KIP 2017: Postęp w technice drążenia tuneli

Firma Herrenknecht jest dostawcą tarcz TBM. Istnieje od 40 lat. – W 1978 r. zaczęliśmy od pierwszej, małej tarczy, w 1984 zbudowaliśmy już pierwszą tarczę „zamkniętą”, czyli taką, która mogła pracować poniżej poziomu wód gruntowych – wspominał Petrov-Ganev. Od tego czasu rozwój infrastruktury komunikacyjnej nabrał rozpędu. – Początkowo średnica tarcz wynosiła zaledwie 6 m. Od początku nowego tysiąclecia tarcze rozrastają się do bardzo dużych rozmiarów – aby zapewnić odpowiednią przepustowość i sprawność przejazdu, tunele muszą mieć bardzo dużą średnicę. W 2005 r. dostarczyliśmy do Madrytu pierwszą głowicę o średnicy powyżej 15 m, wykorzystaną w celu budowy obwodnicy M30 – mówił prelegent. Największa obecnie głowica na świecie, również dostarczona przez Herrenknecht, ma średnicę 17,63 m. Była ona używana do drążenia tunelu prowadzącego na lotnisko w Hongkongu.

Skala projektów infrastrukturalnych jest dziś zupełnie inna, niż kilkadziesiąt lat temu. – Wyzwana nowoczesnego tunelowania wiążą się z tym, że tunele są coraz dłuższe i mają coraz większe średnice. Wchodzimy też w obszary coraz bardziej skomplikowane pod względem geologicznym. Drążymy tunele tam, gdzie są potrzebne, niekoniecznie już tam, gdzie jest to najłatwiejsze – zobrazował przedstawiciel Herrenknecht. Utrudnieniem, które jednak nie uniemożliwia już inwestycji, jest też wysoki poziom wód gruntowych. Ponadto w miastach tunele muszą być drążone przy bardzo niskim przykryciu – przykładem jest projektowany łódzki kolejowy tunel średnicowy.

Wyzwanie stanowią też budżety (coraz wyższe, ale i tak nieraz zbyt niskie w stosunku do potrzeb) i coraz krótsze czasy wykonania projektów. Poszczególne projekty infrastrukturalne, takie jak budowa metra, przewidują też nieraz konieczność wykonania dużej ilości tunelu w krótkim czasie – w Katarze jest to np. 100 km linii szlakowych metra w ciągu 4 lat.

Tarcze TBM dzielimy na te przeznaczone do gruntów miękkich i do skał. W Polsce dominują zdecydowanie te pierwsze. Dzielimy je z kolei na EPB (przeznaczone do wiercenia w gruntach zwięzłych poniżej poziomu wód gruntowych, wykorzystujące zawiesinę), otwarte (przeznaczone do drążenia na sucho, używane tam, gdzie na trasie tunelu nie ma owych wód) oraz tzw. „płuczkowe”, zwane też Mixshield, stosowane przy gruntach luźnych, kamieniach lub żwirach. Coraz popularniejsze na świecie są od kilku lat tarcze Multimode, czyli uniwersalne połączenie tych rodzajów.

Poszczególne rodzaje tarcz różnią się oczywiście zasadą pracy. W przypadku EPB urobek z tarczy skrawającej trafia do komory urabiania, a następnie jest transportowany przenośnikiem ślimakowym na przenośnik taśmowy i później, wzdłuż tunelu, na zewnątrz. Tarcza, przesuwając się do przodu, odpycha się od żelbetowej obudowy tunelu. Zasada działania polega na równoważeniu parcia gruntu i wody posuwem tarczy i prędkością obrotu przenośnika. W tarczach wykorzystujących płuczkę do urabiania i transportu urobku sytuacja jest nieco inna. Za tarczą skrawającą znajdują się dwie przegrody: jedna jest przeznaczona do mieszania, w drugiej znajduje się komora powietrzna. Regulacja parcia gruntu odbywa się poprzez kontrolę komory powietrznej, co zapewnia możliwość bardzo dokładnego kontrolowania przodka.

Wspomniane wcześniej Multimode to tarcze wykorzystujące elementy obydwu technologii – ich elementem jest zarówno przenośnik ślimakowy, jak i komora płuczkowa. – W zależności od tego, w jakim gruncie wiercimy, możemy zmienić tryb pracy tarczy, także na otwarty lub zamknięty. Możliwe jest wtedy wiercenie w każdym rodzaju gruntu. Przezbrojenie wymaga oczywiście czasu – czasem jest to nawet kilka tygodni. Jest jednak możliwe bez wyciągania tarczy spod ziemi – zaznaczył Petrov-Ganev.

Na zakończenie prelegent omówił kilka przykładowych projektów zrealizowanych z użyciem sprzętu wyprodukowanego przez Herrenknecht. W Polsce były to: tunel wielofunkcyjny pod Wisłą wraz z kolektorem do oczyszczalni „Czajka”, budowa drugiej linii metra w Warszawie oraz Trasa Słowackiego pod Martwą Wisłą w Gdańsku. Spośród zagranicznych inwestycji przedstawiciel firmy wymienił Port of Miami Tunnel, City Tunnel w Lipsku, projekt Stuttgart 21 (łącznie 64 km podziemnych linii kolejowych), tunel pod centrum miasta i historycznym budynkiem dworca w Antwerpii oraz londyński Crossrail, budowany z wykorzystaniem aż ośmiu tarcz TBM. Należy wspomnieć o tunelu pod śródmieściem Kolonii (przy budowie użyto trzech tarcz Mixshield o zmiennej gęstości), linii U2 w Berlinie oraz jednorurowego dwupoziomowego tunelu pod cieśniną Bosfor w Istambule. Głębokość posadowienia wynosi tam ponad 100 metrów poniżej poziomu morza. Z powodu ogromnych potrzeb transportowych w planach jest już budowa dwóch kolejnych tuneli pod cieśniną.