V uvedenom príspevku priblížime jednotlivé kroky realizácie projektu sanácie skalného odrezu situovaného nad železničnou traťou, ktorej bezpečnosť v predmetnom úseku bola ohrozovaná pádom skalných úlomkov a blokov. Jeho cieľom bolo odstrániť úrovne rizika, zvýšiť bezpečnost a plynulosť železničnej premávky.

Opis problémového úseku
Záujmové územie je súčasťou katastra Píla, svah nad železničnou traťou sa nachádza približne 1,7 km juhozápadne od kóty Dobroč 684. Územie tvorené skalným svahom sa nachádza vpravo od portálu tunela z roku 1948. V roku 1976, keď sa traťový úsek Lovinobaňa – Kriváň zdvojkoľajňoval, v km 182,66-182,7 vybudovali prekládku trate, ktorá obchádzala skalnatý výstupok pôvodne prekonávaný Pílianskym tunelom dlhým 120 m. Skalný svah upravili do odrezu s výškou 25-35 metrov so sklonm 65-75° a neskôr zabezpečili oceľovou sieťou. Umelé pretvorenie prirodzeného sklonu svahu spôsobilo rozvoľnenie existujúcich diskontinuít, čo zapríčinilo vypadávanie skalných úlomkov, balvanov až mohutných skalných blokov na prevádzkovanú koľaj. 

Skalný svah – pôvodný stav

Mimoriadne udalosti z rokov 2008 a 2013 to dokladujú, napr. keď dňa 16. 2. 2013 došlo v km 182,7 ku kolízii rušňového vlaku s kameňmi uvoľnenými v skalnom svahu nad traťou, následne došlo k zosuvu skalného bloku a zasypaniu 1. koľaje. Príčinou bola „priaznivá“ orientácia dominantného systému diskontinuít prebiehajúcich takmer paralelne so sklonom svahu, pozdĺž ktorých došlo k uvoľneniu skalných blokov. Vzhľadom na skutkový stav deštrukcie skalného odrezu, ako aj z hľadiska zaistenia bezpečnosti železničnej prevádzky a odvrátenia hrozby havárií sme konštatovali nutnosť zabezpečiť skalný svah, stabilizovať ho a tak zabrániť pádu uvolňovaných skalných blokov do priechodného prierezu prevádzkovanej koľaje.

Existujúce prvky zabezpečenia svahu z predchádzajúcich etáp sanácií (oceľová sieť uchytená oceľovými skobami dĺžky zhruba 0,50 m) neboli v prípade skalného zrútenia dostatočne účinné. Prvým krokom, ktorý sme realizovali, bolo vypracovanie geotechnického prieskumu, ktorý slúžil na návrh a vypracovanie sanačných opatrení v predmetnom úseku železničnej trate.

Inžinierskogeologická preskúmanosť územia
V roku 2008 spoločnosť SANSTAV Group, a. s., vypracovala IG posúdenie. Najvýznamnejším javom ohrozujúcim železničnú trať bolo už spomenuté opakované rútenie skalných hornín, ku ktorému dochádzalo v rokoch 2008 a 2013.

Plocha, z ktorej sa uvoľňovali časti skalného masívu, mala približne obdĺžnikový tvar. Pri päte svahu dosahovala rozmer 9 m, výšku zhruba 16 m.

Hrúbka zosunutých más dosahovala 0,5 až 2,5 m. Na podobné formy rútenia skalných blokov bola náchylná i časť hodnoteného svahu, ktorá v IG posudku bola označená ako nestabilná.

Potenciál zasiahnutia koľajiska trate uvoľnenými blokmi nachádzajúcimi sa najmä v úseku zárezu 60 až 120 m (merané od začiatku skalného zárezu v smere Lovinobaňa – Kriváň) bol vysoký. Medzi pätou svahu a koľajiskom síce existuje priekopa s hĺbkou 0,5 – 0,7 m a so šírkou zhruba 1,5 m, no jej schopnosť zachytiť horninové bloky skalných rútení väčších kubatúr bola nedostatočná. Faktormi pôsobiacimi na opísané javy boli najmä intenzívne tektonické porušenie horninového masívu, parametre stien a svahov (strmosť a výška), výskyt dominantního systému diskontinuít prebiehajúcich takmer paralelne so sklonom skalného svahu a spôsobujúceho vypadávanie úlomkov, balvanov a blokov.

Skalný odrez je tvorený svetlou rulou vyznačujúcou sa miestami fluidálnou textúrou a znakmi tektonického porušenia. Masív skalného odrezu je prestúpený priebežnými plochami nespojitosti, ktoré spôsobujú porušenie kontinuity masívu (diskontinuity).

Z hľadiska nestability masívu mali najväčší význam sekundárne – tektonické plochy (nespojitosti), ktoré spôsobovali rozpad na doskovité i kosouhlé bloky s dĺžkou hrán dosahujúcou často dĺžku > 4 m. Veľkosť nestabilních (čiastočne uvoľnených) balvanov a blokov nachádzajúcich sa v odreze dosahovali 2 x 10 x 15 cm až 200 x 250 x 400 cm. Prevažná časť stien odrezu hodnotenej lokality bola hodnotená ako potenciálne nestabilná.

Model svahu zhotovený pozemnou fotogrametriou

Geotechnický prieskum vypracovaný v roku 2016 spoločnosťou GEOSOUL, s. r. o., slúžil na prehodnotenie skutkového stavu posudzovaného skalného odrezu, vzhľadom na dlhší časový rozsah od realizovanej časti sanácie v roku (2010). V tomto období došlo k rozšíreniu vegetačnej pokrývky, prehĺbeniu zvetrávania a erózie skalného masívu.

Skutočný stupeň zvetrania a následných geotechnických opatrení bolo možné posúdiť až po očistení a realizácii dodatočného geotechnického prieskumu. Identifikované a zmapované boli nestabilné zóny, ako aj určená hĺbka tektonického porušenia hornín vo svahu.

Niektoré nestabilné bloky boli nepriaznivejšie, ako sa uvažovalo v inžinierskogeologickom posudku z roku 2008. Východiskom na spracovanie návrhu geotechnických opatrení skalného svahu nachádzajúceho sa nad železničnou traťou v úseku Lovinobaňa – Kriváň v kilometri 182,650 až 182,850 bola štruktúrna analýza diskontinuít, ktorú sme vypracovali na základe digitálneho obrazu v 3D kompozícii,vypracovanej na základe pozemnej stereografickej snímky.

Metodika posúdenia stability skalného odrezu
V prvej fáze riešenia stabilitných pomerov skalného odrezu bola vykonaná štruktúrna analýza horninového masívu vychádzajúca striktne zo spracovania mračna bodov získaného pomocou pozemnej fotogrammetrie (obr. 2) spracovanej na základe fotografických snímok záujmovej lokality. Štruktúrna analýza, resp. jej spracovanie sa realizovalo na množstve bodov veľkosti viac ako 23 miliónov bodov v špeciálnom programe, ktorý je schopný merať orientácie diskontinuít a vyniesť ich vo zvolenej projekcii v semiautomatickom režime. 

Digitálne mračno bodov obsahujúce 79 miliónov bodov bolo získané z terestriálnej digitálnej fotogrametrie podporenej meraniami vzťažných bodov pre georeferencovanie  celého mračna. Toto množství bodov bolo redukované kvôli lepšiemu vykresľovaniu na 23 mil. bodov. V celom úseku skalného odrezu boli diskontinuity štatisticky spracované a zohľadnené pomocou rovnoplochej projekcie (Schmidt) s priemetom do spodnej hemisféry. 

Pri spracovaní štruktúrnej analýzy boli jednotlivé diskontinuity vykreslené priamo do farebného mračna bodov,prípadne trojuholníkovej siete alebo pre lepšiu vizualizáciu samostatne. Diskontinuity v mračne bodov detegované špecializovaným algoritmom aj manuálne identifikované boli pospájané do plôch, ktorých orientácia v tvare sklon/smer sklonu bola štatisticky spracovaná a na jej základe v skalnom odreze železničného odrezu môžeme vyčleniť štyri významné systémy diskontinuity.

Systém 1 reprezentujúci bridličnatosť, systém 2 predstavujúci potenciálny typ klino vého porušenia, systém 3 predstavujúci potenciálne plochy odtrhnutia skalných blokov a systém 4 diskontinuity upadajúce do svahu,s protiklonnou orientáciou smeru sklonu jako plochy bridličnatosti.

V ďalšej etape bola na základe výsledkov štruktúrnej analýzy spracovaná tzv. kinematická analýza stability, ktorá je prvým krokom pri stanovení stability skalných svahov.

Kinematická analýza umožňuje prvotné overenie možnosti výskytu rôznych mechanizmov porušenia skalných masívov (planárne ušmyknutie, klinové porušenie, toppling) na základe analýzy orientácie diskontinuít v strereografickej projekcii vo vzťahu k orientácii svahu a uhla vnútorného trenia na puklinách.

Veľkosť uhla vnútorného trenia na puklinách potrebná na orientáciu potenciálne nestabilních diskontinuít bola stanovená pomocou spätnej analýzy zosunutej časti svahu. Na základe kombinácie kinematickej analýzy a s prihliadnutím na distribúciu puklín sme v skalnom odreze vymedzili potenciálne nestabilné miesta, ktoré predstavujú riziko z dôvodu možnosti výskytu niektorého mechanizmu porušenia. 

Z hľadiska typológie porušenia najčastejším a vo viacerých úsekoch skalnej steny opakujúcim sa typom je tzv. klinové porušenie (skalné zrútenie v minulom období bolo rovnako generované práve klinovým porušením).

Kinematická analýza diskontinuít na planárne (vľavo) a klinové (vpravo) porušenie zobrazujúca póly diskontinuít náchylné na zosúvanie (červené plochy)

Z kinematickej analýzy s vyznačením systémov diskontinuít, ako aj kontúrového diagramu diskontinuít vyplýva, že potenciálnym zdrojom klinového porušenia sú diskontinuity typu 1 a 2, ktoré majú v skalnej stene najčastejšie zastúpenie.

Taktiež kombinácie systémov 1 a 4 sú schopné generovať klinové porušenie, avšak ich početnosť je malá. Kinematická analýza na planárne porušenie ukázala, že na tento typ porušenia sú náchylné hlavne diskontinuity systému 1, predstavujúce bridličnatosť. Tento typ porušenia je významný hlavne na konci zárezu v blokoch označených 8 až 10. Po vymedzení nestabilných častí skalného odrezu sme pristúpili k návrhu stabilizačných opatrení.

Pre lepšiu orientáciu ich situovania sme cez kritické miesta zostavili 9 profilov skalnou stenou, ako aj topografický plán skalnej steny vo forme pôdorysu (pohľad od hrany smerom k päte svahu) s pozíciou jednotlivých profilov.

Na základe komplexného prístupu, tzn. zhodnotenia štruktúry horninového masívu, realizácie kinematickej analýzy, ako aj určenia prevládajúceho typu porušenia sme v skalnej stene železničného odrezu vyčlenili 10 potenciálne nestabilných zón. V nich, z hľadiska ich povahy, sme navrhli ako optimálny sanačný prvok kotvenie. Priamo do ortofotosnímky sú vykreslené nestabilné zóny, tzn. Plochy určené na kotvenie, pričom okrem tejto informácie sú v grafickom podklade uvedené i údaje o orientácii šmykovej plochy, orientácii kotiev, ako aj ich dĺžka (bez koreňovej zóny).

Technické riešenie
V minulosti prebiehalo niekoľko etáp čiastočných sanácií, kde takmer celá plocha odrezu skalného svahu bola len zabezpečená proti vypadávaniu úlomkov a balvanov oceľovou sieťou rôzneho veku, ktorá bola uchytená nad hornou hranou odrezu a miestami i v samotnom skalnom odreze oceľovými skobami s dĺžkou zhruba do 0,5 m. Miestami bola sieť prerastená náletom drevín.

Sieť bola schopná zachytávať jednotlivé uvoľnené úlomky a balvany s veľkosťou nepresahujúcou 0,5 m. Pri skalnom zrútení v roku 2008 a 2013, ako sme spomenuli, bola sieť zničená (z celej plochy skalného zrútenia strhnutá k päte svahu). Okrem oceľovej siete neboli v skalnom záreze vybudované žiadne prvky zamerané na elimináciu procesov skalného rútenia. Vo vzťahu k bezpečnosti železničnej premávky predstavovalo najväčšie nebezpečenství vypadávanie a rútenie blokov zo skalných stien. Za bloky sme považovali v tomto prípade kusy horniny s rozmermi >0,5 m. Odrez svahu nebol zabezpečený prvkami schopnými zachytávať balvany a bloky uvoľnených hornín väčších rozmerov, okrem časti zrealizovanej v rokoch 2009 – 2010, kde boli použité vysokopevnostné lanové panely.

Topografický plán skalnej steny

Naším technickým riešením na základe uvedených zistení v rámci geotechnického prieskumu a analýzy bola stabilizácia svahu zasieťovaním v kombinácii s kotvovými tyčami. V miestach identifikovaných vyčlenených nestabilných blokov boli použité

vysokopevnostné kompozitné oceľové siete ORTHOFIX 500x500 HR. Na ostatných častiach odrezu z nižším rizikom boli použité bežné dvojzákrutové siete na stabilizáciu a kontrolu malých úlomkov horniny.

Realizácia sanačných opatrení – inštalácia vysokopevnostnej siete ORTHOFIX

Konštrukčné riešenie zabezpečenia skalného odrezu pozostávalo z niekoľkých etáp:

1. očistenie svahov od náletovej dreviny,
2. odstránenie poškodených sietí,
3. očistenie skalného svahu od uvoľnených úlomkov a zeminy,
4. očistenie nestabilných skalných blokov do mocnosti 1,0 m,
5. realizácia prístupovej cesty,
6. realizácia kotiev pre horné kotvové lano,
7. zabezpečenie skalného svahu odrezu kotvovými oceľovými sieťami,
8. realizácia kotiev pre dolné kotvové lano,
9. vŕtanie, injektáž,
10. realizácia dodatočného kotvenia, osadenia diagonálnych lán,
11. zabezpečenie potenciálne nestabilních častí lanovými panelmi,
12. vyčistenie priestoru pod svahom a odvoz odpadu,
13. odstránenie staveniska.

Mercedes-Benz Actros s teleskopickým ramenom EFFER 550, ďiaľkovo ovládaná hydraulická vrtná súprava SANDVIK 1218R

Uvedené riešenie s použitím progresívnych technológií, ako je použitie vysokopevnostnej biaxiálnej kompozitnej siete ORTHOFIX, pomohli výrazne zvýšiť bezpečnosť premávky na traťovom úseku Lovinobaňa – Kriváň. 

Veľmi dôležitým faktorom pri realizácii sanácie bolo aj skrátenie času sanácie na maximálne možnú mieru. Sanácia prebiehala počas výluky dopravy na jednej koľaji, čo značne obmedzovalo využitie trate.

Zhotoviteľ v snahe skrátiť čas realizácie navrhlo aplikáciu sietí a vŕtania kotvových prvkov použitím diaľkovo ovládanej hydraulickej vrtnej súpravy SANDVIK 1218R osadenej na nákladnom vozidle Mercedes-Benz Actros s teleskopickým ramenom EFFER 550 s dosahom až 33 m. 

Mgr. Vladimír Greif , PhD.,
RNDr. Branislav Prelovský,
Ing. Jozef Sňahničan

www.geosoul.sk

Spoločnosť GEOSOUL poskytuje riešenia a služby v špecifických oblastiach geotechniky, ako je využívanie geosyntetických materiálov, navrhovanie oporných konštrukcií, riešenia ochrany proti skalnému rúteniu alebo riešenie neštandardných stabilizačných opatrení. Zaoberáme sa vlastným návrhom vhodnej konštrukcie pre daný geotechnický problém, či už formou participácie na danom objekte, alebo komplexným projektom.

Poskytujeme aj možnosť dodávky niektorých špecifických materiálov a konštrukcií a takisto poskytujeme poradenstvo pri ich aplikácii, aby boli správne zabudované a funkčné. Spoločnosť GEOSOUL poskytuje aj služby geotechnického dozoru alebo geotechnika zhotoviteľa, resp. investora. Pre špecifické projekty poskytujeme aj služby projektového manažéra.

RIEŠENIA A SLUŽBY • GEOSYNTETIKA • OPORNÉ KONŠTRUKCIE • VYSTUŽOVANIE • OCHRANA PROTI SKALNÉMU RÚTENIU • ŠPECIÁLNE GEOTECHNICKÉ KONŠTRUKCIE • SLUŽBY GEOTECHNIKA, STAVEBNÝ DOZOR A PROJEKTOVÝ MANAŽMENT