ZAŁOŻENIA DO PROJEKTU

Transkrypt

1 Geoinżynieria TUNELE Fot. z archiwum PKL S.A. Przejście podziemne pod kopułą Kasprowego Wierchu prof. dr hab. inż. Krzysztof Krauze mgr inż. Tomasz Wydro mgr inż. Łukasz Bołoz Akademia Górniczo-Hutnicza Przejście podziemne łączące górne stacje kolei na Kasprowym Wierchu ma ułatwić bezpieczny ruch turystów oraz ograniczyć jego ujemny wpływ na środowisko naturalne Na Kasprowym Wierchu, znajdującym się w obrębie Tatr Zachodnich, działają dwie górne stacje kolei krzesełkowych i jedna kolei linowej wahadłowej. Kolej krzesełkowa na Hali Goryczkowej oraz linowa wahadłowa i krzesełkowa na Hali Gąsienicowej zlokalizowane są po przeciwnych stronach szczytu. Pomiędzy wspomnianymi stacjami przemieszczają się m.in. piesi i narciarze. Rozwój turystyki, a przede wszystkim coraz większa popularność narciarstwa, spowodował wzrost natężenia ruchu, co ma niewątpliwie ujemny wpływ na środowisko naturalne na samym szczycie Kasprowego Wierchu. Ponadto duża odległość, jak również różnica poziomów pomiędzy tymi stacjami oraz ukształtowanie terenu stwarzają zagrożenia, szczególnie przy przemieszczaniu się narciarzy. Podobne przypadki występują w górzystych terenach w Europie, jak i na świecie wszędzie tam, gdzie rozwija się turystyka. Dlatego na tych obszarach, chcąc chronić przyrodę oraz zminimalizować zagrożenia, buduje się różnego rodzaju przejścia naziemne, tak jak to zrobiono w Austrii na Kiztsteinhorn (fot.1) lub podziemne, również wybudowane na Kiztsteinhornie (fot. 2). Szczególnie przejścia podziemne (fot. 3) ułatwiają ruch poprzez skracanie dróg komunikacyjnych i minimalizację różnicy poziomów, a ponadto nie ingerują w środowisko naturalne na obszarach górskich. Przejścia podziemne nie tylko umożliwiają ruch turystom pieszym, ale także narciarzom (fot.4). Narastający z roku na rok ruch w obrębie Kasprowego Wierchu, pomiędzy Halą Gąsienicową i Goryczkową, wymaga również rozwiązania z uwagi na ochronę środowiska, a przede wszystkim na bezpieczeństwo turystów. Dlatego też, uwzględniając doświadczenia innych krajów oraz wymagania przyszłego inwestora i użytkownika z wielu wariantów (przejście naziemne, podziemne tunele) wybrano koncepcję połączenia tych stacji przejściem podziemnym przebiegającym pod kopułą Kasprowego Wierchu. Przejście to powinno umożliwić dwukierunkowy, bezkolizyjny ruch turystów wyposażonych nie tylko w sprzęt do uprawiania turystyki pieszej czy górskiej, ale również w sprzęt narciarski. Ponadto przejście podziemne wykorzystywane może być również do transportu materiałów do obsługi stacji i sprzętu turystycznego oraz narciarskiego. Obiekt ten umożliwi również schronienie turystom w razie załamania pogody. Mając na względzie dobro środowiska oraz bezpieczeństwo ludzi, należy uznać za celowe podjęcie prac związanych z budową przejścia podziemnego łączącego górną stację kolei linowej z górną stacją kolei krzesełkowej. Jednocześnie należy zastosować taką technologię budowy tego obiektu, by była ona jak najmniej uciążliwa dla środowiska i turystów. ZAŁOŻENIA DO PROJEKTU Ruch turystyczny w planowanym przejściu pod kopułą Kasprowego Wierchu powinien być sterowany i kontrolowany przez zastosowanie ruchomych chodników, kamer oraz czujników ruchu, jak również szeroko rozumianych systemów bezpieczeństwa i łączności. Założenia projektowe rozpoczęto od lokalizacji przejścia podziemnego, czyli od ustalenia miejsc jego wlotów, z których wynika jego długość oraz nachylenie. Następnie uwzględniając jego przeznaczenie oraz wyposażenie określono jego wysokość i szerokość [9]. Ponadto należy zwrócić uwagę na budowę geologiczną i kształt kopuły Kasprowego Wierchu. Ze względu na to, że od strony północnej znajduje się silnie nachylony stok uniemożliwiający prowadzenie w jego granicach prac budowlanych oraz na możliwość zaburzenia ciągłości górotworu lub wystąpienia spękań, przedstawiono propozycję przebiegu przejścia w trzech wersjach (rys. 1). Dwie z proponowanych wersji przedstawiają przejście w formie korytarza prostoliniowego, a jedna wersja w formie łamanego. Uwzględniając powyższe określono parametry przejścia zgodnie z wcześniej przyjętymi założeniami. Przejście będzie przeznaczone dla pieszych, zarówno ze sprzętem turystycznym, jak i narciarskim. Jednocześnie uwzględniając konieczność regulacji natężenia ruchu konieczne jest wyposażenie go w ruchome chodniki. To skutkuje wykonaniem tego obiektu (korytarza) o przekroju zbliżonym do prostokątnego o wysokości około 3,5 m i szerokości 4 m, niezależnie od tego, czy będzie on prostoliniowy czy łamany. Długości korytarzy w zaproponowanych wersjach będą nieznacznie różnić się długością. W wersji prostoliniowej będzie to długość około 120 m, natomiast w wersji łamanej około 130 m. Mając na uwadze przeznaczenie przejścia podziemnego, jego lokalizację oraz prawo budowlane, określono w jakie urządzenia techniczne przedmiotowy obiekt powinien być wyposażony, by umożliwić bezpieczny, kontrolowany i regulowany ruch pieszych. Uwzględniając przeznaczenie przejścia oraz jego lokaliza- 32 lipiec - sierpień 4 / 2011 [33]

2 TUNELE Geoinżynieria cję należy wyposażyć go w następujące urządzenia techniczne: ruchome chodniki w obu kierunkach, oświetlenie zwykłe i awaryjne, odwodnienie, wentylację wymuszoną, kamery, automatyczne drzwi przy wejściach, awaryjne wyłączanie schodów, instalację przeciwpożarową, system komunikacji głosowej, czujniki ruchu, zasilanie awaryjne. Najprostszym rozwiązaniem jest poprowadzenie przejścia podziemnego w formie korytarza prostoliniowego, najkrótszą drogą, z jednym wlotem (rys. 1 wersja I, fot. 5) od strony kolei linowej i drugim przejściem od strony kolei krzesełkowej (fot. 5). Jednak ten wariant, tak jak to już wcześniej zaznaczono, nie może być realizowany z uwagi na bliskość północnej grani. Dlatego proponuje się poprowadzenie korytarza Fot. 1. Fot. 2. Fot. 3. Przejście naziemne na Kiztsteinhorn (Austria) też prostoliniowego z przesuniętym wlotem (nr 2) od strony Hali Gąsienicowej (rys. 1, wersja II, fot. 5). W przypadku przejścia łamanego (rys. 1, wersja III) proponuje się wykonanie go w formie dwóch odcinków prostoliniowych, gdzie pierwszy odcinek z wlotem nr 1 będzie skierowany tak, by oddalić się od północnej grani, natomiast drugi odcinek będzie miał wlot w miejscu dokładnie tym samym, jak korytarz prostoliniowy. Mając powyższe na uwadze można stwierdzić, że wykonanie przejścia podziemnego prostoliniowego ma więcej zalet od łamanego. Do zalet wykonania przejścia w formie korytarza prostoliniowego należy zaliczyć: najmniejszą jego długość, jedną parę ruchomych chodników, brak miejsca przesiadkowego. Wykonanie przejścia łamanego pozwala na dowolną lokalizację jego wlotów, jednak w przejściu łamanym zachodzi konieczność zastosowania w każdym kierunku dwóch chodników ruchomych (łącznie 4 chodniki), co będzie utrudniało płynne poruszanie się pieszych (odległość przesiadkowa między ruchomymi elementami chodników wynosi ponad 2 m). Ponadto zwiększy to koszt wykonania tego obiektu oraz jego wyposażenia. Dlatego też proponowane i preferowane jest przejście prostoliniowe w wersji II, jako rozwiązanie najkorzystniejsze i możliwe do wykonania w jak najkrótszym czasie, przy najmniejszych nakładach inwestycyjnych [9]. KONCEPCJA I TECHNOLOGIA WYKONANIA PRZEJŚCIA PODZIEMNEGO Proponowane prostoliniowe przejście wybrane jako najkorzystniejsze rozwiązanie (wersja II) powinno się charakteryzować takimi parametrami jak: długość ~120 m, nachylenie ~ 0,5 (poziom wlotu od strony Hali Goryczkowej jest usytuowany 1,3 m wyżej od poziomu wlotu do strony Hali Gąsienicowej), szerokość 4 m, wysokość 3,5 m. Powinien on spełniać również wszystkie standardy bezpieczeństwa i być wyposażony w wymienione wcześniej urządzenia techniczne. Podczas wyboru technologii drążenia należy uwzględnić warunki górniczo-geologiczne oraz ochronę środowiska na szczycie Kasprowego Wierchu i Tatrzańskiego Parku Narodowego. Obecnie znane są różne technologie drążenia tego typu obiektów m.in. mechaniczna, termiczna czy przy wykorzystaniu materiału wybuchowego [10]. Zastosowanie materiału Widok na wejście i wyjście z tunelu na Kiztsteinhorn (Austria) Tunel narciarski w Vuokatii (Finlandia) Fot. 4. Tunel pieszy w Ischgl (Austria) wyposażony w ruchome chodniki wybuchowego na obszarze Kasprowego Wierchu jest niewskazane z co najmniej dwóch powodów: negatywnego wpływu na środowisko naturalne i możliwości naruszenia ciągłości górotworu. Dlatego zaproponowano technologię drążenia tego korytarza metodą mechaniczną lub też termiczną. Podczas drążenia korytarza należy uwzględnić takie procesy jak: urabianie, ładowanie i odstawę urobku. Z uwagi na zwięzłość skał, w których wykonywane lipiec - sierpień 4 / 2011 [33] 33

3 Geoinżynieria TUNELE Rys. 1. Przebieg przejścia w trzech proponowanych wersjach (formach) będzie przejście, prawdopodobnie można zrezygnować ze stawiania obudowy, choć przewiduje się zastosowanie odcinkami obudowy kotwowej z opinką z siatki stalowej. Ładowanie i transport urobku do miejsca jego składowania oraz materiałów do czoła korytarza nie powinny stanowić dużego problemu. Natomiast proces urabiania, ze względu na brak możliwości zastosowania materiału wybuchowego, wymaga analizy i wyboru odpowiedniej dla warunków górniczo-geologicznych metody, która pozwoli na jego efektywne prowadzenie. Niezależnie od wyboru rodzaju korytarza, łamany lub prostoliniowy, jego końce muszą być wykonane w formie okularów betonowych, zamaskowanych miejscową skałą. Dopiero wykonanie tych okularów pozwoli na rozpoczęcie drążenia korytarza. Mając powyższe na uwadze, proponuje się wykonanie przejścia w układzie szeregowym (urabianie, ładowanie, transport), ze składowaniem urobku w pobliżu wlotów. Wybór technologii wykonania przejścia związany jest z zaproponowaną organizacją pracy, metodą urabiania, ładowania i transportu urobku oraz procesem stawiania obudowy. Oczywiście zależy to wszystko od rodzaju i urabialności oraz zalegania skał, w których zlokalizowano przejście oraz od jego długości, kształtu i wymiarów poprzecznych. OKREŚLENIE WŁASNOŚCI SKAŁ W MIEJSCU PRZEWIDYWANEJ LOKALIZACJI PRZEJŚCIA PODZIEMNEGO Przejście podziemne pod szczytem Kasprowego Wierchu ma być zlokalizowane w centralnej części polskich Tatr w obrębie Tatr Zachodnich, w pobliżu ich wschodniej granicy z Tatrami Wysokimi (rys. 2.) [6, 7]. Budowa geologiczna tego obszaru została dokładnie rozpoznana i udokumentowana szczegółowymi mapami geologicznymi [1, 3, 4, 5, 6]. Wyrobisko na całej swej długości przebiegać będzie w skałach granitoidowych tworzących zasadniczą część krystalicznej wyspy Goryczkowej. Jest ona porwakiem tektonicznym i stanowi jądro wielkiej struktury fałdowej płaszczowiny Giewontu. Wraz z płaszczowiną Czerwonych Wierchów należy ona do tzw. płaszczowin wierchowych [2, 3, 4, 6, 7]. Warunki hydrogeologiczne występujące w strefie planowanej inwestycji są sprzyjające. Systemy spękań stanowiące jedyną możliwą drogę infiltracji wody przez górotwór granitoidowy nie są rozwarte. Powoduje to, że przepływy wód są minimalne. Nie należy spodziewać się żadnych większych dopływów wód podziemnych do wyrobiska. Jedynie w zależności od przyjętego terminu realizacji inwestycji (pory roku) należy uwzględnić możliwość spływu do wylotów korytarza większych ilości wód opadowych w czasie charakterystycznych dla Tatr intensywnych, nawałnicowych opadów. Dla zapewnienia sprawnego i bezpiecznego przebiegu prac budowlanych należałoby też ocenić grubość i zasięg zwietrzelinowej pokrywy rumoszowej nad strefami wylotów korytarza. Przy nieuniknionym podcięciu zboczy zmiana ich morfologii może zainicjować grawitacyjne przemieszczanie się rumowiska. Wyznaczając przebieg przejścia podziemnego na odcinku pomiędzy stacją górną kolei linowej i obserwatorium, należy także przewidzieć odpowiedniej szerokości filar od strony północnej, gdzie masyw Kasprowego rozcina głęboki, stromościenny żleb odchodzący od doliny Suchej Kasprowej. Mając powyższe na uwadze można stwierdzić, że planowane przejście podziemne będzie przebiegać w skałach bardzo trudno urabialnych i o bardzo dobrych właściwościach ściernych. Natomiast ukształtowanie terenu powoduje konieczność odsunięcia korytarza od północnej grani Kasprowego Wierchu. Powyższe uwagi skłaniają do przeprowadzenia w przyszłości badań umożliwiających skorygowanie własności mechanicznych urabianych skał przez pobranie próbek (wiercenie wyprzedzające) i wykonanie pomiarów zgodnie z wymaganiami odpowiednich norm (budowa ilość krzemionki, wytrzymałość na ściskanie, rozrywanie). Fot. 5. Proponowane wejście od strony górnej stacji kolejki linowej i krzesełkowej. 1 wejście w budynku stacji kolei linowej, 2 wejście od strony hali Gąsienicowej Fot. 6. Proponowane wejście od strony górnej stacji kolei krzesełkowej na Hali Goryczkowej 34 lipiec - sierpień 4 / 2011 [33]

4 TUNELE Geoinżynieria lipiec - sierpień 4 / 2011 [33] 35

5 Geoinżynieria TUNELE Rys. 2. Przekrój geologiczny na linii :Wielka Kopa Koprowa Kasprowy Wierch Myślenickie Turnie [8]. 1 skały krystaliczne. Seria wierchowa: 2 seis dolny, 3 seis górny, 4 kampil, 5 trias środkowy, 6 karnik i noryk, 7 warstwy tomanowskie, 8 lias, 9 dogger, 10 malm, neokom, 11 urgon, 12 alb, 13 seria reglowa dolna; ts trias środkowy, tkn karnk i noryk, tt warstwy tomanowskie, 14 linie nasunięć OCENA MOŻLIWOŚCI URABIANIA SKAŁ BEZ UDZIAŁU MATERIAŁU WYBUCHOWEGO Urabianie takich skał, jakie występują w miejscu lokalizacji przejścia podziemnego, najefektywniej realizuje się za pomocą materiału wybuchowego. Jednak w tym przypadku zastosowanie materiału wybuchowego jest niewskazane z powodu ochrony środowiska i możliwości naruszenia ciągłości górotworu. Te uwarunkowania powodują, że zastosowana metoda, czy metody urabiania winny cechować się następującymi własnościami: są obecnie stosowane w warunkach przemysłowych, pozwalają urabiać minerał granitoidowy, nie niszczą ciągłości górotworu, są mało uciążliwe dla otoczenia, Mając powyższe na uwadze, można zaproponować następujące metody urabiania spełniające powyższe wymagania: wiercenia małośrednicowe i młot udarowy, piła linowa i młot lub kliny hydrauliczne, palnik termiczny i młot lub kliny hydrauliczne. Urabianie przy wykorzystaniu otworów małośrednicowych i młota udarowego polega na wywierceniu szeregu otworów o średnicy około 30 mm i długości do 1 m konturujących przekrój korytarza i otworów w środku przekroju o tej samej średnicy, by następnie przy użyciu młota rozkruszyć skałę między otworami. Następnym sposobem możliwym do wykorzystania w tych warunkach jest zastosowanie piły linowej za pomocą której można konturować przekrój korytarza. Następnie przy użyciu tej samej wiertnicy wykonuje się otwory na całym przekroju, by za pomocą klinów lub młota udarowego rozkruszyć skałę między nimi. Wykorzystanie palnika termicznego do urabiania skał granitoidalnych polega również na wykonaniu szczeliny o szerokości około 200 mm (szerokość palnika) konturującej przekrój tunelu, a następnie za pomocą młota udarowego lub klinów rozkrusza się skały między szczelinami. Wspomniane powyżej trzy metody urabiania spełniają postawione wcześniej wymagania i mogą być zastosowane do drążenia przedmiotowego przejścia podziemnego. Jednocześnie należy zaznaczyć, że w czasie drążenia korytarza którąś z wymienionych wcześniej metod proces ten nie może być uciążliwy dla otoczenia ani mieć negatywnego wpływu na środowisko. ZAKOŃCZENIE Zaproponowany wstępny projekt przejścia podziemnego pod kopułą Kasprowego Wierchu miał na celu określenie jego lokalizacji, założeń projektowych, opracowanie technologii drążenia korytarza oraz określenia przybliżonych kosztów realizacji przedmiotowej inwestycji. Podczas realizacji powyższego projektu szczególną uwagę zwrócono na zagadnienia urabiania bez użycia materiału wybuchowego ze względu na ochronę środowiska. W związku z powyższym wybrano i zaproponowano stosowane w przemyśle metody, które pozwolą na urabianie skał, w których drążony będzie korytarz, a proces ten nie będzie uciążliwy dla otoczenia i nie będzie miał negatywnego wpływu na środowisko. Oczywiście z procesem urabiania związane są pozostałe czynności dotyczące ładowania i transportu urobku czy materiałów, dla których zaproponowano stosowne maszyny. LITERATURA [1] Bac-Moszaszwili M., Burchart J., Głazek J., Iwanow A., Jaroszewski W., Kotański Z., Lefeld J., Mastella L., Ozimkowski W., Roniewicz P., Skupiński A., Westwalewicz-Mogilska E.. Mapa Geologiczna Tatr Polskich. 1: Wyd. Geologiczne. Warszawa [2] Bac-Moszaszwili M., Gąsienica Szostak M. Tatry Polskie. Przewodnik geologiczny dla turystów. Wyd. Geologiczne. Warszawa [3] Burchart J.. Skały krystaliczne. Przewodnik LI Zjazdu PTG. Zakopane 1979, [4] Guzik K., Jaczynowska W.. Mapa Geologiczna Tatr Polskich. 1: Arkusz B 4 Kościelec. Wyd. Geologiczne. Warszawa [5] Kotański Z.. Przewodnik geologiczny po Tatrach. Wyd. Geologiczne. Warszawa [6] Michalik A.. Mapa Geologiczna Tatr Polskich. 1: Arkusz B 3 Czerwone Wierchy. Wyd. Geologiczne. Warszawa [7] Passendorfer E.. Jak powstały Tatry. Wyd. Geologiczne. Warszawa [8] Opolski T. Urabianie mechaniczne i fizykalne skał. Wydawnictwo Śląsk [9] Krauze K., Kotwica K., Wydro T., Bołoz Ł.: Opracowanie wstępnego projektu technologicznego przejścia podziemnego biegnącego pod kopułą Kasprowego Wierchu w Tatrach. Kraków, Grudzień [10] Klich A., Krauze K., Gospodarczyk P., Kalukiewicz a., Kotwica K., Reś J.: Niekonwencjonalne techniki urabiania skał. Wydawnictwo Naukowe Śląsk, Katowice lipiec - sierpień 4 / 2011 [33]

6 TUNELE Geoinżynieria lipiec - sierpień 4 / 2011 [33] 37