2 lat temu
Do niedawna w Polsce rzadko korzystano z możliwości prowadzenia dróg krajowych w tunelach. Dość powiedzieć, iż pierwszym takim obiektem administrowanym przez Generalną Dyrekcję Dróg Krajowych i Autostrad była niespełna 700-metrowa przeprawa przez masyw skalny Sobczakowej Grapy w Lalikach (woj. śląskie), oddana do użytku w 2010 r. Ta tendencja wynikała z dwóch okoliczności.
Nasz układ drogowy był słabo rozwinięty, więc mieliśmy gdzie budować bez konieczności schodzenia pod ziemię. jeżeli już choćby ktoś taką możliwość analizował, to często rezygnowano z niej z uwagi na wyższe koszty. Dziś sytuacja wygląda jednak inaczej. Budowa kolejnych dziesiątek kilometrów tras szybkiego ruchu sprawiła, iż stanęliśmy przez wyzwaniem pokonywania różnego rodzaju przeszkód.
Pod koniec 2021 r. otwarto obiekt pod Ursynowem w Warszawie (trasa S2), a w tej chwili w budowie są tunele w ciągu dróg ekspresowych S1, S3, S7 oraz S52, powstaje też podwodna przeprawa w Świnoujściu (znajdzie się w nim trasa klasy GP). W przyszłym roku wystartuje drążenie tunelu w ciągu S19 Rzeszów–Babica, w planach są jeszcze dwa tunele na Podkarpaciu (także S19), a w dalszej perspektywie od trzech do pięciu w Małopolsce (S7 Kraków–Myślenice). Poza tym GDDKiA przewiduje, iż Zachodnia Obwodnica Szczecina (S6) poprowadzona zostanie w tunelu pod Odrą, a dwie podziemne przeprawy mają powstać w ciągu odcinka Warszawa–Kiełpin drogi S7
Co znamienne, przeważająca część z tych obiektów powstanie na południu Polski, gdzie dominują skomplikowane warunki fliszu karpackiego.
Dlaczego flisz karpacki jest taki „trudny”?
Co prawda zjawisko fliszu występuje nie tylko w Karpatach, ale także w wielu rejonach Alp, jednak ten karpacki jest masywem skalnym o niezwykle skomplikowanej budowie geologicznej i hydrogeologicznej oraz dużej zmienności. Flisz karpacki jest silnie spękany, a stanowią go naprzemianległe warstwy skał drobno- i gruboziarnistych – piaskowce i zlepieńce oraz łupki i mułowce o różnorodnej strukturze, teksturze oraz składzie petrograficznym. Jego wytrzymałość pod wpływem działania wody może spadać w zasadzie do zera. Cechą charakterystyczną tego typu obszarów jest także duża zmienność nachylenia warstw, występowanie uskoków tektonicznych, a także osuwisk i miejsc predysponowanych osuwiskowo. Wszystko to sprawia, iż mimo wcześniej szczegółowo dokonanego rozpoznania fliszu wykonawca oraz inwestor muszą liczyć się z tym, iż już na etapie robót budowlanych może dojść do konieczności opracowania zamiennych rozwiązań projektowych.
Jak więc widać, po wielu latach zastoju polskie budownictwo tunelowe rusza w długą podróż, i to od razu z „wysokiego C”.
KOMENTARZE EKSPERTÓW
prof. dr hab. inż. Marek Cała
Akademia Górniczo-Hutnicza
Flisz karpacki to ośrodek bardzo złożony, charakteryzujący się znaczną zmiennością warunków geologicznych i hydrogeologicznych. Cechuje go duży stopień naturalnej niejednorodności i licznie występujące nieciągłości. Dodatkowo w jego obrębie można spotkać krańcowo różne utwory skalne. Flisz karpacki jest też bardzo podatny na działanie wody, która wywołuje gwałtowną degradację jego parametrów wytrzymałościowych. Tak specyficzny masyw skalny stanowi duże wyzwanie przy projektowaniu i wykonywaniu tuneli. A co jest najważniejsze przy wyborze metody drążenia, jeżeli mamy do czynienia z fliszem karpackim? Problem nie leży tutaj w jakości masywu skalnego. w tej chwili dostępne są tarcze TBM, które mogą prowadzić drążenie praktycznie w każdym rodzaju masywu skalnego – od skrajnie słabego do bardzo dobrego. Decydują tutaj względy ekonomiczne związane z długością tunelu i miąższością nadkładu. Tunel (lub tunele) powinien być na tyle długi, aby wykorzystanie TBM było opłacalne ekonomiczne. Z dużym przybliżeniem można powiedzieć, iż zastosowanie TBM bierze się pod uwagę w przypadku, gdy długość tunelu jest większa niż około 1000 m. Istotna jest także miąższość nadkładu ponad wykonywanym tunelem. Z reguły przyjmuje się, iż powinna być ona większa od podwojonej średnicy tunelu (oczywiście poza odcinkami portalowymi). Ale od obu tych reguł istnieją także odstępstwa wynikające ze specyfiki lokalnych uwarunkowań technicznych, ekonomicznych, środowiskowych czy też społecznych.
Każdy tunel powstający we fliszowym masywie skalnym stanowi dla projektantów i wykonawców osobne wyzwanie. Tunel pod Luboniem Małym w ciągu trasy S7 budowano metodą ADECO-RS (Analysis of Controlled Deformations in Rock and Soils), tunel Emilia pod Sobczakową Grapą oraz obiekty w ramach obejścia Węgierskiej Górki (Przybędza–Milówka) w ciągu drogi ekspresowej S1 realizowane były i są w oparciu o metodę NATM (New Austrian Tunnelling Method). Do drążenia każdego z nich postanowiono wykorzystać inną metodę (chociaż ADECO-RS i NATM mają dużo podobieństw, ale też i różnic) w dość zbliżonych (bardzo zmiennych) warunkach geologicznych (różni są też wykonawcy). Specyfika budowy i lokalizacja tuneli narzuciły dodatkowe uwarunkowania i właśnie dlatego inżynierowie zajmujący się ich budową zawsze będą stawali przed kolejnymi wyznaniami. Takim właśnie wielkim wyzwaniem będzie budowa tunelu w ciągu trasy S19 dzięki tarczy TBM.
prof. dr hab. inż. Tomasz Siwowski
Politechnika Rzeszowska
Flisz karpacki, w obrębie którego powstaną trzy podkarpacie tunele w ciągu Via Carpatii, pod względem budowy geologicznej i warunków hydrogeologicznych należy do bardzo skomplikowanych masywów skalnych i charakteryzuje się dużą zmiennością, zarówno w profilu pionowym, jak i poziomym. Są to naprzemianlegle ułożone warstwy skał osadowych, składające się na przemian ze zlepieńców, piaskowców, mułowców i iłowców, o różnorodnej strukturze, teksturze, składzie petrograficznym, co powoduje istotne zróżnicowanie ich parametrów fizykomechanicznych i dużą anizotropię. Występują w nich liczne pęknięcia połączone z przesunięciem warstw skalnych, tzw. dyslokacje i uskoki. Spękany masyw skalny z warstwami nachylonymi pod kątem generuje niesymetryczne obciążenie obudowy tunelu. Ponadto dwa z trzech tuneli przecinają obszar potwierdzonego występowania lokalnego zbiornika wód podziemnych o charakterze szczelinowo-porowym oraz o dużych, jak na warunki fliszu karpackiego, zasobach. Badania wodochłonności masywu skalnego wskazały bardzo wysoką wodoprzepuszczalność masywu do głębokości 50 m. Uskoki występujące w strefie tuneli mogą prowadzić duże ilości wód podziemnych.
W przypadku tunelu T-1 (droga S19 Rzeszów–Babica -red.) wykonawca przed złożeniem oferty analizował równolegle obie metody drążenia: górniczą (NATM) i tarczową (TBM). Po szczegółowych analizach techniczno-ekonomicznych oraz obliczeniach porównawczych i analizach ryzyka zdecydował o budowie tunelu w technologii TBM, pomimo iż w południowej części Polski, tj. w warunkach fliszu karpackiego, nie wykonywano dotychczas tuneli w tej technologii. Końcowa decyzja bazowała na wynikach analizy ryzyka, jakie jest związane z wyborem poszczególnych metod, oraz oczywiście na ocenie całkowitych kosztów drążenia. Wybrano metodę tarczową, ponieważ minimalizuje ona ryzyko przy drążeniu tunelu w skomplikowanych warunkach geotechnicznych i hydrotechnicznych, tj. w niejednorodnym i niestabilnym górotworze oraz w obecności dużej ilości wody. W takich przypadkach metoda tarczowa jest znacznie bezpieczniejsza i efektywniejsza niż metody górnicze.
Wśród analizowanych parametrów zdecydowały warunki stabilności przodka i drążonego odcinka (tzn. zabezpieczenia przed niekontrolowanym przedostawaniem się urobku do środka obudowy tunelu), szybkość drążenia i zdolność dostosowania do różnych i często zmieniających się warunków gruntowych. W przypadku wyboru technologii drążenia tunelu T-1 o rzadko spotykanych w Polsce gabarytach (szerokość i długość), nie bez znaczenia był także fakt, iż wykonawca – hiszpańska firma Acciona – miał dostęp do tarczy TBM o wymaganej średnicy (około 15 m).
Wszystkie dotychczas wykonane tunele drogowe w Polsce południowej w warunkach fliszu karpackiego były drążone metodami górniczymi. Tą metodą został wykonany pierwszy polski tunel drogowy w Lalikach, obiekt pod masywem Luboń Mały w Małopolsce, a aktualnie w budowie są tunele drogowe w ciągu obejścia Węgierskiej Górki na Górnym Śląsku oraz pod pasmem Gór Wałbrzyskich na Dolnym Śląsku. Ze względu na dostępność technologii górniczych w Polsce, brak konieczności posiadania specjalistycznego sprzętu (tj. tarczy TBM), możliwość dostosowania i optymalizacji technologii do lokalnych warunków gruntowych oraz coraz większe doświadczenie polskich wykonawców, metody górnicze stały się w tej chwili podstawową technologią drążenia tuneli w południowej Polsce. Jednakże należy również zaznaczyć, iż w warunkach geologicznych Polski południowej, tj. we fliszu karpackim, praca przy drążeniu tunelu odbywa się w skrajnie ciężkich warunkach, tj. w górotworze zbudowanym w większości ze zwietrzelin skał, o niskiej wytrzymałości, silnie spękanym i nawodnionym. Wiąże się z tym bardzo duże ryzyko, co może prowadzić do poważnych awarii podczas budowy tunelu. Np. na jednym z wymienionych tuneli taka awaria miała miejsce.
Budowa tunelu T-1 w Babicy będzie bez wątpienia największym wyzwaniem, o ile chodzi o tunele drążone we fliszu karpackim. Po raz pierwszy we fliszu wykorzystana zostanie metoda TBM – teoretycznie łatwiejsza, bezpieczniejsza i efektywniejsza w tych warunkach. Jednakże czy tak będzie, dopiero przekonamy się w połowie 2023 r., gdy rozpocznie się drążenie. Wcześniejsze wyzwanie to transport elementów olbrzymiej tarczy TBM z hiszpańskiego portu Santander na Podkarpacie. Bez wątpienia powodzenie (i koszty) tego logistycznego przedsięwzięcia na pewno będą miały duży wpływ na stosowanie metody TBM w Polsce południowej, w warunkach fliszu karpackiego.
