Podziemne krety Warszawy

Podziemne krety Warszawy
Na potrzeby budowy II linii metra w Warszawie, zastosowane zostały ogromne maszyny
do budowy tuneli. Ich wygląd, użyta technologia i metody drążenia pokazują
mieszkańcom Warszawy nowe możliwości inżynieryjne. I choć tarcze o średnicy ponad 6
metrów wyglądają imponująco, a cała konstrukcja naszpikowana jest specjalistycznym
sprzętem do jej obsługi, nie jest to pierwsza tego typu maszyna używana do budowy
metra w Warszawie.
Podobny system drążenia - system tarczowy, zastosowany został już w latach 50-tych podczas
budowy odcinka doświadczalnego metra głębokiego (planowanego pod całą Warszawą na
głębokości ok 50 metrów w latach 1953-1958), a następnie przy budowie I linii metra
płytkiego. Wraz z decyzjami z roku 1950, dotyczącymi budowy metra w Warszawie, został
opracowany wykaz sprzętu potrzebnego do realizacji tego zamierzenia. Na liście znalazło się
m.in. 8 tarcz drążących. Sześć z nich o średnicy ponad 6 metrów do budowy tuneli
szlakowych i dwie o średnicy ok. 9,5 metra do budowy stacji. W Polsce nie było wówczas
fachowców budujących metro, dlatego skorzystano z doświadczeń budowniczych metra
moskiewskiego. Niezbędny sprzęt dostarczany przez Związek Radziecki, trafiał sukcesywnie
na teren budowy już od połowy 1951 r. Jednak z powodu nieprzygotowanego zaplecza
budowy tarcze zamiast do szybu startowego w początkowym etapie prac składowane były
pod drzewami, przykryte plandekami.
Tajemnica zakopanej tarczy
Pomimo wybudowania 17 szybów i intensywnych prac na szlaku metra głębokiego, tylko w
jednym miejscu rozpoczęto budowę tunelu szlakowego za pomocą tarczy. Na niektórych
odcinkach budowniczy dochodzili wprawdzie do komory montażowej tarczy, ale nie zdążono
rozpocząć ich budowy. Nie było na to czasu. Decyzja z października 1953r. o wstrzymaniu
prac oznaczać mogła, że żadna z tych 8 tarcz nie zostanie uruchomiona. Budowa tunelu tarczą
na odcinku doświadczalnym ok 900 metrów rozwiązało te obawy. Jednakże plotki o
pozostawieniu tarcz pod ziemią były silniejsze od oczywistej prawdy i nadal krążyły wśród
mieszkańców Warszawy. Przekazywana latami opowieść urosła do rangi legendy, jakoby
dostarczone tarcze zostały już na zawsze w głębokich wykopach pod ulicami miasta. Prawda
była mniej tajemnicza. Nieużywane tarcze wyposażone były w cenne mechanizmy, które
wykorzystano do budowy innych obiektów. Również pozostałe części w miarę możliwości
starano się zagospodarować. Tarcze w zasadzie zniknęły. Przyczyną tego zniknięcia nie była
jednak chęć pogrzebania pozostałości po budowie metra ale chęć wykorzystania posiadanych
narzędzi w jak najszerszym zakresie dla całej stolicy. Nieużywany sprzęt wymagałby
kosztownego magazynowania i konserwacji, dlatego tym bardziej szukano możliwości jego
wykorzystania.
Tarczą czy odkrywką
Budowa metra w Warszawie wznowiona została w roku 1982, wraz z uchwałą Rady
Ministrów. Miało to być już jednak nie metro głębokie ale płytkie, zagłębione do 15 metrów
pod powierzchnią terenu. Funkcję inwestora i generalnego realizatora inwestycji objęła
Generalna Dyrekcja Budowy Metra. W kwietniu 1983 roku wbito pierwszy pal na trasie
wykopu i rozpoczęto budowę odcinka Ursynowskiego. Cały odcinek od STP Kabaty do stacji
Pole Mokotowskie, budowany miał być metodą odkrywkową. Pod Polem Mokotowskim
postanowiono z kolei budować tarczą. Miał to być odcinek doświadczalny, na podstawie
którego miała zapaść decyzja jak budować dalsze odcinki. Na budowę metodą odkrywkową
na odcinku Ursynowskim pozwalały niezabudowane tereny oraz nieliczne jeszcze osiedla.
Problem pojawił się na odcinku wchodzącym z metrem pod Aleję Niepodległości, wzdłuż
której miały powstać kolejne stacje. Zamknięcie jednej z głównych ulic prowadzących do
centrum i utrudnienia dla mieszkańców, stawiały przed budowniczymi nowe wyzwanie.
Dlatego też przy Generalnej Dyrekcji Budowy Metra powołano Radę Techniczną, która miała
przeanalizować i zdecydować, jaką metodą budować kolejne stacje (w skład rady wchodzili
przedstawiciele Generalnej Dyrekcji Budowy Metra, projektanci z Metroprojektu oraz
pracownicy innych służb związanych z budownictwem i miastem). Członkowie rady w
większości obstawali za tym, aby całą I linię wybudować metodą odkrywkową, jako
sprawdzoną i mniej kosztowną. Wśród nich znalazły się jednak osoby posiadające
doświadczenia z budowy metra głębokiego i tunelu ciepłowniczego pod Wisłą. Wykazali na
podstawie swojego doświadczenia, że jest to metoda możliwa do zastosowania na I linii metra
i już wcześniej stosowana w Warszawie na odcinku doświadczalnym metra głębokiego.
Przekonywali też, że pozornie droższa metoda tarczowa może być faktycznie tańsza. Nie
wiązała się bowiem z rozkopaniem połowy miasta (między innymi zamknięcie i rozkopanie
nowo wybudowanej trasy Łazienkowskiej i linii średnicowej, a także torowiska przy Dw.
Gdańskim). Generalna Dyrekcja Budowy Metra zdecydowała się przychylić do takiego
stanowiska i zleciła wykonanie tunelu szlakowego właśnie metodą tarczową. W 1985 roku
tarcza rozpoczęła drążenie I linii metra w Warszawie.
Drążenie wczoraj i dziś
Drążenie tuneli dla I linii metra, odbywało się zbliżoną techniką do tej, jaką zaplanowano dla
budowy centralnego odcinka II linii metra. Stacje wykonywane były metodą odkrywkową, a
do budowy tuneli używano tarczy, która drążyła pod ziemią i następnie układała kolejne
pierścienie gotowej obudowy. Trudno byłoby jednak uwierzyć, że obecna budowa przebiegać
będzie dokładnie tak, jak kiedyś. Ponad 50 lat rozwoju techniki zmieniło obraz
wykonywanych prac, ich tempo i co najważniejsze, udoskonaliło technologię budowy. Gdyby
postawić obok siebie radziecką tarczę używaną dla I linii metra i nową tarczę TBM
wyprodukowaną przez niemiecką firmę Herrenknecht dla II linii, różnica byłaby piorunująca.
A wszystko to pomimo tej samej funkcji, jaką maszyny miały do spełnienia. Czym różniły się
od siebie i jakie zmiany można odnotować?
Radziecka tarcza z Londynu
Obecnie TBM zamawiany jest na potrzeby konkretnej inwestycji. Zanim rozpocznie się jego
produkcja, wykonywane są dokładne pomiary i analizy gruntu. Od tego zależy nie tylko
rodzaj użytych noży i skrawarek, ale również dodatkowych substancji zmiękczających.
Dostosowanie tarczy do panujących na danym terenie warunków, pozwala sprawniej
prowadzić drążenie i obudowę tunelu.
W okresie budowy odcinka doświadczalnego metra głębokiego i I linii metra metodą
tarczową, budowniczowie nie mieli możliwości wpływu na rodzaj przychodzącego sprzętu.
Tarcze dostarczane były przez Związek Radziecki, na mocy zawartych porozumień
międzypaństwowych. Przyjeżdżały w częściach i dopiero na miejscu były montowane,
sprawdzane i uruchamiane. Nie było możliwości dostosowania ich do lokalnych warunków
hydrogeologicznych. Bardzo prosta obudowa przodka i brak mechanicznego skrawania
uniemożliwiała to. Swoją konstrukcję tarcze zawdzięczały jednak nie Związkowi
Radzieckiemu, ale Anglikom co wyjawione zostało budowniczym jeszcze podczas szkoleń z
jej obsługi w roku 1952 – Rosjanie wyraźnie dali do zrozumienia, że przy rozpoczęciu
budowy I linii w Związku Radzieckim zakupili tarcze w Anglii, a pierwsze kilometry
wykonywane były przy pomocy inżynierów angielskich. Od nich nauczyli się tej metody i
modyfikowali ją według własnych potrzeb. Tego typu tarczę dostarczono również do
Warszawy.
Konstrukcja tarczy
Tarcza Radziecka miała ok 6,25m średnicy noża tarczy i ok 5 metrów długości. Była kształtu
walca i poruszała się za pomocą 24 siłowników hydraulicznych. Uzupełnienie tarczy
stanowiła również kilkunastometrowa konstrukcja o wymiarach tunelowych, która
umożliwiała uszczelnianie pierścieni, układanie torowiska i transport szynowy. Budowa jej
głowicy znacząco różniła się od obecnej konstrukcji. Tarcza miała kształt otwartego walca,
wyposażonego w dźwigniki do wypierania jej do przodu. Dodatkowe dźwigniki
zmechanizowane w tarczy pełniły funkcję zabezpieczającą w razie napotkania na złe warunki
hydrogeologiczne. Problemem podczas budowy tunelu metra głębokiego były wody
gruntowe, które odprowadzano przed tarczę i osuszano w ten sposób przodek. W trakcie
budowy I linii metra zastosowano z kolei obniżenie poziomu wód gruntowych – depresji, co
pozwalało
prowadzić
prace
budowlane
tuneli
szlakowych.
Oprócz
dźwigników
wypierających, wyposażona była również w 6 platform, mogących wysuwać się na odległość
ponad 1 metra przed osłonę tarczową. Na platformach odbywało się drążenie tunelu.
Metody drążenia
Czoło TBM skonstruowanej na potrzeby budowy II linii metra porównać można do ogromnej
golarki. Tarcza porusza się ruchem obrotowym, tnąc kolejne warstwy ziemi. Jednocześnie
poprzez otwory w głowicy tarczy kruszony i krojony urobek dostaje się do wnętrza i za
pomocą specjalnego przewodu transportowany jest do szybu startowego. Głowica tarczy
wyposażona jest w mechaniczne noże, dyski do kruszenia skał i innego rodzaju
specjalistyczne narzędzia skrawające. W miarę ich zużywania, ostrza na bieżąco zastępowane
są nowymi. To elementy, które mogą różnić się kształtem, wielkością lub materiałem użytym
do ich wykonania. Wszystko to zależy w dużej mierze od rodzaju terenu dla którego tarcza
jest przygotowana. Dodatkowo przodek tarczy skonstruowany jest w taki sposób, aby
umożliwić bezpieczne drążenie, niezależnie od warunków hydrogeologicznych. To znaczące
różnice w technice drążenia, w porównaniu do tej wykorzystywanej dla budowy I linii metra.
Tarcza radziecka nie była wyposażona w mechaniczne narzędzia tnące. Ziemia urabiana była
ręcznie, a następnie urobek przerzucano na wagoniki transportujące go na powierzchnię.
Narzędzia, jakich używano do drążenia tunelu zależały od rodzaju gleby. W gruntach
spoistych stosowano młotki pneumatyczne i kilofy. W nienawodnionych piaskach często
wystarczały łopaty. Ziemia wybierana była na głębokość ok 50-60 cm, a następnie wykop
zabezpieczano drewnianymi deskami, żeby zza przesuwającej się tarczy grunt nie dostawał
się do środka tunelu.
Tubingi i tunele
W obecnie stosowanej technologii układania tunelu przez tarczę, praktycznie wszystko
odbywa się automatycznie. Nad zadaniami przodka tarczy, czuwa 15 pracowników w
systemie trzy zmianowym, czyli zaledwie 5 osób jednocześnie. Pracę taśmociągu
dostarczającego kolejne tubingi i pracę podajnika nadzoruje już komputer. Kieruje on również
procesem wstawiania tubingu w odpowiednie miejsce pierścienia obudowy. Po przejściu
tarczy, tunel metra jest praktycznie gotowy do użytkowania. Sprawną obudowę zapewnia tu
nie tylko konstrukcja maszyny drążącej TBM ale również odpowiednie przygotowanie
tubingów. Złożony proces ich produkcji sprawia, że po ułożeniu żelbetowego tubingu w
tunelu, nie ma konieczności jego dodatkowego uszczelniania.
Obudowa tunelu dla I linii metra odbywała się podobną metodą, jednak zarówno sposób jej
realizacji i używane materiały różniły się znacząco. Tarcza przesuwała się wraz z drążonym
tunelem, który deskowano a następnie obudowywano żeliwnymi tubingami. Uszczelnienie
gotowego fragmentu tunelu było jednak dużo bardziej czasochłonne i skomplikowane. Tubing
dostarczano wagonikami do przodka tarczy. Tam za pomocą chwytaka podnoszono go,
przesuwano do budowanego pierścienia i umieszczano we właściwym miejscu. Uszczelnienie
tunelu uzyskiwano za pomocą drutu ołowianego, wbijanego w specjalnym rowku tubingów.
Był to dopiero początek pracy nad tunelem. Każdy tubing posiadał otwór z korkiem, w który
wstrzykiwano mieszankę betonową. Po jej zaaplikowaniu i utwardzeniu, stosowano kolejny
materiał doszczelniający w formie mleczka cementowego. Na końcu tymczasowy korek
zastępowano stałym. Dopiero tak przygotowany fragment tunelu uznać można było za
gotowy. O wsparciu drążenia przez komputery nie było wtedy mowy. Dlatego większość prac
wykonywali ludzie. W samym przodku pracowało jednocześnie 11 osób. Żeby jednak
zapewnić sprawną budowę tunelu, potrzebnych było ok 40 pracowników. Operatorzy pomp,
którzy dbali o przedłużanie rurociągów, nadzorcy torów i transportu wagoników, osoby
doszczelniające tunel, a także ekipa warsztatowa, na bieżąco produkująca niezbędne
elementy. Wszystkie te osoby musiały działać jak jedna wielka maszyna, żeby podołać tak
skomplikowanemu zadaniu.
Kierowanie tarczą
Każdy tunel metra posiada precyzyjnie wyznaczoną trasę przebiegu, określoną w projektach
budowlanych. Trasa ta musi być dotrzymana z dokładnością liczoną w milimetrach. Pozostaje
to niezmienne, niezależnie od tego, czy opisywalibyśmy drążenie tunelu metra głębokiego z
lat 50-tych, I linii metra z lat-80 czy też planowanych obecnie tuneli II linii metra.
Niezmienny pozostaje również fakt, że bez tych obliczeń i stałego nadzoru geodezyjnego,
tarcza nie ma prawa ruszyć choćby o centymetr. Zmianie uległy jednak narzędzia i technika,
która jest odpowiedzialna za kierowanie tarczą i odczyt parametrów. Obecnie geodeci mają
do dyspozycji laser naprowadzający, a także sygnał GPS, który poprzez satelitę dostarcza
informacje o aktualnej pozycji tarczy i dane kierunkowe drążenia. Podczas drążenia tuneli
metra tarczą radziecką, geodeci mogli liczyć jedynie na własne obliczenia, pomiary i
posiadane umiejętności. Już podczas budowy tunelu ciepłowniczego pod Wisłą w 1960 roku
udowodnili jednak, że również bez komputerów można prowadzić trafne obliczenia i
budować tunele. Połączyli wtedy dwa odcinki tunelu, których budowa rozpoczęła się po
przeciwległych brzegach rzeki i miała połączyć się na jej środku. Różnica w osi tunelu
wyniosła zaledwie kilkanaście milimetrów.
Tarcza wczoraj i dziś
Przepaść technologiczna między tarczą radziecką używaną do budowy I linii metra i tarczą
TBM niemieckiej produkcji dla II linii metra jest niewątpliwie ogromna. Różnice widać nie
tylko w konstrukcji przodka i obudowie czoła tarczy, ale również w poszczególnych
procesach dotyczących budowy tunelu. Doświadczenia kilkudziesięciu lat i komputeryzacja
sprawiają, że tego typu maszyna zmieniła się z prostego narzędzia w specjalistyczne i
skomplikowane urządzenie. Obecnie TBM potrafi nie tylko drążyć niezależnie od warunków
hydrogeologicznych w których się znajduje, ale również układać tunel w taki sposób, że nie
wymaga on żadnej późniejszej ingerencji ludzi w jego konstrukcję aby mógł spełniać swoją
rolę. Drążenie za jego pomocą jest szybsze, bardziej przewidywalne (wykrywa zmiany w
strukturze gleby przed sobą) i wymagające mniejszej ilości osób zaangażowanych w jego
obsługę. Nie można jednak zapomnieć, że jest to wynik wieloletnich doświadczeń i
modyfikacji, które testowane były na każdym z poprzedników współczesnego TBM.