BUDOWA PIERWSZEGO W POLSCE TUNELU ZMECHANIZOWANĄ TARCZĄ PŁUCZKOWĄ POD WISŁĄ W WARSZAWIE

Transkrypt

1 Seminarium IBDiM, ZMRP i KPRM - Warszawa, 13 listopada 2012 Nowatorskie rozwiązania w mostownictwie i geoinżynierii 1 mgr inż. Krzysztof Michalczuk Przedsiębiorstwo Robót Górniczych METRO Sp. z o.o. Kierownik Kontraktu/Kierownik Robót Tunelowych konsultacje: mgr inż. Jacek Król Przedsiębiorstwo Robót Górniczych METRO Sp. z o.o. Dyrektor Kontraktu BUDOWA PIERWSZEGO W POLSCE TUNELU ZMECHANIZOWANĄ TARCZĄ PŁUCZKOWĄ POD WISŁĄ W WARSZAWIE 1. Wprowadzenie Budowa pierwszego w Polsce tunelu przy użyciu maszyny TBM (ang. Tunnel Boring Machine) została wykonana podczas realizacji zadania Budowa układu przesyłowego ścieków z Warszawy lewobrzeżnej do oczyszczalni ścieków Czajka Etap II, w zakresie wykonania obiektów Zakładu Farysa, syfonu pod Wisłą, obiektów Zakładu Świderska i kolektorów prawobrzeżnych. Umowa na wykonanie zadania została podpisana z Miejskim Przedsiębiorstwem Wodociągów i Kanalizacji w m. st. Warszawie przez konsorcjum firm: Przedsiębiorstwo Robót Górniczych METRO Sp. z o.o. (lider konsorcjum), Hydrobudowa Polska S.A. (partner konsorcjum), Hydrobudowa 9 S.A. (partner konsorcjum) oraz Infra S.A. (partner konsorcjum). Firma PRG METRO Sp. z o.o. w ramach konsorcjum była odpowiedzialna między innymi za przygotowanie i zrealizowanie robót tunelowych TBM. Okres na przygotowania, realizację i zakończenie robót wiertniczych przypadł na termin styczeń 2011 r. listopad 2011 r. Lokalizację tunelu przedstawia Rysunek 1. Poniżej znajdują się podstawowe parametry techniczne wykonanego tunelu: długość tunelu 1300 m, średnica wewnętrzna obudowy tunelu 4500 mm, średnica zewnętrzna obudowy tunelu 5100 mm, grubość obudowy tunelu 30 mm, klasa betonu C40/50, stal zbrojeniowa BST500S, maksymalny nadkład nad tunelem około 38 m, minimalny nadkład nad tunelem około 6 m, przykrycie stropu tunelu pod dnem Wisły około 10 m, maksymalny spadek 2,66 %, minimalny spadek 0,1 %, minimalny promień łuku poziomego tunelu 500 m, maksymalny promień łuku poziomego tunelu 2500 m, promień łuków pionowych tunelu 1600 m, różnica wysokości wlotu i wylotu tunelu 16,6 m. Rysunek 1. Plan z trasą syfonu Rysunek 2. Widok 3D syfonu Rysunek 3. Przekrój poprzeczny tunelu Tunel docelowo jest osłoną dla dwóch rur syfonu o średnicy 1600 mm (Rysunek 3). Syfonem ścieki przepływają z Warszawy lewobrzeżnej do prawobrzeżnej a następnie do oczyszczalni ścieków Czajka. Przepływ maksymalny podczas pracy obydwu nitek rurociągu wynosi 10,85 m 3 /s. Wykorzystano rury GRP SN PN6, które ułożono na żelbetowych prefabrykowanych elementach spągowych i zabetonowano.

2 2 Krzysztof Michalczuk Budowa pierwszego w Polsce tunelu zmechanizowaną tarczą płuczkową pod Wisłą w Warszawie 2. Warunki geotechniczne determinujące wybór zastosowanej technologii TBM Podstawowym kryterium doboru technologii drążenia (maszyny TBM) są warunki geotechniczne oraz hydrogeologiczne występujące w trasie planowanej budowy tunelu. W przypadku warszawskiej realizacji tunel o długości 1300 m zlokalizowany jest w obrębie jednostki geomorfologicznej Doliny Wisły, na odcinku 300 m pod korytem Wisły. Około 50 % trasy tunelu przebiegało w gruntach niespoistych i około 50 % trasy w gruntach spoistych. Grunty niespoiste sklasyfikowano jako czwartorzędowe rzeczne, średnio zagęszczone do zagęszczonych piaski średnie i grube z domieszką żwirów oraz podrzędnie piaski drobne i pylaste. Grunty spoiste sklasyfikowano głównie jako iły pstre pliocenu (wykształcone jako twardo plastyczne i półzwarte iły, iły pylaste, gliny pylaste, gliny pylaste zwięzłe z nawodnionymi przewarstwieniami pylasto-piaszczystymi) oraz podrzędnie czwartorzędowe gliny piaszczyste, gliny pylaste i pyły (lodowcowe i zastoiskowe). Wody podziemne na obszarze inwestycji związane są z utworami czwartorzędu i trzeciorzędu. W dolinie Wisły seria aluwialnych piasków ze żwirami tworzy jeden, czwartorzędowy poziom wodonośny o znacznej zasobności wodnej i wysokich współczynnikach filtracji, zasilany dopływem lateralnym z wysoczyzny oraz infiltrującymi opadami atmosferycznymi. Średni stan wód podziemnych wynosi od minus 0,5 do minus 2,5 m n0w - w zależności od odległości od Wisły. Wahania stanów wód określa się na ± 0,5 m za wyjątkiem pasa przybrzeżnego Wisły, gdzie krótkotrwale, w czasie wezbrań powodziowych może wystąpić znaczny przyrost stanów wód podziemnych na skutek infiltracji brzegowej. Średni stan Wisły w miejscu tunelu wynosi około minus 2,5 m n0w (wahania stanów Wisły mogą wynosić do 6 m). W obrębie kompleksu iłów trzeciorzędowych występują przewarstwienia nawodnionych piasków, głównie drobnych i pylastych z reguły silnie zaburzone glacitektonicznie. Generalnie są to przewarstwienia o niewielkiej miąższości, słabych parametrach filtracyjnych oraz niewielkiej pojemności wodnej. Współczynniki filtracji dla poszczególnych rodzajów gruntów wnoszą: dla piasków średnich i grubych od k = 10-3 m/s do k = 10-4 m/s, dla piasków drobnych i pylastych od k = 10-5 m/s do k = 10-6 m/s, dla iłów i glin od k = 10-8 do k = m/s. Dla przedstawionych, mieszanych warunków geotechnicznych - gruntów niespoistych nawodnionych oraz spoistych, w użyciu są głównie tarcze TBM typu: Mixshield tarcza płuczkowa/wielofunkcyjna (zawiesinowa), EPB (earth pressure balance) tarcza wyrównanych ciśnień gruntowych. Rysunek 4. Profil geologiczny z tunelem (fiolet grunty spoiste, odcienie żółci grunty niespoiste) Zazwyczaj tarcze EPB stosowane są w gruntach drobnoziarnistych o zawartości frakcji pylastej minimum na poziomie 20 30% oraz o współczynniku filtracji mniejszym niż 10-5 m/s. Poniższa tabela przedstawia zasady doboru tarcz TBM. Ze względu na fakt, że trasa zaprojektowanego tunelu w Warszawie pod Wisłą prowadzi w gruntach spoistych i niespoistych nawodnionych z wysokimi współczynnikami filtracji, zdecydowano się na zastosowanie maszyny TBM Mixshield.

3 Seminarium IBDiM, ZMRP i KPRM - Warszawa, 13 listopada 2012 Nowatorskie rozwiązania w mostownictwie i geoinżynierii 3 Tabela 1. Zasady doboru tarczy TBM Zdjęcie wykonanego tunelu 3. Podstawowe parametry użytej głowicy TBM Mixshield Maszyna wykorzystana do wykonania tunelu została wyprodukowana przez firmę Herrenknecht AG, Schlehenweg 2, Schwanau - Allmannsweier, Germany. Oznaczono ją symbolem S 642 a jej podstawowe parametry techniczne są następujące: typ maszyny Mixshield (płuczkowa/wielofunkcyjna), długość kompleksu tarczowego TBM 68 m, ciężar kompleksu bramowego TBM około 450 T, ciśnienie robocze 3 bary, średnica przedniej części tarczy TBM 5350 mm, średnica tylnej części tarczy TBM 5330 mm, narzędzia skrawające dwie konfiguracje narzędzi dla gruntów spoistych i niespoistych, chwilowa prędkość wiercenia od 5 mm/min. do 60 mm/min., uszczelnienie ogona tarczy 3 rzędy szczotek, ilość siłowników głównych drążenia 16 szt., całkowita siła pchająca kn, kruszarka szczękowa 400 mm wielkość kamienia możliwego do skruszenia, prędkość obrotowa tarczy skrawającej 0 3,5 obrót/min., nominalny moment obrotowy tarczy skrawającej 2330 knm, wydajność stacja separacji urobku 1200 m 3 /h, całkowita moc wszystkich urządzeń związanych z robotami wiertniczymi TBM 3,3 MW. 4. Opis technologii podparcia przodka w maszynie TBM Mixshield Podczas drążenia tuneli tarcza TBM pracuje w trybie Mixshield, co oznacza, że podparcie przodka odbywa się przy pomocy zawiesiny bentonitowej (płuczka wiertnicza), na którą odpowiednie ciśnienie wywierane jest za pomocą poduszki sprężonego powietrza. Płuczka (zawiesina) równoważy, poprzez wytworzony placek filtracyjny parcie gruntu i wód gruntowych. Jednocześnie tarcza skrawająca obracając się urabia grunt, który miesza się z płuczką wiertniczą. Wybór tego rodzaju tarczy wiąże się oczywiście z koniecznością zastosowania stacji separacji urobku. Czysta płuczka jest dostarczana przy pomocy pompy i rurociągu do komory roboczej tarczy TBM a po wymieszaniu z urobkiem odpompowywana jest do stacji separującej. Separacja odbywa się przez zestawy sit o różnych rozmiarach oczek dostosowanych do frakcji urabianego gruntu, zestawy hydrocyklonów, wirówki lub prasy filtracyjne. Poniżej znajduje się schemat tarczy TBM pracującej w systemie Mixshield i Slurryshield. Rysunek 5. Schematy tarczy TBM w trybie pracy Mixshield i Slurryshield, 1,2 przegroda ciśnieniowa, 3 komora robocza, 4 komora ciśnieniowa, 9 zasilanie płuczką, 6,7 powrót płuczki, 8,10,11 doprowadzenie/odprowadzenie sprężonego powietrza, 12 poduszka powietrzna, 5 rura połączeniowa, 13 króciec ssawny/krata

4 4 Krzysztof Michalczuk Budowa pierwszego w Polsce tunelu zmechanizowaną tarczą płuczkową pod Wisłą w Warszawie Rysunek 6. Tarcza S Mixshield. Po lewej stronie widok tarczy skrawającej z konfiguracją narzędzi do gruntów niespoistych. Po prawej stronie tarcza TBM: 1 napęd główny, 2 śluza, 3 siłownik główne i sterujące tarczą skrawającą, 4 erektor, 5 kruszarka kamieni, 6 płuczka zanieczyszczona, 7 płuczka czysta Przed rozpoczęciem robót wiertniczych konieczne jest wykonanie obliczeń ciśnienia podparcia czołowego równoważącego parcie gruntu i wód gruntowych. Na Rysunku 7 przedstawiono uproszczony schemat obliczeniowy ciśnienia czołowego w maszynie TBM Mixshield. Rysunek 7. Schematy obliczeniowe tarczy TBM Slurry Type (po lewej min.ciśnienie, po prawej max.ciśnienie) Warunkiem koniecznym jest jednoczesne spełnienie: S min η W + η E W E S max * σ V + w η S min minimalne ciśnienie stabilizujące wymagane dla uzyskania stabilności czoła odwiertu, S max maksymalne ciśnienie stabilizujące zapobiegające wyporowi gruntu i erupcji płuczki wiertniczej. Oznaczenia: E siła wynikająca z poziomego parcia gruntu, W parcie poziome wody gruntowej, η W współczynnik bezpieczeństwa dla naporu wody zazwyczaj 1,05, η E współczynnik bezpieczeństwa dla naporu gruntu zazwyczaj 1,5, σ v pionowe parcie gruntu nad stropem tarczy, η współczynnik bezpieczeństwa zazwyczaj 1,1, w parcie poziome wody gruntowej. Obliczenia zostały wykonane dla kilkunastu charakterystycznych przekrojów i przedstawiały ciśnienie czołowe maksymalne, ciśnienie czołowe minimalne, ciśnienie czołowe zalecane. Kalkulacje te były wykonane dla trzech przypadków napełnienia przodka płuczką wiertniczą: pełne napełnienie (normalna praca podczas wiercenia), połowiczne napełnienie (obsługa-wymiana narzędzi skrawających), pusty (obsługa-wymiana narzędzi skrawających). Ponadto, podane zostały ciśnienia iniekcji pierwotnej za obudowę tunelu, która jest wykonywana podczas wiercenia maszyną TBM oraz ciśnienia przeprowadzania prac kesonowych wykonywanych w przodku. Rysunek 8 przedstawia wykres ciśnień podparcia przodka, iniekcji pierwotnej oraz obsługi maszyny (prace kesonowe) dla prawobrzeżnej części tunelu. Ciśnienia te wynosiły odpowiednio: dla podparcia czołowego od 0,45 bara do 2,75 bara, dla ciśnienia iniekcji od 0,49 bara do 4,05 bara, dla przeprowadzenia prac kesonowych od 0,4 bara do 2,45 bara.

5 Seminarium IBDiM, ZMRP i KPRM - Warszawa, 13 listopada 2012 Nowatorskie rozwiązania w mostownictwie i geoinżynierii 5 Erupcja (blow out) płuczki wiertniczej Pojęciem tym opisuje się zjawisko wypływu płuczki wiertniczej związane ze zbyt wysokim ciśnieniem podparcia przodka (face support). Zjawisko to może się zdarzyć w miejscach o zmniejszonym przykryciu drążonych tuneli lub zmianie warunków gruntowo wodnych w sposób nieoczekiwany i wcześniej nieznany. W miejscach o zmniejszonym przykryciu stosuje się nasypy dociążające. Zjawisko to może być ograniczane przy wykorzystaniu bloków jet grouting oraz przez wykonanie iniekcji z czoła tarczy TBM. Ważne jest stosowanie płuczki wiertniczej o odpowiednich parametrach, które zmniejszają ryzyko wystąpienia zjawiska erupcji płuczki. Rysunek 8. Wykres ciśnienia podparcia czołowego i ciśnienia iniekcji pierwotnej 5. Opis fazy drążenia oraz układania obudowy tunelu w zastosowanej maszynie TBM W technologii wiercenia w użytej maszynie TBM można wyodrębnić dwie podstawowe fazy: faza drążenia wraz z wykonywaniem iniekcji pierwotnej za obudowę tunelu, faza układania obudowy tunelu wewnątrz maszyny TBM. Faza drążenia wraz z wykonywaniem iniekcji pierwotnej za obudowę tunelu Faza ta rozpoczyna się w momencie gdy siłowniki maszyny TBM znajdują się w pozycji zerowej (są złożone) i pierścień obudowy został zmontowany w części ogonowej tarczy. Maszyna TBM odpycha się od wybudowanego pierścienia i przy pomocy tarczy skrawającej, obracającej się do kilku razy na minutę, rozpoczyna urabianie gruntu. Urabiany grunt miesza się w komorze roboczej z płuczką wiertniczą (zawiesiną bentonitową) a następnie przy pomocy pomp i układu rurociągów płuczka wraz z urobkiem transportowana jest

6 6 Krzysztof Michalczuk Budowa pierwszego w Polsce tunelu zmechanizowaną tarczą płuczkową pod Wisłą w Warszawie do stacji separacji urobku. W stacji separacji urobku przy pomocy sit, hydrocyklonów, wirówki lub prasy filtracyjnej (w zależności od warunków geotechnicznych) urobek oddzielany jest od płuczki wiertniczej, która kierowana jest ponownie do komory roboczej maszyny TBM. Maszyna wykonuje drążenie do momentu gdy siłowniki odpychające wykonają pełny skok czyli w przypadku realizacji warszawskiej 1,2 m. Wraz z wierceniem, równolegle wykonywana jest iniekcja pierwotna za obudowę tunelu. Wynika to z faktu, iż średnica zewnętrzna koła skrawającego maszyny TBM wynosi 5,39 m natomiast średnica zewnętrzna obudowy tunelu 5,1 m. Powstała w ten sposób szczelina pierścieniowa wypełniana jest iniektem składającym się z: cementu, mieszanki piasku i żwiru frakcji 0 8 mm, popiołu lotnego oraz niewielkiej ilości bentonitu. W razie potrzeby można zastosować również plastyfikatory ułatwiające tłoczenie zaprawy iniekcyjnej w instalacji maszyny TBM. Dysze iniekcyjne znajdują się w tak zwanym ogonie maszyny. Jest to płaszcz zainstalowany w tylnej części maszyny TBM. W płaszczu tym umieszczone są cztery linie iniekcyjne, którymi przy pomocy pomp do betonu wtłacza się pod ciśnieniem mieszankę iniekcyjną. Wtłaczanie mieszanki iniekcyjnej jest bardzo istotnym elementem wiercenia gdyż dokładne wypełnienie szczeliny pierścieniowej ma kluczowe znaczenie dla uniknięcia osiadań terenu nad wierconym tunelem. Mieszanka iniekcyjna powinna posiadać zbliżone parametry wytrzymałościowe do otaczającego go gruntu. Ze względu na różnorodne warunki geologiczne i hydrogeologiczne zazwyczaj stosuje się kilka receptur mieszanki. Faza układania obudowy tunelu wewnątrz maszyny TBM Po wykonaniu pełnego przesuwu siłowników maszyny następuje faza instalowania kolejnego pierścienia obudowy tunelu w ogonie maszyny. Operacja ta wykonywana jest przy pomocy mechanicznego manipulatora (erektora). Układanie obudowy zawsze zakończone jest montażem elementu zamkowego (kuczowego, K stone). Po zakończeniu montażu obudowy tunelu ponownie następuje faza wiercenia. 6. Segmenty pierścienia obudowy tunelu i ich produkcja Nieodłącznym elementem technologii wiercenia tunelu z użyciem maszyny TBM jest produkcja prefabrykowanych elementów obudowy tunelu (tubingów). Obecnie przeważnie są to elementy żelbetowe. Do wykonania prefabrykatów niezbędne są specjalne formy umożliwiające produkcję elementów przy bardzo małych tolerancjach wykonania. Dokładność wykonania prefabrykatów determinuje późniejszą szczelność i trwałość tunelu. Podstawowe parametry techniczne segmentów obudowy zastosowane przy realizacji syfonu pod Wisłą: podział pierścienia na segmenty (tubingi) 5 + 1, średnica wewnętrzna pierścienia obudowy 4500 mm, średnica zewnętrzna pierścienia obudowy 5100 mm, grubość pierścienia obudowy 300 mm, nominalna długość pierścienia obudowy 1200 mm, minimalna długość pierścienia obudowy 1188 mm, maksymalna długość pierścienia obudowy 1212 mm, ciężar najcięższego pojedynczego tubingu 2,6 T, ciężar całego pierścienia 13,4 T, ilość zastosowanych pierścieni 1082 szt. Na Rysunku 9 pokazany jest pierścień obudowy tunelu wraz z podziałem na segmenty. Pierścień obudowy składa się z elementu zamkowego K, elementów przyzamkowych A i E, oraz B, C i D. Podział kątowy przedstawia Rysunek 10. Rysunek 9. Pierścień obudowy tunelu z podziałem na segmenty (tubingi) Rysunek 10. Podział kątowy

7 Seminarium IBDiM, ZMRP i KPRM - Warszawa, 13 listopada 2012 Nowatorskie rozwiązania w mostownictwie i geoinżynierii 7 Geometria pierścienia obudowy tunelu ze względu na swój specjalny kształt (L min = 1188 mm, L nom = 1200 mm, L max = 1212 mm, patrz Rysunek 9) umożliwia poprzez odpowiednie wbudowanie elementu zamkowego K (16 możliwości) wiercenie tunelu po zaprojektowanej trasie. Oznacza to możliwość profilowania łuków pionowych i poziomych o promieniu minimalnym do 400 m. Po zaprojektowaniu geometrii obudowy tunelu wykonuje się projekt form. Zazwyczaj wykorzystuje się od 3 do 4 zestawów form. W przypadku realizacji syfonu pod Wisłą wykorzystano cztery zestawy. Rysunek 11 przedstawia widok boczny na formę. Dla potrzeb realizacji kontraktu w Warszawie sprefabrykowano 1100 kompletów obudowy, z czego wbudowano 1082 komplety. Rysunek 11. Forma do prefabrykacji tubingów obudowy zastosowana podczas realizacji syfonu pod Wisłą w Warszawie Zdjęcie z fabryki Rys. 12. Szczegół z uszczelką tubingu Rys. 13. Szczegół z uszczelką tubingu Powyższe zdjęcie przedstawia transport tubingu przy pomocy chwytaka podciśnieniowego na stół obrotowy. Należy dodać, że do produkcji segmentów obudowy, poza samymi formami, niezbędny jest szereg akcesoriów takich jak: chwytaki mechaniczne do transportu pionowego i poziomego elementów, chwytak podciśnieniowy do rozformowywania segmentów, stół obrotowy oraz urządzenie do przyklejania uszczelek. Rysunek 12 przedstawia szczegół z uszczelką na połączeniach podłużnych i kolistych pierścienia obudowy. Uszczelka ta jest jeszcze w stanie przed sprasowaniem. Rysunek 13 przedstawia uszczelkę po sprasowaniu, tj. w jej docelowej pozycji po zmontowaniu pierścienia obudowy tunelu w maszynie TBM. W tunelu znajduje się około 25 km połączeń podłużnych i kolistych dlatego więc niezwykle istotną sprawą jest zaprojektowanie oraz prawidłowe dobranie uszczelki do pierścienia obudowy co ma zapewnić szczelność całej konstrukcji tunelu.

8 8 Krzysztof Michalczuk Budowa pierwszego w Polsce tunelu zmechanizowaną tarczą płuczkową pod Wisłą w Warszawie 7. Płuczka wiertnicza i stacja separacji urobku oraz urządzenia peryferyjne związane z maszyną TBM Podstawowe zadania płuczki wiertniczej w technologii Mixshield: stabilizacja otworu (podparcie przodka) w trakcie wiercenia, transport urobku, utrzymywanie urobku w stanie zawieszenia w trakcie przerw w krążeniu płuczki, chłodzenie narzędzi urabiających, smarowanie rolek tnących. Stacja separacji urobku Stacja separacji urobku jest integralną częścią drążenia tuneli z wykorzystaniem technologii TBM Mixshield. W technologii tej urabiany materiał jest transportowany na zewnątrz wykonywanego tunelu (do stacji separacji urobku) za pomocą płuczki wiertniczej z wykorzystaniem pomp i systemu rurociągów. Separacja polega na oddzieleniu maksymalnie dużej ilość fazy stałej od zawiesiny. Podczas realizacji zadania dopływająca do tarczy TBM płuczka czysta miała ciężar właściwy 10,5 kn/m 3 natomiast powrotna obciążona urobkiem przykładowo 13,0 kn/m 3. System separacji można podzielić na następujące stopnie separacji: separacja wstępna usuwanie kamieni, żwiru (duże frakcje), separacja średnia usuwanie piasku (średnie frakcje), separacja drobna usuwanie piasku (najmniejsze frakcje), separacja iłów i pyłów usuwanie najdrobniejszej frakcji i nadmiaru zanieczyszczonej płuczki. Pierwsze trzy zadania wykonywane są przez sita i hydrocyklony. Płuczka podczas wiercenia krąży w obiegu zamkniętym i na bieżąco trzeba kontrolować jej parametry. Jeżeli któryś z tych parametrów płuczki odbiega od normy, można poprawić jej właściwości poprzez dodanie świeżej płuczki, wody, polimerów lub detergentów wiertniczych. Przykładowo, przez dodanie odpowiedniego polimeru można zwiększyć lepkość zawiesiny i zredukować jej filtrację przez co poprawiają się jej parametry reologiczne. Podczas wiercenia tunelu pod Wisłą użyto stacji separacji urobku o wydajności 1200 m 3 /h. Podstawowe badania laboratoryjne (polowe) własności technologicznych płuczki wiertniczej obejmują pomiar poniższych parametrów: ciężar właściwy, lepkość umowna (leje Marsha), lepkość plastyczna, granica płynięcia, filtracja, wytrzymałość strukturalna, wartość ph, zapiaszczenie, zawartość fazy stałej. Rysunek 14. Uproszczony schemat typowego układu separacji

9 Seminarium IBDiM, ZMRP i KPRM - Warszawa, 13 listopada 2012 Nowatorskie rozwiązania w mostownictwie i geoinżynierii 9 Na Rysunku 15 przedstawiony jest przykładowy blok stacji separacji urobku, w którym zamontowane są sita wibracyjne różnych rozmiarów, hydrocyklony oraz układ rurociągów i pomp do podtrzymywania przepływu płuczki w obiegu. Stacja separacji ma budowę kontenerową (modułową) co ułatwia jej transport na miejsce budowy. Na samym dole bloku separacji znajdują się zbiorniki z płuczką wiertniczą, z których pompowana jest ona do maszyny TBM lub ponownie kierowana na zestawy sit i hydrocyklonów w celu dalszego jej oczyszczania. Spod stacji urobek może być transportowany przy pomocy podajników taśmowych do miejsca składowania i załadunku samochodów. Z jednego metra bieżącego tunelu warszawskiego otrzymywano 3 około 22 m urobku, co w przeliczeniu na całość 3 tunelu daje wartość m urobku. Rysunek 15. Przykładowy blok stacji separacji urobku Ponieważ trasa tunelu przebiegała w połowie przez grunty spoiste, konieczne było zastosowanie prasy filtracyjnej i wirówki. Urządzenia te miały za zadanie recycling nadmiaru zbyt zanieczyszczonej bardzo drobną frakcją płuczki poprzez oddzielenie zawiesiny od wody. Zanieczyszczona płuczka była gromadzona w zbiorniku 3 płuczki brudnej o objętości 800 m, z którego to przepompowywano ją do wyżej wymienionych urządzeń. Zdjęcie warszawskiego placu budowy przedstawia zakład separacji urobku, wirówkę oraz prasę filtracyjną. Widoczne są również zbiorniki płuczki czystej i brudnej. Budowa tuneli z wykorzystaniem maszyny TBM Mixshield wymagała zastosowania sprzętu peryferyjnego. Do sprzętu takiego możemy zaliczyć: węzeł betoniarski do przygotowywania iniektu, stację sprężarek wraz z filtrami powietrza do utrzymania poduszki powietrznej w tarczy TBM oraz do przeprowadzania prac kesonowych w przodku maszyny, wieżę chłodniczą podzespołów maszyny TBM, wentylatornię tunelową, komorę dekompresyjną, urządzenie transportu pionowego i poziomego (uchwyty, kolejka tunelowa). Instalacje technologiczne podczas drążenia tunelu pod Wisłą w Warszawie. Widoczne są: dwa rurociągi płuczkowe ϕ 300 mm, dwie rury doprowadzające sprężone powietrza, zasilanie i powrót wody będącej czynnikiem chłodzącym podzespoły TBM, torowisko po którym jeździła kolejka ze składem służącym dostawie materiałów do maszyny TBM, kable zasilające 10 kv, lutniociąg tunelowy tłoczący świeże powietrze do maszyn oraz kładka ewakuacyjna. W miarę postępu prac wiertniczych instalacje technologiczne były przedłużane w tylnej części kompleksu bramowego. Wykorzystano w sumie około 3 km rury stalowej ϕ 300m, 6 km rury ϕ 100 mm oraz prawie dwa kilometry kabla zasilającego.

10 10 Krzysztof Michalczuk Budowa pierwszego w Polsce tunelu zmechanizowaną tarczą płuczkową pod Wisłą w Warszawie 8. Pomiary w trakcie robót wiertniczych Podczas prowadzenia robót wiertniczych prowadzono między innymi następujące pomiary: geodezyjny pomiar wysokościowo sytuacyjny tuneli w trakcie wiercenia, pomiary ciśnienia czołowego (face support), pomiary parametrów płuczki, pomiar przepływu w instalacji płuczkowej, pomiar ciśnienia iniekcji, pomiar objętości cementowania, TSC pomiar prowadzenia ogona tarczy (tailskin), pomiary parametrów pracy maszyny TBM w systemie ciągłym (siły pchające - siłowniki główne, siłowniki tarczy skrawającej, prędkość wiercenia, moment obrotowy tarczy, prędkość obrotowa tarczy skrawającej, temperatura urządzeń, zużycie smarów i olejów), pomiary poziomu zwierciadła wód gruntowych i stanów Wisły. 9. Podsumowanie i wnioski Podczas realizacji zadania pod nazwą Budowa układu przesyłowego ścieków z Warszawy lewobrzeżnej do oczyszczalni ścieków Czajka Etap II, w zakresie wykonania obiektów Zakładu Farysa, syfonu pod Wisłą, obiektów Zakładu Świderska i kolektorów prawobrzeżnych firma PRG METRO Sp. z o.o. zrealizowała pierwszy w Polsce tunel z wykorzystaniem zmechanizowanej tarczy płuczkowej TBM Mixshield S wyprodukowanej przez firmę Herrenknecht A.G. Potwierdzono tym samym, że zastosowanie takiej technologii w warunkach polskich również znajduje uzasadnienie ekonomiczne i techniczne. Roboty wiertnicze zrealizowano w mieszanych warunkach geologicznych i hydrogeologicznych pod rzeką Wisłą. Podsumowując: założenia projektowe doboru tarczy TBM i zakładu separacji urobku potwierdziły się w praktyce, założenia postępu wiercenia tarczy rzędu TBM 60 mm/min uzyskiwano w gruntach niespoistych, założona wydajność zakładu separacji na poziomie 1200 m 3 /h okazała się wystarczająca do odebrania urobku przy maksymalnym postępie robót wiertniczych, jakość wykonanej obudowy pozwoliła bez problemów zapewnić zakładane postępy oraz szczelność tunelu, urządzenia peryferyjne zostały prawidłowo dobrane co potwierdziło się w praktyce. Spis wykorzystanych materiałów: Mechanized Tunneling and Segmental Lining published by German Czech Scientific Foundation (WSDT) Hamburg 2009, Mechanized Tunneling in Urban Areas design methodology and construction control Edited: Vittorio Gugliemetti, Piergiorgio Grasso, Ashraf Mahtab and Shulin Xu London 2008, Materiały firmy Herrenknecht AG, Schlehenweg 2, Schwanau - Allmannsweier, Germany, Projekt podparcia czołowego wykonany na zlecenie PRG METRO Sp. z o.o. przez PSP Consulting Engineers GmbH, Heinrich Heine Strase 1, D Munchen, Projekt budowlany/wykonawczy dla zadania Budowa układu przesyłowego ścieków z Warszawy lewobrzeżnej do oczyszczalni ścieków Czajka Etap II, w zakresie wykonania obiektów Zakładu Farysa, syfonu pod Wisłą, obiektów Zakładu Świderska i kolektorów prawobrzeżnych wykonany przez: DHV POLSKA Sp. z o.o. ul. Domaniewska 41, Warszawa, PROKOM Sp. z o.o., ul. Czerniakowska 71, Warszawa, Grontmij Polska Sp. z o.o., ul. Ziębicka 35, Poznań, ILF CONSULTING ENGINEERS Polska Sp. z o.o., ul. Postępu 15B, Warszawa, Zdjęcia wykonał Sebastian Klorek.