WYBRANE ASPEKTY PROJEKTOWE I WYKONAWCZE W KONTEKŚCIE REALIZACJI TUNELU POD UL. MATYI W POZNANIU Krzysztof POKORSKI*, Łukasz SZUBA*, Błażej TYBURSKI*, Waldemar ZAGOŻDŻON* *SMP Projektanci Sp. j. Streszczenie Referat przedstawi wybrane problemy związane z realizacją obiektów mostowych w silnie zurbanizowanym terenie miejskim, na przykładzie tunelu dla pieszych i rowerzystów pod ul. Matyi w Poznaniu. W referacie zaprezentowanych zostanie kilka interesujących rozwiązań wdrożonych na etapie projektowania oraz prowadzenia robót budowlanych, w celu usprawnienia realizacji przedmiotowego tunelu. Zaprezentowany zostanie również pomysł zaadaptowania istniejących obiektów dla umożliwienia wykonania robót - na przykładzie muru oporowego wzdłuż ul. Składowej. Referat stanowił będzie opis ciekawych i typowo współczesnych wyzwań towarzyszących Projektantom i Wykonawcom przy wykonywaniu obiektu inżynierskiego w terenie miejskim. Słowa kluczowe: tunel, Poznań, Matyi, ZCK 1. WSTĘP Praca Projektanta nie kończy się w momencie sfinalizowania opracowywania dokumentacji projektowej. Etap realizacji często weryfikuje, nawet i te podstawowe założenia projektowe. Nierzadko radykalnie zmieniany jest cały projekt. Na szczęście właściwa współpraca pomiędzy wszystkimi uczestnikami procesu budowlanego pozwala rozwiązać większość problemów z jakimi Inżynierowie spotykają się przy realizacji obiektów mimo presji związanej z terminem zakończenia zadania.
2. CHARAKTERYSTYKA OGÓLNA INWESTYCJI W ramach przygotowania do organizacji Mistrzostw Europy w Piłce Nożnej zostało zaprojektowane a następnie powstało Zintegrowane Centrum Komunikacyjne Poznań Główny (ZCK). W ramach tego przedsięwzięcia, wraz z dworcem kolejowym, powstał dworzec autobusowy i centrum handlowe. Tak duża inwestycja wymagała zmiany istniejącego układu komunikacyjnego m.in.: - przebudowy sieci ulic w rejonie: Mostu Dworcowego, ul. Stanisława Matyi, ul. Towarowej, ul. Przemysłowej, - przebudowy torowiska tramwajowego. W ramach wyżej wymienionej infrastruktury przewidziano budowę tunelu dla pieszych i rowerzystów pod ul. Stanisława Matyi oraz muru oporowego wzdłuż ul. Składowej utrzymującego nasyp drogowy. Przedmiotowy tunel miał łączyć ruch pieszych po północnej stronie ul. Stanisława Matyi z budynkiem ZCK oraz z przystankami tramwajowymi. Miał umożliwić również bezkolizyjny ruch rowerowy. Mur oporowy zlokalizowany miał zostać wzdłuż ul. Towarowej i ul. Składowej - pomiędzy Mostem Dworcowym a projektowanym tunelem. Teren w pobliżu obiektów jest silnie zurbanizowany (centrum miasta). W najbliższym sąsiedztwie obiektów znajduje się Most Dworcowy (strona zachodnia), budynek Delta (strona północna), tereny inwestycyjne ZCK (strona południowa), park (strona północno-wschodnia) oraz dworzec autobusowy (strona południowo-wschodnia). Wiz.1. Lokalizacja obiektów Inwestycji
3. WARUNKI GEOTECHNICZNE Na podstawie analizy wykonanych badań terenowych i laboratoryjnych stwierdzono, że badany teren charakteryzuje się złożonymi warunkami gruntowo-wodnymi. Wyodrębniono 3 pakiety genetyczne gruntów: - Pakiet I nasypy niekontrolowane oraz nasypy budowlane (nn [Pd+C+K+H], nn [Pg/Gp+C+H], nb [Pd, Po]). - Pakiet II - grunty niespoiste (średniozagęszczone i zagęszczone Pd oraz Ps). - Pakiet III - grunty spoiste kategorii genetycznej A (twardoplastyczne i półzwarte Gp). Generalny spływ wód gruntowych następował w kierunku wschodnim - ku rzece Warcie, z odchyleniem w kierunku północno-wschodnim. Ustabilizowany pierwszy poziom wody gruntowej (w lutym/kwietniu 2011 r.) na analizowanym terenie występował na głębokości od około 1,6 do około 5,2 m p.p.t.. Z uwagi na warunki gruntowo-wodne założono, że konstrukcja projektowanego tunelu powinna mieć przekrój szczelny - zamknięty. Stan gruntów pozwalał na zaprojektowanie posadowienia konstrukcji tunelu i muru oporowego jako bezpośrednie - w warstwie glin półzwartych. 4. PIERWOTNE ROZWIĄZANIA PROJEKTOWE Prace realizowane miały być przy założeniu, że na czas budowy ruch kołowy oraz komunikacja miejska będzie odbywać się z wykorzystaniem dróg objazdowych poza terenem budowy. Konstrukcję tunelu zaprojektowano w postaci monolitycznej konstrukcji realizowanej w stalowych ściankach szczelnych traconych. Właściwa konstrukcja tunelu realizowana miała być po wykonaniu szczelnej, zaizolowanej wanny żelbetowej. Wierzch rygla górnego założono jako ukształtowany w spadkach 2,4% dla umożliwienia spływu wody. Grubość rygla górnego zaprojektowano zmienną - od 0,7m do 0,8m, ściany boczne grubości 0,7m, natomiast rygiel dolny - 0,8m. Konstrukcję przejścia zaprojektowano z betonu klasy C35/40 zbrojonego stalą A-IIIN. Nawierzchnię w tunelu (posadzkę) założono z płyt granitowych. Realizację obiektu z uwagi na poziom zwierciadła wody gruntowej postanowiono wykonać w stalowych, rozpartych traconych ściankach szczelnych. Ścianki szczelne stanowić miały jednocześnie zewnętrzne deskowanie wanny żelbetowej z betonu C25/30. Wannę zaprojektowano w postaci ramy otwartej U-kształtnej. Na jej konstrukcję składał się żelbetowy
rygiel dolny o stałej grubości 0,4m oraz żelbetowe ściany boczne o minimalnej i maksymalnej grubości odpowiednio: 0,1m i 0,4m. Wewnętrzne powierzchnie oraz fragmenty ścian wystające ponad poziom terenu zaprojektowano jako wykonane w tradycyjnym deskowaniu systemowym. W celu doszczelnienia obiektu pomiędzy wanną żelbetową i właściwą konstrukcją tunelu zaprojektowano wykonanie hydroizolacji membranowej. Rys. 1. Przekrój poprzeczny pierwotnej konstrukcji tunelu Mur oporowy zlokalizowany pomiędzy Mostem Dworcowym a projektowanym tunelem zaprojektowano jako monolityczny, żelbetowy, o zmiennej wysokości. W najwyższym przekroju wysokość całkowita muru wynosiła ~7,5m, natomiast w najniższym, przy tunelu, ~1,9m. Konstrukcję muru zaprojektowano z betonu klasy C25/30 zbrojonego stalą A-IIIN. Projekt zakładał całkowitą rozbiórkę istniejącego muru oporowego wraz z wykonaniem rozkopu zlokalizowanego w istniejącej jezdni (pomiędzy Mostem Dworcowym a projektowanym tunelem).
Rys. 2. Przekrój poprzeczny pierwotnej konstrukcji muru oporowego Obliczenia statyczne tunelu przeprowadzono przy założeniu, że projektowana konstrukcja przenosić będzie obciążenie: klasy A oraz taborem tramwajowym, zgodnie z normą PN-85/S-10030 [1]. Obciążenia z konstrukcji przenoszone miały być na grunt za pośrednictwem sztywnej płyty fundamentowej. Konstrukcję nośną tunelu miał stanowić żelbetowy (monolityczny) układ ramowy o przekroju prostokątnym, zamkniętym. Do obliczeń konstrukcji nośnej tunelu zastosowano model w postaci rusztu prętowego o szerokości 1m (klasa e1p2). Lokalnie model uszczegółowiono do klasy e2p2 model płytowy.
Rys. 3. Graficzne przedstawienie wyników obliczeń statycznych pierwotnej konstrukcji tunelu. Przykładowo wyniki dla momentów zginających i sił poprzecznych 5. IMPERFEKCJE PROJEKTOWO-REALIZACYJNE W ostatniej fazie prowadzonych prac projektowych część inwestycji polegająca na dostosowaniu układu komunikacyjnego dla ZCK, ze względów formalnych, musiała zostać podzielona na dwa etapy budowy. W pierwszej części obejmującej ZRID 1 granica projektowanego pasa drogowego obejmowała działki miejskie, w drugim zakresie ZRID 2 działki PKP, które przed pozyskaniem decyzji ZRID 2 miały zostać podzielone zgodnie z ustawą o gospodarce nieruchomościami [2]. Rys.4. Widok z góry konstrukcji tunelu podział ZRID
W momencie rozpoczęcia prac związanych z budową ZCK realizowana była nadal inna ogromna inwestycja- przebudowa Ronda Kaponiera jednego z najważniejszych węzłów komunikacyjnych miasta Poznania. W okolicach ronda, krzyżuje się kilkanaście linii komunikacji miejskiej. Przebudowa węzła była kluczową inwestycją, która miała na celu poprawę komunikacji w mieście. Przebudowa ronda Kaponiera była częścią programu drogowego, jako strategiczny węzeł komunikacyjny Poznania, który łączy centrum miasta ze stadionem miejskim, lotniskiem, i dworcem kolejowych. Przebudowa ronda wiązała się z niezbędnymi zamknięciami dla ruchu pojazdów, w tym również ruchu tramwajów. Wykluczyło to tym samym możliwość wprowadzenia tymczasowej organizacji ruchu zaprojektowanej i przewidzianej dla realizacji ZCK. Wymusiło również potrzebę skrócenia czasu realizacji budowy tunelu i muru oporowego oraz minimalizację w obszarze inwestycji uciążliwości dla ruchu drogowego, tramwajowego oraz pieszego. Mając na uwadze powyższe, podjęto poszukiwania nowego rozwiązania technologicznego budowy w/w obiektów, które umożliwiłoby ich realizację z podziałem na etapy, uwzględniając nową organizację ruchu (utrzymanie ruchu kołowego i transportu miejskiego), skrócenie czasu realizacji robót oraz minimalizację utrudnień w ruchu pojazdów i pieszych. Schemat.1. Organizacja ruchu przebudowa Ronda Kaponiera 6. ZAMIENNE ROZWIĄZANIE PROJEKTOWE Realizacja robót, przy utrzymanym ruchu w obrębie placu budowy, uniemożliwiła wykonanie wykopu szerokoprzestrzennego dla budowy nowego muru oporowego powstała konieczność zaadaptowania istniejącego obiektu. Zaprojektowano więc nowe rozwiązanie konstrukcyjne wykorzystujące
częściowo istniejący mur oporowy. Na odcinku ~113m istniejąca ściana oporowa została zachowana, a skuciu uległa jedynie jej górna część do głębokości ~0,5-1,2m poniżej projektowanego terenu. Pozostawiona część istniejącego muru stanowić miała zabezpieczenie skarpy. Nowy mur oporowy na długości ~32,0m został połączony z istniejącą konstrukcją, natomiast na pozostałym ~80,8m odcinku stanowił samodzielną konstrukcję oporową. Rys. 5. Przekroje poprzeczne zamiennego rozwiązania muru oporowego. Rys.6. Widok z góry zamiennej konstrukcji muru oporowego Zastosowane rozwiązanie zamienne konstrukcji muru oporowego i nowego sposobu jego budowy, pozwoliło na prowadzenie robót bez konieczności wykonania wykopu szerokoprzestrzennego. Znaczące ograniczenie robót ziemnych, skróciło jednocześnie czas realizacji przedmiotowego muru. Dzięki zastosowanej technologii, możliwe było również zapewnienie wymaganego, nieprzerwanego ruchu pojazdów i pieszych w rejonie inwestycji.
Fot. 1. Fotografia zrealizowanego muru oporowego Mając na uwadze wymienione wcześniej kryteria (m.in. podział inwestycji zgodnie z decyzją ZRID, potrzebę skrócenia czasu realizacji obiektu oraz utrzymanie ruchu pojazdów i pieszych), również dla tunelu zaprojektowano nową, zamienną konstrukcję. Zamiast wcześniej projektowanego tunelu w formie ramy zamkniętej, do realizacji której potrzebne było zabicie ścian szczelnych, wykonanie wanny żelbetowej i izolacji membranowej, ostatecznie przyjęto zamienne rozwiązanie technologiczne. Zabieg ten pozwolił na jednoczesne wykonywanie robót wielu branż i ostatecznie zakończenie realizacji ZCK w niezmienionym terminie ostatecznym. Konstrukcję nośną zaprojektowano jako żelbetowy układ ramowy w kształcie litera A, którego boki stanowiły wykonane w gruncie ściany szczelinowe. Układ ramy dopełniały żelbetowe rygle - górny i dolny. Założono, że tunel będzie realizowany metodą stropową. Metoda ta polega na wykonaniu w pierwszej kolejności bocznych ścian szczelinowych, a następnie stropu na gruncie rodzimym i robotach ziemnych pomiędzy wymienionymi elementami. Kolejne roboty związane z wykończeniem obiektu zasadniczo nie kolidowały z przebudową towarzyszącej infrastruktury. Konstrukcja, zgodnie z pierwotnymi założeniami zaprojektowana została na obciążenie: klasy A oraz taborem tramwajowym - zgodnie z normą PN-85/S-10030 [1]. Rygiel górny ramy zaprojektowano gr. 0,8m, natomiast rygiel dolny gr. 0,6m - z betonu C35/45. Ściany szczelinowe zaprojektowano gr. 0,6m z pogrubieniem do 0,8m w przekroju pod torowiskiem tramwajowym. Obiekt posadowiony został w sposób pośredni, za pomocą wspomnianych wcześniej ścian szczelinowych, w warstwie zwartych glin.
Rys. 7. Przekrój poprzeczny konstrukcji zamiennej tunelu. Rys. 8. Przekrój podłużny konstrukcji tunelu Dla zaprojektowanego rozwiązania konstrukcji tunelu stworzono model numeryczny w postaci rusztu prętowego o szerokości 1m (klasa e1p2). W celu uzyskania najbardziej niekorzystnych wartości sił wewnętrznych przeprowadzono obliczenia dla różnych kombinacji obciążeń działających na tunel. Rys. 9. Graficzne przedstawienie obliczeń statycznych tunelu- konstrukcja zamienna. Schemat obliczeniowy i przykładowy wykres momentów zginających.
Ostatecznie technologia budowy zakładała wykonanie w pierwszej kolejności ścian szczelinowych, następnie wykonany miał został rygiel górny - jako element konstrukcyjny oraz jednocześnie rozparcie górą wykonanych wcześniej ścian szczelinowych. Takie rozwiązanie pozwoliło na ograniczenie głębokości ścian szczelinowych. Rygiel założono jako realizowany na warstwie podbetonu i folii - na gruncie. Dzięki powyższemu zabiegowi oraz wykonanych w gruncie ścianach szczelinowych, dodatkowym, pozytywnym aspektem przyjętej technologii było wyeliminowanie w znaczącym stopniu tradycyjnych szalunków. Na tym etapie prowadzenia robót ukształtowane elementy ramy konstrukcji (w kształcie odwróconej litery U ) miały stanowić zabezpieczenie wykonania robót ziemnych wewnątrz tunelu. Wykopy wykonane miały być wspomnianą metodą stropową do głębokości zaprojektowanych rzędnych rygla dolnego. W dalszej kolejności, po zabetonowaniu rygla dolnego, zaprojektowane zostało: doszczelnienie żelbetowej konstrukcji iniekcją ciśnieniową, wykonanie okładziny ściennej oraz wykonanie elementów wyposażenia. Przyjęta technologia, poza spełnieniem wymaganych kryteriów (zachowanie w trakcie realizacji tunelu ruchu pojazdów na jezdni nad obiektem i znaczące skrócenie czasu realizacji samego obiektu), umożliwiła również podział konstrukcji i etapowanie jej wykonania zgodnie z założeniami podziału ZRID inwestycji. Fot. 2. Widok z góry realizowanego tunelu. Fot.3. Rozparcie ścian szczelinowych na dojściach do tunelu
Fot. 4. Realizacja tunelu metodą stropową Fot. 5, 6. Zdjęcia zrealizowanego tunelu 7. PODSUMOWANIE Realizacja obiektów inżynierskich w silnie zurbanizowanym terenie miejskim nastręcza często zarówno Projektantom jak i Wykonawcom wielu problemów. W referacie przedstawiono kilka głównych czynników, trudnych do założenia na etapie projektowania, które miały decydujący wpływ na końcowe rozwiązanie konstrukcyjne zrealizowanych obiektów. Nowe kryteria inwestycyjne okazały się bodźcem do zaprojektowania zamiennych rozwiązań konstrukcyjnych i przyjęcia odmiennej technologii budowy, które ostatecznie nie tylko umożliwiły realizację przedmiotowych obiektów (tunelu i muru oporowego) zgodnie z założeniami, ale przyczyniły się również do dotrzymania pierwotnego terminu zakończenia inwestycji.
LITERATURA [1] Norma PN-85/S-10030 Obiekty mostowe, obciążenia. [2] USTAWA z dnia 21 sierpnia 1997 r. o gospodarce nieruchomościami (tekst jednolity Dz. U. z 2010 r. Nr 102, poz. 651). PARTICULAR ENGINEERING AND CONSTRUCTION ASPECTS WITH REFERENCE TO REALIZATION OF TUNNEL UNDER MATYI STREET IN POZNAŃ Summary Execution of engineering objects in strongly urbanized municipal area, causes often, both for designers and contractors, many difficulties. In this report, there have been presented few main factors, difficult to be foreseen on the stage of designing, which had crucial influence on final structural solution of executed objects. New investment criteria turned out an impulse for designing a new, replacement structural solutions and adopt new construction technology, which finally, not only allowed for realization of subject objects (tunnel and retaining wall) in accordance with assumptions, but also allowed to keep the investment s original completion date.