Barlangpincék állékonysága a budai Várhegyen

Korábban hírt adtunk a budai Várhegyen végzett mérnökgeológiai kutatásokról és a föld alatti terek aggasztó állapotáról. A barlangpincék állékonyságának vizsgálatában Karay Gyöngyi, a BME hallgatója is közreműködött, ebben a témában diplomamunkát és TDK-dolgozatot készített. A dr. Görög Péterrel és dr. Hajnal Gézával együtt végzett kutatások során két helyszínt vizsgáltak és modelleztek végeselemes szoftverrel; az Építészfórumon ennek a munkának az összefoglalóját adjuk közre.

Barlangok a Várhegy alatt

A budai Várhegy utcái alatt, a mélyben különleges barlangrendszer kanyarog. A mintegy 18.000 m² alapterületű Nagy Labirintust méltán tartják a világ hét legnagyobb földalatti csodái egyikének: a természet munkája az emberi tevékenységgel kiegészülve olyan járatrendszer kialakulásához vezetett, amely történelmi és történelem előtti érdekességeket is tartogat az ide látogatóknak. A Labirintuson kívül a Várhegyen, a felszín alatt eddig további 68 különálló barlangüreget tártak fel.

A budai Várhegy édesvízi mészkő sapkájába a víz vájt üregeket a földtörténeti negyedidőszakban. A keletkezés körülményeiről több különböző elméletet dolgoztak ki: a felszíni, illetve a felszínről beszivárgó vizek, vagy a mélyből feltörő, a mészkövet is lerakó meleg vizes források oldották ki a mészkőpaplan puha alsó rétegeit (Cholnoky 1936, Horusitzky H. 1939, Kerekes 1940, Kadič 1942). A középkori ember a kútásás során felfedezett természetes barlangüregeket tárolási, raktározási célra használta fel, majd a kőzet továbbfejtésével, a járatok összekötésével stratégiailag is jelentős föld alatti járatok jöttek létre. Az üregekből mélyített kutak vízadó képessége, valamint a Várhegy stratégiai jelentősége vonzotta ide a királyi székhelyét itt felépítő IV. Béla királyt. A Nagy Labirintus jelenlegi formáját a XX. században nyerte el, amikor egyes szakaszait óvóhelyként, kórházként, később titkos légoltalmi bázisként használták (Hajnal 2003).

 

 

A Várhegy területén a nyolcvanas években következtek be először jelentős felszínsüllyedések, útbeszakadások. A sokféle módon hasznosított üregek és járatok nagy része - rendszeres használat és karbantartás híján - az idők folyamán elég rossz állapotba került, mígnem a megnövekedett teher-, és járműforgalom hatására több helyen állékonyságukat vesztették, beomlottak. 1994-ben egy rendőrök elől menekülő zsebtolvaj alatt nyílt meg a föld a Szentháromság téren, 2004-ben a Bécsi kapu téren egy busz alatt, 2005-ben a Szent György téren egy teherautó alatt szakadt be egy üreg, majd 2010-ben ismét a Szentháromság téren jelentkeztek a problémák. A felsorolás itt nem ér véget, bár a nagy súlyú járműveket azóta kitiltották a Várhegy területéről és jelentősen korlátozták a gépkocsiforgalmat. Minden alkalommal végeztek állagbiztosító munkálatokat, ám ezeknek a célja legtöbbször a veszély gyors elhárítása volt, így az igazán szükséges, a kőzettulajdonságokat és a statikai szempontokat is figyelembe vevő műszaki megoldás minden alkalommal elsikkadt. A helyszíni művezetéssel, „érzésre" elhelyezett szerkezetek nem oldják meg hosszú távon a gondokat,  továbbá esztétikai és használhatósági szempontból is sokat levonnak a földalatti terek értékéből.

 

 

A vizsgálatok célja és módszerei

A Várhegy üregeinek állékonysági kérdéseivel egy diplomamunka, majd később egy TDK dolgozat keretében foglalkoztunk konzulenseimmel, dr. Görög Péterrel és dr. Hajnal Gézával. Célunk az volt, hogy a kiválasztott üreg, illetve terem kőzetkörnyezetét helyszíni-, és laborvizsgálatok, valamint a korábbi irodalmak segítségével minél alaposabban feltárjuk, hogy az így kapott eredmények ismeretében olyan számítógépes modellt alkothassunk, amely alkalmas az üregek állékonyságának vizsgálatára. A kiválasztott terület a Táncsics Mihály 17-21. szám alatti déli barlangüreg és a Nagy Labirintus Mamutfogas terme voltak. Munkánk során nagy segítséget jelentett, hogy a Várhegy mészkövét 1994-ben a BME Mérnökgeológia Tanszéke több pontról vett mintasorozatokkal elég alaposan feltárta és dokumentálta. E dokumentumok a korábbi szakvéleményekkel, irodalmakkal kiegészítve jó alapot jelentettek a munkához. A felmérés, kőzetmechanikai jellemzés során saját vizsgálataink - a kutatás önkéntes jellege miatt - szűk keretek közé voltak szorítva. A modellezés során a Rocscience programcsomag Phase2 végeselemes szoftverét használtuk.

 

 

A Táncsics Mihály utca 17-21. szám alatti üreg állékonyságvizsgálata

A Táncsics Mihály 15-23. alatt egy kétszintes, nagyobb kiterjedésű különálló barlangüreg található. Az 1993-ban bekövetkezett beszakadást követően a leromlott minőségű fa-, és tégla megerősítések helyett betonidomkő boltíveket, pilléreket, boltozatokat építettek be. Munkánk során részletesen a 17-21. szám alatti déli üreget vizsgáltuk. A modellezés során egy olyan általános függőleges metszetet vettünk fel, amely a lehető legtöbb helyen elmetszette a kiépített barlangpince járatait. A kőzetkörnyezet leírásában saját vizsgálataink mellett a BME által 1993-ban és 1994-ben elkészített szakvéleményekre támaszkodhattunk.

 

 

A sötétszürke színnel jelzett felszíni feltöltést követően pados kifejlődésű mészkőrétegek helyezkednek el. A szürke rétegben a 40 centis padokat 10 centis agyagrétegek határolják, a sárgában vízszintes tagoltságok meglétét feltételeztük, kitöltő anyag nélkül. Ebben a rétegben a főtén megfigyelt repedések és szakirodalmi adatok alapján három méterenként a függőlegessel 10°-os szöget bezáró repedéseket vettünk fel. A világosbarna réteg porózus mészkő, melynek feküje a szürke színnel jelölt mésziszap réteg. Legalul agyagtalaj feltételezhető az irodalmak alapján. Az épület terhét 200 kN/m megoszló teherrel modelleztük (az autóforgalom elhanyagolható, mivel az utcát középen lezárták), a tégla megerősítést narancssárgával, míg a beton idomkövet szürke színnel jelöltük.

Az üreg állékonyságát három különféle anyagmodell alkotásával vizsgáltuk, a felszíni terheket, tagoltságokat és a rétegződéseket is figyelembe véve. Az első, „erős modellbe" a rendelkezésünkre álló kőzetfizikai paraméterek közül a legerősebbeket, a második, „gyenge modellbe" a leggyengébbeket, míg a „vizes modellbe" az erős anyagok vízzel telített anyagjellemzőit adtuk be. Ezekkel mind valós, mind biztonsági számításokat végeztünk, melyek eredményére a következő értékek adódtak:

 

A legnagyobb elmozdulások helye minden alkalommal a legkisebb takarásnál jelentkezett, ám a tönkremenetel a mészkő feküjét alkotó mésziszap rétegek kimerülése miatt következett be. Ekkor a gyenge alsó rétegek benyomódnak a járatokba. Látható, hogy a biztonság értéke egyedül a vízzel telített esetben nem volt megfelelő. Kisebb mennyiségű víz állandó jelenléte megfigyelhető a barlangban, ám az összes réteget átáztató mennyiségű víz csak közműhibából adódhatna, amely az 1993-as beszakadásnál szintén közrejátszott. Megerősítésként a programmal az öreg téglaboltozatok idomkővel való cseréjét és a mésziszap réteg 20 cm betontakarással való megerősítését próbáltuk ki, ekkor a biztonság azonnal három fölé, a maximális elmozdulások értéke 25 mm alá ugrott. Ezen elméleti próbálkozásokon túl a modell felhasználható lenne statikailag megalapozott erősítések tervezésére is. Itt, a Táncsics utcában a modellezés pontosítása érdekében célszerű lenne felderíteni a megjelenő vizek eredetét, felmérni és megakadályozni a közművek hibáit és újabb mintavételekkel, a rétegződések és tagoltságok vizsgálatával tovább finomítani a bemenő adatokon és geometrián.

 

 

A Nagy Labirintus Mamutfogas termének állékonyságvizsgálata

A Nagy Labirintus Mamutfogas terme a Várhegy földalatti üregrendszerének talán legszebb része. Ha felnézünk, a főtét mindenütt átjárja a víz munkáját jelző oldásformák sokasága. A terem épségére komoly veszélyt jelent az emberi gondatlanság: a mészkőfőte felszíni munkavégzés miatt több helyen végigrepedt. A Labirintust jól ismerők szabad szemmel látják az egyes kőzettömbök repedések menti elmozdulását. A helyszíni bejárásokon a friss törések mellett kavicsos-agyagos laza anyaggal kitöltött tagoltságokat is felfedeztünk, amelyek szintén hozzájárulnak a mészkősapka folytonosságának megszakadásához.

 

 

Ennél a teremnél szintén rendelkezésünkre állt az 1994-es vizsgálatsorozat szakvéleménye, de a rétegződésről kevesebb információnk volt, ezért további irodalmi adatok segítségével (Török et al. 1998, BME 2006, illetve közműfeltárások adatai) megszerkesztettük a Várhegy egy vázlatos földtani szelvényét. A felső réteg feltöltés, alatta három mészkőréteg található. Az első és a harmadik egy gyengébb, töredezett, porózus mészkő, köztük a terem főtéjét is alkotó összefüggő, tömörebb kőzet helyezkedik el. A mészkő feküje márga. Az épület terhét 200 kN/m megoszló teherrel modelleztük, a járművek dinamikus terheit 100 kN/m megoszló statikus teherrel közelítettük. A helyszínen felmért tagoltságokat is bevittük a modellbe: a lila vonal a kis tágasságú kitöltetlen repedéseket, a dupla zöld vonal 10-20 centiméter tágasságú, agyaggal kitöltött tagoltságot jelöli. Az oldalfalak terméskő megerősítését narancssárgával, a padló betonborítását  szürke színnel ábrázoltuk. Az üreg egyharmadnál a vasbeton erősítő ív metszete látható.

Ezen rétegződés alapján alkottuk meg a számítógépes modellet és vettük fel az anyagjellemzőket. Ebben az esetben a főtét alkotó mészkőtömb anyagjellemzőnek variálásával, valamint különböző hatások, úgymint a repedések és az oldásformák többféle módon való figyelembevételével, a munkagödör kiemelés és a repedéskitöltő anyag kimosódásának vizsgálatával több mint 100 futtatást végeztünk. Ezek eredményei a következő intervallumokban mozogtak:

 

Ebben a táblázatban a „sima" a speciális hatásokat nem vizsgáló, a kitöltött repedéseket anyagrétegként figyelembe vevő futtatási sorozatot, a „repedés" ezek tagoltság-elemként való vizsgálatát jelenti. Az oldásformák figyelembevételére először fél méteres szakaszon gyengébb anyagminőséget vettünk figyelembe (ez a járatos rész nyilvánvalóan nem vesz részt teljes értékű kőzettömbként a teherviselésben), majd ezt az egész réteget eltávolítva is vizsgálódtunk. Megnéztük a különböző méretű munkagödrök hatását, illetve modelleztük a víz hatására a repedésekből kimosódott kitöltő anyagok esetét is.

 

 

Az eredmények az alap futtatások során megfelelőre adódtak mind a biztonság, mind az elmozdulás tekintetében, ám a különleges adottságokat tekintetbe véve, már kis elmozdulás is veszélyt jelenthet egy-egy kisebb tömbre, benyúló oldásformára. A különféle hatások figyelembevételekor kedvezőtlen értékek adódtak, az esetleges kimosódás például végzetes lehet, amihez nagy mennyiségű víz megjelenésére lenne szükség. A finomítás érdekében itt is fontos lenne a vizek származásának alaposabb ismerete. A geometria pontosabb felvételével jobban lehetne modellezni az oldásformák hatásait, illetve itt a rétegződés és a tagoltságok pontos helye és paramétereik vizsgálata tovább javíthatja ennek a vizsgálatnak az eredményét.

 

 

Összegzés

Az elhagyatott és elhanyagolt üregek mindaddig komoly veszélynek vannak kitéve, amíg el nem kezdünk rájuk megőrzendő értékként, felelős mérnöki szemmel tekinteni. E földalatti terek bevonása a hétköznapok körforgásába nemcsak az itt lakók és vendégeik életét gazdagítaná, de a folyamatos ellenőrzésre is lehetőséget adna. A kőzetkörnyezetet figyelembe vevő tervezés és a szakemberek együttműködése lehetővé tehetné, hogy ezek a megerősítések „szépek és jók" legyenek, vagyis a funkcionális megfelelőséget biztosítva az üregek, termek esztétikai értékeit is megőrizzék, kihangsúlyozzák. E terek ilyen módú felhasználására láthatunk néhány jó példát: a Hapimag Apartmanház alatti üreget, illetve a Magyar Borok Házát. A budai Vár barlangjai nem „ellenségek" és csupán megoldandó problémák: ha jó szívvel és ésszel foglalkozunk velük, még sokáig élvezhetjük e föld alatti csodákat.

Karay Gyöngyi

---

Karay Gyöngyi 1988. június 15-én született Budapesten. Elsőéves a BME Szerkezet-építőmérnök mesterszakán, Mérnökgeológia szakirányon, a Várhegy üregeinek állékonysági kérdéseivel 2011 februárja óta foglalkozik. A témában írt diplomát (A

Budapest I. kerület Táncsics Mihály utca 15-23. szám alatti barlangpincék állékonyságának kőzetmechanikai vizsgálata) és TDK dolgozatot (A budavári Nagy Labirintus Mamutfogas termének állékonyság-vizsgálata). Szerzőként közreműködött a 2012. januári Mérnökgeológia-Kőzetmechanika konferenciára megjelent, Mérnöki kutatások a budai Várhegyen című könyv elkészítésében (szerkesztette Görög Péter és Hajnal Géza, írta Farkas Dávid, Görög Péter, Hajnal Géza, Karay Gyöngyi, Kőszely Ágnes, Török Ákos, Vasvári Vilmos).

 

Források

• CHOLNOKY J. (1936): A budai várhegyi barlangok. Barlangvilág, 6. 12., 10-18.
• HAJNAL G. (2003): A budai Várhegy hidrogeológiája. Akadémiai Kiadó, Budapest.129.
• HORUSITZKY H. (1939): Budapest Duna-jobbparti részének geológiai viszonyai. Hidrológiai Közlöny, 18 (1938), 404.
• KADIČ, O. (1942): A budavári barlangpincék, a várhegyi barlang és a Barlangtani Gyűjtemény ismertetése. Barlangvilág, 12 (3-4), 49-75.
• KÉZ A. (1993): A budai Várhegy teraszkavicsa. Földrajzi Közlemények, 61, 266-268.
• TÖRÖK Á. et al. (1998): A Gerecse és a Budai hegység édesvízi mészkő összleteinek komplex földtani vizsgálata. Ifjúsági OTKA jelentés, 71.

BME szakvélemények:

Előzetes szakértői értékelés a Budapest I. kerület, Táncsics Mihály utca 19–21. számú lakóépület mélypincéinek kőzetkörnyezetéről. (204.005/1993-e) Résztvevő szakértők: KLEB B., GÁLOS M., MAREK I., TÖRÖK Á., BENKOVICS L., KOCSÁNYINÉ KOPECSKÓ K., EMSZT GY. ÁRPÁS E.

Szakértői értékelés a Budapest, I. kerület, Táncsics Mihály utca 17–21. sz. lakóépületek alatti forrásvízi mészkő kőzetfizikai, kőzetmechanikai tulajdonságairól. (204.008/1994-a) Résztvevő szakértők: KLEB B., GÁLOS M., MAREK I., TÖRÖK Á.

Szakértői értékelés a Labirintusban (Budapest, Várhegy) előforduló forrásvízi mészkövek kőzetfizikai, kőzetmechanikai tulajdonságairól (204.008/1994-b) Résztvevő szakértők: KLEB B., GÁLOS M., MAREK I., TÖRÖK Á.

Szakértői értékelés a Budavári Nagyboldogasszony (Mátyás) templom rekonstrukciós munkáihoz készített fúrások magmintáinak talaj- és kőzetmechanikai vizsgálatairól (32898-003-MG-041/2006) Résztvevő szakértők: GÁLOS M., VÁSÁRHELYI B., EMSZT GY., ÁRPÁS E.

Kapcsolódó oldalak:

Víz és repedések nyomában a budai Várhegyen