Gotthardský úpatní tunel

Gotthardský úpatní tunel
mapa trasování tunelumapa trasování tunelu
Základní informace
StátŠvýcarsko
Místošvýcarské a italské alpy
ProvozovatelSBB-CFF-FFS
1. portálkanton Uri - Erstfeld (460 m n. m.)
2. portálkanton Ticino - Bodio (312 m n. m.)
Provozní délka57 000 m
Rozchod kolejí1435 mm (normální rozchod)
Počet dopr. tubusů2
Počet kolejí v tubusu 11
Počet kolejí v tubusu 21
Maximální rychlost250 km/h
Propustnost325 souprav/den
Výstavba
DodavatelAlpTransit Gotthard Ltd.
Geologická sondáž1993
Zahájení stavby1996
Poslední průraz15. října 2010
Dokončení1. června 2016
Otevření11. prosince 2016
Náklady9,83 miliard CHF
Celková délka (vč. galerií a štol)151,8 (151,84) km m
Průměr trať. tubusů8,8–9,5 m
Délka tubusu 157 104 (57 091) m
Délka tubusu 257 017 (56 978) m
Bezpečnostní staniceSedrun, Faido
Vytěžený objem13 300 000 m³
Vytěžená hmotnost~28.000.000 t
Lokalizace
Souřadnice
Další informace
Logo Wikimedia Commons multimediální obsah na Commons
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Gotthardský úpatní tunel (GÚT) (německy Gotthard-Basistunnel) je železniční úpatní tunel, který prochází alpským Gotthardským masivem. Se svými 57 kilometry jde o nejdelší železniční tunel světa. Úpatní v názvu tunelu znamená, že portály tunelu jsou umístěny na úpatí masivu, tedy trať nestoupá po úbočí k tunelu, jako je to v případě staršího Gotthardského tunelu.

Význam stavby spočíval ve zrychlení železničního spojení přes Alpy mezi Curychem a Milánem. Nejkratší doba jízdy vlakem mezi těmito městy před dokončením tunelu činila 4.03 hod. Po zprovoznění tunelu pro pravidelnou dopravu od prosince 2016 byla jízdní doba zkrácena na 3.26 hod. Po dokončení a zprovoznění i CenerskéhoZimmerberského úpatního tunelu by jízdní doba měla klesnout až na 2.40 hod. Plánovaná rychlost železničních souprav je 200–250 km/h. Celkové zkrácení jízdní doby vytvoří silnou konkurenci nejen silniční dopravě, ale i dopravě letecké, a to i z ekologického hlediska.

Slavnostní otevření tunelu proběhlo dne 1. června 2016, tunel byl zprovozněn pro pravidelnou dopravu 11. prosince 2016.

Koncepce

Koncept švýcarské rychlé železniční sítě Úpatní tunely Gotthard, Lötschberg, Ceneri a Zimmerberg Terénní profil pohoří a ražba tunelů.

Koncepce projektu pochází z roku 1992, kdy se začalo jednat o novém železničním spojení přes Alpy (NRLA) a byla předpokladem pro další plánování výstavby. V roce 1998 byla ve Švýcarsku stanovena daň pro těžká nákladní vozidla a zároveň přijat návrh modernizace železničního spojení přes Alpy.

Koncepce stavby úpatního tunelu pod Gotthardským masivem není úplně nová. Již v roce 1962 byl Švýcarským ministerstvem vnitra vytvořen prvotní projekt úpatního tunelu. Již tehdy tento plán obsahoval návrh ražby přímého dvoukolejného tunelu délky 45 km mezi Amstegem a Giornicem. Tunel měl být rozdělen do dvou částí s možností přechodu na druhou tunelovou kolej ve středu (křížení). Plánovaná rychlost byla však výrazně nižší než současných 200 km/h.

Původní návrh tunelu doznal radikálních změn pod vlivem požadavků na rychlost a bezpečnost. Ve zprávě z roku 1971 dospěl výbor pro železniční tunel přes Alpy Švýcarského spolkového ministerstva životního prostředí, dopravy, energetiky a spojů k závěru, že projekt bude zaměřen na ražbu dvou souběžných jednokolejných tubusů. Konečná volba realizace, a to dvojkolejného tunelu nebo dvou jednokolejných tubusů s nebo bez servisního tubusu padla až v roce 1995.

Konečné řešení je kompromisem nebo kombinací funkčnosti jednotlivých tunelových tubusů. Byly raženy dva jednokolejné tunelové tubusy bez dalšího servisního tunelu. Tyto tubusy jsou mezi sebou propojeny příčnými galeriemi v rozestupech 180 m a každý tubus slouží jako provozní, tak i jako únikový pro tubus sousední. Vzhledem k celkové délce 57 km byly do tunelu integrovány dvě mezilehlé stanice, Sedrun (severní) a Faido (jižní). V těchto stanicích je umožněn přechod souprav z/do sousedního tubusu a mají funkci i jako pohotovostní stanice pro nouzové opuštění vlakové soupravy.

Stavební úseky

Řez tubusem GÚT
1 tubusová stěna
2 hydroizolace
3 vnitřní tubus
4 průsaková voda
5 drenážní zásyp
6 odvod průsakové vody
7 základová deska podloží
8 sběr spodní vody
9 sběr tubusové vody
10, 11 kabelové kolektory
12 koleje Mapa tunelu GÚT Bezpečnostní stanice
1 tubus
2 prostor stanice
3 výstupní plocha
4 spojovací chodba
5 hlavní úniková chodba
6 odsávání z prostoru stanice
7 hlavní odsávání
8 proudění čerstvého vzduchu
9 proudění spalin Stavební délky jednotlivých úseků a směry ražby.

Švýcarská federální vláda v dubnu 1995 stanovila trasu nového tunelu mezi Erstfeld a Giustizia / Osogna. Pro optimalizaci stavebních nákladů i doby potřebné pro realizaci byla výstavba tunelu rozdělena do pěti stavebních úseků různé délky se souběžným prováděním prací. Podle charakteru horniny, v níž probíhala ražba, byly kombinovány ražební metody pomocí důlního kombajnu, vrtání a odstřel.

Severní portál Erstfeld je v sousedství hlavní tratě Švýcarských spolkových drah poblíž Rynächt-Altdorfu.

Úsek Erstfeld je nejsevernějším úsekem celého tunelu. Úsek zahrnuje dvě části, z nichž vstupní část tunelu byla hloubena, kopána z povrchu pro vytvoření zárubu. Další část pak byla ražena důlním kombajnem. V úseku je také prozatím slepá větev (odbočka), která v budoucnu umožní napojení tunelu na další stavbu bez přerušení dopravní cesty.

Délka východní sekce 7,178 km, západní sekce 7,146 km.

Úsek Amsteg je druhým úsekem od severního portálu. Před zahájením vlastní ražby tubusů byla vrtáním a trháním vyrubána 1,8 km dlouhá přístupová štola zakončená jeskyní, odkud dva důlní kombajny zahájily ražbu tubusů jižním směrem k úseku Sedrun v roce 2003.

Délka východní sekce 11,350 km, západní sekce 11,350 km. Délka přístupové štoly 2,222 km.

Úsek Sedrun byl budován z povrchu 1 km dlouhým přístupovým tunelem a dvěma svislými paralelními šachtami s převýšením 800 m na úroveň multifunkční stanice Sedrun. Ražba tubusů severním i jižním směrem byla zahájena v roce 2004 metodou vrtání a odstřelu. Důlní kombajny nebylo možno použít z důvodu nevhodných geologických podmínek.

Délka východní sekce 9,145 km, západní sekce 9,145 km. Hloubka svislé šachty I 850 m, šachty II 820 m. Přístupová štola 909 m.

Úsek Faido byl zahájen ražbou z povrchu pomocnou štolou délky 2,7 km se sklonem 13 %. Z logistických důvodů spadá tento úsek k sekci Bodio. V tomto úseku se nachází i druhá multifunkční stanice Faido. Oproti původnímu plánu je stanice umístěna více na jih z důvodu geologických podmínek. V tomto úseku se počítalo i s opravou důlních kombajnů postupujících z úseku Bodio tak, aby po opravě mohly pokračovat severním směrem k úseku Sedrun.

Délka východní sekce 12,860 km, západní sekce 13,115 km. Délka přístupové štoly 2,646 km.

Úsek Bodio je nejdelším úsekem stavby Gotthardského úpatního tunelu. První část úseku byla postavena z povrchu v kamenitém podloží (nejedná se o pevnou skálu) až do míst, kde začíná dostatečně pevná skála. V pevné skále pak byla použita ražba pomocí důlních kombajnů. Pro urychlení ražby byla nejprve vyhloubena jeskyně v pevném podloží, kde byly zkompletovány důlní kombajny, které následně zahájily ražbu severním směrem k Faido v roce 2003.

Délka východní sekce 15,548 km, západní sekce 15,282 km. Délka překlenutí úseku Bodio 1,336 km, délka dopravního tunelu Bodio – Buzza di Biasca 3,162 km.

Z jižního portálu u obce Bodio, jsou traťové koleje napojeny na stávající hlavní trať Švýcarských spolkových drah Giustizia / Osogna.

K propojení tubusů a tím i k proražení celého tunelu došlo u mezilehlé stanice Sedrun, 15. října 2010 po 14. hodině, kdy důlní kombajn ze směru od Faido prorazil poslední metry masivu v hloubce 800 m pod povrchem.

Bezpečnostní stanice

Stanice Sedrun

Bezpečnostní stanice nouzového zastavení jsou určeny pro případ, kdy v některém z tubusu dojde k havarijní nebo nouzové situaci. Ve stanicích může vlak zastavit a cestující mohou opustit tunel nouzovými východy. Pro každý tubus je stanice řešena odděleně a systém chodeb je řešen tak, aby se cestující vyhnuli pohybu v kolejišti, ve stanici Sedrun jsou k dopravě osob na povrch určeny výtahy, ve stanici Faido mírně svažitý únikový tunel.

Prostory stanic jsou vybaveny ventilací, která zabezpečuje vhánění čistého vzduchu do prostoru stanice přes boční tunely a spojovací galerii, tedy do prostor, ve kterých se pohybují osoby. Kontaminovaný vzduch (například spalinami) je z tubusu stanice odsáván samostatným potrubím a odváděn z masivu ven. Mírný přetlak způsobený vháněním čerstvého vzduchu do prostor pro cestující je dostačující k tomu, aby bylo zabráněno vniknutí spalin do tohoto prostoru.

Pokud vlaková souprava z nějakého důvodu zastaví mimo bezpečnostní stanici, mohou cestující přejít příčnými galeriemi do druhého souběžného tubusu a použít jej jako únikovou cestu.

Geologie a stavba

Pozemní stavba

Na povrchu musela projekce stavby respektovat místní osídlení, které se nachází v údolní oblasti kolem severního a jižního portálu. Projekcí na povrchu byla pověřena společnost Beratungsgruppe für Gestaltung tvořená týmem architektů, projektantů krajiny a specialistů na životní prostředí. Byla odpovědná za optimální trasování povrchové stavby, její přizpůsobení krajině i za estetické začlenění tunelových portálů. Dále při projekci musely být vzaty v úvahu geografické aspekty zahrnující umístění měst a obcí, nádrže vody pro hydroelektrárny a dopravní cesty ke staveništi.

Podzemní stavba

Projekce podzemní stavby vyžadovala stejně důkladnou přípravu a geologický průzkum. Alpy byly utvářeny před miliony let v místě, kde byl původně prehistorický oceán. Pozůstatkem tohoto oceánu je množství sedimentů a krystalický substrát. Při vrásnění zemského povrchu se v oblasti dnešních Alp setkala evropská a africká kontinentální deska. Tlakem těchto desek došlo k vyzvednutí alpských masivů z původního moře. Krystalická jádra masivů Aare a Gotthard byla vytvořena téměř současně, jižní masivy později. Toto tváření povrchu Země vytvořilo dnešní charakter Alp.

Masivy Aare a Gotthard jsou páteří švýcarských Alp a oba jsou tvořeny především z rulyžuly. Mezi ně jsou vklíněny mladší sedimenty hornin, které vytvářejí zlomy v masivu. Toto zvrásnění znamená, že tunel prochází různorodými vrstvami hornin a sedimentů. Tvrdost a soudržnost se pohybuje v rozmezí tvrdé Gotthardské žuly, přes vysoce tvrdou rulu Pennine Leventina a měkčí horniny Tavetsch ve středu masivu.

Velmi komplikovaný je průchod tunelu přes vrstvu Syncline Piora, který byl klíčový z hlediska geologie a tím i volby technologie stavby tunelu, protože struktura a velikost této vrstvy byla zpočátku neznámá. Z tohoto důvodu byla u Faido nad vlastním tunelem vyražena průzkumná štola, ze které byly vedeny průzkumné vrty ke zjištění mocnosti a struktury nezmapované vrstvy. Výsledek geologického průzkumu ukázal, že i tato vrstva je dostatečně pevná a nevyskytuje se v ní podzemní voda, která by proudila nebo byla stlačována vrstvou horniny. Rozbory vzorků, měření teploty i seismické zkoušky potvrdily vhodné podmínky pro ražbu tunelu.

Stavební práce byly započaty průzkumem Syncline Piory v roce 1993 a byly vyhodnocovány až do roku 1998. V roce 1996 byly již vyrubány všechny potřebné štoly a šachty pro zahájení vlastní ražby tubusů tunelu.

Plnoprofilové razicí stroje

Model TBM S-210 Schema kombajnu TBM S-2xx

Pro ražbu tubusů GÚT byly použity plnoprofilové razicí stroje TBM, což je technologické zařízení sdružující několik funkcí potřebných pro ražbu tunelů: směrování ražby, narušení a odlamování stěny, rubání ve směru postupu ražby, nakládku a transport rubaniny, případně i vyztužení vyrubaného profilu.

Trasování

Trasování ražby tunelu je technicky náročná operace, protože v podzemí není možno vytyčit vizuální cílový bod, ke kterému by ražba směrovala, a dálkově tento bod zaměřit. Důvodem je prostá neprostupnost horniny. U ražby přímých šachet a štol je situace relativně jednoduchá. Při ražbě tunelu, který prochází oblouky a změnami klesání respektive stoupání, je situace náročná pro zaměření směru postupné ražby. Základní principy zeměměřictví je v takovýchto případech nutno doplnit o metody transponování výsledků sférické trigonometrie.

Při ražbě tunelů, jako Gotthardský úpatní tunel, takovéto délky i v takovýchto hloubkách není možno použít zaměřování směru kompasem nebo svislic olovnicí. Důvodem je různý magnetismus hornin a vliv gravitační interakce mezi tělesy. I tyto zdánlivě malé a zanedbatelné odchylky určení směru v celkové délce ražby tunelového úseku způsobí boční nebo svislou odchylku několika jednotek i desítek metrů na výsledné délce. Výrazným faktorem, který mohl v průběhu 15 let ražby působit na zaměření, je i driftování magnetického pólu Země, tedy použití kompasu by bylo ovlivněno aktuální polohou tohoto pólu. Dalším důvodem je to, že Země nemá tvar koule, ale přibližuje se tvaru elipsoidu. Prakticky se však jedná o geoid.

Pokud se provádí ražba jednoho tunelového tubusu ze dvou stran, je nutno zajistit trasování, které v místě setkání zajistí odchylku řádově v desítkách centimetrů. Pro GÚT byla tato odchylka stanovena na 20 cm. Pro konkrétní místo na zemském povrchu (alpský hřeben Aare a Gotthard) byla přes satelitní zaměřování stanovena síť bodů v blízkosti portálů a stavebních přístupových šachet, které byly uvedeny do shody se stavebními plány, tedy určením směru. Poloha portálů byla zaměřena s přesností na jeden centimetr. Zpracování velkého množství výpočtů sférické trigonometrie bylo přenecháno specializované výpočetní technice, která nejen snížila časovou náročnost na provádění výpočtů a vyloučila chyby lidského faktoru, ale i zajistila výpočty s dostatečnou přesností. Následně se vypočítané hodnoty transponovaly do zaměřovacího systému důlních kombajnů, respektive do mechanismu směrového nastavení razícího štítu. Zpětnou kontrolou posledních poloh štítu byly stanoveny korekce pro další směr ražby.

V průběhu zaměřování byly použity různé metody a způsoby měření polohy a přenosu směrových údajů: síť přesně zaměřených bodů na povrchu, přímé měření vzdáleností, optické a mechanické principy přenosu směrů a měření úhlů pomocí gyroskopů a gyroskopických kompasů. Výsledkem těchto postupů byla centimetrová přesnost shody polohy při proražení závěrečných metrů GÚT.

Historie a postup prací

Práce na ražení tunelu probíhaly celkem 25 let a dne 15. října 2010 ve 14:18 byl tunel kompletně proražen. K dokončení a zahájení provozu došlo v roce 2016. S výstavbou a harmonogramem GÚT taktéž souvisí návazný Cenerský úpatní tunel.

Staveniště u severního portálu GÚT Staveniště u jižního portálu GÚT

Rok 1970–1979

Rok 1980–1989

Rok 1990–1999

Stanice Faido, spojení hlavního tubusu a spojky mezi tubusy. Tubus ve stanici Faido. Stanice Sedrun.
(zdroj neuvádí, jestli se jedná o přístupovou šachtu nebo vlastní tubus tunelu)

Rok 2000–2009

Rok 2010

Rok 2011–2020

Technické informace tunelu

Provozní data
 Severní portál  Erstfeld (kanton Uri)
 Jižní portál  Bodio (kanton Ticino)
 Provozní délka  57 km
 Rozchod kolejí  1435 mm
 Trakční napájení  15 kV AC
 Počet tubusů  2
 Počet kolejí v tubusu   1
 Maximální rychlost osobní vlaky   250 km/h
 Maximální rychlost nákladní vlaky  160 km/h
 Propustnost  325 souprav/den 
Stavební data
 Kulminační bod  121,725 Tkm (tunelový kilometr)
 … od severního portálu  22 km
 … od jižního portálu  35 km
 Nejvyšší bod kolejí  549 m n. m.
 Portál Erstfeld  460 m n. m.
 Portál Bodio  312 m n. m.
 Výškový rozdíl od portálu Erstfeld  89 m n. m.
 Výškový rozdíl od portálu Bodio  237 m n. m.
 Celková délka včetně galerií a štol   151,8 (151,84) km
 Délka východního tubusu  57,104 (57,091) km
 Délka západního tubusu  57,017 (56,978) km
 Průměr traťových tubusů  8,8–9,5 m
 Průměr tubusu při ražbě tryskáním  8,80–13,08 m
 Standardní vzdálenost vlakových tubusů  40 m
 Maximální vzdálenost vlakových tubusů  70 m
 Počet spojovacích galerií pro pěší   176
 Standardní vzdálenost spojovacích galerií   312,5 m
 Maximální mocnost nadloží  2 300 m
 Vytěžený objem  13 300 000 m³ / ~24 000 000 t 
Nespecifikovaná data
 Maximální teplota horniny  50 °C
 Maximální pracovní teplota  28 °C
 Celkový počet pracovníků všech oborů  2 600

Zajímavosti

Odkazy

Poznámky

  1. Od roku 1995 kdy byla stanovena trasa nového tunelu.

Reference

  1. a b c www.gottardo2016.ch . . Dostupné v archivu pořízeném dne 08-12-2015. 
  2. a b Archivovaná kopie. www.br.de . . Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2016-06-02. 
  3. a b c Switzerland has its record-breaking tunnel
  4. Švýcaři dokončili nejdelší tunel světa. Měří jako cesta z Prahy do Příbrami - iDnes
  5. a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v AlpTransit Gotthard (anglicky). www.alptransit.ch . . Dostupné v archivu pořízeném dne 2012-09-07. 
  6. Schweizer Bundesbahnen (Hrsg.): Fahrplanmässiger Betrieb ab 11. Dezember 2016: SBB auf Kurs für Inbetriebnahme des neuen Gotthardtunnels. Archivováno 4. 3. 2016 na Wayback Machine.. Medienmitteilung vom 11. Dezember 2014, abgerufen am 26. Februar 2015
  7. a b c Chronology of a Project of the Century
  8. Gotthard-Basistunnel-Grafiken 1. www.alptransit.ch . . Dostupné v archivu pořízeném dne 20-08-2010. 
  9. Gotthard-Basistunnel-Grafiken 2. www.alptransit.ch . . Dostupné v archivu pořízeném dne 20-08-2010. 
  10. a b c d e f g h i Project data_Gotthard raw construction
  11. Gotthard-Basistunnel Geologisches Längenprofil. www.alptransit.ch . . Dostupné v archivu pořízeném dne 20-08-2010. 
  12. Nejdelší tunel na světě byl proražen ČT24
  13. Punching through the Swiss Alps. The Washington Post. 24-03-2011, s. A1. 
  14. Gotthard Base Tunnel: Driving complete . AlpTransit, 23 March 2011 . Dostupné v archivu pořízeném dne 15-04-2012. (anglicky) Je zde použita šablona {{Cite web}} označená jako k „pouze dočasnému použití“.
  15. a b c MAŘÍK, Libor. Bázový tunel Gotthard od prvních představ k uvedení do provozu, 1. díl. S. 46, 50, 51. Stavebnictví . 05/17 . S. 46, 50, 51. Dostupné online
  16. Švýcaři slaví. Dokončili tunel Ceneri a tím i železniční dílo století . Zdopravy.cz, 2020-09-04 . Dostupné online
  17. a b c Railway Technology. www.railway-technology.com . . Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2010-10-19. 

Související články

Externí odkazy

Portály: Doprava | Švýcarsko