GEOLOGIJA 45/2, 305–310, Ljubljana 2002
Geolo{ka spremljava izgradnje predora Stanjevci Geology control at excavation of the Stanjevci tunnel
Toma‘ BEGUŠ1, Klemen SOTLAR1, Robert HOBLAJ1 & Mihael BREN^I^2
1 Geoin‘eniring d.o.o., Dimi~eva 14, 1000 Ljubljana 2 Geolo{ki zavod Slovenije, Dimi~eva 14, 1000 Ljubljana
Klju~ne besede: predor, nevezani sedimenti, in‘enirsko geolo{ka spremljava, Slovenija, Prekmurje
Key words: tunnel, soil, engineering geology control, Slovenia, Prekmurje
Kratka vsebina
Izkop ‘elezni{kega predora Stanjevci je potekal po nevezanih srednje pliocenskih sedi-mentih: prodih s peski, meljih in glinah. Plasti v predoru potekajo skoraj vodoravno. Zaradi primernih podpornih ukrepov je izkop potekal brez ve~jih te‘av. Omenimo pa naj pojave nestabilnosti v obliki praznjenj z vodo zasi~enega peska, na ju‘nem pokritem vkopu, v za~etni fazi gradnje predora in te‘ave zaradi naleganja podporja na slabo nosilno razmo~eno plast gline, ki je kulminiralo z ru{enjem stopa kalote do povr{ine. Konvergence so v normalnih razmerah, v povpre~ju, dosegale velikostni red 50 mm, le v obmo~ju zru{ka smo bele‘ili deformacije do 784 mm.
Avtorji ~lanka smo vseskozi sodelovali pri raziskavah in spremljavi izkopa predora Stanjevci, zato smo primerjali prognozne parametre s tistimi, ki smo jih pridobili s spremljavo. Predvideni in dejansko opazovani zemljinski razli~ki in njihove lastnosti se med seboj dobro ujemajo. Glavna razlika je opazna pri interpretaciji vpada plastovitosti. Razlika je nastala zaradi zna~ilnega razvoja procesa preperevanja in s tem povezane spremembe barve gline s sive v rjavo, kakor tudi zaradi lateralnih sprememb vzdol‘ posameznih plasti.
Abstract
Railway tunnel Stanjevci between Murska Sobota and Hodo{ in northeastern part of Slovenia passed Pleistocenne soil layers: sand with gravel, silt and clay in subhorizontal orientation. The construction problems in tunnel arised due to some parts of liquid sands and low bearing capacity of saturated contact between clay and sand layers. In article we compare geological cross-section from investigation phase with cross-section after contruction phase. We found greatest difference in orientation of layers because of discoloured weathered clay layers.
Uvod
Predor Stanjevci na ‘elezni{ki progi med Mursko Soboto in Hodo{em je bil zgrajen v prvi polovici leta 2000. Predor je dvotirni ‘elezni{ki predor med Puconci in Hodo{em. V za~etni fazi je bil zgrajen en ‘elezni{ki tir.
Predor seka hrib Majorec, severno od Ma~-kovcev, poteka pa v smeri jugozahod (smer Ma~kovci) – severovzhod (smer Hodo{). Pred predorom sta dva pokrita vkopa v dveh pilotnih galerijah. Izkop predora se je izvajal po novi avstrijski metodi in je potekal v ve~ stopnjah: najprej kalota, izdelava za~asnega
306
Toma` Begu{, Klemen Sotlar, Robert Hoblaj & Mihael Bren~i~
talnega oboka, nato stopnici in talni obok. Predor je dolg 320 metrov, povr{ina pre~-nega prereza zna{a 110 m2. Vi{ina nadkritja je najve~ 28 metrov. Za~etek izkopa je bil 31.1.2000. Preboj kalote je bil na st. 55+507 dne 28.5.2000 ob 2000. Zaklju~ek stopnice je bil dne 6.7.2000.
Splo{na geolo{ka slika obmo~ja Gori~kega
Povr{je Gori~kega prekrivajo v glavnem mladoterciarni sedimenti. Med Ku~nico in Lendavo prevladujejo sedimenti miocenske starosti, medtem ko nastopajo v osrednjem in vzhodnem delu sedimenti pliocena, tako morskega in braki~nega, kakor tudi re~nega in jezerskega izvora. Izjema v tem prostoru so metamorfozirani, filitom podobni paleo-zojski skrilavci, ki izdanjajo na skrajnem severozahodnem delu Gori~kega v okolici Sotine in bazaltni tufi v okolici Grada, ki so v povezavi z najmlaj{im vulkanskim delovanjem v Sloveniji in pripadajo spodnjemu in srednjemu pliocenu.
Srednje pliocenski sedimenti so se usedali v re~nem, mo~virskem in jezerskem okolju. Prevladujejo peski in prodi, pri katerih opazujemo neenakomerno velikost zrn, proces sortiranja pa je relativno slabo razvit. Krivulja koeficientov asimetrije in granulome-trije ka‘e na neenakomerno dinamiko usedanja, kjer se je odlaganje vr{ilo s hitrim in neenakomernim transportom v plitvi obre‘ni sredini, kjer je dotok re~nega materiala velik.
Ti mladi klasti~ni sedimenti pove~ini {e niso sprijeti in jih opazujemo v razli~no debelih plasteh, ki se med seboj lo~ijo po gra-nulometrijski sestavi. Spremembe v granulo-meriji sedimenta lahko v tem prostoru pripi-{emo spremembam transportne mo~i voda, ki so bile transportno sredstvo klasti~nim delcem.
Granulacijski razli~ki so sedimentirani normalno, torej debelina zrn po stolpcu z vi{ino upada. V prodno pe{~enih plasteh smo ve~inoma opazovali navzkri‘no plastovitost (slika 1), vzrok temu pa so spremembe smeri re~nega toka.
Na stiku med spodaj le‘e~o glino in zgornjo prodno pe{~eno plastjo, ali v prodno pe-{~eni plasti, smo pogostokrat opazovali limo-nitne oziroma manganske skorje, ki so verjetno nastale zaradi prekinitve sedimentacije.
Slika 1: Navzkri‘na plastovitost, staciona‘a 55+270 v galeriji levo
Ob takih prekinitvah povr{ina plasti korodira in jo poselijo sesilni organizmi. Nastanek limonitne skorje na zgornjem kontaktu neprepustne gline je lahko vezan tudi na migracijo talne vode, ki na svoji poti navzdol po prodno pe{~enih plasteh raztaplja ‘ele-zove minerale, na glinasti barieri pa se zaradi prenasi~enja oziroma zastajanja vode ti minerali izlo~ajo na zrna prodnikov in tako tvorijo tudi do 5 cm debele skorje.
Geolo{ka spremljava predora
Geolo{ka spremljava izkopa predora je potekala ves ~as izgradnje. Poleg spremljave v predoru je obsegala ob~asne preglede nekaterih pojavov na povr{ini, ki so bili v neposredni povezavi z dogajanjem v predoru. Delo je bilo usmerjeno na zagotavljanje ~im-bolj kvalitetnih podatkov izvajalcu, verificiranju prognoziranih razmer, izdelavi geo-lo{kega profila in prognoziranju razmer pred posameznimi izkopnimi fazami. Spremljavo med izkopom je izvajal geolog v dnevni iz-
Geolo{ka spremljava izgradnje predora Stanjevci
meni, ob~asno tudi v no~ni izmeni. Delo je obsegalo naslednje tematske sklope:
o pregled geolo{kih zna~ilnosti izkopnega ~ela trenutno aktivnega delovi{~a. Popis se izvaja na delovni list, glavne zna~ilnosti se vpi{ejo v knjigo geolo{ke spremljave, ki jo na vsakodnevnih operativnih sestankih pregleda odgovorni vodja del in nadzor. Na teh sestankih smo podali pregled geologije, in prognozo razmer na trasi.
o fotodokumentacijo izkopnih ~el;
o rezultati tedenskega pregleda razmer so bili podani v tedenskih geolo{kih poro~ilih, kjer so bile podane glavne geolo{ke, hidro-geolo{ke in geotehni~ne zna~ilnosti dogajanja v predoru. V tlorisne in prerezne karte smo vna{ali napredke in geolo{ke zna~ilnosti sproti napredujo~ega predora;
o za vsak konvergen~ni merski profil smo predstavili tudi geolo{ko sliko obmo~ja, prikaz teh prerezov je podan v sliki {t.5.;
o hidrogeolo{ka spremljava je obsegala tedenski pregled vseh vodnih pojavov v predoru, meritve pretokov in vzor~evanja vode;
o na povr{ini smo ve~krat spremljali nekatere parametre ({irjenje razpok na plazu nad ju‘nim delom predora, ...);
o v primeru izrednih dogodkov smo se vklju~ili v proces izdelave projektnih re{itev.
Opis kartiranih enot
Obravnavano obmo~je predora gradijo klasti~ni nevezani sedimenti srednjega plio-cena, ki smo jih ‘e v fazi raziskav glede na prevladujo~o granulometri~no sestavo razdelili v tri vrste: v prode s peski, melje in gline.
Prodi in peski
V plasti prodov in peskov nastopajo drobno, srednje in grobozrnati kremenovi peski. Srednja vrednost premera zrn je 0,51 mm, velikost zrn pa variira od 0,02 do 5,1 mm. Maksimalna velikost premera proda zna{a 15 mm. V teh plasteh je lepo izra‘ena navzkri‘na pla-stovitost. Pesek je po ve~ini gost in zbit.
Plasti proda in peska zaradi svojih hidro-lo{kih lastnosti predstavljajo vodonosne horizonte v predoru. Zasi~enje plasti z vodo je ve~inoma segalo od 0,3 do 0,5 m visoko od kontakta z neprepustno glino. Zaradi niz-
307
Slika 2: Zna~ilna opazovana litolo{ka sekvenca
v predoru Stanjevci. V spodnjem delu kalote
siva glina, nad njo pribli‘no 3m debela plast
melja rjave barve, nad njim pa prod rjave
barve z limonitno skorjo. Kalota jug st. 55+593.
kega gradienta so bili iztoki vode ve~inoma v obliki solzenja, le redko se je voda pojavljala v obliki te~enja. Prisotnost vode je bila zelo mote~a predvsem v smislu meh-~anja tal kalote, kot podlage na katero je nalegalo primarno podporje. Vtoki vode reda velikosti do 0,5 l/min so se pojavljali predvsem pri napredovanju na za~etnih delih predora. Do hipnega praznjenja z vodo zasi~e-nih delov zemljine – nastanka teko~ih peskov, kateri so bili prognozirani, je pri{lo samo enkrat, v kasnej{ih primerih smo strop kalote {~itili z zabitimi jeklenimi deskami. Taki nenadni dotoki vode so se hitro umirili. Za vodo je zna~ilna nizka mineralizacija in prisotnost agresivne ogljikove kisline. V ob-mo~jih intenzivnega delovanja pretakanja vode se izlo~a limonit.
Pliocenski peski in prodi vsebujejo minerale magmatskega izvora, metamorfnih in sedimentnih kamnin. O magmatskem izvoru pri~ajo zrna kremena, glinencev, magnetita, ilmenita, cirkona in rutila. Zrna, ki izvirajo iz metamorfnih kamnin predstavljajo granati, staurolit in muskovit, medtem ko iz starej{ih sedimentnih kamnin izvirajo zrna cirkona, rutila, turmalina, mikrokristalnega kremena in drobci ro‘enca.
Melji
Prodi in peski prehajajo v granulacijsko bolj drobne zemljine: meljaste peske, melje in meljne gline (ML-MI). Zaradi delovanja
308
Toma` Begu{, Klemen Sotlar, Robert Hoblaj & Mihael Bren~i~
vode so ti zemljinski razli~ki bolj ali manj oksidirani in zato zna~ilne rjave in rumeno rjave barve. Zemljina je zbita. Te bolj pestre granulacijske razli~ke smo imenovali melji. Zna~ilno za melje je, da so bili prehodi v glino ali pesek postopni in so vedno nastopali kot vmesni ~len med skrajnima granulacij-skima razli~koma. Postopni prehodi pri~ajo o neprekinjeni sedimentaciji. Pojavljanje stikov med glino in prodno pe{~eno plastjo ka‘e na to, da je bila sedimentacija za dolo~en ~as prekinjena in hkrati spremenjeno okolje sedimntacije oziroma energijski re‘im vode. Melji so slabo vodoprepustni, vendar smo jih pogostokrat opazovali in opisovali kot vla‘no zemljino.
Gline
Melji navzgor prehajajo v zadnji granula-cijski razli~ek v sekvenci, v glino (CI-CH trdne konsistence). Prehod je postopen. Glina je sive ali rjave barve, kar je odvisno od granulacijske sestave, oziroma odstotka vsebnosti meljne ali pe{~ene komponente, ki je bolj dovzetna do procesov preperevanja. Prevladovala je meljna glina.
In‘enirsko geolo{ka slika predora
Za~etek izkopa predora je potekal z ju‘ne strani od staciona‘e 55 + 305 z dnem 31.01 2000. Za~etek izkopa stopnice na tej stacio-na‘i je 02.05.2000.
V stropu kalote smo ob izkopu opazovali sivo glino, ki je navzdol postopno prehajala v glinene in kasneje v pe{~ene melje. Debelina meljne plasti je bila ugotovljena na 2,0 m. Navzdol je nastopala prodno pe{~ena past z izrazito navzkri‘no plastovitostjo, debeline skoraj 3,0 m in je segalo skoraj do tal kalote. V levem boku je bil kontakt s spodaj le‘e~o, zaporno, plastjo sive gline na vi{ini 0,6 m, medtem ko je bil v desnem boku isti kontakt na 0,3 m vi{ine od tal kalote. Ob kontaktu se je pojavljala limonitna skorja. Voda se je ob kontaktu izcejala predvsem v levem boku, kar je potrjevalo napovedi o hidrogeolo{kih razmerah v predoru iz leta 1998. Zaradi raz-makanja sive glinene plasti v tleh kalote je dne 13.2.2000 pri{lo do hipnih posedanj pod-porja in posledi~no ru{enja kalote na sta-ciona‘i 55 + 329.
V nadaljnih izkopih kalote smo dobili grobo oceno o prostorski usmerjenosti plasti, ki so za razliko od napovedanih vpadale pod zelo majhnimi naklonskimi koti proti severovzhodu. V za~etnem delu do staciona‘e 55 + 351 je bil polo‘aj plasti v kaloti prakti~no enak vendar s {e vedno izra‘enim naklonom proti severovzhodu, kar je pomenilo, da s predorom napredujemo vzporedno s sleme-nitvijo plastovitosti.
Od staciona‘e 55+351, kjer smo dne 5.3. 2000, v stropu prvi~ predrli glineno plast in opazovali razmo~eno plast peskov in prodov v krovnini, smo na st. 55+356,5 do‘iveli praznjenje horizonta v obliki teko~ih peskov.
Med staciona‘o 55+364 in 55+370 se je kontakt v stropu nekoliko dvignil, vendar od tu naprej jasno opazujemo spu{~anje kontaktov v stropu kakor tudi v tleh kalote, kar smo potrdili tudi z izkopom stopnice v nadaljevanju, kjer so se peski in prodi najprej pojavljali v desnem boku, kot pa~ vpadajo plasti.
Od staciona‘e 55+370 naprej, lahko govorimo o jasnem poteku kontakta, ki smo ga opisovali v stropu, proti niveleti tal kalote na koncu predora (staciona‘a 55+625). To pomeni, da se je kontakt med zgoraj le‘e~o prodno pe{~eno plastjo in spodnjo glineno, oziroma meljno glineno plastjo (zaradi late-ralnih sprememb) na razdalji 255 m spustil za pribli‘no 5 m.
Hkrati z zgornjim kontaktom, ki smo ga opisovali od st. 55+351, se je spodnji kontakt med zgoraj le‘e~o prodno pe{~eno plastjo in spodnjo sivo glino, katerega smo opazovali v vi{ini tal kalote (v prvem izkopnem profilu), prav tako pojavljal do st. 55+370 v tej vi{ini z posameznimi oscilacijami, ki niso presegle 0,5 m. Od st. 55+370 naprej se je kontakt med granulacijskima razli~koma postopoma spu{~al proti spodnji niveleti izkopa predora, in jo dosegel na st. 55+613, t.j. 12 m pred koncem tunela. Zato je v obmo~ju pojavljanja spodnje glinene plasti v izkopu za talni obok prihajalo do razmeroma velikih iztokov vode. Najve~ji iztoki so se pojavljali med staciona‘ama 55+550 in 55+590 , kjer smo zabele‘ili izdatnost velikosti nekaj l/s.
Opazovanje dveh – zgoraj opisanih kontaktov, ki sta bila zaradi kontrastnosti raz-li~kov, v ~asu izkopa predora, orientirni to~ki, je odlo~ilno pripomoglo k jasnej{emu vpogledu v vzdol‘ni prerez izkopa predora. Kon-trastnost teh kontaktov, je posledica spreme-
Geolo{ka spremljava izgradnje predora Stanjevci
njenih geolo{kih pogojev v ~asu intenzivnega zapolnjevanja umikajo~ega Panonskega bazena.
Voda, ki se je vseskozi pojavljala v ob-mo~ju kontaktov med neprepustno glino ali meljem in vodonsnimi horizonti peskov in prodov, je povzro~ala obilico te‘av, ki pa so bile zaradi doslednosti izvajalca vedno obvladljive.
Plasti v predoru na obmo~ju ju‘nega por-tala predora vpadajo proti jugozahodu, medtem, ko so v predoru vpadale proti severovzhodu pod zelo blagim (3–5°) kotom. Tako smo v predoru sledili med napredkom rahel vpad od levega dela (gledanjo po staciona‘i) proti desnemu. Tako je bil tudi dotok vode usmerjen v tej smeri. Na obmo~ju pred pokritim vkopom na severni strani smo opazovali vpad plasti proti severu pod blagim kotom, 80/10.
Hidrogeolo{ke razmere v predoru
Predor je zgrajen nad regionalno gladino podzemne vode. Voda se pojavlja nad zapornima plastema gline v produ in pesku. Naj-ve~ji dotoki vode so se pojavili na obmo~ju zadnjih metrov izkopa talnega oboka na st. 55+570, zaradi edine proste poti za vodo, ki jo je izkop pred betona‘o {e nudil. Stacionarni pretok vode v predoru ne dose‘e 0,5l/sek. Voda {kodljivo vpliva na beton.
Zru{ki
^eprav je zaradi sprotnih primernih podpornih ukrepov izkop potekal brez ve~jih te‘av, pa velja omeniti pojave nestabilnosti v obliki praznjenj z vodo zasi~enega peska na ju‘nem pokritem vkopu in v za~etni fazi gradnje predora, ki je kulminiralo z ru{e-njem stopa kalote do povr{ine.
Med izkopom za kaloto jug je v jutranji izmeni 13.2.2000 na st. 55+329 pri{lo do mo~nega pove~anja konvergenc, ki je kulminiralo z ru{enjem in zapolnitvijo ~ela kalote z zemljino in lijakom poru{itve do povr{ine. Lijak neposredne poru{itve je zna-{al na povr{ini pribli‘no 6x9 metrov. Hkrati z lijakom so bile lepo opazne tudi razpoke na povr{ini, ki segajo do pribli‘ne stac. 55+310. V smeri napredovanja ne sledimo stopenj, ki bi kazale na {irjenje ru{enja pred
309
Slika 3: Zru{ek na st. 55+329 v fazi sipanja
najve~je koli~ine materiala 13.2.2000 ob 8uri
42 minut. Lepo vidna razpoka v primarni
oblogi (levo).
čelom. Material zruška predstavlja višjele-žeča Zemljina: peščen melj in droben enakomeren pesek.
Rezultati meritev 3D premikov v primarni oblogi in na površini
Iz rezultatov meritev je razvidno, da so se med gradnjo predora najbolj razvijali premiki v vertikalni smeri. Nekoliko manjši premiki so registrirani v horizontalni smeri, najmanjši pa v vzdolžni smeri. V splošnem so se maksimalni premiki pojavili neposredno po izkopu kalote. Stabilizacija premikov je praviloma nastopila z odmikom čela kalote ter izdelavo začasnega talnega oboka. Iz diagramov je razvidno, da je do “umiritve” prišlo v povprečju v 10-tih dneh (minimalno v 5-tih, maksimalno v 15-tih dneh). Ponovno večanje premikov je registrirano pri izkopu stopnice na območju merskih profilov, vendar so bili ti premiki bistveno nižjega velikostnega reda. Do ponovne stabilizacije je prišlo v treh do petih dneh z odmikom čela stopnice ter izdelavo talnega oboka. Pregled maksimalnih vertikalnih premikov na posameznih profilih podajamo v razpredelnici.
•  v osi predora na profilu P2 - 421mm
•  na levi strani predora na profilu P4 -784mm
Primerjava prognoziranih parametrov in dejanskega stanja v predoru
Ker smo avtorji članka vseskozi sodelovali pri raziskavah in izkopu predora Stanjevci, podajamo pregled prognoziranega in dejanskega stanja geologije. Primerjava je poučna za nadaljnje delo pri podobni problematiki.
310
Toma` Begu{, Klemen Sotlar, Robert Hoblaj & Mihael Bren~i~
RAZPREDELNICA : Pregled geolo{kih parametrov s prognoze in dejansko stanje.
Parameter	Prognoza (1996)	Dejanjsko stanje (2000)	opomba
litologija	prod, melj, glina	prod, melj, glina	se ujema
vpad plasti	proti jugovzhodu	proti severovzhodu	se ne ujema
voda	dve plasti, z ve~ vode, prognoza l/s,	dve plasti v obmo~ju izkopa	dobro ujemanje, pojavi vode pa so bili napovedani na podlagi litologije;
• preperevanje gline zaradi delovanja vode se najbolj očitno kaže v spremembi barve. Globina spremembe je odvisna od deleža me-ljaste komponente v glini. Debelina spremembe je neenakomerna.
• čeprav je bilo vode malo (0,5 l/s v celotnem predoru), pa je bila vloga vode velikega pomena pri stabilnosti predora;
• težave pri obvladovanju stabilnosti so nastopale v veliki meri zaradi prisotnosati vode;
• konvergence so v normalnih razmerah v povprečju dosegale velikostni red 50 mm;
• v območju zruška do st.55+321 smo beležili deformacije do 784 mm;
Literatura
Beguš, T. & Brenčič, M. 1998: Geološke raziskave predora Stanjevci na železniški progi Puconci - Hodoš, Zbornik 4. posvetovanja o gradnji predorov in podzemnih prostorov, Ljubljana.
Franc, D. 2000: Gradnja železniškega predora Stanjevci na progi Puconci - Hodoš - državna meja z Madžarsko, Tehnični informator SCT, Ljubljana.
Pleničar, M. 1963: OGK 1:100.000 - List Goričko, Karta in tolmač, Geološki zavod Ljubljana.
Glavna razlika je opazna pri interpretaciji vpada plastovitosti. Razlika je nastala zaradi zna~ilnega razvoja procesa preperevanja in s tem povezani spremembi barve gline s sive v rjavo, kakor tudi zaradi lateralnih sprememb vzdol‘ posameznih plasti. Podatek je pomemben pri nadaljnjih delih v podobnih razmerah.
Razlika v interpretaciji plastovitosti vodi tudi v potrebo po prostorski (z razliko od linijske) postavitvi raziskovalnih vrtin v plastnatih medijih (zemljine, sedimentne kamnine).
Zaključki
V sklopu geološke in geotehnične spremljave smo pridobili nekatere izkušnje, ki so pomembne z vidika ocene vpliva geoloških dejavnikov na predor:
• v predoru Stanjevci smo sledili tri glavne zemljinske različke: prode s peski, melje in gline;
• plasti so bile jasno vidne in lepo sledljive;
• plasti so skoraj vodoravne, rahlo vpa-dajo proti severovzhodu;