Piotr Musiał – BSiPG GAZOPROJEKT SA Wrocław Doświadczenia

Piotr Musiał – BSiPG GAZOPROJEKT SA Wrocław Doświadczenia

Piotr Musiał – BSiPG GAZOPROJEKT SA Wrocław
Doświadczenia przy wykonaniu przekroczeń rzek gazociągiem tranzytowym.
Przekroczenia przeszkód wodnych, w tym dużych rzek to jeden z najtrudniejszych elementów w
budownictwie rurociągowym. Złożone warunki geologiczne, prądy rzeczne powodujące erozję dna i
brzegów rzek, brak możliwości zatrzymania przepływu wody, czy wykonania kanałów obiegowych
umożliwiających realizację wykopu i układki gazociągu w suchym korycie, konieczność zapewnienia
stabilności położenia rurociągu powodują konieczność niestandardowego podejścia do realizacji
przekroczeń. Zagadnienie przekroczenia rzek komplikuje się jeszcze wraz ze wzrostem średnicy
rurociągu planowanego do realizacji. To wszystko powoduje konieczność wydzielenia przekroczeń z
potokowego trybu realizacji części liniowej inwestycji i potraktowania ich jako odrębnych zadań
realizacyjnych. Budowa przekroczeń wodnych wymaga od wykonawców zaangażowania
specjalistycznego sprzętu, od wszystkich szczególnej wiedzy i doświadczeń w zakresie realizacji tego
typu budowli.
Podział technologii wykonania przekroczeń rzek i metod posadowienia gazociągu
Poniżej przedstawiono klasyfikację wykonania przekroczeń rzek. Powyższa klasyfikacja dotyczy
wszystkich rzek. Oczywiście w przypadku przekroczeń dużych przeszkód wodnych możliwości
wykorzystania poszczególnych technologii zacznie się zawężają.
Przy skrzyżowaniach gazociągów z rzekami stosować można dwa rozwiązania: przejścia nad
lub pod rzekami. Przejścia nadwodne znajdują uzasadnienie jedynie w przypadku przekroczeń rzek,
przy których nie istnieje niebezpieczeństwo uszkodzenia konstrukcji wsporczych gazociągu. Ponad to
ze względów środowiskowych (krajobrazowych) przejścia nad rzekami stosowane są sporadycznie.
Również w przypadku Systemu Gazociągów Tranzytowych przez Terytorium RP wszystkie przejścia
zaprojektowano pod dnem przeszkód wodnych.
W zależności od charakteru rzeki stosowane są przekroczenia jedno lub dwunitkowe.
Przekroczenia pod rzekami to jedne z rurociągów podwodnych, do których zalicza się te,
które stale lub okresowo znajdują się w wodzie. Według klasyfikacji zaproponowanej przez J. Molendę
[4] do przejść podwodnych zalicza się przejścia:
• pod rzekami lub kanałami,
• pod akwenami morskimi,
• przez błota (w wykopach wypełnionych wodą).
W sposób ogólny technologie wykonywania przekroczeń rzek gazociągami można podzielić na:
bezwykopowe i wykopowe.
Technologie wykopowe (wykopu otwartego) można podzielić ze względu na sposób:
• wykonania wykopu,
• ułożenia gazociągu,
• posadowienia gazociągu.
Dalej podział ze względu na sposób wykonania wykopu można uzależnić od:
• wykorzystywanego sprzętu - z wykorzystaniem koparek łyżkowych podsiębiernych,
czerpakowych, z osprzętem zgarniakowym, lub zrywakowo-zgarniakowym, sprzętu ssącorefulującego, innego sprzętu specjalistycznego;
• miejsca wykonywania wykopu - z brzegu lub sprzętu pływającego,
• dostępności wykopu – wykop suchy lub podwodny.
Niezależnie od sposobu wykonania wykopu zastosować można różne technologie ułożenia
gazociągu:
• przeciąganie rurociągu po dnie wykopu,
• opuszczanie gazociągu za pomocą dźwigów (pływających lub lądowych),
• spławienie rurociągu i jego swobodne ułożenie przez obciążenie wodą lub balastem.
Z technologią wykonania przekroczenia wiążą się możliwe sposoby posadowienia gazociągu.
Podstawowymi z nich są:
• posadowienie gazociągu na podłożu nośnym,
• wzmocnienie podłoża przez zastosowanie materacy faszynowych,
• posadowienie na palach.
Technologie bezwykopowe można podzielić na [1]:
przeciski pneumatyczne przebijakiem tzw. kretem (Impact Moling),
pneumatyczne wbijanie rur stalowych (Impact Ramming),
przewierty sterowane (Guided Boring) oraz wiercenia kierunkowe (Directional Drilling),
przeciski hydrauliczne (Pipejacking),
mikrotunelowanie (Microtunnelling).
Jest to powszechnie stosowany podział przez Międzynarodowe Towarzystwo Technologii
Bezwykopowych (International Society for Trenchless Technology). Inny podział, zbliżony do
stosowanego w Niemczech wprowadza A. Kolonko [2].
•
•
•
•
•
Podczas budowy Systemu Gazociągów Tranzytowych przez Terytorium RP na wstępnych
etapach projektowania wszystkie możliwe do zastosowania technologie. Na budowie, w praktyce
przetestowano wiele z nich. Do jednych z największych i najtrudniejszych realizacji należały
przekroczenia następujących rzek:
- Wisła,
- Noteć Zachodnia (Jezioro Pakość),
- Warta.
Przekroczenia ww. rzek przedstawiono poniżej.
Rys. 1. Klasyfikacja bezwykopowych metod budowy rurociągów podziemnych.
Przekroczenie rzeki Wisła
Podstawowe parametry:
a/ liczba nitek przekroczenia
b/ długość przekroczenia:
- całkowita
- syfonu
c/ średnica gazociągu
d/ grubość ścianki gazociągu
- projektowa
- rzeczywista (średnia)
e/ maks. ciśnienie robocze
f/ grubość płaszcza
betonowego
g/ ciężar objętościowy betonu
h/ ciężar całkowity syfonu
i/ przykrycie gazociągu
- w nurcie rzeki
- pod kępami
2 (nitka I w km 691+650, nitka II w km 691+600)
2 x 2,6 km
2 x 1,3 km
DN1400
22,9 mm
24,4 mm
8,4MPa
min. 180mm
min. 24,0 kN/m3
ok. 5 tys. ton
ponad 4,0 m
12-14 m
Lokalizacja przekroczenia
Pierwszym i podstawowym zagadnieniem projektowym jest dokonanie właściwego wyboru
miejsca skrzyżowania. Zadanie to uwarunkowane jest licznymi ograniczeniami. M. in. zasadniczym
kierunkiem przepływu, wymaganiami wynikającymi z przepisów prawnych (konieczność zachowania
odległości podstawowych od obiektów budowlanych), minimalizowaniem przebiegu przez tereny leśne
i inne szczególnie chronione, wymaganiami lokalizacyjnymi władz terenowych, lokalizacją tłoczni gazu
itd. Duże znaczenie przy wyborze miejsca przekroczenia mają również uwarunkowania środowiskowe i
geologiczne.
Dla określenia optymalnej lokalizacji przekroczenia, BSiPG „Gazoprojekt” S.A., na zlecenie
PGNIG S.A. w Warszawie, opracowało „Analizę wykonanych badań geologicznych i przekroczeń rzeki
Wisły na odcinku Włocławek – Nieszawa.” Na tej podstawie z szeregu rozważanych lokalizacji
przekroczenia jako optymalny wskazano odcinek rzeki od km 691,50 do 691,70.
Ostatecznie skrzyżowanie zaprojektowano w km 691,60 - nitka I i 691,65 - nitka II, tj. ok.
11km na północ od Włocławka, w połowie odległości pomiędzy istniejącym stopniem wodnym we
Włocławku i projektowanym - w Ciechocinku. Przejście powyżej byłoby problematyczne ekologicznie
ze względu na grubą pokrywę dennych osadów organicznych i trudne technicznie (Zbiornik
Włocławek). Przejście poniżej koliduje z sąsiedztwem uzdrowiska Ciechocinek, wymagałoby przejścia
przez kompleksy leśne.
Charakterystyka przekroczenia
Szerokość koryta rzeki w miejscu przekroczenia wynosi około 400m.
Lewy brzeg rzeki tworzą tarasy oddzielone stromą skarpą, o różnicy wysokości blisko 10m w
pionie. Plac montażowy syfonu gazociągu, znajdował się w obrębie jeszcze jednego tarasu
wyniesionego o dalsze 15m. Teren użytkowany jest rolniczo.
Prawy - płaski i podmokły brzeg oddzielony jest od koryta właściwego Wyspą Suchą oraz
łachami piasków.
Całkowita długość przekroczenia wynosi 2,6km, w tym przeciąganego syfonu - 1,3km.
Charakterystyka geologiczna
Budowa geologiczna w rejonie przekroczenia ma bardzo złożony charakter. Występują tu
grunty różnych formacji geologicznych. Przekroczenie znajduje się w obrębie Pradoliny Wisły
rozwiniętej w tym miejscu w polodowcowych osadach starszych glacjałów oraz glinach morenowych
zlodowacenia bałtyckiego i środkowopolskiego. Spągowym materiałem podłoża są iły trzeciorzędowe
w konsystencji półzwartej lub twardoplastycznej. Na stropie iłowym wspiera się warstwa glin
zwałowych i zastoiskowych o konsystencji twardoplastycznej i plastycznej. Z rozmycia glin powstały
progi denne zbudowane z bruku kamiennego i żwiru. Powierzchnia glin przykryta jest warstwą
piaszczysto-żwirową z domieszkami otoczaków o różnej wielkości. Występowaniu otoczaków i kamieni
towarzyszy występowanie zawad dennych w postaci dębów, głazów narzutowych. Miąższość
poszczególnych warstw jest mocno zróżnicowana, ze względu na głębokie rozcięcia w stropie iłów i
glin, które zostały wypełnione piaszczystymi osadami.
Brzegowa część gazociągu zlokalizowana jest w całości w obrębie erozyjno-akumulacyjnych
tarasów rzeki charakteryzujących się niespoistymi utworami piaszczysto-żwirowymi.
Erozja dna
Wybudowanie stopnia wodnego we Włocławku spowodowało zintensyfikowanie procesów
korytowych. Stopień Włocławek odciął ruch rumowiska wleczonego i w znacznym stopniu ograniczył
ruch rumowiska unoszonego. W efekcie zrzucane ze zbiornika znaczne strumienie wody doprowadziły
do erozji przyspieszonej na coraz dłuższym odcinku rzeki. W rejonie Bobrownik erozja przebiega
nierównomiernie. Poniżej kilometra 697, erozja przebiega w sposób wyjątkowo powolny, ze względu
na trudno rozmywalne utwory denne i progi. Zarejestrowane w ciągu 18 letniego okresu badań,
średnie obniżenia dna sięgają wartości 0,80m na odcinku do Bobrownik i 0,35m na dalszym odcinku
rozpatrywanego obszaru.
Problemy erozyjne zupełnie wyeliminowane w przypadku wybudowania stopnia wodnego w
Ciechocinku, co spowoduje powstanie zbiornika, w którym następować będą procesy sedymentacyjne.
Warunki hydrologiczne
Przepływy w korycie z lat 1994-98 (na podstawie materiałów Hydroprojekt):
Przepływ charakterystyczny
Wielkość przepływu
Rzędna zwierciadła wody
[m3/s]
[m n.p.m.]
SNQ (średni niski)
330
41,70
SQ (średni roczny)
950
42,70
Q elektrowni wodnej Włocławek
1800
43,90
Uwarunkowania środowiskowe
Aspekt środowiskowy odgrywa coraz większą rolę przy projektowaniu i realizacji inwestycji.
Między innymi zaważył on o zaprojektowanej lokalizacji inwestycji. Jak już wcześniej wspomniano,
wykonanie skrzyżowania zarówno powyżej jak i poniżej zaprojektowanej lokalizacji byłoby bardziej
niekorzystne ze względów ekologicznych. Pomimo wybrania najlepszej możliwej lokalizacji
przekroczenia, co zostało potwierdzone przez opinie m. in. rzeczoznawców MOŚZNiL, spotkała się ona
z protestami lokalnych środowisk wędkarskich.
Wpływu inwestycji podczas budowy nie da się wyeliminować zupełnie, dlatego zagadnienia
ochrony środowiska wymagają poświęcenia szczególnej uwagi, zwłaszcza jeśli mamy do czynienia z
obszarem o takim znaczeniu jak dolina Wisły. Teren doliny jest obszarem cennym dla ornitofauny
(gniazdują tu m.in. czaple, tracze nurogęsi), a także ichtiofauny (jaź, kleń, sum, brzana, jedno z paru
stanowisk kiełba białopłetwego), korzystne warunki występują dla płazów i ziemnowodnych ssaków.
Dzięki wielostronnej współpracy zapewniono realizację przedsięwzięcia z pełnym zabezpieczeniem
środowiska. Przed rozpoczęciem robót wykonano inwentaryzację fauny i flory rejonu przekroczenia, w
celu rozpoznania zasobów przyrodniczych, co stanowi podstawę do ich odtworzenia po zakończeniu
budowy.
Technologia przekroczenia
W celu wyboru właściwej technologii wykonania przekroczenia analizowano zarówno
horyzontalny przewiert kierunkowy jak i wykop otwarty.
Na etapie prac przedprojektowych sądzono, iż najlepszą technologią, będzie technologia
przewiertu kierunkowego. Taki punkt widzenia znajdował potwierdzenie w szybkim rozwoju
technologii przewiertowych, wydawał się najkorzystniejszy ze względów środowiskowych. Jednak po
dokładnej analizie tematu stwierdzono iż jedyną możliwą technologią dającą wystarczającą pewność
właściwego zrealizowania przekroczenia jest wykop podwodny, gdyż pojawiły się trudności ze
znalezieniem wiarygodnego wykonawcy, który podjąłby się wykonania przewiertu (dotychczas nie
wykonano otworu o tak dużej długości i średnicy). Występujące przewarstwienia utworów sypkich i
zwartych, a także znaczne ryzyko (potwierdzone na etapie wykonawstwa) napotkania głazów, pni
drzew zwiększało ryzyko realizacji skrzyżowania przewiertem kierunkowym.
Na etapie prac projektowych jako kolejny wariant rozważono mikrotuneling. Jednak i tę
technologię odrzucono z powodów analogicznych jak horyzontalny przewiert ukierunkowany.
Ostatecznie wybrano technologię wykopu podwodnego z wciągnięciem gazociągu do
wykonanego wykopu. Wykonawcą przekroczenia była firma Habau.
Wykop pod gazociąg
Całkowita kubatura robót bagrowniczych dla obu nitek gazociągu wynosi blisko 685tys.m3, w
tym prawie 160tys.m3 w korycie głównym rzeki oraz 524tys.m3 w rejonie Wyspy Sucha.
Do wykonania wykopu w części nurtowej zastosowano koparkę ssąco-refulującą z przemieszczaniem urobku rurociągami (zdjęcie sypkich utworów piaskowo-żwirowych). Wykonanie robót pogłębiarskich do rzędnej docelowej – pogłębiarka wieloczerpakowa z transportem urobku częściowo refulerem, częściowo szalandami. Ze względu na zwartą konsystencję i dużą twardość do wykonania wykopu w spągu iłowym zastosowano ponton z koparką chwytakową z przedłużonym wysięgnikiem
sprowadzony w tym celu z Niemiec. Transport urobku odbywał się szalandami.
Na odcinku wyspy do zdjęcia humusu i nakładu gruntu do rzędnej zwierciadła wody zastosowano sprzęt lądowy z odwózką urobku samochodami. Docelowy wykop uzyskiwano stosując pogłębiarki.
Składowiska urobku przewidziano w bocznych korytach na lewym (maks. 242 tys. m3) i prawym brzegu (maks. 542 tys. m3) powyżej wykonywanego skrzyżowania. Istotnym problemem podczas
prowadzenia powyższych robót były konieczne przerwy w pracy spowodowane zrzutami wody na zaporze we Włocławku.
Sposób wykonania liry gazociągu
Ze względu na znaczną długość skrzyżowania oraz na sąsiadujący teren o znacznej deniwelacji
(różnica wysokości tarasów na lewym brzegu rzeki, przewidzianym do montażu liry wynosi ok. 25m)
konieczne było zaprojektowanie liry gazociągu z zastosowaniem łuku sprężystego.
Gazociąg po zespawaniu, ultradźwiękowym i radiograficznym sprawdzeniu wszystkich połączeń,
został zaizolowany termokurczliwymi opaskami produkcji Raychem. Następnym etapem było wykonanie próby hydraulicznej rurociągu na ciśnienie 15,0MPa, po czym przystąpiono do wykonania płaszcza
betonowego. Generalny wykonawca przekroczenia – firma HABAU Polska zaproponował wykonanie
płaszcza z wykorzystaniem sprężonego zbrojenia z lin polipropylenowych w systemie König. Metoda
wykonania płaszcza polega na umieszczeniu gazociągu w prefabrykowanych elementach betonowych -
półpierścieni, nakładanych na warstwę geowłókniny (gr. 4mm) zabezpieczającą izolację fabryczną
gazociągu przed uszkodzeniami. Między prefabrykowanymi półpierścieniami betonowymi zastosowano
elastyczne wkładki dystansowe umożliwiające sprężyste ugięcie obetonowanej liry.
Przez pierścienie wsporcze (dzięki wykonanym w nich otworom) zostało przeciągnięte i naprężone zbrojenie z lin polipropylenowych. Na liny wzdłużne nałożono zbrojenie poprzeczne. Po oszalowaniu w odcinkach wykonano płaszcz betonowy. Wewnątrz płaszcza przed wykonaniem szalowania
zostały przeciągnięte dwie rury PEHD de125 stanowiące ochronę dla kabla światłowodowego dla systemu łączności i sterowania gazociągu tranzytowego.
W celu umożliwienia wciągnięcia liry gazociągu wykonano tor montażowy składający się ze ponad
140 stacji rolek dla każdej z nitek. Do dokładnego wciągnięcia rurociągu do wcześniej przygotowanego
wykopu zastosowano wciągarkę o uciągu 500ton. Kierunek wciągania regulowało łoże, umieszczone
przed torem montażowym. Do końcówki rury przyspawano głowicę z saniami do których zamocowano
linę ciągnącą.
W celu połączenia wciągarki z syfonem zastosowano liny ciągnące o średnicach 90 i 104mm.
Próby wytrzymałościowe
Wytrzymałościowe próby hydrauliczne gazociągów wykonywane były dwuetapowo:
etap I – próba liry gazociągu przed ułożeniem;
etap II – próbie podlega gazociąg na całym przekroczeniu (lira łącznie z gazociągami ułożonymi w
części brzegowej) przed połączeniem z zespołami zaporowo-upustowymi.
Podobnie jak dla całości gazociągu tranzytowego, tak i na przekroczeniu wykonane były hydrauliczne próby stressowe, prowadzone przez wyspecjalizowaną firmą wykonawczą pod nadzorem prowadzonym przez rzeczoznawcę TÜV.
Roboty ubezpieczeniowe
Po wciągnięciu syfonu gazociąg zasypano warstwą gruntu o grubości 1m. Dalej gazociąg został
zabezpieczony przez ułożenie materaca faszynowego grubości 1m i szerokości 12m oraz wykonanie
narzutu z kamienia łamanego ciężkiego grubości 1m. W kolejnym etapie zasypano gazociąg do rzędnych dna sąsiadującego z wykopem.
Dalszymi pracami ubezpieczeniowymi było zabezpieczenie brzegów koryta głównego na długości
150m. Podstawę skarpy zabezpieczono przed rozmyciem za pomocą materaca faszynowego grubości
1,0m z narzutem kamiennym grubości 1,0m. W taki sam sposób zabezpieczono skarpy do rzędnej
średniej wody rocznej. Dalej (do maksymalnej rzędnej wynikającej z przepływu przez elektrownię
Włocławek zastosowano brzegoskłon faszynowy brzegowy kryty grubości 30cm.
Rekultywacja terenu
Po zakończeniu robót odtworzony został układ zakoli i ramion stanowiący miejsca rozrodu organizmów wodnych. Nastąpiło otworzenie roślinności naturalnie porastającej łachy i wyspy w celu umożliwienia gniazdowania ptactwa, odtworzenia miejscowej fauny i flory.
Przekroczenie rzeki Noteć Zachodnia (Jezioro Pakość)
Podstawowe parametry:
a/ liczba nitek przekroczenia
b/ długość przekroczenia:
- całk. przeciąganego ruroc.
- na palach
c/ średnica gazociągu
d/ grubość ścianki gazociągu
e/ maks. ciśnienie robocze
f/ grubość płaszcza
betonowego
g/ ciężar objętościowy betonu
h/ ciężar całkowity syfonu
i/ przykrycie gazociągu
j/ ilość pali
Lokalizacja przekroczenia
2 (nitka I w km 17+300, nitka II w km 17+350)
ok. 2 x 510m
I nitka – ok. 245m, II nitka – 320m
DN1400
22,9 mm
8,4MPa
min. 220mm
min. 22,4 kN/m3
ok. 1,7 tys. ton
min. 1,2m
I nitka – 5, druga nitka – 8.
Przekroczenie zlokalizowano na odcinku dawnego koryta Noteci Zachodniej obecnie służącego
za zbiornik retencyjny. Przekroczenie zlokalizowano poniżej miejscowości Rzadkwin gm. Strzelno i
Strzelce, gm. Mogilno we wschodniej części Pojezierza Gnieźnieńskiego.
Szerokość zbiornika w miejscu przekroczenia, w zależności od jego stanu eksploatacyjnego
waha się od około 100m do ponad 400m, przy głębokości od 0,6 do ok. 5m.
Po obu stronach przekroczenia występują wysokie skarpy. Deniwelacja terenu w tym rejonie
dochodzi do 25m. Tereny sąsiadujące z przekroczeniem użytkowane są rolniczo. Całkowita długość
przekroczenia pomiędzy zespołami zaporowo-upustowymi wynosi ok. 950m.
Charakterystyka geologiczna
Budowa geologiczna w rejonie przekroczenia ma zróżnicowany charakter. Dominującymi
grupami osadów, budującymi podłoże w rejonie przekroczenia rzeki Noteć Zachodnia są utwory
akumulacji wodno-lodowcowej przykryte w dolinie rzeki głębokim basenem słabonośnych gruntów
organicznych i kredy jeziornej. Podłoże lewego brzegu stanowią w dominującej części osady niespoiste
przykryte w stropie gliną, natomiast brzegu prawego – gliny. Środkowa część trasy przebiega przez
podłoże organiczne. Pod warstwą torfów i gytii oraz miękkoplastycznych stref tych osadów występuje
woda naporowa.
Warunki hydrologiczne
Przepływy charakterystyczne z okresu 1951-1992 wynoszą:
Przepływ charakterystyczny
Wielkość przepływu
[m3/s]
SNQ (średni niski)
0,613
SQ (średni roczny)
2,120
NWQ (najwyższy roczny)
11,685
Technologia przekroczenia
Po analizie dostępnych metod w odniesieniu do przedmiotowego przekroczenia zdecydowano
się na wykonanie wykopu otwartego przy wykonaniu wykopu z pontonu, z posadowieniem gazociągu
przy wykorzystaniu pali stalowych. Ułożenie gazociągu następowało poprzez jego wciągnięcie w
pozycji pływającej oraz zatopienie. Jako wykonawcę przekroczenia wybrana została firma FREYTAG
BUDPOL.
Przebieg realizacji przekroczenia Roboty ziemne i wykop pod gazociąg
Realizację przekroczenia podzielono na pięć etapów prac:
etap 1 – roboty przygotowawcze i ziemne,
etap 2 – montaż syfonu rurociągu na lądzie,
etap 3 – posadowienie gazociągu w dnie zbiornika wodnego,
etap 4 – połączenie wciągniętego syfonu z częścią liniową,
etap 5 – roboty ubezpieczeniowe i rekultywacja terenu.
Etap 1 – roboty przygotowawcze i ziemne
Roboty przygotowawcze wiązały się z organizacją zaplecza budowy i przygotowaniem terenu
do dalszych prac (kontrola minerska, wycinka drzew i krzewów, odhumusowanie, urządzenie dróg
objazdowych, itp.).
Roboty ziemne wiązały się z:
- wykonaniem wykopu właściwego w obszarze wodnym i strefach brzegowych o szerokości dna
4m,
- wykonaniem wykopu do zmontowania syfonu gazociągu o szerokości dna wykopu - 12m,
- wykonaniem tymczasowego doku dla potrzeb sprzętu pływającego w kształcie litery „U”, o szerokości 10m i długości 30m. Ściany doku stanowiła ścianka szczelna.
Konieczność wykonania tymczasowego doku wynikała z braku odpowiedniego dostępu drogą
wodną dla sprzętu pływającego. Sprzęt składał się z elementów dostarczanych na plac budowy drogą
lądową. Dok służył do dostaw niezbędnego sprzętu, części zamiennych, paliwa, itp..
W częściach brzegowych roboty ziemne prowadzone były przy pomocy dwóch koparek podsiębiernych o pojemności łyżek 1,5m3, na podwoziu gąsienicowym poczynając od wody w kierunku
lądu. Transport urobku odbywał się spycharkami, za wyjątkiem odcinków po obu stronach zbiornika
zabezpieczonych ściankami szczelnymi o długości 50mna lewym brzegu i ok.120m na prawym brzegu.
Ścianka szczelna na prawym brzegu stanowiła również zabezpieczenie przed wypływem wody powierzchniowej i podskórnej.
Ponieważ wykop częściowo przebiegał w sąsiedztwie wcześniej wybudowanego zespołu zaporowo-upustowego, został on zabezpieczony za pomocą dwóch ścianek oporowych typu Larssena o
długości ok. 19m każda zabijanych za pomocą wibromłota zamontowanego na ramieniu wysięgnika
koparki podsiębiernej na podwoziu gąsienicowym z pneumatycznym systemem sterowania.
W obszarze wodnym wykop wykonywany był przez koparkę hydrauliczną z łyżką o pojemności
2,8m3, zamontowaną na pontonie. Ponieważ głębokość wody w obrębie przewidzianym do ułożenia
gazociągu, w okresie realizacji częściowo nie pozwalała na pływanie pontonu, wykonywał on w pierwszej kolejności wykop umożliwiający pływalność pontonu, a dopiero w dalszym etapie – wykop pod
rurociąg. Grunt wydobywany z dna transportowany był przy pomocy szalany z otwieranym dnem na
miejsce składowania urobku. W wykopie pozostawał półpłynny muł, stabilizując jednocześnie wykop.
Całkowita ilość gruntu wydobytego podczas budowy wynosiła ponad 5,5 tys. m3 dla nitki
głównej i 3,4tys. m3 dla nitki rezerwowej.
Etap 2 – montaż syfonu rurociągu na lądzie
Zgodnie z przyjętą technologią robót montaż gazociągu następował na lądzie na wcześniej
przygotowanych fundamentach betonowych. Na końcach rurociągów przyspawane zostały odcinki rur
do których montowana była głowica wciągarki. Po zespawaniu gazociągu, wykonaniu badań nieniszczących i jego zaizolowaniu wykonano próbę hydrauliczną. Po jej pozytywnym zakończeniu przystąpiono do wykonania płaszcza betonowego. W tym celu rurociąg na podporach betonowych został
podniesiony, a w miejsce klinów umieszczone zostały pierścienie betonowe, stanowiące część płaszcza. Dalej wykonanie płaszcza przebiegało analogicznie jak w przypadku przekroczenia rzeki Wisła.
Po zakończeniu ww. operacji syfon został podniesiony przy pomocy poduszek powietrznych o
udźwigu 68ton, a dotychczasowe podpory zostały zastąpione podporami rolkowymi. Do czoła syfonu
przymocowane zostały sanie ciągowe. Na gazociągu zamontowano również pływaki zmniejszające
wypór liry.
Etap 3 – posadowienie gazociągu w dnie zbiornika wodnego
Do przeciągnięcia syfonu użyto zestawu do wciągania syfonu o sile wciągającej 3000kN zamontowanego na drugim brzegu przekroczenia. Do wciągania użyto liny o średnicy 56mm. Naprowadzanie syfonu odbywało się przy pomocy pontonu. Oś rurociągu podczas przeciągania znajdowała się
około 1,7m poniżej lustra wody. Po całkowitym przeciągnięciu gazociągu nastąpiło jego zatopienie. Do
rurociągu zamontowane zostały dwie rury fluidyzacyjne, zmniejszające podczas układania siły tarcia
pomiędzy rurociągiem a gruntem i ułatwiające usuwanie mułu spod rury dzięki tłoczonemu przez nie
sprężonemu powietrzu poprzez szereg dysz.
Zanurzanie rozpoczęto od środka poprzez kolejne odłączanie pływaków, do uzyskania strzałki
ugięcia gazociągu 0,5m. Następnie rozpoczęto wypełnianie rurociągu, w wyniku czego gazociąg ułoży
się na dnie wykopu. Do posadowienia gazociągu zastosowano odpowiednio 5 dla I nitki i 8 dla II nitki
zestawów dwupalowych połączonych dźwigarem jarzma przenoszącym obciążenia pochodzące od
syfonu na pale. Pale zostały zabite wcześniej przed rozpoczęciem przeciągania gazociągu. Pale wykonano z rur stalowych 610x12,5mm o długościach 9 – 21m. Służyły one także ( po ich odpowiednim
przedłużeniu) do naprowadzenia rurociągu podczas jego wciągania. Po ułożeniu gazociągu pozostałe
pływaki zostały odczepione, a pale w części służącej do naprowadzenia gazociągu usunięte.
Etap 4 – połączenie wciągniętego syfonu z częścią liniową
Wyciągnięty na brzeg syfon gazociągu został połączony z częścią liniową gazociągu. Gazociąg
posadowiony został bezpośrednio na gruncie i dociążony obciążnikami siodłowymi S-1400 i zasypany.
Analogicznie prace przebiegały przy wykonaniu drugiej nitki przekroczenia, przy czym urobek
z wykopu służył do zasypania pierwszej nitki.
Etap 5 – roboty ubezpieczeniowe i rekultywacja terenu
Po zakończeniu prac wykonane ścianki szczelne zostały zdemontowane, a teren sąsiadujący z
przekroczeniem odbudowano. Aby uniemożliwić wypłukiwanie gruntu szata roślinna została odtworzona.
Przekroczenie rzeki Warta
Podstawowe parametry:
a/ liczba nitek przekroczenia
b/ długość przekroczenia:
- całkowita
- syfonu w mikrotunelumik
c/ średnica gazociągu
d/ grubość ścianki gazociągu
e/ średnica mikrotunelu
f/ maks. ciśnienie robocze
g/ przykrycie gazociągu
2 (nitka I w km 209+800, nitka II w km 209+850)
2 x 1,1km
2 x 0,1km
DN1400
22,9 mm
DN2000
8,4MPa
min. 5,0m
Lokalizacja przekroczenia
Przekroczenie zlokalizowano W sąsiedztwie wsi Gołaszyn (lewy brzeg i Łukowo (prawy brzeg),
ok. 3km w górę rzeki od Obornik Śl. Rzeka Warta na omawianym odcinku stanowi szlak rzeglowny i
ma charakter rzeki nizinnej. Gazociąg przecina głęboko rozmytą dolinę rzeki Warty pomiędzy dwoma
wyniesionymi brzegami. Deniwelacja terenu dochodzi do 17, a w odniesieniu do dna rzeki – 20m.
Dolina rzeki ze starorzeczami stanowi teren zalewowy okresowo użytkowany jako pastwiska. Wysoki
brzeg lewy rzeki stanowią grunty orne, prawy jest zalesiony. W miejscu przekroczenia koryto rzeki jest
dobrze utrzymujące się, nie posiada specjalnych zabezpieczeń.
Charakterystyka geologiczna
Budowa geologiczna doliny Warty jest wynikiem procesów erozyjnych i sedymentacji
materiału unoszonego przez rzekę - piaszczyste osady denne, namuły organiczne i piaski próchnicze o
charakterze mady rzecznej. Dalej występują nośne warstwy gruntów piaszczystych. Podłoże głębsze
stanowią utwory lodowcowe – trzeciorzędowe iły plioceńskie. Stop iłów występuje na głębokości 315m i pochylony jest w kierunku rzeki.
Technologia przekroczenia
Dala przedmiotowego przekroczenia zastosowano technologię mikrotunelowania, a następnie
wprowadzenia do mikrotunelu wykonanego z rur poliestrowych rury produktowej DN1400. Jako
wykonawcę przekroczenia wybrana została firma FREYTAG BUDPOL.
Przebieg realizacji przekroczenia Roboty ziemne i wykop pod gazociąg
Etapy robót:
etap 1 – roboty przygotowawcze i ziemne,
etap 2 – wykonanie mikrotunelu,
etap 3 – montaż gazociągu w mikrotunelu,
etap 4 – połączenie wciągniętego syfonu z częścią liniową,
etap 5 –roboty ubezpieczeniowe i rekultywacja terenu.
Etap 1 – roboty przygotowawcze i ziemne
Roboty przygotowawcze wiązały się z organizacją zaplecza budowy i przygotowaniem terenu
do dalszych prac (kontrola minerska, wycinka drzew i krzewów, odhumusowanie, urządzenie dróg
objazdowych, itp.).
Roboty ziemne wiązały się z wykonaniem wykopu w części liniowej przekroczenia szczególnie
w zakresie tarasów zalewowych. W związku z wysokim poziomem wód gruntowych, występowaniem
na terenie zalewowym licznych oczek, przedmiotowe prace wiązały się z prowadzeniem prac odwodnieniowych przy pomocy studni odwodnieniowych zapuszczonych na głębokość do ok. 23m. Oprócz
ww. robót prowadzono także roboty ziemne związane z wykonaniem mikrotunelu.
Etap 2 – wykonanie mikrotunelu
Prace rozpoczęto od zabicia ścianek szczelnych Larssena w miejscach przewidzianych pod komory technologiczne. Dla każdej nitki gazociągu wykonano odrębne komory technologiczne o wymiarach odpowiednio: komory wejściowe – 11,5 x 6,7m, komory wyjściowe 11,5 x 4,3m. Do wykonania
komór wykorzystywano grodzice stalowe G-62 o długości 16m – 88szt. na każdą komorę wejściową i
76m – na komorę wyjściową. Komory zostały wewnątrz rozparte rozporami stalowymi w sposób
umożliwiającymi swobodny montaż odcinków gazociągu. Głębokość komór wynikała z wymaganej
głębokości przejścia pod dnem rzeki – 5m i wynosiła:
- dla I nitki: 14,3m i 13,4m (komora wejściowa / wyjściowa)
- dla II nitki odpowiednio: 13,5 i 13,7m.
Wykonanie komór technologicznych wymagało prowadzenia prac odwodnieniowych. W tym
celu wykonano po osiem studni na jedną komorę technologiczną. Wykonanie obniżenia poziomu wód
gruntowych poprzedziło prowadzenie prac budowlanych wewnątrz komory.
Na dnie komór wykonano płytę betonową o grubości 20-30cm. W związku z montażem w komorach maszyny do mikrotunelowania z o maksymalnej sile przecisku 8000kN, w komorach wykonano
ściany oporowe. W celu zapobieżenia przedostawania się z mikrotunelu wody do komór wykonano
ścianę montażowo-uszczelniającą składającą się z płyty betonowej i tulei stalowej z dwoma uszczelkami elastomerowymi. Wykonanie mikrotunel przebiegało następująco:
Urabianie gruntu następowało przy pomocy wirującej tarczy wiertniczej znajdującej się na
czole głowicy wiertniczej, przy jednoczesnym jej wpychaniu przy pomocy układu siłowników. Urobiony
grunt zostaje rozdrobniony w komorze kruszenia znajdującej się za tarczą. W związku z tym, że dla
wykonania odcinka mikrotunelu istnieje możliwość zastosowania tylko jednej głowicy (do dyspozycji są
głowice do gruntów sypkich, spoistych, spoistych i kamienistych, skał litych), ważne jest dobre rozeznanie warunków gruntowych. Ww. system wtłacza płuczkę do głowicy wiertniczej i odbiera pulpę ze
zbiornika płuczki. Na budowie zastosowano średnice DN125 umożliwiające uzyskanie przepływu pulpy
o natężeniu 100 – 150 m3/godz. Informacje na temat przepływu pulpy mierzone jest za pomocą magnetycznych przepływomierzy i przesyłane do sterówki. Dalej pulpa kierowana jest do systemu separacji gdzie urobek oddzielany jest od płuczki pracującej w układzie zamkniętym. Obieg płuczki realizowany jest w zespole gospodarki płuczką wiertniczą składającym się z systemu przygotowania płuczki
wiertniczej i systemu separacji.
Z prędkością urabiania gruntu zsynchronizowane było wtłaczanie rury mikrotunelingowej, co
odbywa się przy pomocy zestawu czterech siłowników hydraulicznych. Proces wtłaczania rurociągu
sterowany jest poprzez regulację ciśnienia i szybkości posuwu tłoków cylindrów. Maksymalna siła tłoczenia zestawu – 600ton. Do wykonania mikrotunelu wykorzystano rury poliestrowe firmy HOBAS
średnicy 2047mm i grubości ścianki 60mm.
Sterowanie pracą całego układu odbywało się ze sterówki zlokalizowanej w kontenerze. Operator posiadał ciągłą informację między innymi na temat kierunku i poziomu wiercenia, parametrów
płuczki. Obraz z kamery telewizyjnej zamontowanej bezpośrednio za głowicą wiertniczą pozwalał na
ciągłą kontrolę procesu wydobywania urobku.
Dostawę energii elektrycznej dla układu zapewniał agregat prądotwórczy o mocy 500kVA.
Etap 3 – montaż gazociągu w mikrotunelu
Po zakończeniu wykonania mikrotunelu nastąpił montaż gazociągu. Ze względu na wielkość
komór technologicznych gazociąg wykonywany był z sekcji o maksymalnej długości 8,5m. Gazociąg
sekcjami był spawany, wykonywano badania nieniszczące, złącza izolowano i sprawdzano. Równolegle, w odstępach co 1m zakładane były na gazociąg obejmy z rolkami pozwalającymi zainstalować
rurę w mikrotunelu oraz służącymi do zamontowania rurociągów de125 dla kabla światłowodowego.
Po wykonaniu ww. czynności sekcja gazociągu wpychana była do mikrotunelu. Operację powtarzano
do zespawania całego odcinka gazociągu. Wypełnienie tunelu wykonane zostało zamułką piaskową.
Etap 4 – połączenie wciągniętego syfonu z częścią liniową
Ze względu na dużą deniwelację terenu, a tym samym różnicę głębokości ułożenia gazociągów pod dnem rzeki i w pozostałej części doliny Warty wynoszącej 8-9m, do połączenia gazociągu
wychodzącego z tunelu z częścią liniową zastosowano łuki fabryczne o promieniu gięcia 5D - 7,1m. W
dalszej części gazociąg posadowiony został bezpośrednio na gruncie, dociążony obciążnikami siodłowymi S-1400 i zasypany.
Po scaleniu gazociągu wykonano próby hydraulicznej.
Analogicznie prace przebiegały przy wykonaniu drugiej nitki przekroczenia, przy czym urobek
z wykopu służył do zasypania pierwszej nitki.
Etap 5 – roboty ubezpieczeniowe i rekultywacja terenu
Ponieważ podczas budowy nie zostało naruszone koryto rzeki prace w tym zakresie ograniczały się do zlikwidowania komór. Dalsze prace dotyczyły części liniowej przekroczenia. W tym zakresie
na skarpie kończącej dolinę Warty wykonano przepony iłowe uniemożliwiające infiltrację wody wzdłuż
rurociągu i zabezpieczające przed wypłukiwaniem gruntu. W zakresie całego przekroczenia odtworzona została szata roślinna. szata roślinna została odtworzona.
Podsumowanie
Realizacja Systemu Gazociągów Tranzytowych przez Terytorium RP jest precedensowa w polskim budownictwie rurociągowym i zakończona została spektakularnym sukcesem wszystkich jednostek biorących udział w realizacji tego przedsięwzięcia. W trakcie realizacji zostały wykorzystane najnowocześniejsze technologie, co w znacznym stopniu dotyczy wykonania przekroczeń rzek. Podmioty
biorące udział w realizacji przekroczenia wykazały fachowość i wysokie zaangażowanie umożliwiające
pełną kontrolę i koordynację pracy przez Inwestora SGT EuRoPol GAZ S.A.
Gazociąg tranzytowy jest jedną z pierwszych inwestycji gazowniczych, gdzie w tak znacznym
zakresie wykorzystane zostały komputerowe techniki obliczeniowe. Powyższe dotyczy także przekroczeń rzek, dla których BSiPG „Gazoprojekt” S.A. wykonał obliczenia wytrzymałościowe metodą elementów skończonych z wykorzystaniem programu ABAQUS. Zastosowanie ww. techniki obliczeniowej
pozwoliło na zredukowanie grubości płaszcza betonowego, po rzeczywistej grubości ścianki rurociągów i określenie dopuszczalnego promień ugięcia sprężystego gazociągu na 1200m, a także właściwe
zaprojektowanie ilości zestawów palowych na przekroczeniu rzeki Noteć Zachodnia.
Bibliografia:
1. Trenchless Technology Guidelines. International Society for Trenchless Technology, za
A.Kuliczkowski, A.Zwierzchowska: Koncepcja optymalnego doboru metod bezwykopowej budowy
rurociągów podziemnych. NTTB nr 2/2000.
2. A.Kolonko: Klasyfikacja i przegląd bezwykopowych metod budowy rurociągów poziemnych. NTTB
nr 1/2000.
3. W.S.Michałowski, S. Trzop: Rurociągi dalekiego zasięgu. Fundacja Odysseum, Warszawa 1995.
4. J.Molenda: Gaz ziemny. Paliwo i surowiec. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1993.
5. P.Darczyński, A.Kopczyński, P.Musiał: System Gazociągów Tranzytowych przez Terytorium RP –
przekroczenie rzeki Wisła gazociągiem 2 x DN1400, Pr 8,4MPa. Magazyn Polski Gaz i Nafta Nr
7/8.1999.
6. Dokumentacja projektowa przekroczeń rzek wykonana przez BSiPG „Gazoprojekt” S.A.,
wykonawców przekroczeń – firmy Habau i Freytag Budpol.