Mosty u Jablunkova — Během neděle 15. 11. 2009 jsme informovali o mimořádnosti na mezinárodní trati 320 (Bohumín – Čadca), která v současnosti prochází rozsáhlou modernizací. Několikahodinové přerušení provozu zde způsobil dva sesuvy zeminy do právě rekonstruovaného železničního tunelu. Stalo se tak v době, kdy jeden z nejzajímavějších úseků historické Košicko–bohumínské dráhy prochází sérií úprav, na jejichž konci dva typické tunely zcela změní svou podobu. Oba přitom mají za sebou dlouhou historii, která může přinášet otázky technické bezpečnosti a možných dalších rizik při výstavbě podobných dopravních staveb. Podívejme se tedy stručně na historii jablunkovských tunelů i na faktory a problémy, které konstrukci tunelů obecně ovlivňují.

Více než století železniční dopravy

Úsek Český Těšín – Žilina dnešní tratě 320, stavěný v rámci Košicko–bohumínské dráhy v letech 1869–71, zahrnoval i dva tunely o délce 607 m. Jablunkovský tunel č. I (tunel Kalchberg) byl postaven v roce 1870, tunel č. II byl otevřen až v roce 1917 (stavba započala v roce 1914). Na počátku 2. světové války v roce 1939 byla v obou tunelech odpálena nálož, což vedlo k závalu prolomením nadloží a propadu státní silnice, vedené nad tunelem. Již v roce 1940 však bylo nadloží doplněno a zničené ostění tunelu opraveno. V dalších letech byly v rámci oprav některé pasy přestavěny.

Jablunkovský tunel č. I je dlouhý 606,58 m, tunel č. II pak 608,2 m. Jedná se o tunely vrcholové s maximálním sklonem 8,1 ‰ a vedené v přímé linii. Nadloží dosahuje až 24 m.

V současné době probíhá projekt optimalizace trati st. hr. SR , která je součástí II. multimodálního koridoru. Stavba byla zahájena 26. října 2007 a realizuje ji Sdružení SRB, zastoupené společnostmi Subterra, OHL ŽS a TCHAS. Stavba by podle původního záměru měla být dokončena 21. února 2011; je však otázkou, zda technický problém ze dne 15. 11. 2009 nepovede zúčastněné strany ke změně konečného termínu.

V územně–technické studii se uvažovalo o přestrojení obou tunelových tubusů do podoby dvou nových jednokolejných tunelů. Vyžadovalo by si to třeba odstranění stávajícího ostění, rozšíření profilu a následné zbudování nového ostění. Projektanti Metroprojektu Praha však přišli s řešením, podle něhož tunel č. II bude přestavěn na tunel dvojkolejný. Na žádost Hasičského záchranného sboru Moravskoslezského kraje nakonec zůstane zachován i tunel č. I, jenž bude sloužit jako úniková štola v případě mimořádných událostí.

Nově řešený dvoukolejný tunel bude mít délku 612 m a bude vybaven únikovou štolou. Jeho směrování je přímé; maximální stoupání k vrcholu však nepřesáhne sklon 2 ‰ a tunel je navržen se spodní klenbou po celé délce. Ražená část délky 588 m bude budována dle zásad Nové rakouské tunelovací metody. Projekt předpokládá rozpojování horniny s použitím trhacích prací, převážně při demolici ostění současného tunelu. Měkčí partie jílovců budou rozpojovány mechanicky. Ražba je navržena po dílčích výrubech, v podélném směru je členěna po 12m pásech.

Co tunely ohrožuje a s čím se musí počítat

Při stavbě tunelů jsou vždy důležité geologické a hydrogeologické poměry. V materiálech této konkrétní stavby si kromě jiného můžeme přečíst klíčovou informaci pro hodnocení náročnosti probíhající stavby: „Podloží severozápadní části zájmového území je tvořeno horninami slezské jednotky křídového stáří, převážně istebňanské pískovcové vrstvy. V jihovýchodní a východní části lokality je předkvarterní podloží budováno paleogenními krosněnskými vrstvami vápnitých pískovců a jílovců. V jižní části lokality se nacházejí převážně jílovce s proplástky pískovce. Styk vrstev istebňanskýcch a krosněnských je tektonický, zlom prochází sedlem podélně přibližně rovnoběžně s osou tunelu. Tunelové trouby leží v celé své délce v paleogenním podloží, tvořeném převážně jílovci se sporadickými vrstvami prachovců a ojedinělými proplástky pískovců. Pokryv tvoří 2 až 6 m silná vrstva jílovitých hlín, jílů, navážek a písků s úlomky, která je zavodnělá až nad úroveň styku s podložím.“ A právě popisovaný flyšový komplex je pro podzemní stavby problematickým místem: jedná sa totiž o typicky sesuvné území.

Jak může sesuv půdy do tunelu proběhnout? Snad nejlépe se dá situace vysvětlit na příkladu vícepodlažního domu. Každá taková stavba má strop ve formě nějaké "desky" (pro stavaře nosníku) a určitého materiálu (panel, tvarovky hurdis, dřevěné desky, ocelová konstrukce…). Volba materiálu rozhodne hlavně o jeho únosnosti — v bytovém domě se obvykle počítá s nosností stropu 300 kg/m2; v objektech, kde dochází k velkému shromažďování lidí, se stropy běžně dimenzují na 600 kg/m2, a v budovách, které jsou výrobní a je v nich umístěna nějaká technologie, může být strop nadimenzován třeba až na nosnost 3 000 kg/m2.

Každý nosník se přitom při zatížení prohne — říká se, že když na most sedne moucha, tak se most prohne (je jen otázkou měřicích přístrojů, abychom tento průhyb uměli zaznamenat). Tak se při každém zatížení prohne stropní konstrukce. Ale protože je pružná (do určité míry), tak se po odstranění zatížení vrátí do původního stavu. Při vyšších zatíženích může dojít až k trvalé deformaci (zejména u ocelových konstrukcí) — to ale většinou nemá výrazný vliv na statickou únosnost konstrukce, jež je i nadále stabilní. Pokud ale je zatížení výrazně vyšší, než na co byla stropní konstrukce spočítána, dojde k jejímu přetížení, použitý materiál dané zatížení „neunese“ a dojde k destrukci konstrukce — strop se zřítí. Přetížení konstrukce je samozřejmě jenom jeden z několika důvodů, proč (občas) konstrukce padají. K porušení statických principů může dojít i jinak – třeba nevhodným zásahem do konstrukce, vytvořením otvoru, prostupu, porušením výztuže prvku (vzpomeňte si třeba na nedávné zřícení domu v Soukenické ulici v Praze), nebo změnou únosnosti konstrukce např. nahřátím při požáru (požár na pražském Výstavišti).

U domu přenáší zatížení do sloupů či nosných stěn strop; u tunelu to je ostění, tedy „stěna kolem díry“. Pokud je strop namáhán zatížením všech věcí na něm položených, pak je ostění zatěžováno vahou zeminy nad tunelem, jejíž mocnost může být několik metrů, ale také několik desítek metrů. V zimě pak musíme přičíst i sníh… Máte představu, kolik váží 1 m3 obyčejné zeminy? A když na stěnu tunelu působí tíha zeminy o mocnosti třeba 15 m?

Pokud se pustíte do stavby domu, je to vcelku jednoduché: až konstrukce vyzraje, dům zabydlíte a zatížíte stropy vybavením. U tunelu je to však poněkud složitější — tam se v některých případech chce, aby ostění plnilo svou funkci okamžitě. Pro tuneláře je nejpříjemnější, pokud razí tunel v jednolitém skalním masivu. Jde to sice pomalu, vyžaduje to speciální technologie pro vrtání skal, ale mají zase obrovskou výhodu: skála kolem je pevná, tvrdá a přenese tíhu okolní zeminy, takže se nemusí řešit složitě zpevňování stěn. Nepříjemnosti mohou nastat na styku různých geologických vrstev, kde se mění jeden typ skály na jiný materiál (vrstvy po sobě mohou klouzat, mohou být nestabilní). Pokud je to ale pořád pevná hornina, je vše více-méně snadně řešitelné.

Občas je však nutno stavět tunel v místech, kde geologické poměry nejsou nejvhodnější. Třeba léta připravovaná výstavba metra v Bratislavě je pěkný technologický oříšek, když v okolí Dunaje převažují nezpevněné tekuté písky. Pokud je třeba v takových podmínkách stavět, je nutno si nejdříve „připravit půdu“ – okolí budoucího tunelu zpevnit (např. injektážemi – navrtat a nastříkat speciální směs, která ve vrtu zatuhne; uvažovalo se dokonce o zmražení tekutých písků). Postup výstavby tunelu v každém případě musí vycházet z precizně provedeného inženýrsko–geologického průzkumu, který přesně definuje, v jakých zeminách/horninách se tunel bude stavět. Podle toho musí projektant zvolit nejvhodnější způsob výstavby tak, aby v každém okamžiku byla přenesena tíha okolní zeminy, která na „tunel“ působí.

(Vraťte se do dětství, kdy jste stavěli hrad z písku a chtěli jste v něm mít tunel. V suchém, málo uplácaném písku se vám tunel nepovedl. Pokud jste použili písek vlhčí dostatečně jste jej „zhutnili“, tunel pod hradem se povedl.) Existuje spousta metod, jak okolí budoucího tunelu zpevnit — jejich přehled lze dohledat v odborné literatuře i na internetu.

Dalším nepříjemným faktorem při navrhování tunelu je voda. I ta nemálo komplikuje práci stavařů. Může se jednat o vysokou hladinu vody podzemní nebo o průsaky vody z povrchu, kdy je tunel např. veden v údolí či ve svahu a povrchová voda nad ním „stéká“. Pak zase musí projektanti řešit izolování tunelu, jeho odvodnění – jak při stavbě, tak při provozu. Měkké horniny, pokud jsou zavodněné, se navíc chovají jinak než za sucha – tečou, klouzají…

Jablunkov - složité stavební podmínky

Inženýrsko–geologické podmínky pro stavbu tunelů v okolí Jablunkova rozhodně patří k těm problematičtějším, o čemž vypovídá i popis postupu výstavby, jak jej prezentovali pánové Ing. Ota Jandejsek a Ing. Jiří Mára:

„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.

Při výstavbě se pravidelně prováděly kontrolní vrty, prověřovala geologie, byly upřesňovány parametry zemin, se kterými se stavaři při stavbě setkají. Toto postupné zpřesňování vedlo nakonec ke změně původního projektu – dnešní podoba počítá s využitím záporových stěn se 4, resp. 5 řadami ocelových převázek kotvených pomocí soustavy lanových kotev.

K nějaké nepředvídané události, kdy třeba „stěna kolem tunelu“ nevydrží tlak okolní zeminy (té může být nad tunelem více než 10 m), dojde k jejímu prasknutí. To může být malé a v rámci stavby se podaří ihned zacelit, ale může být i většího rozsahu, kdy není možný okamžitý technický zásah. Pak dojde k nechtěnému – do tunelu se nasype zemina, která měla zůstat nad ním. A musí se hledat technická řešení dalšího postupu práce. Protože mimořádná událost v tunelu už v minulosti byla, byl upraven technologický postup. Nejprve se razí kalota – to je vrchní část tunelu. Podle geologických poměrů se postupuje jedním ze tří postupů:

• Ražba kaloty (= přístropní část tunelu) v plném profilu s okamžitým uzavíráním protiklenby, tedy vytváření uzavřeného prstence v co nejkratším časovém horizontu.
• Další možnost představuje vertikálně dělenou čelbu kaloty na levou a pravou dílčí část s postupným uzavřením protiklenby.
• Technologie postupu výstavby 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.

Tímto článkem nechci ani v nejmenším spekulovat o příčinách zřícení tunelu u Jablunkova – to přenechám odborníkům. Pouze se vám čtenářům snažím, na požádání kolegů, trošku více přiblížil problematiku konstrukce podzemních staveb a zásadní komplikace, které s sebou tyto projekty přináší.

Zdroje: Historie Košicko-bohumínské dráhy, Tunel – č. 4/2006, Rekonstrukce Jablunkovských tunelů (PDF), Metroprojekt informuje – č. 1/2009 (PDF), Subterra - Optimalizace trati st. hr. SR – Mosty u Jablunkova – Bystřice nad Olší, Silnice Železnice - Tunel Jablunkov – zhodnocení geotechnických rizik přestavby železničního tunelu; autorský text: Vlad, předmluva: Josef Petrák; foto: Railman, Payus, O. Jandejsek