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.