Tunel Višňové — nejdlhší cestný tunel na Slovensku

Tunel Višňové je časťou diaľnice D1 Višňové – Dubná Skala, ktorá je súčasťou západo-východného dopravného prepojenia diaľnicou v úseku Bratislava – Trnava – Trenčín – Žilina – Martin – Poprad – Prešov – Košice – Michalovce – Sobrance – štátna hranica SR/UA. Diaľnica zabezpečuje prepojenie medzi úsekmi diaľnicou D1 Lietavská Lúčka – Višňové a Dubná Skala – Turany. Orientácia trasy tunela podľa svetových strán je v osi západ – východ.

Tunel Višňové sa nachádza na území pohoria Malá Fatra (obr. 1). Malá Fatra je 55 km dlhé horské pásmo v severozápadnej časti Slovenska, rozprestierajúce sa na juhovýchod od Žiliny v línii hlavného oblúka Západných Karpát. Hlavný hrebeň smeruje od juhozápadu na severovýchod. Stred horského pásma je rozdelený korytom rieky Váh. Na tomto mieste vytvorila rieka 12 km dlhé úzke údolie známe pod menom Strečnianska tiesňava. Nadmorská výška horského pásma na trase tunela sa pohybuje v rozmedzí od 800 do 1300 m n. m.

Tunel Višňové je v súčasnosti nielen najdlhší cestný tunel na území SR (a zároveň dvojrúrový), ale zároveň aj najdlhší tunel na území SR vôbec, bez ohľadu na funkciu tunela. Jeho dĺžka je v osi pravej (južnej) tunelovej rúry 7 475,6 m a v osi ľavej (severnej) tunelovej rúry je to 7 432,91 m.

Do sprevádzkovania tunela Višňové bol najdlhší cestný tunel na území SR tunel Branisko s dĺžkou 4 975 m, ktorý sa nachádza na diaľnici D1 v úseku Beharovce – Fričovce. Je prevádzkovaný len ako jednorúrový s únikovou štôlňou a bol uvedený do prevádzky na začiatku tohto tisícročia. Čo sa týka dvojrúrových tunelov, tak tam boli do sprevádzkovania tunela Višňové v prevádzke podstatne kratšie tunely, z ktorých najdlhší bol tunel Ovčiarsko, ktorý sa nachádza na susednom úseku diaľnice D1 Hričovské Podhradie – Lietavská Lúčka a má dĺžku 2 367 m, čo je znamená, že tunel Višňové je viac ako 3× dlhší. Najdlhší železničný tunel na území SR je Čremošiansky tunel medzi Banskou Bystricou a Turčianskymi Teplicami, ktorý bol postavený ešte v prvej polovici minulého storočia a je dlhý 4 698 m.

Keď porovnáme tunel Višňové s tunelmi v okolitých krajinách, tak okrem Rakúska sa nenachádza dlhší dopravný tunel s výnimkou tratí podzemných mestských dráh (metro) ani v jednej z nich. Najdlhšie diaľničné tunely v okolitých krajinách nedosahujú ani polovičnú dĺžku tunela Višňové s výnimkou spomínaného Rakúska, kde je v prevádzke viacero dlhších tunelov, z ktorých najdlhší jednorúrový tunel je tunel Arlberg s dĺžkou 13 972 m sprevádzkovaný v roku 1978 a najdlhší dvojrúrový tunel je tunel Plabutsch s dĺžkou 10 085 m sprevádzkovaný ako jednorúrový v roku 1987 a ako dvojrúrový v roku 2004. V rámci našich susedov je prvenstvo pre Rakúsko dané hornatejším charakterom a rozvinutejšou cestnou sieťou v tejto krajine.

Tunel Višňové je komplexné podzemné dielo, ktorého koncepcia sa postupne vyvíjala v čase na základe meniacich sa podmienok, ktoré sa počas jeho prípravy a výstavby tiež vyvíjali.

Výsledná koncepcia tunelového komplexu je primárne tvorená dvoma samostatnými tunelovými rúrami pre každý smer jazdy v kategórii 2T‑7,5, výškou prejazdného prierezu 4,8 m, šírkou chodníkov 1 m a svetlou výškou nad chodníkom 2,2 m. Súčasťou tunelového komplexu je 29 priečnych prepojení medzi samotnými tunelovými rúrami, vetracia šachta, ktorá je s tunelovými rúrami prepojená vetracími kanálmi, a odvodňovacia štôlňa, do ktorej je zaúsťovaná rubová drenáž tunela a ktorá je prepojená s priečnymi prepojeniami 10 servisnými prielezmi.

Tunelové rúry boli vybudované v portálových častiach ako hĺbené tunely. Zvyšná dĺžka oboch tunelových rúr je tvorená razeným tunelom. Razený tunel bol budovaný dvoma technológiami, primárne technológiou ADECO-RS (Analysis of Controlled Deformation in Rocks and Soils) a menšia časť bola razená technológiou NRTM (Nová Rakúska Tunelovacia Metóda). Použité je štandardné dvojplášťové ostenie s medziľahlou hydroizoláciou a otvoreným hydroizolačným systémom. Profil tunela je pre územie SR neštandardne tvorený z dvoch základných priečnych rezov (vzhľadom na líc ostenia) a to priečnym rezom bez medzistropu a priečnym rezom s medzistropom (obr. 2).

Tento prístup vychádzal z pôvodnej koncepcie polopriečneho vetrania. Podľa nej mali byť prvé dve tretiny tunela odvetrávané vetracou šachtou, kým zvyšná tretina mala využívať vzduchotechnický kanál oddelený medzistropom (obr. 3).

Neskôr počas budovania tunela bola táto koncepcia prehodnotená a tunel má v konečnom riešení pozdĺžne vetranie a samotný medzistrop pre oddelenie vzduchotechnického kanála od dopravného priestoru nebol vybudovaný. Okrem základných priečnych rezov tunela sú v tunelových rúrach použité zväčšené profily v miestach núdzových zálivov, ktoré sú tiež dva typy: bez medzistropu a s medzistropom (obr. 2). Rovnako ako v základných profiloch medzistrop vybudovaný nebol, s výnimkou núdzového zálivu č. 3 v oboch tunelových rúrach.

Po dĺžke tunela je rozmiestnených celkovo po 10 núdzových zálivov v každej tunelovej rúre v maximálnej vzájomnej vzdialenosti 750 m. Núdzové zálivy v jednotlivých tunelových rúrach sú navzájom prepojené prejazdnými priečnymi prepojeniami. Profily núdzových zálivov sú po dĺžke tunela z hľadiska typu prierezu použité rovnako ako profily základných priečnych rezov s výnimkou núdzového zálivu č. 3 v oboch tunelových rúrach, v ktorom je použitý profil s medzistropom z dôvodu napojenia vetracích kanálov na tunelové rúry v mieste týchto núdzových zálivov.

Zaujímavosťou budovania sekundárneho ostenia v zálivoch č. 3 bola etapizácia realizácie ostenia. Z dôvodu použitia dvoch rozdielnych základných priečnych rezov bolo potrebné realizovať núdzové zálivy č. 3 iným pracovným postupom ako ostatné núdzové zálivy s týmto profilom. Dôvodom bolo, že priľahlé úseky tunela boli tvorené menším profilom tunela, čo znamenalo, že debniaci voz používaný pre profil núdzového zálivu s medzistropom nebolo možné bez rozobratia presunúť do núdzového zálivu č. 3. Z toho dôvodu bol v tomto úseku tunela použitý samostatný typ debnenia a každý blok bol realizovaný v troch etapách, keď sa zabetónovalo najprv ostenie približne do výšky ozubu pre medzistrop a až následne sa zabetónovala horná časť klenby (obr. 4). Po zrealizovaní všetkých blokov v núdzovom zálive č. 3 sa nakoniec realizoval medzistrop, ktorý na konci zálivov plynulo nadväzuje na susedné úseky tunela bez medzistropu.

Sekundárne ostenie tunela je vybudované celkom z 631 blokov v južnej tunelovej rúre a z 632 blokov v severnej tunelovej rúre. Štandardná a zároveň maximálna dĺžka bokov je 12 m a doplnkovo sú použité skrátené bloky rôznych dĺžok, minimálne 2,4 m.

Okrem portálových blokov sú všetky bloky súčasťou razeného tunela, to znamená, že v každej tunelovej rúre sú len dva bloky hĺbeného tunela, na každom portáli po jednom. Dĺžka všetkých štyroch hĺbených blokov je jednotná a to 8 m. Neštandardné je zasunutie blokov do razeného tunela, to znamená, že rozhranie medzi sekundárnym ostením razenej časti tunela a ostením hĺbeného tunela nie je na začiatku primárneho ostenia razeného tunela, ale je posunuté mierne do razeného tunela v rôznej dĺžke pre každý blok s maximálnou hodnotou zasunutia cca 2,5 m.

K zmene profilu (prechod na variant s medzistropom) dochádza od bloku S400 (severná rúra), resp. J399 (južná rúra).

V tuneli sa nachádzajú tri typy výklenkov. Najmenší typ výklenku je výklenok typu CV pre čistenie drenáže, následne je použitý združený výklenok typu SOS, v ktorom sa nachádza SOS kabína, čistiaca šachta drenážneho odvodnenia a hydrant a najväčší typ výklenku je RV resp. AV výklenok, kde sú okrem čistiacej šachty drenážneho odvodnenia umiestnené aj redukčné ventily protipožiarneho vodovodu (RV) a vzdušníky (AV). Na začiatku každého núdzového zálivu sa nachádza SOS kabína.

Pre sekundárne ostenie razeného tunela je použitý betón a výstuž nasledovných základných parametrov:

Pre úsek tunela do 600 m od portálu je použitý betón s triedami vplyvu prostredia XF4, XC3 a v ostatných častiach tunela je použitý betón triedy XF2, XC3. Minimálne krytie výstuže je 40 mm na strane dopravného priestoru.

Pre základové pásy hĺbených blokov tunela je použitý betón triedy C30/37 – XC4, XD2, XF2, XA2(SK) – Cl0,2 – Dmax₁₆ – S4 a pre horné klenby hĺbeného tunela je použitý betón triedy C35/45 – XC4, XD3, XF4(SK) – Cl0,2 – Dmax₁₆ – S4.

Požiarna odolnosť konštrukcie bola stanovená ako pre cestný tunel kategórie 1 podľa TP 11/2011 Protipožiarna bezpečnosť cestných tunelov.

Minimálna hrúbka betónu hornej klenby je 300 mm v základnom priečnom reze, 450 mm v profile núdzového zálivu a 350 mm na portálových blokoch. Prevažná väčšina blokov sekundárneho ostenia tunela je zhotovená z prostého betónu, z vystuženého betónu sú len bloky v nepriaznivejších geologických pomeroch, teda hlavne v priportálových oblastiach, v miestach tektonických porúch a samotné bloky hĺbeného tunela. V blokoch z prostého betónu bolo použité konštrukčné vystuženie na obmedzenie trhlín v základových pásoch a na vnútornom povrchu vrcholu klenby, ale iba v niektorých častiach tunela a v časti tunela, kde bolo pôvodne uvažované použitie medzistropu, sú vystužené ozube pre osadenie medzistropu.

V tuneli je vybudovaných celkovo 29 priečnych prepojení. Špecifikom priečnych prepojení v tuneli Višňové je, že ich výškové vedenie nie je vždy priame z jednej tunelovej rúry do druhej. Z dôvodu preklenutia odvodňovacej štôlne bolo nutné niektoré priečne prepojenia viesť v stúpaní v smere od tunelových rúr k vrcholovému zlomu nad odvodňovacou štôlňou (obr. 5). Táto úprava je výrazná najmä v priečnych prepojeniach v blízkosti portálových oblastí, kde nebolo možné niveletu tunela upraviť tak, aby bola v dostatočnom výškovom rozdiele vzhľadom na niveletu odvodňovacej štôlne.

Z hľadiska priečneho usporiadania priečnych prepojení sú použité tri typy priečneho rezu (obr. 4). Najmenší profil je použitý na priečnych prepojeniach typu PP-CH, ktoré slúžia iba ako úniková cesta pre peších. Tento typ profilu je použitý celkom na 19 priečnych prepojeniach, ktoré prepájajú tunelové rúry mimo núdzových zálivov v štandardnom profile tunela.

Stredne veľký profil je okrem prechodu peších medzi tunelovými rúrami určený aj pre prejazd vozidiel záchranných zložiek a situovaný je ako spojnica núdzových zálivov medzi oboma tunelovými rúrami s výnimkou núdzových zálivov č. 3, č. 6 a č. 8. Tento typ priečneho prepojenia je označený ako PP-OV‑T. Celkovo je v tuneli sedem priečnych prepojení tohto typu a v každom z týchto prepojení sa nachádza menšia technologická miestnosť, v ktorej je osadené technologické vybavenie tunela.

Najväčší profil je použitý na prepojeniach medzi núdzovými zálivmi č. 3, č. 6 a č. 8. Je to typ PP-OV-T-TS a vyznačuje sa tým, že okrem toho že je toto priečne prepojenie prejazdné, tak technologické miestnosti sú po celej dĺžke týchto priečnych prepojení. Geometria vnútorného obrysu priečneho rezu tohto typu prepojenia vychádza z geometrie typu PP-OV‑T. Použité sú rovnaké oblúky, pričom vo vrchole je pridaný priamy úsek, ktorý zväčšuje šírku priečneho prepojenia.

V priečnych prepojeniach boli použité betóny rovnakých špecifikácií, ako v tunelových rúrach.

Minimálna hrúbka betónu hornej klenby je 250 mm pre typ PP-CH a 300 mm pre typy PP-OV‑T a PP-OV-T-TS. Tak ako pri samotných tunelových rúrach je väčšina sekundárneho ostenia priečnych prepojení zhotovená z prostého betónu, z vystuženého betónu sú štandardne zárodky priečnych prepojení a len niekoľko blokov v horších geologických pomeroch. V blokoch z prostého betónu bolo použité konštrukčné vystuženie na obmedzenie trhlín v základových pásoch, ale iba v niektorých častiach tunela.

V mieste kríženia s odvodňovacou štôlňou boli v prípade nízkeho nadložia (PP1 a PP27) medzi odvodňovacou štôlňou a priečnym prepojením vystužené základové konštrukcie, čo bolo konštrukčne najjednoduchšie riešenie prenosu zaťaženia z horných klenieb vzhľadom na to, že horné klenby v týchto priečnych prepojeniach nie sú vystužené, a aj vzhľadom na to, že nad odvodňovacou štôlňou sa z dôvodu výškového lomu priečneho prepojenia nachádza pracovná škára medzi blokmi. Najexponovanejším prípadom takéhoto riešenia je križovanie priečneho prepojenia PP27 s odvodňovacou štôlňou, kde štandardný profil konštrukcie priečneho prepojenia bol v priamom prieniku s profilom odvodňovacej štôlne. V prípade tohoto prepojenia bolo potrebné lokálne prekotvenie primárneho ostenia priečneho prepojenia v mieste križovania s odvodňovacou štôlňou IBO svorníkmi, rekonštrukcia ostenia odvodňovacej štôlne mimo križovanie s priečnym prepojením v dosahu prekotvenia primárneho ostenia IBO svorníkmi a komplexná úprava ostenia odvodňovacej štôlne a základových pásov priečneho prepojenia v prieniku s odvodňovacou štôlňou (obr. 6 až 9). 

Návrh výstuže základového pásu v PP 27 bol urobený v programe IDEA StatiCa Concrete, v ktorom sa namodeloval reálny tvar prierezu základového pásu s teoretickým rozpätím 2,8 m. Zaťaženie základového pásu bolo určené z výstupu statického výpočtu sekundárneho ostenia priečneho prepojenia typu PP-CH. Zaťaženie bolo namodelované ako líniové zaťaženie o veľkosti 1 225 kN/​​m. Stenový účinok hornej klenby bol zanedbaný a tvorí rezervu únosnosti profilu priečneho prepojenia. Posúdený bol medzný stav ohybovej únosnosti, na ktorý bola navrhnutá štandardná prútová výstuž.

Keďže šmykové účinky od zaťaženia nebolo možné pri takomto konzervatívnom prístupe k návrhu preniesť pomocou štandardnej šmykovej a pozdĺžnej výstuže, sú prenesené dvojicou oceľových pásnic rozmerov hrúbky 12 mm, výšky 350 mm a dĺžky 3,9 m z ocele S355J. Na posúdenie šírky trhlín boli uvažované spoločne oceľové pásnice aj prútová výstuž.

Vetracia šachta bola vybudovaná na základe prvotného riešenia vetrania v prvej fáze výstavby tunela a mala slúžiť na odsávanie vzduchu z úseku tunela s profilom bez medzistropu teda po bloky S400 a J399. V dôsledku zmien v dodávateľskom reťazci stavby počas výstavby tunela a následného prehodnotenia koncepcie vetrania nie je vetracia šachta vo finálnom riešení zahrnutá do systému vetrania tunela Višňové.

Vzhľadom na to, že tieto zmeny nastali v čase, keď už bola vetracia šachta aj s vetracími kanálmi takmer dobudovaná, je možné v budúcnosti v prípade potreby jej využitie prehodnotiť a do koncepcie vetrania tunela ju opäť zaradiť po nevyhnutných technických úpravách. V súčasnosti slúži táto časť tunela len na inšpekčné účely. Na tento účel bolo vo vetracej šachte vybudované lezné oddelenie (obr. 11 a 12), ktoré je tvorené 16 revíznymi plošinami štandardne od seba vzdialenými 6 m, ktoré sú navzájom prepojené pomocou rebríkov. Lezné oddelenie je z dôvodu čo najvyššej životnosti a čo najnižších nákladov na údržbu s výnimkou kotvenia a spojovacích prvkov vytvorené z kompozitných materiálov, ostatné prvky sú z nehrdzavejúcej ocele triedy A2.

Objekt vetracej šachty je tvorený samotnou vetracou šachtou a vetracími kanálmi, ktorými je vetracia šachta napojená na núdzové zálivy č. 3 v oboch tunelových rúrach (obr. 10). Vnútorný priemer vetracej šachty je 5,85 m, v spodnej časti je zväčšený na 7,8 m. Výška šachty je 95,4 m od úrovne pochôdznej plochy na dne šachty po vyústenie šachty vo výustnom objekte. Ostenie vetracej šachty aj vetracích kanálov je dvojvrstvové s medziľahlou hydroizoláciou, primárne ostenie je zo striekaného betónu triedy C30/37 s rozptýlenou výstužou a sekundárne ostenie je z rovnakého betónu ako tunelové rúry a priečne prepojenia a oproti tunelovým rúram a priečnym prepojeniam je celé z vystuženého betónu.

Zmena koncepcie drenážneho odvodnenia tunela Višňové si vyžiadala zmenu funkcie pôvodnej prieskumnej štôlne, ktorá mala vyrazením južnej tunelovej rúry zaniknúť, na funkciu drenážnej štôlne. Táto zmena bola následkom zastihnutia vysokých prítokov vody do prieskumnej štôlne počas jej razenia, ktoré v tom čase spôsobili značné problémy pri dobudovaní prieskumnej štôlne. Prítoky vody sa z dlhodobého hľadiska ustálili na hodnote 171 l/​​s v priemere a 260 l/​​s maximálne.

Odvodňovacia štôlňa tunela Višňové sa nachádza medzi severnou a južnou tunelovou rúrou v celej dĺžke tunela (obr. 13). Slúži na prevádzanie horninovej vody z rubovej drenáže tunelových rúr do oblasti portálov tunela Višňové.

Odvodňovaciu štôlňu celkovej dĺžky 7 446,75 m tvoria štyri úseky v závislosti od použitej metódy razenia a od obdobia, kedy bola daná časť vyrazená:

V odvodňovacej štôlni je zriadený trvalý odberný objekt pre zásobovanie nádrže požiarneho vodovodu vodou a trvalý odberný objekt pre zásobovanie technologickej centrály na západnom portáli pitnou vodou. V odvodňovacej štôlni sa nachádza 10 vertikálnych servisných prestupov pre údržbu tunela do prejazdných priečnych prepojení (v mieste núdzových zálivov) a v priestore zaústenia odvodňovacích vrtov sa nachádzajú OV výklenky.

Priechodný prierez odvodňovacej štôlne je šírky 1,8 m a výšky 2,2 m. Vnútorný tvar variuje podľa metódy razenia nasledovne:

V osi odvodňovacej štôlne sa v dne nachádza odvodňovací kanál rôzneho prierezu v závislosti od úseku štôlne, ktorým je odvádzaná podzemná voda do oblasti portálov.

Konštrukcia razenej časti odvodňovacej štôlne pozostáva z dvojvrstvového ostenia s medziľahlou drenážnou a izolačnou vrstvou. Špecifikácie použitých betónov sú rôzne v závislosti od obdobia budovania konkrétnej časti konštrukcie a platných noriem v tom období. Sekundárne ostenie odvodňovacej štôlne je tvorené striekaným betónom triedy C30/37.

Sekundárne ostenie je realizované iba v úsekoch štôlne z nepriaznivými geologickými pomermi a v novobudovaných portálových úsekoch štôlne. Na ochranu únikovej štôlne proti podzemnej vode je navrhnutý otvorený systém hydroizolácie. Izolácia je tvorená pásmi nopovej fólie šírky 500 mm osadenými lokálne v miestach prítokov podzemnej vody cez primárne ostenie. Sústredené prítoky podzemnej vody sú zvedené cez krátky odvodňovací vrt a flexibilnou hadicou do odvodňovacieho kanála v dne štôlne.

V tuneli Višňové boli použité rôzne technické riešenia, ktoré sú pri výstavbe tunelov na Slovensku neštandardné. Tieto riešenia vyplynuli okrem iného aj z postupných iterácií pri hľadaní finálneho technického riešenia tunela, ktoré ešte prebiehali vo významnej miere aj počas samotnej výstavby tunela. Toto sú tie najvýznamnejšie z nich:

Vybudovanie a sprevádzkovanie tunela Višňové pre Investora celej stavby NDS a.s., bolo mimoriadne dôležitou úlohou a zároveň to bolo významné aj pre motoristov cestujúcich na trase medzi Žilinou a Martinom, ktorá bola dlhodobo extrémne vyťažená a zároveň nebezpečná kvôli častému pádu skál na cestu I/18 v Strečnianskej úžine. Sprevádzkovanie tunela zároveň umožňuje plné využitie úseku D1 Hričovské Podhradie – Lietavská Lúčka, ktorého použitie bez tohto úseku malo len lokálny význam pre malú skupinu motoristov.

Cesta od prvotných plánov po spustenie tunela do prevádzky bola dlhá a mala dynamický vývoj. Prieskumná štôlňa síce bola vybudovaná v rokoch 1998 – 2002, čo sa v médiách uvádza ako oficiálny začiatok výstavby tunela, technicky toto obdobie ale nemožno považovať za začiatok výstavby, ale len za prieskumnú fázu stavby aj vzhľadom na absenciu podrobnej realizačnej dokumentácie v tomto období a absenciu stavebného rozpracovania mimotunelových úsekov.

Reálna výstavba tunela začala v roku 2015 a prerazenie tunelových rúr nastalo v roku 2018. Dobudovanie tunela potom pokračovalo s prestávkou v rokoch 2019 – 2021, s novým generálnym dodávateľom stavby (Združenie dodávateľov Skanska — Višňové), až do konca roka 2025. Samotná výstavba tunela teda trvala cca 8 rokov (9 rokov od začiatku výstavby úseku s nezapočítaním času prestávky), čo vzhľadom na dĺžku tunela a rôzne problémy, ktoré sa v realizačnej fáze výstavby tunela vyskytli, nie je až taká dlhá doba. Pre porovnanie úsek diaľnice D3 s tunelom Považský Chlmec s dĺžkou 2,2 km, ktorý je považovaný za unikát v rýchlosti výstavby na Slovensku, bol realizovaný v rokoch 2014 – 2017 za necelé 3 roky, čo v prepočte na dĺžku tunela nie je žiadny významný rozdiel.

Generálnym projektantom dostavby tunela Višňové s priľahlými mimotunelovými úsekmi pre Združenie Skanska bola spoločnosť Amberg Engineering Slovakia, s.r.o. Pre celý projekčný tím bola táto úloha obrovskou výzvou a zdrojom nových skúseností a znalostí, ktoré vyplývali z technických a organizačných špecifík tohto diaľničného úseku. Na záver už len skonštatujeme, že bolo pre nás cťou byť súčasťou finálnej fázy dostavby tohto komplikovaného úseku diaľnice a pevne veríme, že riešenia navrhnuté v tejto fáze našim projekčným tímom umožnia čo najspoľahlivejšiu prevádzku tohto unikátneho stavebného diela a jej čo najdlhšie bezproblémové užívanie motoristickou verejnosťou.