System zasilania elektroener ...

Specyficzny system prowadzenia ruchu pociągów w metrze, charakteryzujący się dużą ilością pojazdów na linii - w większości w tunelach, wymag ...

Stacja Techniczno-Postojowa ...

Stacja Techniczno-Postojowa Kabaty położona jest na skraju Lasu Kabackiego, na południowym końcu linii metra. Zajmuje powierzchnię ponad 33 ...

Budowa metra głębokiego w Wa ...

W dniu 14 grudnia 1950 roku Rząd podjął Uchwałę o projektowaniu i budowie metra w Warszawie. Uchwała powołała do życia Biuro Projektów „Metr ...

Warszawskie metro - od konce ...

Pierwsze rozmowy na temat konieczności budowy metra w Warszawie sięgają lat dwudziestych obecnego wieku. Warszawa liczyła już wówczas ponad ...
Content Management Powered by UTF-8 CuteNews

essays online

Artykuły

Technologia budowy warszawskiego metra

Budowa metra w Warszawie była wielkim wyzwaniem dla naszych biur projektów i przedsiębiorstw budowlanych. Przedsięwzięcie to wymagało opracowania i wdrożenia nowych, nie znanych jeszcze w kraju technologii wykonywania wykopów i drążenia tuneli. Warto więc dokonać krótkiego przeglądu problemów związanych z wykonawstwem zarówno tuneli jak i stacji.


Fot. 1. Wbijanie pali na stacji A-3 "Imielin".
Był koniec lat siedemdziesiątych, z zaciekawieniem oglądałam projekty spływające na biurka kolegów pracujących nad przygotowaniem wielkiej i nowej inwestycji dla Warszawy. Zastanawiające były rysunki, na których wykopy obiektów metra ciągnęły się przez całe miasto, nie wykluczając AL Niepodległości w skarpach o nachyleniu 1:1. Ewolucja rozwiązań technologicznych zastosowanych w trakcie budowy jest ogromna - były obiekty dla których rozwiązania techniczne zmieniane były kilkakrotnie przed przekazaniem do realizacji.

Pierwsze roboty rozpoczęte zostały na szlaku B-5 między stacjami Stokłosy i Ursynów. W 1983 roku dominowała technologia realizacji obiektów w wykopach otwartych ze skarpami utrzymywanymi tzw. obudowa berlińską.


Fot. 2. Stacja A-5 "Ursynów" strona wschodnia, czasem wbicie pala powodowało jego deformacje, tak ogromnym siłom był poddawany.
Obudowa berlińska
Wykonywane tą technologią obudów ścian wykopów składają się z pali długości od 12 do 18 m z dwuteowników o wysokości przekroju 450-500 mm wbijanych w grunt co 2,5-1,8 m. W trakcie pogłębiania wykopu, za półki ich wprowadzane są krawędziak o przekroju 12 x 12 cm. Pierwsze doświadczenia zmusiły nas do prób ograniczenia energochłonności wbijania pali w polodowcowe grunty Wysoczyzny Warszawskiej. Efektem tych działań było wykonywanie otworów do głębokości od kilku do kilkunastu metrów a następnie wbijanie pala tak, aby był osadzony co najmniej 4,5 m poniżej dna wykopu. Należy pamiętać, że wykopy zabezpieczone metodą berlińską wymagają odwodnienia górotworu. Przestrzeń między palem a ścianką otworu wypełniana była gruntem, jego zagęszczenie stanowiło powracający natrętnie problem i dopiero w 1986 r. zespół pracowników IBDiM, Hydrobudowy-1 i Generalnej Dyrekcji Budowy Metra wdrożył na stacji A-7 Wilanowska wypełnienie otworu wokół pala zawiesiną twardniejącą (mieszaniną zawiesiny bentonitowej z cementem i modyfikatorami). Pora była odpowiednia, bo budowa wchodziła na tereny gęściej zabudowane. Zastosowane rozwiązania dostosowywane były zwykle do warunków miejscowych i możliwości wykonawczych. W suchych piaskach pochodzenia eolicznego z jakimi spotkaliśmy się na stacji A-8 Wierzbno jedyną metodą zabezpieczenia się przed ich usypywaniem było wykonanie wbijanej wibromłotami opinki z grodzie KS-7 w górnej 7 m części wykopu.


Fot. 3. Stacja A-2 "Natolin" wprowadzanie opinki z krawędziaków 12x12 cm za półki pali I 500.
Pale podparte były zwykle w dwóch poziomach na oczepie o przekroju teowym 450 mm, w przypadku użycia rozpór, lub 2 x 350 mm w przypadku zastosowania kotwi gruntowych. Wyższy poziom znajdował się zwykle około 2,5 m od powierzchni terenu -niższy około 3 m ponad dnem wykopu. Rozpory rurowe składały się z segmentów zakończonych kołnierzami skręcanymi na śruby według patentu Metroprojektu. Pozwalało to na dostosowanie ich długości do wymaganych potrzeb oraz stosunkowo prosty montaż i demontaż. Między oczep z profili walcowanych a rozporę wkładane były kliny stalowe, miały one uniemożliwić ruch obudowy.


Fot. 4. Pale obudowy podparte były oczepami, a te rozporami z rur stalowych o średnicy 350, 500 lub 700 mm. Na fragmentach gdzie ściany wykopów nie były równoległe, jako podpory obudowy wykopu trzeba było zastosować injekcyjne kotwie gruntowe. Na zagęszczonym podłożu, jakim była 20 cm warstwa żwiru, ułożony był beton B-15 grubości W cm, na którym klejona była na gorąco izolacja z trzech warstw papy bitumicznej na osnowie szklanej.
Rzeczywistym zabezpieczeniem przed odkształceniem obudowy w stronę wykopu było użycie rozpór sprężanych. Powodowało ono nawet przemieszczenie jej w stronę gruntu a więc obciążenie odporem. Rozpory stanowiły przeszkodę w realizacji konstrukcji i wymuszały poziomy przerw roboczych.

Injekcyjne kotwie gruntowe

Dzięki współpracy B. P Metroprojekt i Ośrodkiem Badawczo-Rozwojowym Hydrobudów oraz Przedsiębiorstwem Robót Wiertniczych i Górniczych wdrożono na budowie metra na przemysłową skalę tymczasowe kotwie gruntowe, które były alternatywą dla podparcia ścian wykopu.

Pierwotnie górne kotwie były wykonywane jako drutowe z głowicami klinowanymi stożkiem Freyssineta, ich nośność była stosunkowo niewielka, wykazywały ponadto dużą czułość na odkształcenia pionowe kotwionej ściany, charakteryzowały się również zbyt małą odpornością na korozję. Dolne kotwie zwykle projektowane były jako splotowe czyli o cięgnach składających się z wiązki lin skręconych z sześciu drutów 5,5 mm i jednego 5 mm. Każdy splot jest kotwiony w głowicy oddzielnie, jednak do dnia dzisiejszego cięgna kotwi są sprężane przez naciąganie bloku kotwiącego, nie znamy udziału w nośności kotwi poszczególnych splotów.


Fot. 5. Szlak B-6 między stacjami "Ursynów" i "Służew". Odległość między rozporami wynosiła zwykle 4,5-5 m, przy głębokościach wykopów od 10 do 12 m stosowane były dwa poziomy rozpór. Wykopy odwadniane były studniami głębinowymi, których rzędy widać po obu stronach wykopu.
Wobec trudności użycia obudowy berlińskiej zwłaszcza w nawodnionych trudnych do odwodnienia gruntach w Dolince Służewieckiej zastosowano w tym rejonie wbijaną stalową ściankę szczelną oraz ścianę szczelinową.

Ściany szczelinowe
Tę po raz pierwszy na budowie warszawskiego metra wykonywaną konstrukcję realizowała Hydrobudowa-1 głębiarkami JCB, posługując się dwoma rodzajami chwytaków szczękowych - najpierw chwytakiem do drążenia pali wykonywano otwory prowadzące a następnie chwytakami prostokątnymi wybierany był grunt spomiędzy tych otworów, tak skomplikowana technologia drążenia szczeliny, brak rolek prowadzących na koszach zbrojeniowych oraz użycie betonu towarowego spowodowało, że tylko 10% ścian uzyskało ocenę bardzo dobrą. Jak zawsze te nie najkorzystniejsze doświadczenia wpłynęły na to, że w dalszym ciągu projektowano konstrukcje, w których ściany szczelinowe stanowiły tylko obudowę wykopu. Następne realizacje na stacji A-9 Racławicka przez konkurujące ze sobą Hydrobudowę-1 i Energopol-7 z Poznania pozwoliła na zweryfikowanie opinii o tego typu konstrukcji, co zaowocowało następnymi aplikacjami na wentylatorniach szlakowych stacjach A-10 Pole Mokotowskie, A-11 Politechnika lecz dopiero tory odstawcze na stacji A-13 Centrum będą wykonywane na szeroką skalę w konstrukcyjnych ścianach szczelinowych.


Fot. 6. Pierwsze kotwie gruntowe wykonywane na budowie metra na stacji A-3 "Imielin" za pomocą brytyjskich wiertnic "Wirth B1 A" zastosowanych przez Przedsiębiorstwo Robót Wiertniczych i Górniczych z Warszawy.
Inne sposoby zabezpieczania skarp
Negatywne zjawiska związane z ruchem gruntu, nieuniknionym w przypadku stosowania obudowy berlińskiej, spowodowały zastosowanie obudowy wykopu z pali żelbetowych lub mikropali. W przypadku braku zabudowy wokół obiektu oraz odpowiednich warunków hydrogeologicznych można było zrezygnować ze specjalnych zabezpieczeń wykopu i pozwolić sobie na stosowanie skarp.

Realizacja konstrukcji żelbetowych
Po wykonaniu wykopu do odpowiedniej rzędnej przystępowaliśmy do ułożenia i zagęszczenia warstwy filtracyjnej, na której układana była warstwa betonu, na niej przyklejane były warstwy izolacyjne. Następnie układane było zbrojenie płyty dennej oraz węzłów łączących ją ze ścianami bocznymi, podciągami i słupami, elementy szalunków ustawiane były do poziomu przerwy roboczej fazy betonowania. Po dokładnej kontroli geodezyjnej wszystkich elementów przystępowano do betonowania. Pierwotnie wymagania dotyczyły tylko spełnienia parametru wytrzymałości i konsystencji betonu. W miarę nabywania doświadczeń ustalono ścisłe warunki wykonania i odbioru betonu w oparciu o normy europejskie. Prawie wszystkie elementy wykonywane były w szalunkach inwentaryzowanych zaprojektowanych i wykonanych specjalnie dla potrzeb metra.


Fot. 7. Szlak B-5 między stacjami "Stokłosy" i "Ursynów"; początkowo w górnych poziomach stosowane były kotwie drutowe, jednak ze względu na bezpieczeństwo budowy zaniechano tego rozwiązania.
Konstrukcja żelbetowa była pokrywana 2-3 warstwami papy bitumicznej w osnowie szklanej o gramaturze 3100 g/m2, klejonymi na gorąco za pomocą palników gazowych. W ciągu 13 lat budowy sposoby wykonywania izolacji również ewoluowały w stronę materiałów samoprzylepnych bądź w stronę tzw. "białej wanny" czyli całkowicie nie przepuszczającej wody konstrukcji żelbetowej - technologii wymagających wielkiej kultury technicznej od wykonawców.

Kolejne fazy zbrojenia, deskowania, betonowania konstrukcji i często nakładania izolacji zależały od jej kształtu i sposobu zabezpieczenia wykopu i były wykonywane zgodnie z projektem. Konstrukcje stacji metra powinny być zależne od ich funkcji oraz warunków hydrogeologicznych otaczającej zabudowy, w jakich są usytuowane. Pozostałe elementy takie jak obciążenia wewnętrzne i zewnętrzne można przyjąć jako stałe dla większości obiektów.


Fot. 8. Kotwie splotowe, oczep i blok oporowy głowicy kotwi, w tle widać oparcie rozpory rurowej na oczepie.
Wymagania dotyczące ich trwałości, czasu użytkowania i kosztowności ewentualnych napraw lub zmian powodują, że są to konstrukcje o pokaźnych gabarytach dające ograniczone możliwości inwencji twórczej projektantów.

Mimo to w konstrukcjach stacji daje się zaobserwować pewne mody, stacje projektowane w latach 1983-84 miały halę peronową o konstrukcji dwunawowej, natomiast projektowane w latach 1985-86 miały konstrukcję łukową, te które stanowiły zakończenie pierwotnych etapów oddawania odcinków metra, jako reprezentacyjne miały konstrukcję jednonawową uzyskaną bądź dzięki zastosowaniu stropu zespolonego płytowo-żebrowego z traconymi elementami szalunków siatkobetonowych, bądź też stropu płytowego monolitycznego.


Fot. 9. Urządzenie hydrauliczne do sprężana kotwi splotowych.
Takim rozwiązaniem posłużono się na stacji A-11 Politechnika, gdzie ze względu na bezpośrednie sąsiedztwo starej zabudowy zastosowano metodę stropową wykonania przekrycia stacji, opartą na ścianach szczelinowych częściowo włączonych do współpracy z konstrukcją.

Konstrukcja tuneli szlakowych początkowo monolityczno-prefabrykowana, zaczęła ulegać z czasem modyfikacji bądź w stronę prefabrykacji, bądź konstrukcji realizowanych metodą tarczową, którą początkowo planowano dopiero od stacji A-10 Pole Mokotowskie.


Fot. 10. Głębiarka JCB z chwytakiem prostokątnym do wybierania gruntu ze szczeliny.
Tunele wykonywane za pomocą tarczy
Tunele wykonywane metodą tarczową mają konstrukcję składającą się z dwóch niezależnych jednotorowych tuneli o przekroju poprzecznym kołowym i o średnicy zewnętrznej 5,5 m. Przeważającym materiałem użytym do ich realizacji jest żeliwo szare, znikome fragmenty są wykonane z pierścieni złożonych z elementów żelbetowych, ze względu na trudności w ich uszczelnianiu.

Drążenie tych tuneli odbywa się za pomocą urządzenia zwanego tarczą ręczną. Jest to rurowa osłona o średnicy 5,68 m i długości 5,5 m wyposażona w usztywnienia pierścieniowe i w dwa główne systemy siłowników pozwalających na przesuw tarczy i podtrzymywanie deskowania czoła wyrobiska czyli tzw. "przodka". Urobek z czoła odspajany jest ręcznie, a następnie ładowany, wywożony do szybu i transportowany na powierzchnię. Tuż za tarczą znajduje się też pomost do montażu obudowy, a za nim drugi do wykonywania injekcji zaczynem cementowym przestrzeni między zmontowaną obudową a gruntem po przesunięciu płaszcza osłony. W odległości 30 m za "przodkiem" wykonywana jest powtórna injekcja z zawiesiny twardniejącej (mieszaniny bentonitu, cementu, wody i domieszek). Uszczelnienie tubingów odbywa się poprzez ubijanie, w specjalnie wyprofilowanych stykach, sznura ołowianego. Do chwili obecnej wykonano tą metodą 7500 m pojedynczego tunelu w obudowie żeliwnej oraz 1400 m w obudowie betonowej.

Autor: mgr inż. Kalina Jaworska

Wróć do spisu artykułów

© 2001-2011 Piotr Pietrzak

Niniejsza strona internetowa jest serwisem informacyjnym na temat Metra Warszawskiego. Jest to najstarsza strona o tematyce "metrowskiej" w polskim internecie, której założenie datuje się na połowę 2001 roku. Nie jest oficjalną stroną firmy Metro Warszawskie Sp. z o.o. Autor strony nie pracuje dla metra w Warszawie. W celu skontaktowania się z władzami Metra Warszawskiego należ udać się na oficjalną stronę spółki.