Dynamiczny wzrost wykorzystania technologii tunelowania w obszarze budownictwa komunikacyjnego stawia przed technologami odpowiedzialnymi za projektowanie składu mieszanek betonowych oraz przed inżynierami odpowiedzialnymi za ich wbudowanie niespotykane w budownictwie kubaturowym i inżynierskim wymagania.

SUMMARY

Concrete in tunnel engineering

A dynamic increase in using tunnelling technologies in the field of transport infrastructure engineering places on technologists responsible for concrete mix design and on engineers responsible for their laying demands that are unheard of in construction engineering.

Keywords: tunnelling, concrete for tunnel engineering, concrete mixtures, tunnel boring machines, TBM


Z tego powodu istotne jest zrozumienie zasad wykonywania tego typu konstrukcji, jak również pożądanych właściwości mieszanki betonowej i stwardniałego betonu. Zasadniczy podział metod tunelowania obejmuje:

    • tunele wykonywane metodami odkrywkowymi (w wykopie wąsko- lub szerokoprzestrzennym),
    • tunele wykonywane metodami górniczymi (metodą strzałową lub mechaniczną),
    • tunele wykonywane metodami pipe roofing oraz przecisku hydraulicznego,
    • tunele wiercone z wykorzystaniem maszyn TBM (tunnel boring machines) oraz SM (shield machines).

Tunele wykonywane metodami odkrywkowymi (w wykopie)

Tymi metodami wykonywane są tunele o nieznacznej długości oraz elementy kubaturowe tuneli, np. stacje metra. W terenie, który pozwala wykonać szerokoprzestrzenny wykop i ukształtować skarpy zgodnie z właściwościami mechanicznymi gruntów rodzimych, żelbetową konstrukcję tunelu wykonuje się tradycyjnymi metodami stosowanymi w budownictwie kubaturowym lub montuje z prefabrykatów. Natomiast w terenach, których ukształtowanie lub istniejąca zabudowa nie pozwalają wykonać wykopu szerokoprzestrzennego, stosuje się techniki tunelowania w wykopie wąskoprzestrzennym. W tym wypadku budowę rozpoczyna się najczęściej od wykonania ścian szczelinowych. Następnie wybiera się urobek spomiędzy nich. W przypadku głęboko posadowionych tuneli (z głębokimi ścianami szczelinowymi) w trakcie pogłębiania wykopu ściany szczelinowe podpiera się rozporami rurowymi. W tak zabezpieczonym wykopie wykonuje się żelbetową konstrukcję tunelu – najpierw płytę denną, następnie ściany i strop w tradycyjnym deskowaniu. Cały proces pokazano schematycznie na rys. 1.

Alternatywnie w przypadku wykopów wąskoprzestrzennych tunel można wykonać metodą podstropową (schemat przedstawiony na rys. 2). Po wykonaniu ścian szczelinowych wykonuje się strop tunelu na gruncie. Następnie urobek z wykopu wybiera się od czoła tunelu lub przez otwory technologiczne w wykonanym wcześniej stropie. W miarę pogłębiania wykopu w przypadkach, gdy same ściany szczelinowe i rozpierający je od góry strop nie mogą przenieść parcia gruntu, stosuje się również rozpory rurowe lub zakotwienie ścian za pomocą kotew gruntowych. Kolejno wykonuje się płytę denną oraz ściany tunelu i ewentualne stropy pośrednie. Metoda ta pozwala na szybkie przywrócenie do użytkowania terenu nad tunelem, co jest szczególnie ważne np. w miastach.

W obu metodach ściany szczelinowe mogą być zastępowane innymi konstrukcjami spełniającymi funkcję obudowy tymczasowej tunelu, np. palisadą z pali wierconych czy ścianką szczelną. Tunele wykonywane metodami odkrywkowymi (w wykopie) nie stawiają szczególnych wyzwań w zakresie wymagań dla mieszanek betonowych i stwardniałego betonu oraz metod jego wbudowania.

Tunele wykonywane metodami górniczymi

Metody górnicze przeznaczone są do wykonywania tuneli o stosunkowo dużym przekroju poprzecznym, dochodzącym nawet do 200 m2. Drążenie tuneli odbywa się najczęściej mechanicznie: koparkami lub kombajnami chodnikowymi, rzadziej z zastosowaniem materiałów wybuchowych. Metody górnicze są stosowane do drążenia tuneli głębokich i gwarantują możliwość zmiany kierunku zarówno w pionie, jak i w poziomie (łuki pionowe i poziome). W zależności od warunków geotechnicznych tunele mogą być drążone pełnym przekrojem lub z podziałem na strefy (kalota, sztrosa i spąg – rys. 3). Istnieje wiele metod górniczych, które w odmienny sposób podchodzą do metodologii projektowania, wykonywania oraz kierowania procesem budowy. Istotne jest, że wszystkie metody górnicze bazują na drążeniu tunelu w cyklicznie powtarzających się trzech fazach: wzmocnienie górotworu, wydobywanie urobku oraz wykonanie obudowy docelowej.

Jedną z najpopularniejszych metod górniczych jest metoda NATM (ang. New Austrian Tunnelling Method), której założenia opracował w 1948 roku prof. Ladislaus von Rabcewicz. Metoda NATM (zwana jest również metodą konwencjonalną) zakłada, że skała jest nośnym elementem konstrukcyjnym i może się swobodnie odkształcać. Drążenie tunelu metodą konwencjonalną polega na optymalizacji procesów technologicznych w celu kontroli deformacji ośrodka gruntowego oraz naprężeń w obudowie tunelu. W miarę posuwu przodka tunelu wykonuje się podatną budowę składającą się z kotew gruntowych, żeber (łuków stalowych), siatek zbrojeniowych oraz betonu natryskowego. Czoło tunelu wzmacnia się przez wykonanie prekonsolidacji (rys. 4). Docelową obudowę tunelu wykonuje się w deskowaniu przestawnym poruszającym się na torowisku. Ostatnim elementem jest wykonanie płyty dennej.

W przypadku tuneli komunikacyjnych drążonych metodami górniczymi mamy do czynienia z dwoma typami mieszanek betonowych. Pierwszą z nich jest beton natryskowy do wykonania obudowy tymczasowej stanowiący spore wyzwanie technologiczne. Nie jest to często spotykany typ betonu, z tego względu założenia do jego projektowania nie są powszechnie znane. Mieszanka betonowa do wykonania betonu natryskowego zostanie omówiona szerzej w dalszej części artykułu. Drugim typem mieszanki jest beton do wykonania obudowy stałej tunelu. Jest to mieszanka charakteryzująca się dużą ciekłością (konsystencja S4), łatwo pompowalna i o dużej stabilności. Klasa wytrzymałości betonu oraz klasy ekspozycji dobierane są w zależności od obciążeń i uwarunkowań środowiskowych, w jakich będzie eksploatowany tunel. Betonowanie zaczyna się od najniżej położonych króćców osadzonych w szalunku (aby wysokość spadania swobodnego w szalunku ograniczyć do minimum), stopniowo posuwając się ku stopowi. Beton zagęszczany jest sekcjami z zastosowaniem pneumatycznych wibratorów przyczepionych do szalunku. Beton płyty dennej nie ma szczególnych wymagań poza koniecznością spełnienia warunków konstrukcyjnych w zakresie wytrzymałości i trwałości (klasy ekspozycji). Podawany jest rurociągiem (często gumowym), którego opory zdecydowanie trzeba uwzględnić przy doborze konsystencji.

Tunele wykonywane metodami pipe roofing oraz przecisku hydraulicznego

Obie metody znajdują zastosowanie przy wykonywaniu krótkich tuneli o różnym przeznaczeniu, kształtach i wymiarach przekroju poprzecznego. Szczególnie chętnie metody te są wykorzystywane przy budowie przejść pod istniejącą infrastrukturą komunikacyjną – drogi, tory kolejowe lub pod budynkami, które ze względu na wrażliwy na osiadanie sposób posadowienia mogłyby ulec uszkodzeniu przy zastosowaniu bardziej inwazyjnych metod tunelowania.

W metodzie pipe roofing wykorzystującej mikrotunelowanie konieczne jest wykonanie dwóch komór – startowej i końcowej. Tunel wykonywany jest w trzech etapach: etap pierwszy – wykonanie obudowy wstępnej, etap drugi – wykonanie wykopu i podparcia tymczasowego – oraz etap trzeci – wykonanie docelowej obudowy tunelu (rys. 5). Wykonanie obudowy wstępnej polega na przeciskaniu przez grunt rur stalowych o średnicy od około 500 do 1000 mm z komory startowej w kierunku studni końcowej. Poszczególne odcinki rur są łączone na specjalny zamek, dzięki czemu tworzą ciągłą konstrukcję rurową. Obudowa wstępna składa się z szeregu mikrotuneli stalowych wykonywanych po obwodzie przyszłego tunelu, począwszy od części stropowej w kierunku powierzchni bocznych ścian. Na końcu wykonywane są mikrotunele w warstwie spągowej. Po wykonaniu mikrotunelowania (w zależności od warunków gruntowych – po obrysie całego przyszłego tunelu lub bez warstwy spągowej) następuje faza zaślepiania rur stalowych. W tym celu stosowane są mieszanki betonowe o dużej ciekłości (konsystencja S4/S5) i właściwościach ekspansywnych. Szczelne wypełnienie rur betonem (pH około 13) jest warunkiem ich ochrony przeciwkorozyjnej i stanowi dodatkowe usztywnienie konstrukcji. Kolejnym etapem jest wykonanie wykopu metodami ręcznymi lub mechanicznymi z jednoczesnym montażem tymczasowej stalowej konstrukcji wsporczej. Dzięki zastosowaniu mikrotunelowania zabezpieczającego wykop może być realizowany z dwóch stron tunelu jednocześnie. Ostatnim etapem jest wykonanie żelbetowej obudowy docelowej tunelu. Jako pierwszą wykonuje się płytę denną (rygiel spągowy), następnie ściany i wreszcie strop (rygiel stropowy). Betonowanie płyty dennej nie wymaga stosowania żadnych specjalistycznych technik. Betonowanie ścian i stropu odbywa się przez króćce zamontowane w płytach szalunkowych. Mieszanka betonowa do wykonania ścian i stropu musi charakteryzować się dużą ciekłością od konsystencji S4 aż do betonów samozagęszczalnych. Klasa wytrzymałości betonu oraz klasy ekspozycji są dobierane w zależności od obciążeń i uwarunkowań środowiskowych, w jakich będzie eksploatowany tunel. Betonowanie zaczyna się od najniżej położonych króćców (aby wysokość spadania swobodnego w szalunku ograniczyć do minimum), stopniowo posuwając się ku stropowi. W przypadku stropów płaskich w krótkich tunelach betonowanie może być prowadzone od czoła tunelu.

Metoda przecisku hydraulicznego polega na przeciskaniu przez grunt docelowej obudowy żelbetowej tunelu za pomocą zestawu siłowników. Podobnie jak metoda pipe roofing, wymaga ona wykonania komory (szybu) startowej i końcowej. W komorze startowej wykonanej najczęściej w obudowie ze ścian szczelinowych lub ścianki szczelnej wykonuje się żelbetowy blok oporowy oraz płytę denną. Blok oporowy służy do przenoszenia parcia od siłowników wpychających elementy obudowy tunelu na ściany wykopu w komorze startowej. Na płycie dennej instalowane jest torowisko (prowadnice). Na przeciwległej do bloku oporowego ścianie wykonuje się „okno” dostosowane wymiarami do kształtu wpychanych elementów obudowy tunelu. W tak przygotowanej komorze startowej na prowadnicach montowana jest stalowa tarcza z nożem lub urządzenie drążące, które za pomocą siłowników jest wpychane w grunt. W miarę postępu prac związanych z drążeniem do komory startowej opuszczane są kolejne prefabrykaty żelbetowe, które po ustawieniu na prowadnicach są wpychane przez siłowniki. Czynność ta jest powtarzana cyklicznie, aż do przebicia tunelu do komory końcowej. Kierunek posuwu stalowej tarczy z nożem (lub urządzenia drążącego) na czele przecisku jest korygowany za pomocą zestawu siłowników korygujących.

Metoda przecisku hydraulicznego wywiera znacznie większy wpływ na grunt w obrębie wykonywanego tunelu. Z tego względu część płytko wykonywanych przecisków jest realizowana metodą kombinowaną. Jako pierwszy element wykonuje się pipe roofing w strefie stropowej. Zabezpiecza on grunt przed nadmiernym osiadaniem. W kolejnej fazie wykonuje się przecisk hydrauliczny z zastosowaniem gotowej obudowy żelbetowej.

Prefabrykowana żelbetowa konstrukcja tunelu jest wykonywana z betonu wysokich wytrzymałości (zazwyczaj powyżej C35/45), co jest związane z wykorzystaniem siłowników hydraulicznych, które muszą pokonać tarcie gruntu przy wpychaniu obudowy. Klasy ekspozycji betonu (a co za tym idzie – dobór surowcowy) są dostosowywane do warunków, w jakich będzie eksploatowany tunel. Osobnym wymaganiem w przypadku dłuższych tuneli przeznaczonych dla ruchu pieszego może być projektowanie betonu w kierunku stabilności konstrukcji w trakcie pożaru. Zjawiskiem niebezpiecznym (oprócz zachowania nośności konstrukcji) jest tzw. spalling, czyli intensywne odłupywanie się (eksplozja) fragmentów betonu w trakcie pożaru. Woda zawarta w betonie w trakcie pożaru zmienia się w parę wodną. W miarę rozwoju pożaru, któremu towarzyszy wzrost temperatury, rośnie również ciśnienie pary wodnej zawartej w betonie, co nieuchronnie prowadzi do eksplozywnego odspajania dużych fragmentów betonu, stanowiących poważne zagrożenie dla ludzi przebywających wewnątrz tunelu (ewakuowanych i ratowników) w trakcie pożaru. Metody projektowania betonu o podwyższonej odporności na spalling obejmują stosowanie kruszyw wapiennych lub granitowych (niska rozszerzalność cieplna), jak również włókien polipropylenowych o odpowiedniej długości i średnicy. Stosowanie włókien do zabezpieczenia betonu w kierunku antyspallingowym jest związane z ich niską temperaturą topnienia, co w przypadku pożaru powoduje powstanie wolnych przestrzeni, które są w stanie skompensować/rozładować wzrastające ciśnienie pary wodnej.

Tunele wiercone z wykorzystaniem maszyn TBM, TBM-S i SM

Tunelowanie z zastosowaniem maszyn typu TBM (tunnel boring machines), TBM-S (ze szczelną osłoną zabezpieczającą) oraz SM (shield machines) jest rozwiązaniem ekonomicznym w przypadku długich tuneli o średnicach od 1,5 do 19 m.

TBM są stosowane w przypadku tuneli o przekroju kołowym drążonych w gruntach skalistych, w których nie występuje problem wód gruntowych albo gdy wody te występują w niewielkim zakresie niestanowiącym ryzyka zalania tunelu. W skałach luźnych do czasu wykonania obudowy końcowej tunel jest zabezpieczany kotwami, betonem natryskowym lub stalowymi łukami podpierającymi. Obudowę końcową wykonuje się jak w przypadku tradycyjnych metod górniczych. Alternatywnie wykonuje się obudowę z tubingów – prefabrykatów żelbetowych, która nie wymaga obudowy tymczasowej (wstępnej).

Tarcze SM mogą mieć dowolny kształt – włącznie z prostokątnym. Stosowane są w gruntach niespoistych (wymagających prekonsolidacji) lub spoistych. W przypadku tunelowania poniżej poziomu wód gruntowych stosuje się rozwiązania z tarczą wspieraną sprężonym powietrzem lub płuczką bentonitową. Obudowę tunelu wykonuje się w miarę postępu czoła tunelu w osłonie maszyny z prefabrykatów żelbetowych, tzw. tubingów. Wykonana obudowa z tubingów stanowi oparcie dla siłowników odpowiedzialnych za posuw tarczy drążącej. W tej metodzie nie występuje obudowa wstępna (tymczasowa).

Wykonywanie długich tuneli wiąże się często ze zmiennymi warunkami gruntowo-wodnymi. Z tego względu powstały maszyny drążące typu TBM-S. W tym przypadku obudowę tunelu wykonuje się również z tubingów, które stanowią oparcie dla siłowników popychających tarczę. W tej metodzie również nie występuje obudowa wstępna.
Wszystkie metody tunelowania z zastosowaniem maszyn drążących wymagają wykonania szybów startowych i końcowych. Dobór odpowiedniego rozwiązania jest uzależniony od: górotworu, warunków wodnych oraz kształtów i wymiarów docelowych tunelu. Najbardziej rozpowszechnione są maszyny typu TBM-S.

Tubingi – elementy prefabrykowane, a następnie używane do wykonania obudowy tunelu drążonego tarczą TBM-S lub SM – są dostarczane z zakładu prefabrykacji na plac budowy ciężarówkami. Z miejsca rozładunku poprzez szyb startowy są transportowane w głąb tunelu za pomocą tzw. multicarów lub po torowisku, a następnie zautomatyzowaną linią w kierunku czoła tarczy. Na miejscu wbudowywane są doczołowo do poprzednio ułożonego pełnego ringu. Cała operacja odbywa się pod osłoną pancerza, który chroni w trakcie montażu przednią część TBM-S zarówno przed wodą gruntową, jak i osuwającym się gruntem. Elementy za pomocą automatycznego dźwigu (tzw. erektora) z uchwytami próżniowymi są umieszczane na specjalnych miejscach. Na czas montażu elementu w miejscu mu przeznaczonym zwalniane i odsuwane są siłowniki, którymi TBM-S zapiera się o prefabrykaty. Siłowniki zwalniane są tylko w miejscu aktualnie montowanego elementu. Po ułożeniu elementu jest on ponownie dociskany siłownikami do poprzedniego ringu. Pełen ring składa się z od kilku do kilkunastu elementów. Tak więc do ułożenia całego ringu potrzebne jest powtórzenie tej operacji wielokrotnie. Ostatnim elementem układanym w danym ringu jest zawsze klucz, który ostatecznie uszczelnia i usztywnia ring. Po zmontowaniu całego ringu TBM-S lub tarcza SM rozpoczyna fazę posuwu z drążeniem. Tarcza wyposażona w noże i dyski tnące jest wciskana za pomocą siłowników hydraulicznych w grunt. Obrót tarczy jest realizowany za pomocą przekładni napędzanej silnikami hydraulicznymi. Wszystkie siłowniki równoważące napór gruntu i wody są zaparte o prefabrykowaną obudowę metra, czyli kolejny właśnie ułożony ring z tubingów. Rys. 6 obrazuje schematycznie tarczę TBM-S.

Produkcja tubingów na podstawie doświadczeń z budowy II linii metra w Warszawie

Wymagania dla mieszanki betonowej i stwardniałego betonu:

    • cement CEM I 42,5R lub CEM I 52,5R w ilości od 400 do 450 kg/m3,
    • powierzchnia właściwa cementu wg metody Blaine’a nie powinna przekraczać 400 m2/kg,
    • współczynnik w/c nie powinien przekraczać 0,4,
    • konsystencja mieszanki betonowej S1 (opad stożka od 10 do 40 mm),
    • kruszywo wapienne lub granitowe o uziarnieniu do 16 mm wolne od zanieczyszczeń,
    • domieszki do betonu: superplastyfikatory znacznie redukujące zawartość wody w betonie,
    • włókna polipropylenowe (PP) w ilości maksymalnej 2 kg/m3 betonu,
    • włókna PP o średnicy 18 µm i długości od 6 do 12 mm nie powinny zawierać materiałów z recyklingu,
    • klasa wytrzymałości betonu C40/50,
    • wytrzymałość wczesna na etapie rozformowania elementów minimum 12 MPa (po 6 godz.),
    • wytrzymałość charakterystyczna betonu na rozciąganie osiowe powinna wynosić min. 2,5 MPa,
    • głębokość wniknięcia wody pod ciśnieniem nie powinna być większa niż 10 mm,
    • ubytek przekroju po teście odporności ogniowej spowodowany odpryskami na powierzchni nie powinien przekroczyć 25 mm ponad jakąkolwiek część tego przekroju.

Wymagania dodatkowe dla mieszanki betonowej i stwardniałego betonu

Tradycyjnie mieszanka przeznaczona do produkcji tubingów jest przygotowywana w wytwórni przyobiektowej, a jej transport jest ograniczony do podawania szczękowym pojemnikiem zasypowym spod węzła do stanowiska betonowania. W przypadku produkcji tubingów na potrzeby II linii metra w Warszawie, ze względu na brak przyobiektowej wytwórni mieszanki betonowej, musiała być ona wykonywana poza miejscem wbudowania.

Zdecydowano się zastosować beton towarowy dowożony betonowozami z węzła betoniarskiego oddalonego o 2 km. Technologia produkcji prefabrykatów z betonu towarowego o utrzymaniu konsystencji przez ok. godzinę, a jednocześnie bardzo szybkim przyroście wytrzymałości oraz bardzo gładkim licu betonu, pozbawionym porów powietrznych (jakość betonu architektonicznego), stanowiła spore wyzwanie technologiczne.

Wymagania dotyczące procesu pielęgnacji termiczno-wilgotnościowej

Pielęgnacja termiczno-wilgotnościowa prowadzona była w komorze dojrzewania z naparzaniem niskociśnieniowym. Prefabrykowane elementy wprowadzane były do komory w formach stalowych. Istnieje szereg wytycznych dotyczących prowadzenia tego procesu. Zarówno z ekonomicznego, jak i trwałościowego aspektu produkcji elementów najistotniejsze są warunki temperaturowe, które obejmują wytyczne:

    • naparzanie niskociśnieniowe betonu powinno być rozpoczęte, kiedy jego temperatura osiągnie minimum 40°C,
    • naparzanie powinno być prowadzone równomiernie, tak by różnica pomiędzy dwoma dowolnymi punktami formy przylegającymi do betonu była nie większa niż 10°C,
    • maksymalny wzrost temperatury w komorze nie powinien przekroczyć 24°C/h, ale jednocześnie nie więcej niż 6°C w ciągu dowolnych 15 minut,
    • maksymalna temperatura betonu nie powinna przekroczyć 70°C.

Ostatni warunek jest bardzo istotny, gdyż wpływa na uzyskanie trwałości gotowego elementu. W praktyce operatorzy komór pielęgnacyjnych do naparzania niskociśnieniowego stosują temp. około 50-55°C, co wynika z optymalizacji kosztów tego procesu.

Opis procesu wytwarzania tubingów

Prefabrykowana obudowa tunelu centralnej części II linii metra w Warszawie wytwarzana była na klasycznej linii do produkcji prefabrykatów w układzie karuzelowym. Oznacza to, że formy były zintegrowane z wózkami szynowymi i poruszały się w kołowym układzie zamkniętym. Tubingi były produkowane w systemie kilkuzmianowym. Każda zmiana produkowała około 8-10 pełnych ringów obudowy tunelu. Elementy miały szerokość 1,5 m i grubość standardowo 0,3 m. Na pełen ring składało się 6 elementów (łącznie 8 m3 betonu) – 5 pełnowymiarowych (po 1,5 m3 betonu każdy) oraz 1 element zamykający – tzw. klucz (0,5 m3 betonu). Elementy poddawano naparzaniu niskociśnieniowemu w komorze dojrzewalni. Pełen cykl produkcyjny obejmował kolejne stanowiska/czynności robocze:

    • oczyszczenie formy z resztek betonu i nałożenie środka antyadhezyjnego,
    • umieszczenie szkieletu zbrojeniowego i zamknięcie formy,
    • podłączenie kasety sterującej wibracją i zabetonowanie formy (fot. 1),
    • wstępne wygładzenie górnej powierzchni elementu w formie,
    • uchylenie skrzydełek formy i zatarcie całej górnej powierzchni (fot. 2),
    • ponowne zamknięcie skrzydełek formy na dystansach,
    • wprowadzenie elementu do komory dojrzewalni i jego wstępne podgrzanie,
    • proces przyśpieszonego dojrzewania w warunkach naparzania niskociśnieniowego,
    • wyjęcie elementu z komory dojrzewalni po wstępnym wystudzeniu,
    • podniesienie elementu z formy i odtransportowanie go na składowisko wyrobów gotowych (fot. 3),
    • powrót formy na stanowisko oczyszczania i nakładania środka antyadhezyjnego.

Skład mieszanki betonowej

Do produkcji tubingów stosowano mieszankę betonową spełniającą opisane powyżej wymagania. Skład mieszanki betonowej:

    • cement CEM I 42,5 R w ilości 400 kg,
    • piasek kwarcowy 0/2 mm w ilości 640 kg,
    • grys granitowy 2/8 i 8/16 w łącznej ilości 1230 kg,
    • superplastyfikator MasterGlenium ACE 420 (BASF) w ilości 3,2 kg,
    • włókna poplipropylenowe o średnicy 18 µm i długości 12 mm w ilości 1,5 kg.


prof. dr hab. inż. Jan Deja,

Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

Z satysfakcją przyjmuję fakt, że w polskich planach drogowych pojawia się coraz więcej projektów związanych z budową tuneli. Jeszcze chwilę temu mogliśmy się „szczycić” praktycznie jedynie sześćsetmetrowym tunelem w Zwardoniu na granicy ze Słowacją.

Na szczęście sytuacja zmienia się w dobrą stronę – powstał dwukilometrowy tunel pod Martwą Wisłą w Gdańsku, buduje się kolejny około dwukilometrowy tunel w ciągu drogi S7 w Lubniu, rozpoczęły się prace przy budowie tunelu pod Ursynowem, jak również kilometrowej długości tunelu w przebiegu krakowskiej Trasy Łagiewnickiej. Za chwilę ruszają prace przy budowie bardzo długo oczekiwanego tunelu w Świnoujściu, w planach GDDKiA jest budowa tuneli w południowym przebiegu dróg ekspresowych S19, S3 oraz północnej obwodnicy Krakowa, czyli projektowanej drogi S52. Coraz lepiej rozumiemy, że budowa tuneli to jeden ze skutecznych sposobów poprawy jakości infrastruktury drogowej, nie tylko w terenach górzystych, ale także w dużych aglomeracjach miejskich.

W przypadku aglomeracji miejskich tunele stwarzają szanse nie tylko usprawnienia ruchu, ale dodatkowo pozwalają ograniczyć skutki środowiskowe wynikające z koncentracji spalin w obrębie ciągów komunikacyjnych.

Podróżując po Europie, widzimy różne techniki budowania tuneli i zauważamy, że w sytuacji kryzysowej (wypadek, pożar) tunel może stać się miejscem bardzo niebezpiecznym. Stąd też obecność systemów wentylacyjnych, dróg ewakuacyjnych i – co bardzo ważne – odpowiedni dobór materiałów konstrukcyjnych. O ile konstrukcja nośna obudowy tunelu nie pozostawia tutaj większego pola manewru – dominują beton i torkret – o tyle dobór rodzaju nawierzchni drogowej może podlegać dyskusji.

W mojej opinii tragedia, która rozegrała się 24 marca 1999 r. w ponad 11-kilometrowym tunelu pod Mont Blanc, powinna skłaniać do refleksji przy podejmowaniu decyzji o wyborze rodzaju nawierzchni drogowej w tunelu. W wyniku kolizji kilku pojazdów doszło do pożaru, który objął również asfaltową nawierzchnię drogi. W głównym stopniu produkty spalania substancji bitumicznych i kilku pojazdów były przyczyną śmierci aż 39 osób, które przebywały w tunelu. To zdarzenie spowodowało, że w niektórych krajach pojawiły się wręcz zalecenia dotyczące stosowania betonowych nawierzchni w tunelach drogowych.

Pamiętajmy, że beton jest materiałem niepalnym i nie zwiększa obciążenia ogniowego, nie wytwarza dymu ani gazów, stanowi skuteczną tarczę ogniową, zaś woda wykorzystywana do gaszenia pożaru nie niszczy betonu. Te wszystkie cechy powodują, że nawierzchnia betonowa w tunelach drogowych znacząco podnosi bezpieczeństwo ich użytkowników.

Piśmiennictwo
  1. PN-EN 934-2:2007 Domieszki do betonu, zapraw i zaczynu – Część 5: Domieszki do betonu natryskowego – Definicje, wymagania, zgodność, oznakowanie i etykietowanie.
  2. PN-EN 14487-1:2007 Beton natryskowy – Część 1: Definicje, wymagania i zgodność.
  3. Sprayed Concrete for Ground Support. BASF Construction Chemicals Europe Ltd. 13th edition, March 2014.
  4. European specification for sprayed concrete. EFNARC 1966.
  5. Introduction to sprayed concrete. SCA UK 01/10/2016.

Rys. 1 Technika tunelowania w wykopie wąskoprzestrzennym.

Rys. 2 Wykonanie tunelu metodą podstropową

Rys. 3 Wykonanie tunelu z podziałem na strefy (kalota, sztrosa i spąg)

Rys. 4 Wykonanie prekonsolidacji

Rys. 5 Wykonanie docelowej obudowy tunelu

Rys. 6 Schemat tarczy TBM-S

Fot. 1. Betonowanie tubingów

Fot. 2. Zacieranie powierzchni górnej

Fot. 3. Podniesienie elementu z formy
W związku z wejściem w dniu 25 maja 2018 roku nowych przepisów w zakresie ochrony danych osobowych (RODO), chcemy poinformować Cię o kilku ważnych kwestiach dotyczących bezpieczeństwa przetwarzania Twoich danych osobowych. Prosimy abyś zapoznał się z informacją na temat Administratora danych osobowych, celu i zakresu przetwarzania danych oraz poznał swoje uprawnienia. W tym celu przygotowaliśmy dla Ciebie szczegółową informację dotyczącą przetwarzania danych osobowych.
Wszelkie informacje znajdziesz tutaj.
Zachęcamy również do zapoznania się z naszą nową Polityką Prywatności.
W przypadku pytań zapraszamy do kontaktu z naszym Inspektorem Ochrony Danych Osobowych pod adresem iodo@elamed.pl

Zamknij