Diagnostika a príprava rekonštrukcie bývalého železničného tunela pri Ožďanoch

Na území Slovenska boli za posledných 20 rokov zrušené štyri železničné trate patriace pod správu Železníc Slovenskej republiky (ŽSR). Ako hlavný dôvod zrušenia je uvádzaný vo väčšine prípadov nezáujem o prevádzkovanie dopravy na trati zo strany dopravcov a ich nevyhovujúci technický stav. Táto situácia komplikuje životy najmä občanom menších obcí, ktorí túto dopravu často využívali v minulosti a dnes sa musia spoľahnúť len na autobusovú dopravu, prípadne individuálnu automobilovú dopravu. Tieto staré, už nevyužívané trate postupne rýchlo zarastajú vegetáciou a sú odsúdené na úplný zánik. S požiadavkami na ekologickosť dopravy a zvyšujúcimi sa nárokmi na ochranu životného prostredia môžu tieto trate dostať druhú šancu vo forme cyklistickej infraštruktúry, ktorá môže slúžiť nie len na presun, ale aj na oddych. To si vyžaduje rozsiahlu rekonštrukciu a prebudovanie celej trate tak, aby vyhovovala normám pre cyklistickú infraštruktúru, vrátane rekonštrukcie všetkých objektov na trati ako sú mosty a priepusty. Vedenie cyklotrás cez tunely je na Slovensku veľkou raritou a ich počet je veľmi malý. Novo budovaná cyklotrasa Rimavská Sobota – Poltár sa zaradí medzi tieto rarity a bude vedená starým, približne 160 metrov dlhým železničným tunelom. Bude to prvá cyklotrasa na Slovensku, ktorá povedie cez bývalý nevyužívaný železničný tunel. Na účely zrealizovania takéhoto projektu je nutné vykonať diagnostiku a navrhnúť vhodný spôsob rekonštrukcie na ďalšie predĺženie životnosti.

Železničný tunel v Ožďanoch bol vybudovaný na trati č. 175 Rimavská Sobota – Poltár rakúskou tunelovacou metódou a bol uvedený do prevádzky v roku 1912 [1]. Tunel bol budovaný postupne podľa schémy na následujúcom obr., so začiatkom s razením spodnej smerovej štôlne (1), z ktorej sa prešlo zálomom (2) ku stropu, kde sa vyrazila horná štôlňa (3). Z nej sa potom rúbalo do strán a do hĺbky na šírku celej kaloty. Práce boli organizované postupne po pásoch – pracovných záberoch –, pravdepodobne na šírku jedného segmentu dlhého 6 m, so stálym doplňovaním výdrevy. Celkový počet segmentov je 26. Po vyrúbaní kaloty sa prerazila stropná časť medzi hornou a spodnou štôlňou a horná časť výdrevy sa podoprela zdola stĺpmi. Následne sa prešlo k výlomu celého profilu (5) a beto­náži základov k záveru klenby (6 – 8).

V ostení boli počas jeho betonáže vynechané odvodňovacie otvory, nakoľko v minulosti neexistovali technologické postupy a vhodné materiály na izolovanie ostenia, ktorými mohla voda odtekať z priestoru za ostením. Tunel bol navrhnutý ako jednokoľajový a z dôvodu bezpečnosti sa v tuneli nachádzajú celkovo štyri výklenky cca v jeho tretinách dĺžky. Pri vstupných portáloch tunela sa nachádzajú gravitačné betónové oporné múry s krídlami dĺžky 9,2 až 10,6 m. Dĺžka tunela je okolo 160 m.

Diagnostický prieskum sa vykonal len v rozsahu podľa zadania a finančných možností investora, aj keď vzhľadom na dĺžku tunela a rozsah porúch by si prieskum vyžadoval väčší objem prác. Podrobné zameranie tunela sa uskutočnilo v prvej polovici roku 2019 a bolo realizované firmou ProPonti v spolupráci s Katedrou betónových konštrukcií a mostov a Katedrou geotechniky STU v Bratislave. Od doby zrušenia železničnej trate č. 175 Rimavská Sobota – Poltár v roku 2000 stihol tunel zarásť vegetáciou a bolo problematické sa k nemu vôbec čo i len dostať. Pre účely rekonštrukcie tunela (aj z dôvodu prístupu pre mechanizmy) bude potrebné odstrániť nežiaducu vegetáciu a náletové dreviny, ktoré postupne rozrušujú betón krídel tunela a vstupných portálov.

Hlavným cieľom prieskumu bolo stanovenie orientačných mechanických vlastností betónu ostenia a lokalizácia jeho porúch, nakoľko sa predmetný tunel stane súčasťou novej plánovanej cyklotrasy. Pri diagnostickom prieskume bola za ostením zistená poloskalná hornina – prachovce – a naplánovali sa dva overovacie geologické vrty dĺžky 30 m cez nadložie až do hĺbky 6 m pod dno tunela. Vrty overili geologickú skladbu podložia v bezprostrednej blízkosti tunela, ktorá nebola dostupná v žiadnych dokumentoch ani archívoch. Vrty boli vykonané začiatkom roka 2020 po vytýčení polohy ropovodu a plynovodu, ktoré vedú v tesnej blízkosti tunela. Geologické vrty potvrdili pod ílovou vrstvou výskyt prachovcov (R5).

Rozmery tunelovej rúry boli zamerané geodeticky vo viacerých profiloch v rozostupoch po 10 m. Hrúbka ostenia tunelovej rúry bola zameraná cez odvodňovacie otvory na šiestich segmentoch pri spodnej časti kaloty, vo výške približne 3 m, pričom priemerná hrúbka ostenia kaloty dosahovala 600 mm s odchýlkou ±50 mm. Hrúbka kaloty vo vrchole klenby nebola overená, avšak predpokladá sa rovnaká hrúbka ako v miestach odvodňovacích otvorov, čo čiastočne potvrdil aj dodatočný vrt zhotovený približne v tretine výšky kaloty. Hrúbka ostenia sa overila aj v spodnej časti tunelovej rúry, zhruba na úrovni pô­vodného koľajového lôžka (priemerne 1 200 mm s odchýlkou ±100 mm). Na overenie hrúbky ostenia v priestore medzi odvodňovačmi sa zhotovili tri vŕtané prieskumné sondy priemeru 14 mm vo výške približne 1,3 m nad úrovňou koľajového lôžka. Nedeštruktívne metódy zisťovania hrúbky ostenia pomocou ultrazvukovej odrazovej metódy sa nerealizovali, nakoľko betón ostenia nie je rovnomerne zhutnený a navyše v prípade poloskalnej horniny za ostením je táto metóda veľmi nepresná a jej výsledok by bol prinajlepšom len informatívny.

Nedeštruktívne merania pevnosti betónu pomocou Schmidtovho tvrdomeru typu N sa vykonali na tunelových segmentoch č. 3, 10, 19, 20 a 21 vždy na troch miestach na jednom segmente, z ktorých sa následne určila orientačná priemerná hodnota pevnosti betónu v tlaku daného segmentu (niektoré vybrané hodnoty sú pre ilustráciu uvedené v tab. 1). Deštruktívne metódy zisťovania mechanických vlastností betónu sa vykonali v hydraulickom lise v laboratóriu STU v Bratislave na šiestich jadrových odvrtoch priemeru 104 mm.

Priemerná pevnosť v tlaku zistená in situ Schmidtovým tvrdomerom (bez predošlej kalibrácie na jadrových vrtoch) sa pohybovala v intervale 29,7 až 41,7 MPa, avšak valcová pevnosť, ktorá sa následne stanovila laboratórne na jadrových vrtoch, dosahovala v skutočnosti len 8,5 až 15,2 MPa, s modulom pružnosti v intervale 9,5 až 25,5 GPa. Tento rozdiel v pevnosti betónu, stanovenej in situ nedeštruk­tívnou metódou a laboratórne na jadrových vrtoch, je možné pripísať nedokonalému hutneniu betónovej zmesi, ktorá je očividne kompaktnejšia na povrchu (pri debnení) ako vo vnútri betónového ostenia, a tiež aj skrytým kavernám (táto skutočnosť môže významne ovplyvniť aj snahu o kalibráciu nedeštruktívnych meraní cez súčiniteľ α). O zatriedení betónu tunelového ostenia rozhodovali skúšky na jadrových odvrtoch (finálne zatriedenie betónu ostenia bolo C8/10), nakoľko pevnosť stanovená nedeš­truktívne je z vyššie popísaného dôvodu zavádzajúca. Podobný ne­súlad výsledkov pevnostných parametrov betónu získaných nedeš­truk­tívne s výsledkami na jadrových vrtoch je pre takto staré konštrukcie bežným javom, a je preto vždy potrebné vykonať aj merania na jadrových vrtoch. Jadrové vrty potvrdili fakt, že ostenie tunelovej rúry je z prostého betónu, keďže ani jeden z vrtov nenarazil na výstuž ani vo väčších hĺbkach.

Zatriedenie valcovej pevnosti betónu vzoriek v tab. 2 bolo realizované podľa Adama Neville [7], nakoľko pevnosť niektorých vzoriek bola menšia ako 15 MPa. Z výskumných dôvodov sa vykonalo aj meranie hĺbky karbonatizácie betónu na jadrových vrtoch aj vo forme pos­tupného navŕtavania vrtákom priemeru 14 mm.

Z dôvodu rekonštrukcie tunelového ostenia bude potrebné pôvodný povrch betónu sanovať. Výber vhodného materiálu na sanáciu je podmie­nený súdržnosťou sanačného materiálu s pôvodným betónovým povrchom. Odtrhové skúšky sa však pre vysokú vlhkosť v tuneli a kondenzát na povrchoch nepodarilo uskutočniť. Epoxid sa na vlhký povrch nedokázal prichytiť a doštička aj s lepidlom často odpadla ešte pred meraním. S týmito skutočnosťami bude treba počítať aj pri návrhu sanačných opatrení a zohľadniť ich pri výbere vhodných sanačných hmôt. Pred samotnou realizáciou sanácie bude preto vykonaná nasledovná skúška, ktorá rozhodne o ďalšom postupe. Skúšobné miesto ostenia tunelovej rúry bude očistené vysokotlakovým vodným lúčom. Následne po aplikácii kryštalickej izolácie bude nanesený spojovací mostík a sanačná hmota, na ktorej sa vykonajú skúšky jej prídržnosti ku povrchu ostenia s dodržaním všetkých technologických postupov. Na základe tejto skúšky sa priamo zhodnotí vhodnosť použitia daného materiálu.

Vizuálna prehliadka tunela mala za cieľ odhaliť všetky viditeľné poruchy na vonkajších povrchoch a spresniť ďalší postup pre sanáciu, resp. vykonanie doplnkových meraní. Obzvlášť veľká pozornosť bola venovaná trhlinám, najmä tým nachádzajúcim sa vo vrchnej časti kaloty. Väčšina objavených trhlín bola ale neaktívna a inkrustovaná. Lokálne dochádza k rozpadu betónu vo vrchnej časti kaloty, a to najmä v segmentoch 11 až 20, ktorý je spôsobený silným zatekaním a dekalcifikáciou pôvodného betónového ostenia. Tieto miesta bude nutné zosilniť vystuženým prstencom zo striekaného betónu. Keďže prídržnosť povrchu je zlá, bude musieť byť tento prstenec kotvený do pôvodného ostenia pomocou vlepených kotiev vo forme nekorodujúcej oceľovej výstuže. Zosilnenie prstencom bude nutné aj v prípade oboch vstupných portálov tunela. V ich ostení sú viditeľné viaceré inkrustované trhliny šírky aj niekoľko milimetrov. K rozvoju trhlín v tejto oblasti napomáha výrazný výkyv teplôt, ktorý sa postupne smerom do tunela zmenšuje. Poškodenie ostenia portálov je značné na prvých 2 až 3 m od vstupu do portálu. Orientačná schéma tunela s číslovaním segmentov a rozsahom jednotlivých porúch je na následujúcim obr.

Vizuálna prehliadka tunela odhalila, že jeho malá časť je vymurovaná z tvárnic (len kalotová časť tunela), avšak dominantná časť tunela je z prostého betónu. Táto skutočnosť zrejme nebola spôsobená nedostatkom materiálu, ale pravdepodobne zrútením časti kaloty tunela v čase jeho výstavby a následným vymurovaním (skutočnosť, ktorá sa stávala veľmi často s veľkými stratami na životoch), nakoľko tento spôsob výstavby je jednoduchší ako betonáž. Dôvod, prečo je časť kaloty tunela vymurovaná, diagnostika neodhalila, ale práve vyššie popísaný dôvod môže byť pravdepodobnou príčinou.

Domurovaná časť kaloty tunela je zatečená, na murive sú viditeľné záclony a vlhké škvrny od tečúcej vody a vlhkosti. Lokálne, pravdepodobne ešte počas výstavby tunela, došlo k vypadnutiu niektorých murovacích prvkov, ktorých absencia bola nahradená betónom. K celoplošnému vypadávaniu murovaných prvkov však nedochádza, škáry medzi prvkami sú uzavreté, bez vypadávania malty, aj napriek silnému zatekaniu.

Na základe záverov z meraní bolo zistené, že opätovné sprevádzkovanie tunela si vyžiada rozsiahlu rekonštrukciu. Najskôr bude celý tunel očistený vysokotlakovým vodným lúčom s cieľom identifikovať a odstrániť miesta so slabým alebo porušeným betónom. Tieto miesta sa následne zasanujú vhodnou sanačnou hmotou, ktorej prídržnosť ku podkladu bude overená na skúšobnom mieste. Zatekanie murovanej časti spôsobuje dekalcifikáciu malty medzi murovacími prvkami, ktorá by mohla časom zdegradovať natoľko, že dôjde k jej vypadávaniu. Z toho dôvodu budú mesta, kde je kalota domurovaná, opatrené zosilnením vo forme striekaného betónu.

Keďže ostenie tunela silne presakuje, môže byť súdržnosť medzi sanačnou hmotou a betónom časom narušená. V takomto prípade sa bude vysprávka kotviť dodatočne vlepovanou výstužou. Pri oblastiach poškodenia s väčšou plochou ako 0,25 m² sa pridá vystuž sieťovinou z nekorodujúceho materiálu, pričom sieťovina bude kotvená do pôvodného ostenia. Aby sa zabránilo neželaným priesakom vody mimo systém odvodňovacích otvorov, bude na ostenie tunela aplikovaná kryštalická hydroizolácia. Hydroizolácia vo forme injektáže za ostenie tunela sa kvôli veľkému rozsahu a finančnej náročnosti zrejme realizovať nebude, príp. sa bude realizovať len v miestach, kde je kalota vymurovaná. Odvodňovacie otvory v pôvodnom ostení budú vyčistené, a aby nedochádzalo ku znečisťovaniu novo vytvorenej pohľadovej vrstvy ostenia tunela nekontrolovaným vytekaním vody, v ostení budú vytvorené drážky smerom nadol ku postrannému žľabu. Tieto drážky, ktoré budú dodatočne ošetrené proti účinkom stekajúcej vody, umožní riadené odtekanie vody z priestoru za ostením priamo do odvodňovacích žľabov.

Kritické miesta, kde dochádza k rozpadu a odpadávaniu betónu, budú zosilnené vytvorením sekundárneho ostenia zo striekaného betónu. Po celej dĺžke tunela sa odstráni železničný zvršok a steny tunela budú v oblasti jeho dna rozopreté železobetónovou doskou na zlepšenie statického pôsobenia ostenia, ktorá bude po povrchovej úprave slúžiť aj ako vozovka. Keďže sa bude tunel v budúcnosti využívať ako súčasť cyklotrasy, musia byť vytvorené odvodňovacie žľaby a bude pridané aj osvetlenie tunela. Počas budúcej prevádzky bude vytvorený servisný plán tunela s jeho pravidelnými kontrolami a monitoringom. 

Vzhľadom na finančné možnosti investora nebola diagnostika vykonaná v takom rozsahu, ako by to daná konštrukcia tunela vyžadovala, avšak už aj na základe zistených výsledkov bolo zjavné, že tunel na dnešné normy nevyhovie a bude nutné prijať inú stratégiu jeho ďalšej prevádzky. Nové sekundárne ostenie v celej dĺžke tunela, ktoré sa na začiatku štúdie pre územné rozhodnutie zvažovalo, bolo zamietnuté, keďže by vyžadovalo priveľký finančný obnos, a bude realizované len v najkritickejších miestach. Stratégia ďalšej prevádzky tak bude primárne založená na predpísaných, pravidelných, častých prehliadkach a na monitoringu tunela.

Jedným z podstatných záverov pre stavebnú prax, na ktoré chcel článok tiež poukázať, je aj veľký nesúlad medzi nedeštruktívnymi skúškami betónu s laboratórnymi meraniami na jadrových vrtoch. Rozdiel medzi pevnosťou v tlaku stanovenou nedeštruktívne a reálnou pevnosťou stanovenou na valcoch z jadrových vrtov môže byť aj niekoľkonásobný, čo sa potvrdilo už pri viacerých konštrukciách starších ako 100 rokov. Je preto v praxi neprípustné, aby sa betón takýchto starých konštrukcií zatriedil len na základe nedeštruktívnych meraní.

Ukončenie projekčných prác rekonštrukcie tunela sa očakáva koncom júna 2020 a stavebné práce by sa mali vykonať v rokoch 2021 a 2022. Pevne veríme, že sa podarí rekonštrukciu tunela dotiahnuť do zdarného konca a Ožďanský tunel sa tak stane prvým železničným tunelom na Slovensku, ktorý bude súčasťou novej cyklotrasy.