně v provedení se spodní klenbou. Z hlediska ražby bude členění čelby horizontální na kalotu, opěří a dno. Primární ostění je tvořené stříkaným betonem C 20/25 X0 tloušťky 300 mm s KARI sítěmi, příhradovými nosníky a kotvícím systémem – svorníky IBO, HUS. Po vyražení tunelu a dokončení primárního ostění, bude provedena izolace tunelu. Půjde o mezilehlou fóliovou izolaci, deštníkového charakteru. Následně bude do posuvné formy prováděna betonáž sekundárního ostění z betonu C30/37 XF4, XD3 tloušťky 400 – 700 mm s dodatečným vyztužením rozptýlenými vlákny. Toto vyztužení je navrženo hlavně z důvodu zvýšení požární odolnosti a zlepšení kvality ostění (především zamezení tvorby trhlin). Vozovka v tunelu bude betonová s vyztuženými spárami. V rámci GTM bude kromě standardních měření nutné hlídat navíc i definitivní obezdívku již provozované tunelové trouby. Postup výstavby byl na základě projednání s OBÚ v Prievidzi zpracovaný ve dvou variantách.
5.5 Alternativa 1 Začátek ražby druhé tunelové trouby se předpokládá od východního portálu. Funkčnost propojek vedoucích do únikové chodby je nezměněná. Po dosažení druhé propojky bude tato na krátký čas zaslepena. Po tuto dobu bude chráněná úniková cesta vést pouze první propojkou do únikové chodby a dále k západnímu portálu. Po postupu ražby do dostatečné vzdálenosti od druhé propojky bude její funkčnost obnovena, úniková cesta první propojkou se nezmění a druhá úniková cesta bude vést druhou propojkou přes nově vyraženou část levé tunelové trouby k východnímu portálu. Při přiblížení ražby k první propojce, bude na krátký čas zaslepena tato a chráněná úniková cesta bude vést pouze druhou propojkou do únikové chodby a dále k východnímu portálu. Po postupu ražby do dostatečné vzdálenosti od první propojky bude její funkčnost opět obnovena a úniková cesta bude vést z obou propojek nově vyraženou častí levé tunelové trouby k východnímu portálu. 5.6 Alternativa 2 Začátek ražby druhé tunelové trouby se opět předpokládá od východního portálu. Po dosažení druhé propojky, se v ražbě druhé tunelové trouby bude pokračovat od západního portálu. Úniková chodba bude před zaústěním první propojky dočasně zaslepena. Chráněná úniková cesta bude vést první propojkou přes únikovou chodbu a pak společně s druhou propojkou nově vyraženou částí pravé tunelové trouby k východnímu portálu. Po přiblížení ražby k první propojce bude tato na krátký čas zaslepena. Po tuto dobu bude chráněná úniková cesta vést pouze druhou propojkou přes nově vyraženou část pravé trouby k východnímu portálu. Po postupu ražby do dostatečné vzdálenosti od první propojky bude její funkčnost obnovena a úniková cesta z ní povede přes nově vyraženou část pravé trouby k západnímu portálu. Úniková cesta druhou propojkou bude nezměněná k východnímu portálu. Větrání únikové chodby bude během ražby za pomoci existujících ventilátorů umístěných na západním portálu. V době kdy bude propojka napojena na vyraženou tunelovou troubu, bude vzduch na vytvoření přetlaku v propojce přiváděný z prostoru této nově vyražené trouby.
Obrázek 5. Zajištění portálu Čadca – současný stav.
4
-
část dálnice. V budoucnosti bude nutné doplnit příjezdové komunikace v trase druhé části dálnice. Po celou dobu výstavby bude prováděn GTM včetně pravidelného měření v provozované tunelové troubě. 7 POŽADAVKY POŽÁRNÍ BEZPEČNOSTI
Obrázek 6. Portál Čadca s dispečinkem – po dostavbě druhé tunelové trouby.
U varianty 2 bude před začátkem ražby od západního portálu potřeba ventilátory na dopravu vzduchu do propojky přemístit k druhé propojce a únikovou chodbu za první propojkou uzavřít. Po dokončení ražby a zabezpečení tunelu primárním ostěním následuje provedení hydroizolace a sekundárního ostění s podobným postupem prací a zabezpečením únikových cest jako při ražbě. Po dobu uzavření jednotlivých propojek bude nutné zavést dopravní omezení provozu v tunelu, jak je uvedeno níže. 6 ZÁSADY ORGANIZACE PRÁCE Jde o zásady, které je nutné dodržet při vlastní výstavbě vzhledem na provozovanou druhou tunelovou troubu: - Při mimořádné situaci v provozované tunelové troubě je nutné okamžitě přerušit práce v nově budované troubě a umožnit únik řidičů a cestujících z ohroženého prostoru. Hlavní stavbyvedoucí je v daném případě plně podřízený operátorovi tunelu Horelica. Mezi těmito pracovníky musí fungovat trvalé 24 hodinové spojení. - Veškerá doprava ze stavby nesmí křižovat ani jinak ohrožovat nebo omezovat dopravu na provozované části dálnice. - Důlní vody a rubanina musí být odváděny a ukládány mimo dálnici a nesmí nijak ohrožovat provoz. - Staveništní větrání musí být pravidelně upravováno tak, aby neohrožovalo hlavní větrání v tunelu, propojkách a únikové chodbě. Musí být zabráněno pronikání prachu ze stavby do provozovaných prostor tunelu. - Po dobu výstavby musí být zachována funkčnost původní únikové chodby a nebo provizorní únikové chodby v rozestavěném díle. Plán a organizace výstavby druhé tunelové trouby tomu musí být podřízená. - Výstavba bude realizována úpadně ve směru od Žilinského portálu z důvodu zásobování staveniště využitím komunikací mimo provozovanou
Výstavba pravé tunelové trouby v prostoru současné únikové chodby je z hlediska zabezpečení poměrně složitá. Je nutné vytvořit podmínky pro evakuaci osob (uživatelů tunelu) v případě požáru a nebo jiné události ohrožující jejich zdraví nebo život, tak jako vytvořit podmínky na zásah záchranných sborů. Problém je závislý na tom, jak by v takovémto případě byla částečně či úplně nefunkční úniková chodba (chráněná úniková cesta), která plní funkci evakuační a zároveň zásahové cesty. V době kdy bude úniková chodba nebo její část nefunkční je potřeba snížit pravděpodobnost vzniku mimořádné situace a zabezpečit provoz v levé tunelové troubě podle specifických požadavků, např.: − řízený (cyklický) provoz v tunelové troubě − jednosměrný provoz − snížená rychlost provozu (z 80 km/h na 60 km/h) − zvýšený dohled policie 8 ZÁVĚR Druhou tunelovou troubu lze budovat během provozu již dokončené a provozované tunelové trouby. Je nutné důsledně dbát na bezpečnost realizace díla a staveniště důsledně oddělovat od provozované dálnice (např. výstavba ochranné stěny u portálu Žilina). Současně musí po celou dobu ražby trvale probíhat sledování ostění provozované tunelové trouby, zejména účinek trhacích prací (osazení trvalých automatických měřících zařízení). Dispečink je nutné nejprve přesunout do provizorního prostoru a pak následně vybudovat definitivní dispečink a to už pro všechna 3 tunelová díla, tzn. tunel Horelica, Poľana a Svrčinovec. Případně v rámci výstavby tunelů Poľana a Svrčinovec připravit provozně-technický objekt (PTO) i pro druhou tunelovou troubu tunelu Horelica. Přerušení únikové cesty z provozovaného tunelu je možné jen krátkodobě a to jen v době víkendů, když je intenzita dopravy menší a je možné jeden dopravní směr odklonit přes město Čadca. Na staveništi levé tunelové trouby musí být neustále i během vlastní ražby udržovaný koridor pro únik osob v případě havárie. LITERATURA: PRAGOPROJEKT, a.s., Studie - Tunel Horelica – dobudovanie 2. tunelovej rúry
5
