Mérnökgeológia-Kőzetmechanika 2015 (Szerk: Török Á., Görög P. & Vásárhelyi B.) oldalak: 161 170 A budapesti 4-es metró Duna alatti átvezető szakasz földtani értelmezésének változása 1898-tól napjainkig Geological interpretation of Danube river crossing of metro line no. 4: changes in time from 1898 to present Bodnár Nikolett Magyar Földtani és Geofizikai Intézet, bodnar.nikolett@mfgi.hu Szlabóczky Pál Nyugalmazott geológus mérnök, mérnökgeológiai szakmérnök Török Ákos BME, Geotechnika és Mérnökgeológia Tanszék, torokakos@mail.bme.hu ÖSSZEFOGLALÁS: A 4-es számú metróvonal Duna alatti átvezetése, mely a Szent Gellért teret köti össze a Fővám térrel, volt a budapesti metróépítések egyik legproblematikusabb szakasza, mind geotechnikai, mind mérnökgeológiai szempontból. A Duna és a karsztvíz tároló közelsége, a széles vetőzónák, az erősen töredezett és változékony kőzetanyag miatt a nyomvonalszakasz jelentős előkutatást és kockázatmérlegelést igényelt. Az elmúlt több mint száz év során számtalan tanulmány készült a területről, melyek áttekintése során láthatóvá vált, hogy a technológia (kutatófúrások számának a növekedése) és a geológiai szemlélet fejlődése, hogyan befolyásolta e kicsiny, de annál nagyobb jelentőséggel bíró terület földtani képét. A cikk keretei között a korábbi értelmezésekben szereplő, számtalan változat közül a legjelentősebbeket mutatjuk be. A feldolgozás során a szelvényeket és a térképeket azonos méretarányra hozva átrajzoltuk és így még érzékletesebben jelenik meg az, hogy hogyan változott a földtani felépítés értelmezése az évek során. Kulcsszavak: 4-es metró, Duna alatti szakasz, földtani szelvények, karsztvíz ABSTRACT: The most difficult part of the metro line 4, from engineering geological and geotecnical points of view was the Danube river crossing part. This section connects Szent Gellért square with Fővám square and the area is influenced by the proximity of karstic water, the river and the fault zones with fractured rock masses. All these features represent major engineering geological risks and therefore intense exploration took place during the past more than hundred years. With the increasing information obtained from better techniques and numerous core drillings, the paper provide information on how our understanding of the geological setting of this relatively small area has changed in time. The presentation is in the form of cross sections and geological maps that were redrawn by using the same scale and legend. Keywords: metro line 4, Danube crossing part, geological sections, karstic water 1 BEVEZETÉS A budapesti metróépítések egyik legproblematikusabb szakasza, geotechnikai, és mérnökgeológiai szempontból, a 4-es vonal Duna alatti átvezetése volt, mely a Szent Gellért teret köti össze a Fővám térrel (1. ábra). Az itt végzett kutatások kidolgozásában többek között fontos szerepe volt a történeti idők során változó elnevezésű műegyetemi geológiai tanszéknek. Schafarzik 1898-as átnézetes szelvénye, a fürdőhöz kapcsolódó hévízforrások mellett, a Ferenc József- (mai Szabadság-) híd pilléralapozásával is összefüggött, és ezt már a metrókutatásoknál is figyelembe vették (lásd Aujeszky et al. 1985, Juhász (Vendel M. nyomán) 2001).
Bodnár Szlabóczky Török 1. ábra. A 4-es metró Duna alatti átvezető szakasza (The Danube crossing part of the metro line 4) Az 1970-es évek elején, közepén mélyültek az Országos Földtani Kutató és Fúró Vállalat első Duna medri és Duna parti metrós kutató fúrásai (T-1 T-8). Meg kell jegyezni, hogy több eredeti földtani naplóban a nyilvánvalóan Tardi Agyag jellegű szakaszokat is tévesen Kiscelli Agyagnak írták le, éppen a hídpillér fúrások nyomán. Néhány mederfúrásban kifolyó langyos víz jelentkezett. Az 1970-es évek végén a B jelű Dél-budai és a K jelű Kálvin téri fúrások közül néhány a Duna part közelébe esett. Ugyancsak a 70-es évek végén, a Gellért téren (főként a hidrotermális problémák tisztázásából) mélyültek a 298-300 jelű, mélyebb fúrások. Az 980-as évek elején a Földmérő és Talajvizsgáló Vállalat mélyíti a mederben és a parton a DM-1 DM-5 jelű fúrásokat. Ekkor észlelték az újabb mederforrásokat (Scheuer és Szlabóczky 1984). 1997-98-ban 3 db 80 m tervezett mélységű mederfúrás készített a Geovil Kft. Ezek egyike a pesti oldalon észlelt (Scheuer és Szlabóczky) új szökevény mederforrás mellett feltárt egy hévizes üreget a karsztos rendszeren belül a márgában vagy dolomitban. 2006-2007- es év folyamán a Duna meder pesti felén kb. 6 további fúrás mélyült a Geohidro Kft. koordinálásában, amelyeknek egyik célja az volt, hogy a később tektonikus depressziónak minősített zónában és környékén, feltárja K 0 tényezőt. Ennek szerepére a Fővám téri aknamélyítésnél jelentkező geotechnikai nehézségek is rávilágítottak. Az agyagok túlkonszolidáltságával, a K 0 tényezővel kapcsolatos kutatás a későbbiekben is folytatódott (Kálmán 2012, Horváth-Kálmán 2012). A már meder közeli alagút és állomásépítés részeként körülbelül 4 aknasarok fúrás, valamint egy karsztvíz figyelő kút (SzGT-1) mélyült, amelyek a meder alatt folytatódó, sok geotechnikai nehézséget okozó Tardi Agyagot tárták fel a pleisztocén kavics alatt. 2 FÖLDTANI FELÉPÍTÉS Budapest változatos domborzatát a Duna kétfelé osztja. Ny-i oldalán hegyvidék (Budai-hegység), K-i oldalán pedig síkvidék (Pesti-síkság) terül el. A Budai-hegység területének morfológiáját a tektonikai mozgások következtében kiemelt alaphegység rögvonulatai adják, a Pesti-síkság pedig teknős szerkezetű, melyet a Duna ártéri hordalékokkal töltött fel (Schafarzik et al. 1964). A felső-triász rétegekre (Fődolomit Formáció) diszkordánsan települnek az eocén képződmények (Kecskeméti 1998). A nyomvonal mentén előforduló eocén, oligocén és miocén képződményeket diszkordanciával települő kvarter üledékek fedik. A kora-oligocén regresszió következménye volt a többnyire izolált, csak szorosokon át közlekedő medencék kialakulása, melyben a sekélybathiális, anoxikus környezetet jelző Tardi Agyag képződött. Elterjedésének nyugati határa a Budai-vonal. A Budai-vonal olyan ÉÉK-DDNy-i csapású képződményhatár, amely a középső-eocéntől a kora-miocénig a Budai-hegység legfontosabb paleogeográfiai választóvonala volt (Fodor et al. 1994). Az oligocén közepén a térség mélyebb és szélesebb csatornákon keresztül volt kapcsolatban a Paratethys-szel, amely jelenség kísérője a Kiscelli-medence kialakulása, és a Tardi Agyagra konkordánsan települő Kiscelli Agyag képződése (Báldi 1983). A Kiscelli Agyagra fokozatos átmenettel települ a sekélyszublitorális-litorális Törökbálinti Homokkő és a 162
Budapesti 4-es metró dunai szakasz mélyszublitorális-sekélybathiális, nyíltvízi Szécsényi Slír. A Törökbálinti Homokkő és az arra konkordánsan települő litorális-szublitorális Budafoki Homok a Szécsényí Slír nyugati heteropikus medence-peremi fáciesei (Báldi 1997). A metróvonal földtani-tektonikai szempontból három nagymértékben eltérő vonalszakaszra osztható: a budai szakasz (a Kelenföldi pályaudvartól a Szent Gellért térig), a Duna alatti szakasz (a Szent Gellért tér nyugati részétől a Pesti Alsó rakpartig) és a pesti szakasz (a Fővám tértől a Keleti pályaudvarig, Dózsa György útig) (Raincsákné 2000). A budai szakaszra homogén földtani felépítés és viszonylag kismértékű tektonizáltság jellemző. A nyomvonalszakaszon az alagút csaknem végig a Kiscelli Agyagban halad. A Tardi Agyagra konkordánsan települő összlet vastagsága a tektonikai helyzetének függvénye, a Szent Gellért tér közelében erősen lepusztult. A nyomvonal közelében mindenhol típusos megjelenésű: tömeges, vastagpados, szürke-kékesszürke szín jellemzi, erősen pirites, a repedések mentén gipszes, közepes karbonát tartalmú, enyhén csillámos (Geovil 2001, 2005). A Duna alatti átvezető szakasz a Gellért-hegy DK-i oldalán lévő tektonikus, aszimmetrikus sasbércet harántolja. Az aszimmetriát az ÉK-i szárny erősebb térrövidülése okozta. Többnyire ÉNy-DK-i törésekkel tagolt. A budai oldalon található alsó-oligocénnél idősebb korú képződmények a Gellért-hegyet dél felől határoló ÉNy-DK-i illetve É-D-i irányú vetők mentén a mélybe süllyedtek (Rózsa és Fáy 1980). Ugyanezen kőzeteket a pesti oldalon körülbelül 1000 m-es mélységben, fúrásokkal tárták fel, melyeket már Schafarzik (1926) is leírt. K-DK felé lépcsőzetes lezökkenés tapasztalható. A Duna alatti átvezető szakasznál a nehézséget főként a Duna és a hévízforrások közelsége okozta. A források sértetlenségének érdekében, számos kutatófúrás és geofizikai vizsgálat alapján alakították ki a nyomvonalat, hogy kellő vastagságú oligocén vízzáró agyagtakaró biztosítsa a karsztvízrezervoár védelmét. A Duna alatti 350 m-es szakaszon az alagutak nagyjából 250 m-es hosszban a Tardi Agyagban haladtak, majd a pesti oldal felé az alagút környezetében nagy keménységű hidrotermálisan kovasavval átitatott, Kiscelli Agyag jelenik meg, a rakpart környezetében pedig egy markáns vetőzónát követően már a Szécsényi Slír. A széles vetőzónák és az ezek mentén feltörő meleg karsztvíz veszélye, az erősen töredezett kőzetanyag, a Duna alatt az alagutak fölötti vékony agyagtakarás miatt a nyomvonalszakasz jelentős geotechnikai és kivitelezési kockázatot hordozott magában (Horváth 2013). A pesti szakasz DNy-ról ÉK felé fiatalodik, a nyomvonal felső-oligocén és miocén korú képződményekben halad. Litológiailag nagyon változatos, a medencesüllyedéshez kapcsolható, tenziós tektonika jellemző. Gyakoriak a jelentősebb rétegvizet tartalmazó kőzetrétegek vagy lencsék. A képződményeket mindenhol a felszín alatti vízzel gyakran telített homokos, kavicsos dunai üledék fedi (Bubics 1978). A felszín alatti víz áramlását elsődlegesen a Duna határozza meg. Két fő áramlási irány állapítható meg. Az egyik a Duna, mint erózióbázis felé történő szivárgás, a másik a Duna völgyével közel párhuzamos, jellemzően ÉÉNy-DDK irányú. Az általános áramlási képet néhol kissé torzítja a dombokról lefutó kisebb patakmedreket követő áramlás. A Duna mindenkori vízállása hatással van a környezetében lévő terasz vízszintjére is (Juhász 2000). 3 A FÖLDTANI ÉRTELMEZÉS VÁLTOZÁSA Az előbbiekben bemutatott irodalmi hivatkozások sora is igazolja, hogy az elmúlt több mint száz év során számtalan tanulmány készült a területről. Jelen cikk keretein belül nem volt lehetőségünk valamennyit bemutatni, ezért a teljesség igénye nélkül, néhány szelvénnyel és térképpel szeretnénk szemléltetni, hogy hogyan változott a földtani felépítés értelmezése az évek során. A bemutatott szelvények természetesen nem egy azon nyomvonalon keresztezik a Duna medrét, hanem egy körülbelül 80-100 méter széles zónát képviselnek, s irányuk és méretarányuk is eltérő, de hozzávetőlegesen hasonló helyen haladnak. A földtani szelvények mellett elvi szelvényként feldolgozott adatsorokat is figyelembe vettünk. A mára már megépült 4-es metró nyomvonalát csak abban az esetben tűntettük fel a térképeken és szelvényeken, ha a szerző azt az eredeti ábrán is bemutatta. Ki kell emelni, hogy a nyomvonal többször változott így az ábrázoláskor mindig az adott időszakban érvényes aktuális nyomvonal látható. A szelvényekhez és térképekhez igyekeztünk egységes jelkulcsot illeszteni, amelyben a formációk hivatalos betűkódját alkalmaztuk. A formációk egységes ábrázolásához egyes szelvényeken kisebb változtatásokat eszközöltünk, az összehasonlíthatóság érdekében. 163
Bodnár Szlabóczky Török A 2. ábrán Schafarzik Ferenc 1898-ban készített, majd 1926-ban publikált szelvénye látható, amelynél a formáció felsorolásból hiányzik a Tardi Agyag. Ez azzal magyarázható, hogy az egykori Ferenc- József- (ma Szabadság-) híd pillérfúrásai csak Kiscelli Agyagot tártak fel a dolomit felett. A két pillér között esetlegesen előforduló Tardi Agyagra nem esett fúrás. 2. ábra. Schafarzik F. 1926-ban megjelent szelvénye (átdolgozva) (Geological cross section modifid after Schafarzik 1926) Bubics I. 1978-ban publikált térképvázlata (3. ábra) a 60-as 70-es évek uralkodóan vetős szerkezetű tektonikai felfogásán alapul, és követi az 50-es évektől megjelent nagy-tektonikai térképek fő irányait. 3. ábra. Bubics I. 1978-ban megjelent térképe (átdolgozva) (Geological map published by Bubics 1978, slightly modified) A 4. ábrán látható blokkdiagram az Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék nappalis vízépítő, valamint mérnökgeológia szakmérnöki képzések előadásaira készült, melyen Szlabóczky P., mint meghívott ipari előadó vett részt. A diagram az előadásokban volt látható, ezért eredeti formájában mutatjuk be. Inkább látványos, mint részletes. A szelvény később nyomtatásban is megjelent (lásd Hegyi et al. 1981). 164
Budapesti 4-es metró dunai szakasz 4. ábra. A Duna alatti átvezetés blokkdiagramja (Hegyi et al. 1981) (The block diagram of the Danube crossing part Hegyi et al. 1981) Az 5. ábrán egy rendkívül leegyszerűsített, hidrogeológiai célú vázlat látható, a Duna medrén keresztül, amely még csak az első, 1974-es mederfúrások valamint néhány part menti fúrás alapján készült. 5. ábra. Scheuer és Szlabóczky 1985-ben megjelent szelvénye (átdolgozva) (Geological cross section Scheuer and Szlabóczky 1985 - modified) Az 5. ábrához hasonlóan a 6. ábra is egy egyszerűsített szelvény, amely már figyelembe vette a DMjelű fúrásokat is, ezért tektonikailag némileg összetettebb, komplexebb. A csupán előadásra készült kicsinyített, egyszerűsített szelvény szerkesztése főként a nagy tektonikus valamint tengerparti eróziós folyamatok feltételezésén alapul. A szelvény a Magyarhoni Földtani Társulat Mérnökgeológiai-Környezetföldtani Szakosztály 1986-os előadóülésén került bemutatásra. Az eredetileg kisméretű térképvázlat (8. ábra) már az újabb fúrások (DM) figyelembe vételével, főként hidrogeológiai szemlélettel (mederforrások) készült. Nagy egyszerűsítéssel az áttekinthetőség miatt, főként a tektonika ritkításával. A többi ábrával történő összevetés miatt az eredetileg Szlabóczky P. 1989-ban közölt ábrához képest a vető- és rétegdőlés irányokat elhagytuk. 165
Bodnár Szlabóczky Török 6. ábra. Aujeszky, Scheuer és Szigeti által 1985-ben készített szelvény; jelölve a tervezett metróvonalat (átdolgozva) (Section of Aujeszky, Scheuer and Szigeti 1985; showing the planned metro line, modified) 7. ábra. Szlabóczky P. 1986-os Magyarhoni Földtani Társulat Mérnökgeológiai-Környezetföldtani Szakosztály előadóülésén tartott előadásának anyagából kapott szelvény (átdolgozva) (Geological section complied by P. Szlabóczky from the presentation made at Engineering Geological and Environmental Geological Section of the Hungarian Geological Society in 1986) A 9. ábrán az 1898-as Schafarzik féle első szelvényen alapuló, Vendel Miklós nyomán készült kisméretű ábra szerzője Juhász J. már feltűnteti az 1970-80-as években fúrásokból megismert meder alatti sasbérces szerkezetet, de a mederalatti alagútépítésnél nagy jelentőségűvé vált Tardi Agyag nem szerepel, mert a korábbi irodalom még a Budai Márgához sorolta (Wein 1977). 166
Budapesti 4-es metró dunai szakasz 8. ábra. Szlabóczky P. 1989-ben közölt térképe (átdolgozva) (Geological map compiled by P. Szlabóczky from 1989) 9. ábra. Juhász J. 2001-ben Vendel M. nyomán publikált szelvénye (átdolgozva) (Geological cross section complied by J. Juhász from 2001, it was based on the section of M. Vendel) Az egyszerűsített fedetlen földtani térkép és szelvény, már a 2007-2008-ban mélyített sűrítő fúrások figyelembe vételével készült, de az áttekinthetőség érdekében, a szakvéleményben szereplő rajzokhoz képest egyszerűsítésekkel, elhagyásokkal (10. és 12. ábra) szerepel. A 11. ábrán látható munkaközi szelvény az előbbieket jól érzékelteti. Ezen feltűntettük a bonyolult geotechnikai képet kialakító jelentősebb tektonikai mozgásokat is. Különös geotechnikai jelentőségű a meder pesti széle alatti tektonikus depresszió, amely a Fővám téri aknamélyítés földnyomási anomáliáját okozta. 167
Bodnár Szlabóczky Török Horváth Tibor által készített 2013-ban megjelent, a mederalatti alagútépítéskor is figyelembe vett végleges földtani szelvénye (13. ábra) ábrázolja a legjobban a mérnökgeológiai viszonyokat, az építési technológia tervezése által megkívánt sokszoros túlmagasítással. Az eredeti szelvényhez képest az egyes mérnökgeológiai képződmények összevonásával egyszerűsítettünk, azért hogy a képződményeket formáció szinten tudjuk ábrázolni, a többi szelvénnyel való összehasonlítás érdekében. 10. ábra. Szlabóczky P. 2008-ban publikált szelvénye az OFKFV, az FTV, a Geovil Kft és a Geohidro Kft fúrásai alapján (átdolgozva) (Geological cross section compiled by P. Szlabóczky from 2008, which was based on the drillings of OFKFV, FTV, Geovil Kft and Geohidro Kft) 11. ábra. Szlabóczky P. 2008-ban publikált szelvényének (10. ábra) munkaközi vázlata (Sketch of the geological section compiled by P. Szlabóczky from 2008) 168
Budapesti 4-es metró dunai szakasz 12. ábra. Szlabóczky P. 2008-ban készített térképe a Szabadság-híd pillérek, az OFKFV, az FTV, a Geovil Kft, a Geohidro Kft fúrásai és Wein Gy., Scheuer Gy. munkái alapján; jelölve a tervezett metró nyomvonalát (átdolgozva) (Geological map compiled by P. Szlabóczky from 2008. It is based on the drillings of OFKFV, FTV, Geovil Kft, Geohidro Kft and the previous works of Gy. Wein, Gy. Scheuer) 13. ábra. Horváth Tibor által készített és 2013-ban publikált mederalatti alagútépítéshez figyelembe vett földtani szelvénye (átdolgozva) (The section of the Danube crossing part of the tunnel compiled by Tibor Horváth 2013. It was used for the design of the river crossing) 169
Bodnár Szlabóczky Török 4 ÖSSZEFOGLALÁS A feldolgozott tucatnyi szelvény és felülnézeti kép átnézése után szembetűnő, hogy hazánk e kicsiny, de földtanilag kiemelt jelentőségű és súlyos mélyépítési problémákat okozó helyszínén milyen nagy jelentősége volt a kutató fúrások növekedésének (végül összesen 35 db), és az évtizedek alatt lezajló regionális tektonikai, és a lokális dinamikai geológiai kép fejlődésének (horizontális mozgások, stb.). IRODALMI HIVATKOZÁSOK Aujeszky G., Scheuer Gy., Szigeti P. 1985: A 4. metróvonal Duna alatti átvezetésének mérnökgeológiai vizsgálata. Földtani Közlöny, 115., No. 1-2. 163-172. Báldi T. 1983: Magyarországi oligocén és alsómiocén formációk. Akadémia Kiadó, Budapest, 293. Báldi T. 1997: Az Észak-magyarországi alsó-miocén kőzetrétegtani tagolása. In: Haas J. (szerk.): Fülöp József emlékkönyv. Akadémia Kiadó, Budapest, 215-230. Bubics I. 1978: A budapesti metróépítés földtani eredményei. Mérnökgeológiai Szemle, 21, 5-87. Fodor L., Magyari Á., Fogarasi A., Palotás K. 1994: Tercier szerkezetfejlődés és késő paleogén üledékképződés a Budai-hegységben. A Budai-vonal új értelmezése. Földtani Közlöny, 124/2, 129-305. Geovil Kft. 2001: A metróvonal és környezetének földtani felépítése (B. fejezet). kézirat, Szentendre, Geovil Kft., 34. Geovil Kft. 2005: Budapest 4. metróvonal, I. szakasz, Összefoglaló mérnökgeológiai, hidrogeológiai és geotechnikai szakvélemény, A kötet, Természetföldrajzi és földtani adottságok a nyomvonal mentén. Szentendre, Geovil Kft., 25. Hámor G. 2001: A Kárpát-medence miocén ősföldrajza: Magyarázó a Kárpát-medence miocén ősföldrajzi és fáciestérképéhez: 1:3000000. Magyar Állami Földtani Intézet, Budapest, 67. Hegyi J., Kiss E., Szlabóczky P. 1981: Általános földtani eredmények a budapesti Metró vonalak földtani kutatásaiból. Általános Földtani Szemle, 16. 5-24. Horváth T. 2013: Milyen kőzetben halad? Mérnök Újság, XX/11. 40-43. Horváth-Kálmán E. 2012: Nyugalmi feszültségállapot meghatározása a túlkonszolidált kiscelli agyagban. PhD értekezés. BME, Geotechnika Tanszék, Budapest, 86p. Juhász J. 2000: A 4. sz. metró kutatásának hidrogeológiai eredményei Földtani Kutatás, 37/2, 25-35. Juhász J. 2001: A 4-es metróvonal Duna alatti átvezetésének hidrogeológiai viszonyai. Mérnök Újság, VIII/1., 17-19. Kálmán E. 2012: In-situ measurements in Overconsolidated Clay: Earth Pressure at rest. Periodica Polytechnica Civil Eng., 56/2, 239-244. Kecskeméti T. 1998: Magyarország epikontinentális eocén képződményeinek rétegtana. In: Bérczi I., Jámbor Á. (szerk.): Magyarország geológiai képződményeinek rétegtana. A MOL Rt. és a MÁFI kiadványa, Budapest, 403-417. Raincsákné Kosáry Zs. 2000: A Budapest 4. sz. metróvonal és környezetének földtani viszonyai. Földtani Kutatás, 37/2, 4-19. Rózsa L., Fáy M. 1980: Újabb adatok Budapest talajviszonyairól a metró feltárások alapján. Mélyépítéstudományi Szemle, 30/1, 1-8. Schafarzik F. 1926: A Szent Gellérthegy geológiai multja és jelene. Természettudományi Közlöny, 58., 460-472. Schafarzik F., Vendl A., Papp F. 1964: Geológiai kirándulások Budapest környékén. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 296. Scheuer Gy., Szlabóczky P. 1985: Új szökevény hévíz források a pesti oldalon. Hidrológiai Tájékoztató, 1984. október, 23-25. Szlabóczky P. 1989: A IV-es metró Móricz Zsigmond tér-hungária körút közötti szakaszának mérnökgeológiai jellemzése. Mérnökgeológiai Szemle, 38., 79-86. Szlabóczky P. 2008: A Gellért tér és a Vámház közötti terület mérnökgeológiai viszonyai. Mérnökgeológia-Kőzetmechanika 2008, 29-36. Wein Gy. 1977: A Budai-hegység tektonikája. Magyar Állami Földtani Intézet, Budapest, 76. 170