Tunel žilina na dálnici D1 Hričovské Podhradie – Lietavská Lúčka

• Foto

„THE ART OF TUNNELING – UMĚNÍ POSTAVIT TUNEL ŽILINA“
Základní informace
Dálnice D1 Hričovské Podhradie – Lietvská Lúčka je jednou z části slovenské dálnice D1 začínající v Bratislavě s koncem na hranici SR/ UA . Dálnice D1 je součástí mezinárodního koridoru E‑50 (Paříž – Norimberg – Praha – Brno – Trenčín – Žilina – Košice – Užhorod) a na území Slovenska tvoří základní kostru dálniční sítě. Samotná stavby se rozkládá na území VÚC Žilinského samosprávného kraje v okrese Žilina. Účelem stavby je propojit úsek Vrtižer – Hričovské Podhradie s Dálnicí D3 a dále pak dálnici s východními okresy Žilinského kraje a východním Slovenskem. Dobudováním tohoto úseku se vytvoří lepší podmínky pro mezinárodní a vnitrostátní dopravu a zejména zkvalitní životní podmínky pro obec Dolný Hričov a město Žilina. Součástí této stavby je pak také tunel Žilina.

Tunel Žilina patří dle normy STN 73 7507 do kategorie T R‑8,0 s jednosměrným provozem, návrhovou rychlostí 99,6 km/hod upravenou oproti zadání dle požadavku objednatele. Šířka vozovky mezi obrubníky je 8 m a výška průjezdného profilu 4,8 m. Délkovou kategorií patří mezi střední tunely s délkou v Jižní (pravá ve směru staničení) tunelové rouře JTT (SO 447‑00) 687 m a Severní (levá pravá ve směru staničení) tunelové rouře (SO 448‑00) 684 m. Celková délka ražeb tunelu Žilina pak činí 1 293 m s 657 m v STT a 636 m v JTT. Výškové vedení trasy je ve stoupání 0,55% v JTT a 0,53 % v STT od západního portálu tunelu. Plocha výrubu tunelu se mění s vystrojovací třídou NRTM a to od 102 m² v tř. 5, až po 138 m² ve tř. 8/9 . Ve všech vystrojovacích třídách (VT) je primární ostění tunelu kompletně uzavřeno spodní klenbou a jeho tloušťka se mění s VT od 200 do 400 mm. Teoretický profil primárního ostění je navýšen o předpokládané deformace, stavební tolerance a tloušťku pro hydroizolační souvrství. Výška nadloží je po trase proměnlivá a dosahuje hodnoty cca. od 5 m u západního portálu a maximální výška nadloží je kolem 40 m. Ražba tunelu je prováděná pomocí metody NRTM s horizontálním členěním výrubu. Součástí tunelu jsou dvě propojky, které tvoří příčné propojení a slouží jako únikové cesty. Území nad tunelem mají charakter zemědělské půdy, lesů a luk. Nad tunelem, ani v blízkosti portálů se nenachází žádná povrchová zástavba.

Stavebníkem a zároveň budoucím správcem tunelu je Národná diaľničná spoločnosť, a. s. a zhotovitelem stavby D1 Hričovské Podhradie – Lietavská Lúčka je Sdružení „ Ovčiarsko „ s vedoucím členem Doprastav, a. s., další fy ve sdružení jsou VÁHOSTAV – SK, a. s., STRABAG, s. r. o. a Metrostav, a. s. Samotný tunel Žilina realizují ve sdružení fy Doprastav, a. s. a Metrostav, a. s. Stavební dozor vykonávají pracovníci NDS, a. s.

INŽENÝRSKO GEOLOGICKÉ A HYDROGEOLOGICKÉ POMĚRY PŘEDPOKLAD A SKUTEČNOST
V trase tunelu Žilina je horninový masív budován paleogenními souvrstvím jílovců a pískovců s převahou jílovců v celém úseku výstavby. Od východního portálu je překrytý formací kvartérních pokryvných útvarů reprezentovaných terasovým a deluviálním komplexem. Kvartér – terasový komplex je zastoupený terasovými jíly (resp. polygenetický materiál), štěrky s polohami písku. Mezi nejvýznamnější geodynamické procesy, které jsou vyvinuté v koridoru tunelu Žilina, patří svahové pohyby, zvětrávání, eroze, objemové změny, zemětřesení a neotektonické pohyby. Svahové pohyby poukazují na sesuvné území. Zastoupení sesuvného deluvia je vyvinuté v okolí západního portálu, které však nezasahuje bezprostředně do portálové části tunelu, ale projevuje se v jeho východní okrajové části, kde bude realizovaný zářez. Zvětrávání velmi výrazně degradovalo poloskalní horniny paleogenního komplexu na zeminy. Zóna zvětrávání zasahuje až do hloubky víc jak 10 m od povrchu paleogenního podloží. Výraznější vliv zvětrávání je zejména v masívech porušených tektonikou, resp. se zastoupením jílovců s výrazným obsahem nestabilních jílových minerálů.

IGH poměry v trase tunelu Žilina byly zkoumány několika průzkumy, jež byly součástí zadávací dokumentace pro výběr zhotovitele stavby. Po zahájení ražby tunelu a na základě projevů deformací, chování horninového masívu při ražbě a zvláště na základě mimořádné události na STT v lednu 2015 bylo rozhodnuto o provedení doplňkového IGHP jehož cílem byla realizace doprůzkumu pomocí vrtů s terénními zkouškami in situ (presiometre) a odběrem vzorků hornin pro laboratorní stanovení fyzikálních vlastností a smykových pevností a geofyzikálním měřením v ose JTT a STT.

Z výsledků provedených geofyzikálních prací bylo interpretováno v úvodním úseku obou tunelových trub ze západního portálu výrazné porušení a rozvolnění masívu. Geofyzikálním měřením (2015) bylo nově interpretováno porušení charakteru sesouvání a to až do predkvartérního, paleogenního horninového masivu.

V zkonstruovaném geofyzikální profilu z roku 1998 byly podobně interpretovány náznaky porušení nejvyšší polohy svahu sesouváním, ale jelikož na povrchu nebyly morfologicky pozorovány klasické prvky sesuvných území, nebylo toto území západního portálu klasifikováno jako aktivní sesuvné území. Předpokládalo se, že porušení má v současnosti maximálně charakter „slézání“ sutí, tj. nejvyšší povrchové vrstvy kvartérních zemin, bez vlivu na kvalitu paleogenního souvrství.

Podle současných interpretaci geofyzikálních prací, vývoje deformaci při ražení tunelových trub, je dopad porušení hlubšího charakteru. Porušením se předpokládá také výraznější porušení jílovcových souvrství, jeho větší rozvolněnost, porušení vrstevnatosti, mírně zvlnění vrstev a střídání poloh úlomkovitých jílovců s polohami zemitějšímu charakteru. Porušení masivu může být i tektonického charakteru, které bylo interpretováno geofyzikálními pracemi systémem zlomů.

Výsledky měření geotechnického monitoringu vykazují výrazné, až mimořádné deformování primárního ostění tunelových trub, resp. horninového (zeminového) masivu, které je vyvoláno ražením obou tunelových trub. K uklidnění deformací dochází velmi pozvolna a v dlouhém časovém horizontu s výrazným překračováním varovných stavů. Tento fakt jen potvrzuje výše uvedené tvrzení, o rozsáhlém porušení a rozvolnění masívu a to i pod dnem tunelů.

Hladina podzemní vody je v celé trase tunelu nad projektovanou niveletou a má mírný vztlakový charakter. Hladina podzemní vody v území byla zjištěna v hloubce 2,4 až 19,2 m p. t. a ustálila se v hloubce 0,73 až 18,0 m p. t.

Další poznatek z geomonitoringu tunelu, který poskytuje měření hydrovrtů, se týká propustnosti horninového prostředí. Oblast západního portálu tunelu Žilina je tvořena z paleogenního jílovce, který představují prostředí s velmi malou propustností charakterizovanou koeficientem filtrace kf ≤ 10^–8 ms^–1. Tato hodnota je zmiňovaná také v závěrečných zprávách IG průzkumů realizovaných v přípravných fázích výstavby tunelu. Avšak skutečná rychlost a hloubka poklesu sledovaných hladin podzemní vody této hodnotě neodpovídá. Vývoj depresní zóny hladiny podzemní vody v okolí západního portálu tunelu Žilina, který byl sledován pomocí sítě pozorovacích hydrovrtů, nasvědčuje o významném porušení a rozvolnění masivu, který by mněl být ve své podstatě nepropustný ale teď umožňuje rychlé proudění. V případě neporušeného souvrství paleogenního jílovců by masiv byl velmi nevýrazně propustný.

Horninový masiv v celé délce tunelu byl rozdělen na základní kvazi homogenní úseky s charakteristickými geotechnickými parametry – „Geotechnické typy“: G1, G2 a G3 , již v zadávací dokumentaci. Provedení doprůzkumu (2015) bylo motivováno mimořádnou události a zvláště pak pozorovatelným nesoudržný, chováním horniny při ražbě tunelu. Byly provedeny revize parametrů v těchto geotechnických typech na základě provedených laboratorních zkoušek, které prokázaly existenci rozdílných geotechnických podmínek (téměř nulové soudržnosti, nízkého úhlu vnitřního tření, nízké pevnosti v tlaku atd.)

NÁVRH OSTĚNÍ DO TLAČIVÉ A PODDAJNÉ HORNINY
Vzhledem k přítomnosti zvětralých jílovců se v zadávací dokumentaci a také v realizační dokumentaci správně předpokládalo, že tunelová konstrukce se bude potýkat s tlačivou a velmi poddajnou horninou. Primární ostění bylo tedy navrženo tak, aby tvar ostění byl do nejvíce kruhový a došlo tak k rovnoměrnému rozložení horninového zatížení po obvodu tunelu, neboť nebylo možné spoléhat se na boční oporu horniny poddajného jílovce. Tím byl omezený vznik ohybového zatížení a ostění bylo příznivě zatíženo axiální tlakovou silou. Pro dosažení tohoto příznivého statického účinku návrh počítal se zakulacením tvaru tunelu zejména ve vyšším nadloží a prohloubením dna tunelu o 1,5 m.

Poddajná hornina předpovídala nízký účinek tvorby horninové klenby a rychlý nárůst horninového zatížení na ostění v krátké vzdálenosti od čelby. Z toho důvodů bylo nutné zkompletovat primární kruhové ostění uzavřené definitivní spodní klenbou v co nejkratší vzdálenosti od čelby kaloty, dokud rozestavěné části ostění kaloty a opěří nebyly zatížené plným horninovým zatížením. Uzavírání spodní klenby tunelu a vytvoření kruhového tunelu v co nejbližší vzdálenosti od čelby kaloty bylo jedním z hlavních návrhových kritérií projektu ražeb tunelu Žilina, které zajistilo stabilitu primárního ostění tunelu.

NEJHORŠÍ Z NEJHORŠÍCH – GEOLOGICKÉ PROSTŘEDÍ PRO STAVBU TUNELU
Chování horninového masivu, které se projevilo hned po zahájení ražeb ze západního portálu, ukázalo, že geologické prostředí je jedno z nejtěžších a nejméně vhodných pro stavbu podzemního díla. Podloží tvoří silně zvětralé až rozložené jílovce charakteru zemin, převážně extrémně nízké pevnosti R‑6. V zóně zvětrávání je změněn jílovec na jíl vysoké plasticity (F8/CH) tuhé až pevné konzistence.

Hornina se projevila jako velmi měkká, poddajná a přetvárná, v důsledku čehož se primární ostění doslovně bořilo do okolní horniny. Velkost deformací dosahovaly hodnot až 200 mm. Zároveň však byla hornina nesoudržná a chovala se jako nesoudržný málo ulehlý, sypký materiál, což vedlo k projevům nestability při ražbě profilů tunelu, zejména kaloty, způsobující vypadávání a sesypávání horniny z čelby tunelu.

Chování horniny tak v sobě prezentovalo dvě protichůdné vlastnosti, které jsou pro tunelování velmi nepříznivé: 1) vysokou poddajnost a 2) nesoudržnost. Vlastnosti byly protichůdné v tom smyslu, že vysoká poddajnost nebo přetvárnost, což odpovídalo přítomnosti jílovců, je typicky vlastností soudržných zemin, zatímco hornina se ve svých projevech nestability čelby chovala jako nesoudržná zemina.

Vysoká poddajnost a nesoudržnost se typicky spolu současně nevyskytují v jedné hornině, proto nesoudržné chování horniny bylo překvapivé a neočekávané. Nesoudržnost je způsobena přítomností úlomků zvětralého jílovce, přestože byly obaleny měkkou až tuhou jílovitou výplní. Jílová výplň obalující úlomky zvětralého jílovce však byla nedostatečná, což způsobuje štěrkové nesoudržné chování horniny. Kdyby se však jednalo o typický štěrk, pak by hornina byla sice sypká, ale s vysokým úhlem vnitřního tření, nestačitelná a navíc zároveň dobře injektovatelná. „Štěrková“ hornina s vysokým úhlem tření by poskytovala pevnou podporu čelby a její zajištění by nevyžadovalo rozsáhlá opatření. Avšak poddajný zvětralý jílovec je nesoudržný a s nízkým úhlem vnitřního tření, takže se nejen snadno deformuje pod zatížením, ale zároveň je nestabilní a výrub je ohrožen vypadáváním horniny, nadvýlomy nebo sesuvem čelby, což je nejhorší představitelná kombinace pro zajišťování stability výrubu.

Tyto negativní vlastnosti horninového masívu jsou navíc umocněny přítomností podzemní vody, která v tektonicky porušených zónách vede k lokálnímu zvodnění horniny a způsobuje anomální chování tekuté horniny s nulovými pevnostními parametry. Pro odvodnění horninové vody bylo přijato ve VT NRTM 8/6 – 8/9 opatření v podobě odvodňovacích vrtů s pažnicí ∅ 89 / 4,5 mm z oceli S235, se štěrbinovou perforací min. 3%, délky 40 m.

BOJ S PŘÍRODOU NEBO INTERAKCE OSTĚNÍ S HORNINOU
Princip ražby metodou NRTM předepisuje, aby spolupůsobením mezi horninou a zajišťovacími prvky ostění docházelo k aktivaci smykové pevnosti horniny tak, aby hornina byla schopna přenést část zatížení vzniklého výrubem tunelu a tím došlo k bezpečnému a zároveň ekonomickému snížení horninového zatížení na ostění.

Díky nesoudržnosti a poddajnosti horniny však musí být profil tunelu zajišťován už před čelbou tunelu a o aktivaci smykové pevnosti horniny nemůže být ani řeč. Naopak, snahou dodatečných opatření je zvýšit pevnost a tuhost horniny tak, aby čelba mohla fungovat jako nosný prvek tak jako u tunelů v kvalitní hornině. Nestabilita výrubu doprovázená vysokými deformacemi ostění si tedy vyžádala to, že musely být mobilizovány zajišťovací prvky ve všech fázích instalace primárního ostění: a) před čelbou, b) na čelbě, c) po obvodu výrubu a d) zajištění stability ostění až e) do konečného uzavření primárního ostění spodní klenbou.

Hlavní princip návrhu ražeb tunelu Žilina, uzavírání kruhového tunelu v krátké vzdálenosti od čelby, který zajišťoval stabilitu ostění, měl paradoxně negativní dopad na chování čelby. Hloubení spodní klenby tunelu v těsné blízkosti čelby kaloty vedlo k projevům vyjíždění přitěžovacího stabilizačního klínu a zvyšovalo riziko sesuvu čelby. Proto nejen z důvodu zajištění výrubu ale i pro bezpečnou stavbu primárního ostění je nutné vynaložit obrovské úsilí a prostředků na zajištění horniny v předstihu čelby v podobě deštníků, kotvení čelby, uzavírání profilu kaloty dočasnou protiklenbou, injektáží a v krajním případě zlepšení horninového prostředí pomocí tryskových či tlakových injektáží

INJEKTOVAT ČI NEINJEKTOVAT
Právě se stabilizací čelby při zpevňování nesoudržného chování zvětralého jílovce s jílovitou výplní nastaly největší problémy. Původní návrhy kotvení čelby pomocí IBO kotev se ukázaly jako neúčinné a hornina se prosypávala mezi jednotlivými kotvami. Také pokusy o injektáž horninového masivu byly neúspěšné. Při nízkých injektážních tlacích nebylo možné masiv proinjektovat a při vysokých tlacích vznikaly velké spotřeby injektážní hmoty, jejíž objemy se ztrácely někde mimo profil tunelu a v čelbě se neobjevily. V případech, kdy se cementová injektáž přece jen objevila v čelbě tunelu, chování horniny to pozitivně neovlivnilo a hornina byla nadále nesoudržná.

Stejné problémy byly s instalací IBO deštníků ∅ 51 mm, jejichž snahou bylo vytvořit před čelbou proinjektovaný kompaktní nosný oblouk, který by byl vytvořen tlakem injektáže skrze jednotlivé IBO jehly. Úspěšné proinjektování horniny však šlo obtížně dosáhnout a ovlivnit. Z tohoto důvodu byl ve VT 8 NRTM navržen MP deštník tvořen z ocelové trubky ∅ 114 / 10 mm (třída oceli min. S235) délky 12 m. V délce mikropilót jsou výztužné trubky perforované dvojicí injekčních reinjektovatelných ventilů (svírajících vzájemně úhel 180 °). Osová vzdálenost injekčních ventilů je 500 mm.

PROJEVY NESOUDRŽNOSTI
Nesoudržné chování horniny v tak velkém rozsahu v jakém se projevilo na čelbě tunelu Žilina, nebylo očekáváno ani v zadávací ani v nabídkové dokumentaci. Ačkoliv použití opěrného horninového klínu pro stabilizaci spodní úrovně čelby bylo účinné, bohužel při zastižení geologie s přítomností zvětralého jílovce, kdy díky prosypávání horniny skrz osazené čelbové kotvy má horní část čelby snahu upravit se do sklonu nasypaného kužele v sypném úhlu zhruba 55 °. Takové chování vede k nadvýlomům a vypadávání horniny v předstihu čelby.

Vrcholem projevu nesoudržnosti horniny byla mimořádná událost v podobě propadu nadloží do tunelu a vykomínování až na povrch terénu. Sypká nesoudržná hornina propadávala mezi jednotlivými tyčemi deštníku po dobu minimálně 6 – 8 hodin, dokud nedošlo k prolomení do kvartérních sedimentů a k vytvoření kráteru na povrchu terénu. Po celou dobu hornina nebyla schopna vytvořit horninovou klenbu a nebylo možné ji stabilizovat stříkaným betonem.

Propad byl lokálního charakteru a vytvořil úzký otvor v koruně tunelu v přístropí, zatímco samotná čelba byla stabilní a zajištěná pomocí čelbových kotev, přitěžovacím klínem se stříkaným betonem. Jak primární ostění tunelu, tak i provizorní primární ostění na kalotě tunelu bylo uzavřeno v blízkosti čelby kaloty a nedošlo k žádnému jeho poškození. Lokálnost dvou propadů při ražbě tunelu svědčila o výskytu nepředvídatelných tektonických poruch s projevy nekontrolovatelné nestability s negativním spolupůsobením podzemní vody.

KLESAJÍCÍ OSTĚNÍ
Velká poddajnost horniny se projevila hned po zahájení ražeb ze západního portálu a potvrdila nízký modul deformace horniny. Vysoké naměřené vertikální poklesy ostění až 200 mm již při nízkých nadložích potvrdily nutnost uzavírání spodního dna tunelu co nejblíže k čelbě a zkrátit tak délku rozfáraného neuzavřeného tunelu na minimum a tím co nejdříve zpomalit rychlý nárůst poklesů ještě před rozvojem plného horninového zatížení. Spodní klenba tunelu byla instalována ve vzdálenosti 12 – 16 m od čelby. Po zavření dna tunelu se rychlosti naměřených poklesů výrazně zpomalily, přesto však bylo naměřeno pokračování poklesů o dalších 50 – 60 mm i po uzavření spodní klenby, což jenom potvrdilo vysokou poddajnost horniny a jejího nakypřování díky vydechnutí po odtěžení dna. Byly prováděny injektáže dna tunelu pro omezení dalších poklesů primárního ostění po uzavření dna, nicméně jejich účinnost nebyla prokázána. Vzhledem k tomu, že po uzavření spodního dna tunelu nedocházelo k žádným průhybům ostění díky pozitivnímu působení kruhového tvaru tunelu, nebylo nutné hledat opatření jiné než navýšení velikosti výrubu pro zachování průjezdného profilu a zvednutí projektované nivelety tunelu.

S nárůstem nadloží vznikaly však boční deformace stěn kaloty a opěří před uzavřením dna tunelu. Dno kaloty muselo být zajištěno provizorní protiklenbou, která působí jako rozpěra, zpomaluje vývoj deformací po vyražení kaloty tunelu a působí jako stabilizační prvek při hloubení spodní klenby tunelu. Protiklenba je navržena jako přechodný stabilizační prvek, který nebyl navržen na plné horninové zatížení a je vybourán a nahrazen kruhovým tunelovým ostěním v blízkosti čelby kaloty ještě před tím, než naběhlo plné horninové zatížení.

HLEDÁNÍ ÚČINNÝCH OPATŘENÍ
Pro zastiženou geologii v tunelu Žilina byly diskutovány a porovnávány různé druhy opatření. Velmi nízké hodnoty geotechnické parametry hornin v jednotlivých geotypech spolu s projevy nestabilního chování si vyžádaly aktivaci dodatečných opatření v podobě dodatečných vystrojovacích prvků, zesílení ostění atd. Porovnávány byly také varianty s vertikálním členěním výrubu tunelu. Tato varianta však při ražbě tunelu prozatím nebyla použita s obavy projektanta před zvýšením celkové deformace tunelu, kterou by způsobovalo postupné rozfárání celého profilu na několik menších profilů. Účinné opatření bylo hledáno cestou změny geometrie tvaru ostění ve tř. 8 a zlepšení pevnostních a deformačních parametrů samotné horniny.

Standardní prvky jako IBO deštníky a IBO kotvy pro zajištění nesoudržné čelby byly neúčinné, proto bylo nutné návrh na zajištění čelby modifikovat a přijmout nová opatření. Bylo provedeno několik zkušebních injektáží a to jak cementových tak i chemických, vzhledem však k velkým spotřebám a k problematické průkaznosti injektáží byla hornina zvětralého jílovce deklarovaná jako neinjektovatelné médium, a to především díky výrazným rozdílům v propustnosti horniny v tektonických zónách a mimo ně.

Sdružení zhotovitelů dospělo k závěru, že jediné efektivní řešení jak zajistit soudržnost horniny je alespoň částečně vyměnit horninu v předpolí tunelu za jiný materiál. Před ražbou kaloty tunelu byly realizovány vrty ø 150 mm osazené sklolaminátovou kotvou a vyplněné cementovou zálivkou. Kotvy byly vrtané na cementový výplach.
Počet čelbových kotev se zvýšil na více než na desetinásobek z původně plánovaného počtu 7 ks IBO kotev na 90 kotev a průměr vrtů kotev se zvětšil z 50 mm na 150 až 170 mm. Testovány byly také horizontální tryskové injektáže. 

Zahuštění kotev v čelbě a výměna horniny ve vrtech ø 150 mm za cementovou zálivkou však stále nebylo dostatečné, aby spolehlivě zastavilo vypadávání horniny v horní části čelby, což nadále ohrožovalo stabilitu IBO deštníků a tedy i stabilitu výrubu v přístropí a nezajišťovalo bezpečnou práci při ražbě.

IBO deštníky a původní IBO kotvy v čelbě musely být vrtány na vzduch, neboť vrtání na vodu nebylo v jílové hornině žádoucí. Nicméně díky nízké pevnosti horniny i vrtání na vzduchový výplach mělo negativní účinky na chování horniny tím, že vedlo k rozrušení horniny a jejímu nakypření.

Díky nejistotám s kvalitou vrtání a následnou problematickou injektáží IBO deštníků bylo po dohodě s klientem rozhodnuto o výměně čtyřvrstvého IBO deštníku za jednovrstvý mikropilótový (MKP) deštník ve VT 8/6 – 8/9 NRTM. MKP deštník je vrtán na cementový výplach a tlakově injektován skrz ventily rozmístěné 500 mm od sebe po celé délce pilot. Zároveň účinek injektáže sklolaminátových kotev v horní části čelby byl posílen osazením trubky s obturátory pro manžetovou etážovou tlakovou injektáž ve vzdálenostech 1,0 m podél kotev.

Přestože horninový masív byl shledán jako neinjektovatelný, spoléhalo se na pozitivní účinek tlakové injektáže, která vysokým tlakem vytvořila pukliny v okolní hornině a vyplnila je injektážím materiálem a tlakem stlačila okolní horninu. Tím došlo ke zkompaktnění horniny a ke zvýšení její nepropustnosti nejen po obvodu deštníku ale také v horní části čelby. MKP deštník v předstihu čelby a etážová injektáž v čelbě tímto způsobem dosáhly toho, čeho bylo těžké dosáhnout u IBO deštníku a IBO čelbových kotev. Deštníky byly totiž instalovány, aniž by rozrušily masiv, pomocí kontrolovatelné tlakové injektáže zlepšily pevnostní a deformační vlastnosti horniny a významně omezily přítoky podzemní vody.

Zlepšování hornin na čelbě, aby bylo účinné, je však uskutečňováno za cenu významného zpomalení postupu ražeb. Injektáže jsou prováděny střídavě a opakovaně v časových odstupech, aby bylo umožněno tuhnutí injektáže a bylo dosahováno maximálního předepsaného tlaku 20 bar. Injektáže probíhají bez přerušení 4 až 5 dní a společně s instalací MKP deštníku a čelbových kotev tyto operace na čelbě probíhají 10 až 11 dní. To znamená, že zajištění čelby určuje rytmus stavby tunelu Žilina a zabírá téměř polovinu produktivního času ražby tunelu ze západního portálu. Spolu s krátkými záběry a uzavíráním dna v blízkosti čelby tak je dosahováno pomalých postupů v rozmezí 8 až 14 m tunelu za měsíc.

Pomalé postupy poukázaly na výjimečnost fyzikálně mechanických vlastností hornin a mimořádných geologických podmínek tunelu Žilina. Nestabilní chování horninového masivu si vyžaduje důkladnou pozornost stavbařů a projektantů a pomalé postupy ražeb jen odpovídají počtu a časové náročnosti nutných zajišťovacích opatření. V takové situaci zrychlení postupů ražeb ze západního portálu, mohlo být uskutečněno jedině zlepšením geologie, které bylo sice očekáváno s narůstající zahloubením tunelu cca 100 m od západního portálu, které se však doposud nedostavilo. Z tohoto důvodu sdružení přistoupilo, jak již bylo zmíněno k zahájení ražeb tunelu Žilina z východního portálu, kde geologie prozatím splňuje očekávání a tím přispívá k zastavení negativního trendu časového skluzu v harmonogramu výstavby tunelu.

ZÁVĚR
Tunel Žilina se díky neočekávaným nepříznivým geologickým podmínkám stal nejlepším příkladem uplatnění observační metody v rámci tunelování metodou NRTM. Řešení pro stabilizaci čelby a opatření pro zajišťování stability ostění jsou určovány na základě pozorování chování masívu a měření deformací ostění. V době vydání toho článku je dokončeno cca 50% z celkové délky ražeb tunelu. Podmínky pro ražbu tunelu Žilina s nutností realizovat masivní zajištění profilu jsou i s porovnáním s tunely realizovanými po světě opravdu mimořádné. Zvýšené úsilí vyrovnat se s rozdílnými geotechnickými podmínkami znamená použití časově náročných technologií, které vyžaduji zvýšené náklady a prodloužení postupu ražeb.

Snahou objednatele a zhotovitelů firem Doprastav a. s. a Metrostav a. s. je i v takto mimořádných podmínkách dokončit výstavbu tunelu spolu s dokončením této části dálnice D1. Toto snaha vyžaduje opravdu mimořádné zapojení objednatele stavby a jeho staveních dozorů, což se také daří.

Stavět tunel v těžkých geologických podmínkách vyžaduje nejen dobré znalosti a zkušenosti z geologie, geotechniky a statiky tunelových konstrukcí, ale především umění skloubit tyto znalosti s talentem pozorování odezvy horninového masivu a tunelové konstrukce pro zajištění bezpečnosti stavby.

LITERATÚRA:
[1] Projektová dokumentácia tunela Žilina. Basler & Hofmann Slovakia, s. r. o.
[2] Inžinierskogeologický prieskum tunela Žilina. Súťažné podklady, NDS, a. s.
[3] Diaľnica D1 Hričovské Podhradie – Lietavská Lúčka Tunel Žilina – západný portál, Doplnkový inžinierskogeologický prieskum 2015

The Žilina Tunnel on D1 Highway Section Hričovské Podhradie – Lietavská Lúčka
In November 2014, the construction of one of the two tunnels – Žilina tunnel on the D1 Highway section Hričovské Podhradie – Lietavská was initiated. After excavating and securing the western portal of the tunnel, tunnelling of the northern tunnel tube started, secured by a protective structure, a so-called “turtle”. At that time, nobody knew that the geological environment in which the tunnelling would be performed would be very complicated. At the time this article was issued, approximately one half of the tunnel had been dug. However, the procedure and organization of the tunnel construction had to be changed. The contractual parties agreed on tunnelling from the eastern portal as well, which was carried out at the end of October 2015. Thanks to the acceptance of this change it was at least partially possible to eliminate the deadline risk related to the completion of the tunnelling, resulting from the complicated geological environment found out during the tunnelling from the western portal. The article presents the execution of the Žilina tunnel and describes the principles having been accepted when designing the project of the tunnel, which was executed according to the FIDIC Yellow Book, as well as the set of measures which had to be implemented in response to the extraordinary adverse geological conditions found out during the tunnelling from the western portal.

Autoři

• Ing. Cyroň David
• Rössler Karel
• Sibet Stanislav
• Korba Andrej
• Valka Martin
• Zwilling Róbert