Tunel Jablunkov – zhodnocení geotechnických rizik přestavby železničního tunelu

• Foto

GEOLOGICKÁ STAVBA ÚZEMÍ

Geologicky se širší okolí nachází ve Vnějších Západních Karpatech tvořenými převážně sedimenty flyšového charakteru (střídání jílovců, prachovců, pískovců a slepenců), které jsou zastoupeny slezskou a račanskou jednotkou. Obě tyto jednotky tvoří samostatné příkrovy nasunuté přes sebe tzv. magurským nasunutím. Linie magurského nasunutí probíhá na východním úbočí Jablunkovského průsmyku (podél nového silničního tahu E75, Jablunkov – Čadca). Složitá příkrovová stavba je doprovázena zlomovou tektonikou. Z inženýrsko- geologického hlediska je flyšový komplex typickým sesuvným územím.

Vlastní trasa tunelu se nachází ve svrchní části slezské jednotky paleogenního stáří (30–45 mil. let), tvořené převážně jílovci s rohovcovitými a pískovcovitými polohami (menilitové souvrství). Tunely jsou raženy v nejméně příznivých geologických podmínkách, v souvrství drobně cyklického flyše, s převahou vápnitých jílovců, s velmi nízkou až extrémně nízkou pevností (podle ČSN 73 1001 třídy R5-R6). Současnou ražbou byly zastiženy laminované tmavošedé jílovce, drobně provrásněné, částečně zbřidličnatělé až podrcené. Jílovce obsahují tenké, nepravidelné vložky prachovců až pískovců (mocnost do 5 cm). Převažuje vrstevnatost se středním úklonem k jihovýchodu, břidličnatost je strmého úklonu s převládajícím směrem východ – západ.

Jílovce jsou silně zvětralé s převládající pevností R6, směrem do nadloží přecházejí do pevného jílu (F8). Po natěžení se hornina rozpadá na nesoudržnou zeminu. Přítoky vody nebyly zjištěny, výrub je suchý až vlhký.
Počtem bodů QTS (< 30 bodů) spadá ražba do technologické třídy NRTM 5a. Diskontinuity (vrstevnatost) je třeba hodnotit jako nepříznivé (podle Bieniawski).

POPIS STAVBY

Přestrojení resp. rekonstrukci tunelu Jablunkov, jak se často uvádí, je třeba chápat jako ražbu nového podzemního díla, kdy z kamenného ostění původního tunelu (1917) je zachována jen část pravého opěří (v pohledu směru ražby, resp. staničení). Nový tunel je budován pomocí NRTM (Nové rakouské tunelovací metody) a je situován do meziprostoru historických objektů. Jeho celková délka bude 612 m, z toho 564 m ražených. Hloubené úseky náleží portálovým objektům (P1 – vjezdový, P2 – výjezdový). Po zprovoznění jedné koleje v novém tunelu bude proražena úniková propojka do staršího tunelu (1871), který bude z poloviny sloužit jako úniková štola, druhá jeho část bude zasypána.

GEOTECHNICKÁ RIZIKA STAVBY

Portály tunelu

V důsledku velmi náročných inženýrsko-geologických a hydrogeologických poměrů zájmového území je stavba provázena řadou komplikací již od svého počátku. V první fázi realizovaná portálová jáma P1 musela být přeprojektována za účelem vyřešení stability jejích svahů. Původní projekt zajištění svahů počítal se zeminovými hřebíky a nástřikem betonu s dvěma vrstvami KARI sítě. Toto zajištění se však ukázalo jako nedostatečné a bylo rozšířeno o 2, resp. 3 řady ocelových převázek kotvených pomocí lanových kotev. Trend mírného uklidnění deformací, který poté nastal, byl zlomen v momentě zahájení ražby kaloty tunelu. Pravidelný monitoring objektu v podobě geodetického měření přinášel alarmující výsledky. Vyvrcholením byl vznik celého systému trhlin v betonovém nástřiku svahů, kdy rozevření některých trhlin dosáhlo centimetrových hodnot. Projektant stavby se, po přepočtu na základě upřesněných parametrů IG prostředí, rozhodl realizovat tzv. „falešný primár“. 12 m dlouhá konstrukce přiléhající k čelu portálu byla zhotovena podobnou cestou jako primární ostění v tunelu, tj. ocelové příhradové ramenáty o rozteči 1 m, 2 × KARI síť a jako pomocný prvek pro aplikaci stříkaných betonů jemné ocelové pletivo. Mocnost betonové skořepiny činí 500 mm. Příčný profil této konstrukce odpovídá kalotě tunelu a bude sloužit jako ztracené bednění pro definitivní ostění tunelového pásu č. 1. Jeho hlavní funkce však byla splněna krátce po jeho realizaci. Konstrukce falešného primárního ostění svou prostorovou tuhostí a hmotností vnesla požadovaný deformační klid do portálu P1.

V důsledku výše popsaných komplikací na portálu P1 investor stavby na žádost projektanta rozhodl nechat provést doplňkový průzkumný inženýrsko-geologický vrt v prostoru portálu P2. Z vrtného jádra byla odebrána série laboratorních vzorků, z kterých byly upřesněny parametry zemin (c, z, E_def). Projektant stavby následně provedl statický přepočet konstrukce tzv. želvy, pomocí které měl být portál P2 realizován. Z prezentovaných výsledků bylo zřejmé, že takto navržená konstrukce nemůže v daných podmínkách obstát. Z předložených návrhů tak vykrystalizovala dnešní podoba záporových stěn se 4, resp. 5 řadami ocelových převázek kotvených pomocí soustavy lanových kotev. Tato na první pohled masivní konstrukce nese hlavní zásluhu na faktu, že ke konci roku 2008, kdy byl portál P2 vyhlouben téměř na svou definitivní hloubku (~14 m), deformace záporových stěn dosáhly přijatelných hodnot.

Tunel

Od zahájení ražby kaloty tunelu (4/08) byla velikost deformací primárního ostění jiná, než jaká byla původní očekávání. Samotná mechanika přetváření byla shodná, tedy zatláčení levé paty kaloty do horninového masivu, oproti minimální deformaci pravé části, kde dochází k napojení nově budovaného ostění na původní kamennou vyzdívku. Konvergenční profily osazené na prvních cca 30 m ražby vykazovaly křivky sedání s velmi strmou trajektorií, kdy k uklidňování začalo docházet i po více než týdnu, tedy po vzdálení čelby od profilu o 15–20 m. U těchto měřicích profilů byla několikanásobně překročena projektem daná limitní hodnota sedání 50 mm. Na tyto hodnoty získané pravidelným měřením bylo vždy operativně reagováno přijetím celé řady opatření (spojovací roznášecí práh, rozšíření patky kaloty tzv. „sloní noha“, mikropiloty (6–9 m) v patě kaloty, rastr IBO kotev do boku kaloty, úprava geometrie protiklenby dna kaloty), která měla za úkol jediné, zamezit extrémnímu sedání levé paty kaloty.

V neděli 4. května 2008 ve večerních hodinách při odtěžování kaloty tunelu v 54,5 TM, došlo ke zhavarování primárního ostění v dálce cca 8 m. Rychlost vývoje viditelných deformací byla značná a i přes snahu pracovní osádky zabránit dalším deformacím podepřením daného místa, došlo k závalu tunelu a vytvoření kráteru na povrchu o ∅ > 10 m. Mimořádná událost si naštěstí nevyžádala žádná zranění ani významné hmotné škody na stavebním vybavení. Nadloží v místě havárie dosahovalo ~10 m.

Vznik mimořádné události byl definován jako kombinace několika negativních faktorů. Zejména to byl charakter zeminového prostředí, nerovnoměrné poklesy primárního ostění a historický zával či velký nadvýlom vzniklý ražbou původního tunelu. Tyto faktory zřejmě vyvolaly vznik lokálního nerovnoměrného zatížení primárního ostění. Ze statického hlediska působí primární ostění jako klenbová konstrukce, tj. konstrukce zatížená normálovými silami, u které by nemělo docházet k zatížení ohybovými momenty. Toto platí právě jen při působení rovnoměrného zatížení horninovým masivem na konstrukci.

Ražba tunelu závalem proběhla pod ochranou mikropilotového deštníku a pomocí vertikálně dělené čelby kaloty na levou a pravou dílčí část. Po vyzmáhání 10 m závalu však ražba dělenou kalotou pokračovala až do staničení 90 TM. Výsledkem celé řady jednání, vyvolané mimořádnou událostí, které se účastnily všechny zainteresované strany projektu, bylo přeprojektování třídy NRTM 5, resp. její rozdělení na podtřídy 5a, 5b, 5c. Třída 5a představuje ražbu kaloty v plném profilu s okamžitým uzavíráním protiklenby, tedy vytváření uzavřeného prstence v co nejkratším časovém horizontu. Třída 5b představuje vertikálně dělenou čelbu kaloty na levou a pravou dílčí část s postupným uzavřením protiklenby. Třída 5c vychází z 5b, když je doplněna o ochranný mikropilotový deštník. Tato třída je projektována pro ražbu tunelu v nejobtížnějším geologickém prostředí, které by mohlo nastat, kdyby již tak silně degradované horninové prostředí bylo dále postiženo přítoky podzemní vody.

Od TM 90 do konce roku 2008 (do doby, kdy byl článek napsán, pozn. red.), tj. do staničení 340 TM, byla ražba kaloty tunelu realizována pouze v třídě NRTM 5a. Je naprosto zřejmé, že právě tento typ ražby je schopen eliminovat negativní deformační chování primárního ostění nově budovaného tunelu. Deformace, sledované na konvergenčních profilech osazených v úseky ražby realizované třídou NRTM 5a, se podařilo výrazně eliminovat. Sedání i příčné posuny se pohybují výhradně v oblasti „ přípustných změn“.

Doprovodným aspektem, který umocňuje již tak obtížné geotechnické prostředí stavby (tektonicky postižené a rozložené jílovce charakteru zemin), je fakt, že okolní masiv přestrojovaného tubusu je poznamenán zejména původní historickou ražbou. Při inženýrsko-geologických dokumentacích čeleb jsou nezřídka zaznamenány historické nadvýlomy rozličných objemů. Avšak i samotná historie tunelu Jablunkov nebyla ke stavbě vždy vlídná. Roku 1939 byl tunel sabotován polskou armádou, když ustupovala nacistům. Jedním z takto zničených míst tunelu stavba nedávno prošla. Destrukce byla dokumentována ve st. 278–330 TM. Perličkou stavby je zajisté také objevený vlakový nárazník v oblasti portálu P1, který s největší pravděpodobností patřil jednomu z vozů, jež byly za II. světové války v tunelu odpáleny.

The Tunnel Jablunkov – Assessment of Geotechnical Risks of Railway Tunnel Reconstruction
The construction of “The track Optimization of the Slovak State Border – Mosty u Jablunkova – Bystřice nad Olší“ includes another construction units of the tunnel Jablunkov reconstruction. At the end of the 19th century, two single-track tunnels were bored through the Jablunkovský passage and these tunnels are nowadays at the end of their lifespan. Within the third railway corridor reconstruction, the newer tunnel was reconstructed into a two-track tunnel within the parameters complying with the current standards.

Autoři

• Ing. Jandejsek Ota
• Ing. Mára Jiří