POWRÓT

AKTUALNOŚCI

Jak wykonaliśmy iniekcyjne uszczelnienia po awarii łącznika D09.1 w tunelu na budowie II Linii Metra w Warszawie?

2019-03-08

Wstęp. Budowa Metra

Metro odgrywa bardzo ważną rolę we współczesnych aglomeracjach miejskich. Na skutek rozbudowy linii metra coraz więcej osób decyduje się na podróż do pracy nie samochodem, a właśnie tym środkiem transportu. Ponadto budowa podziemna metra, nieingerująca w infrastrukturę nadziemną, oferuje niezwykle sprawne dotarcie do wielu punktów miasta.

Metro jest bardzo popularne w Europie Zachodniej. Największe znajduje się w Londynie – liczy aż 270 stacji oraz ma długość 420 km. W Polsce niestety ten typ budowli geotechnicznej nadal dojrzewa. W Warszawie istnieją już 2 linie, z czego II-ga jest w obecnej chwili rozbudowywana.

I linia biegnie z Młocin, aż po Kabaty. II linia natomiast od Ronda Daszyńskiego, aż po Dworzec Wileński i jest obecnie rozbudowywana w kierunkach wschodnim i zachodnim. Planowana jest również rozbudowa III linii, biegnącej aż po Gocław.

Technologia wykonania tuneli

W gęstej aglomeracji miejskiej wykonywanie robót planuje się jak z najmniejszą ingerencją
w infrastrukturę. Wykonuje się pionowe ściany, ogranicza się ryzyko osiadania w pobliżu wykonywanych wykopów, a jeśli jest to możliwe – tak, jak w przypadku budowy metra -wykorzystuje się metodę drążenia podziemnego. W Warszawie użyto technikę TBM (Tunnel Boring Machine) typu EPB (Earth Pressure Balance) czyli równoważenia ciśnienia gruntu. Technologia ta wykazuje się niskim prawdopodobieństwem osiadania oraz możliwością dużej kontroli parametrów drążenia.

Tunel drążony jest przy pomocy obracającej się tarczy TBM, która hydraulicznie przesuwana jest do przodu. Jednakże drążenie tarczy to nie wszystko. Na przodzie znajdują się również dysze mogące podawać wodę, plastyfikatory, pianę lub beton – w zależności od napotkanego przed tarczą problemu. Z kolei za tarczą znajdują się takie urządzenia jak: mierniki, magazyny, agregaty, pompy, systemy wentylacyjne itp., które odpowiedzialne są za bezawaryjną pracę maszyny TBM.

Po wydrążeniu odcinka układane są pierścienie złożone z pięciu tubingów i jednego klinu, jako elementu szóstego, dociskającego. Klin, dzięki naciskowi, doszczelnia wszystkie połączenia i nadaje konstrukcji sztywność. Pomiędzy ścianą tunelu, a gruntem, znajduje się przerwa, która jest wypełniana zaprawą wiążąco-uszczelniającą. Zaprawa ta ma za zadanie zastabilizować grunt oraz zapewnić szczelność tunelu.

Ogólny zarys przecinki

Pomiędzy tunelami istnieją również połączenia nazywane wentylatorowniami, oddzielone od siebie co ok. 300 m. Wykonanie łącznika, czyli tzw. „przecinki”, stanowi nie lada problem ze względu na trudność przejścia z jednego tunelu do drugiego, przez „goły” grunt. W zależności od warunków geologicznych dobiera się odpowiednią technologię stabilizowania ośrodka gruntowego pomiędzy tunelami, którą może być np. mrożenie lub wykonanie kolumn iniekcyjnych jet-grouting. Niestety nie wszystko da się przewidzieć, co nastręcza wielu problemów wykonawczych, gdyż w tak złożonym przedsięwzięciu geotechnicznym, istnieje ryzyko wielu awarii. Do takiej awarii doszło m.in. na budowie II-ej linii metra w Warszawie, w okolicy Ronda Daszyńskiego, w tunelu D09 na łączniku D09.1.

Technologia wykonania przecinki + geologia

W przypadku łącznika D09.1 wybrano technologię iniekcji strumieniowej jet-grouting. Przebicie nastąpiło tradycyjnymi metodami górniczymi. Wykonano 120 kolumn o długości 8-9 m i średnicy 1,5 metra, w siatce trójkąta równobocznego o boku 115 cm, w całości obszaru, gdzie ma znaleźć się przebicie. Warunki gruntowe wskazywały na przewarstwienie w glinie piaszczystej z piasku drobnego o miąższości od 2 do 3 metrów. Dno przecinki znajduje się na
18 m. p. p. t.

Zrzut ekranu 2019-03-08 o 15.52.47 Zrzut ekranu 2019-03-08 o 15.52.58Technologia uszczelnienia przecinki

Przed rozpoczęciem jakichkolwiek prac drążeniowych, projekt zaleca uszczelnienie okna przecinki metodą iniekcji ciśnieniowej. W tym celu wykonuje się, prostopadle do powierzchni tunelu, otwory (po obwodzie przecinki) w odległości około jednego metra od okna łącznika. Odległość pomiędzy otworami dobierana jest w taki sposób, aby przy danym ciśnieniu okręgi rozejścia się żywicy – pokrywały się. Jako materiał iniekcyjny zastosowano jedno-komponentową, spienialną, poliuretanową żywicę o niskiej lepkości. Żywica ta ma za zadanie wypełnić i uszczelnić przestrzeń za tubingiem wokół okna przecinki, na styku z gruntem, tworząc sztywny konglomerat piasku i żywicy o zamkniętych porach.

Wykonanie odwiertów kontrolnych od strony tunelu prawego

Po uszczelnieniu metodą iniekcji wykonano odwierty rdzeniowe w celu sprawdzenia stanu gruntu za ścianą. Zlecone przez GW odwierty rdzeniowe (o średnicy wewnętrznej 100 mm) miały na celu pobranie iniektu, wykonanego przez TBM oraz rozpoznanie warunków gruntowych pomiędzy tunelami. Zgodnie z ustaleniami wykonano 3 odwierty o długości 4 mb:

  • jeden w okolicach dolnej krawędzi planowanego przebicia, 5
  • drugi w górnej krawędzi,
  • trzeci w połowie wysokości pionowej prawej krawędzi planowanego przebicia,

z których skutecznie uzyskano próbki iniektu oraz rdzenia, ukazujące stan gruntu po stabilizacji metodą jet-grouting.

Otwór górny: rdzeń przeważnie monolityczny, z niewielkimi przewarstwieniami gliny i piasku na całej długości, blokującymi wypływ wody i zwiercin. Po  wykonaniu odwiertu zaobser-wowano niewielkie wysączenie wody gruntowej z  otworu. 6

Otwór środkowy: uzyskano próbkę iniektu oraz około 3,5 m rdzenia gruntu wzmocnionego metodą jet grouting. Wykonywanie odwiertu przebiegło dość płynnie. Pojawiały się przewarstwienia gliny oraz piasku na głębokości powyżej 2,5 m, ale w mniejszej ilości, niż miało to miejsce w odwiercie górnym oraz chwilowe problemy z przepływem zwiercin (spowodowane przewarstwieniami). Po wykonaniu odwiertu zaobserwowano niewielkie wysączenie wody gruntowej z otworu. 7 8

Otwór dolny: w dolnej krawędzi planowanego przebicia wykonano odwiert długości 4 mb. Została pobrana próbka iniektu TBM oraz rdzeń o łącznej długości ok. 3,5 m. Wykonywanie odwiertu przebiegło bez żadnych zakłóceń. Próbka iniektu została pobrana, a rdzenie wzmocnionego gruntu były monolityczne i jednolite, bez widocznych przebarwień. Po wykonaniu odwiertu ujawnił się niewielki wyciek wody (sączenie). 9 10

Wykonanie odwiertów kontrolnych od strony tunelu lewego

Po dobrych wynikach prawej strony tunelu, wybrano okrojoną wersję poprzednich odwiertów. W tym przypadku zrezygnowano z opcji czterometrowych odwiertów na rzecz dwóch jedno- metrowych na dole przecinki i jednego, czterometrowego – w górze przecinki. Z odwiertów metrowych uzyskano próbki jak na rysunku. Widać na nim beton tubingu, jak i iniekt TBM. W dalszej części znajdował się grunt zastabilizowany metodą jet-grouting.

11 12

Na środku górnej krawędzi planowanego przebicia, wykonano odwiert średnicy 100 mm,
o długości 4 mb. Uzyskano próbkę iniektu oraz około 3 m rdzenia gruntu wzmocnionego metodą jet-grouting. Pozostała część rdzenia została zniszczona w trakcie odwiertu oraz prób wyciągnięcia materiału z wiertła koronowego. Podczas wykonywania odwiertu nie napotkano na żadne przewarstwień drobnego, luźnego gruntu, ani pustek. Wykonanie odwiertu przebiegło płynnie, a wypływające zwierciny nie wskazywały na występowanie jakichkolwiek niepo-kojących odchyleń.

15 14 13

Po kilkudniowej obserwacji niezaślepionych otworów nie stwierdzono również napływu wód gruntowych.

Rozpoczęcie prac + awaria

Pierwszy etap prac polegał na wycięciu obwodu przecinki w tunelu. Następnie rozpoczęto kucie. Po wykuciu żelbetowych tubingów podjęto się drążenia w konglomeracie gruntu i jetów. Z reguły drążenie przebiega etapowo. Rano rozpoczynają się prace kucia, a w południe wstawianie ram i obrzucenie wykutej części – na grubość ramy – torkretem.

16

Po wykuciu ponad metra w gruncie, przed montażem pierwszej ramy, zauważono niewielką infiltrację wody w dnie przecinki. Osoby, które miały przystąpić do torkretowania, planowały oczyścić podłoże z luźnego piasku dla uzyskania lepszego podłoża dla torkretu. Po paru ruchach szpadla w dnie infiltracja wody  zaczęła się gwałtownie zwiększać, niosąc za sobą duże ilości drobnego piasku. Wyciek próbowano zatrzymać workami z piaskiem, jednak bezskutecznie. Woda wypływająca spod łącznika, zabierała coraz to większe ilości piasku, tworząc korytarz dla jeszcze większej ilości wody i gruntu. W lewym dolnym rogu przecinki wmontowano rurę PCV, kierunkując największy przepływ w jedno miejsce.  Natychmiast podjęto decyzję o wykonaniu betonowej półki, która miała na celu wstrzymanie wody z łącznika, poza rurą PCV. W wyniku tych działań, po uzyskaniu dostatecznej wytrzymałości, zatrzymano wyciek przez rurę i zainiektowano przepływ jednokomponentową żywicą poliuretanową, całkowicie zatrzymując infiltrację wody  do tunelu. Zablokowanie wycieku nastąpiło o godzinie 1:40 następnego dnia.

17 18 19 20

Analiza awarii.

Przypuszczalną przyczyną awarii było niewystarczające (w tym miejscu) nachodzenie na siebie kolumn jet-grouting’u oraz napływ wody z piaszczystych warstw gruntu. Obawiano się, że w wyniku awarii, na łączniku tunelowym może dojść do uszkodzenia sieci uzbrojenia terenu oraz osiadania budynków w terenie nad łącznikem. Zlecono wykonanie czterech badań CPT’u na obszarze wystąpienia awarii. Celem badań było sprawdzenie zagęszczenia gruntu oraz porównanie nowych badań z badaniami sprzed awarii. Stożek badawczy zatrzymał się w warstwie piasku, co oznacza jego znaczne zagęszczenie. Skutkiem tych działań była niemożność dalszego badania warunków gruntowych na głębokości występowania łącznika.

Kolejnym krokiem było skanowanie laserowe tunelu, które miało za zadanie określić osiadanie konstrukcji. Wykonano również badanie georadarowe w obszarze dna tunelu oraz w dolnej części jego ścian. Wyniki georadaru wskazywały na rozluźnienie gruntu na odległości 10-15 m w obu kierunkach tunelu. Oczywiście wyniki należy traktować jedynie orientacyjnie ze względu na tłumienie fal elektromagnetycznych przez segmenty oraz warstwę uszczelniającą. Pomiary reperów gruntowych wskazały na osiadanie gruntu na poziomie 7 mm!!! Maksymalne osiadanie pobliskich budynków wynosiło 3 mm. Osiadanie tunelu zaś określono na poziomie 10-14 mm, na długości ok 10 m. Na szczęście nie doszło do rozszczelnienia tubingów. Wyniki po awarii ustabilizowały się oraz nie odnotowano żadnych innych uszkodzeń.

Rysunek 22_1

Podjęto się określenia zakresu awarii poprzez obliczenie objętości wypłukanego piasku. Otrzymano bardzo wysoki wynik 25,4 m3 gruntu oraz ogromne ilości wody w tunelu. Awaria i jej konsekwencje wygenerowały wiele problemów, m.in zatrzymanie innych prac w tunelu oraz konieczność podjęcia kolejnych kroków służących wykonaniu przebicia. Należało wykonać iniekcję wzmacniającą i stabilizującą grunt.

Odwierty kontrolne po awarii

Po awarii wykonano kolejne czterometrowe odwierty próbne. Odwierty o średnicy 100 mm zostały poprzedzone odwiertami kontrolnymi o średnicy 22 mm, w celu zminimalizowania ryzyka wdarcia się wody bądź luźnego gruntu do tunelu. Z dwóch odwiertów pobrano monolityczne rdzenie z niewielkimi przewarstwieniami piasku. Otwory nie obsypywały się. Nie zauważono infiltracji wody. Ostatni, trzeci odwiert wykonano w pobliżu miejsca awarii. Pozyskano około 2,2 m rdzenia, który rozpadał się podczas wyciągania z korony wiercącej. Wykonywanie odwiertu przebiegało płynnie, do momentu osiągnięcia głębokości 3 m. Natrafiono tam na warstwę gliny, którą udało się nawiercić na około 50 cm. Glina, pomimo że była wymieszana z materiałem stosowanym do wzmocnienia gruntu, była plastyczna. Nie zaobserwowano napływu wód gruntowych z odwiertu.

24

Technologia naprawy

Zapytanie dotyczące naprawy awarii skierowano do nas. Zespół specjalistów COVER, po przeanalizowaniu wszystkich danych, opracował następujące założenia:

  • materiałem iniekcyjnym powinna być duromerowa, nisko lepka, dwukomponentowa żywica poliuretanowa, która ma możliwość wniknięcia w grunt; zwiększająca swoją objętość
  • materiał powinien wiązać również w suchych warunkach
  • iniekcję należy wykonać na dnie tunelu, na odległość minimum 10-15 m od osi (przecinki w obu kierunkach)
  • iniekcja w dno ma być wykonana jedynie za tubing, wypełniając pustki i zamieniając wodę na sztywną pianę poliuretanową
  • wartość ciśnienia nie powinna przekraczać 6 barów, aby nie uszkodzić konstrukcji tunelu
  • należy użyć odpowiednie lance iniekcyjne, pozwalające na wtłoczenie iniektu na całej jej długości, aby w przypadku przewarstwień móc zainiektować luźne piaski
  • w obszarze iniekcji dna tunelu należy wmontować ramy usztywniające tunel
  • w trakcie iniekcji należy prowadzić stały monitoring przemieszczeń.

Iniekcja 3 etapowa.

Wykonanie naprawy metodą iniekcji podzielono na 3 etapy:

Etap I obejmował iniekcje na przecince oraz na dnie tunelu przy przecince, rozchodząc się maksymalnie 10 metrów w obu kierunkach od osi przecinki. W pierwszej kolejności została wykonana iniekcja wypełniająca materiałem Chemopur. Lance zostały osadzone w dnie tunelu, w siatce, co ok. 1 m, mijankowo. Aby nie zniszczyć uszczelek, odwierty nie były wykonywane w miejscach szczelin pomiędzy tubingami.

25 26

Etap II. W strefę dolną, wokół wymiarów łącznika, został wprowadzony materiał Chemopur, aby stworzyć konglomerat o koło 1 m, większy niż wymiar łącznika. Lance zostały osadzone w ścianie, w siatce, co 60-70 cm mijankowo. W dnie zostały użyte lance o średnicy 14 mm i długości maksymalnie 0,5 m, w otworach 18 mm. Natomiast w przecince zostały użyte lance o średnicy 14 mm i długości 2 m, w otworach 25 mm.

Zakładana siatka otworów w odstępach 60-100 cm.

27

Etap III. Ostatnim etapem było wykonanie iniekcji strukturalnej. W tym celu została wykorzystana jednokomponentowa żywica iniekcyjna HA Soil o dłuższym czasie wiązania
i mniejszej lepkości, której zadaniem jest wypełnienie wszelkich minimalnych pustek i kawern.

28

Wszystkie etapy iniekcji przebiegły pomyślnie. W trakcie wierceń pierwszego etapu    zaobserwowano bardzo duże pustki pod dnem i wysokie ciśnienie wody. W trakcie iniekcji otwierano pobliskie pakery, aby upewnić się, że materiał się przemieszcza i daje pewność uszczelnienia. Iniekcję prowadzono od osi przecinki w obu kierunkach. Do wykonania naprawy łącznika zużyto 5,5 t żywicy Chemopur i 300 kg HA Soil.

29

Wnioski i Podsumowanie

Po wykonaniu iniekcji przystąpiono do dalszego drążenia. GW postanowił montować ramy
w łączniku co 0,5 m, a nie co 1,5 m – jak pierwotnie zakładano. Przed każdym etapem drążenia wykonywano odwierty kontrolne 2 metry w przód. Aż do samego końca przebicia nie zaobserwowano żadnych dużych wycieków. W strefie przebicia można było zauważyć strefy i pustki wypełnione żywicą.

30 31

Przedstawiony problem pokazuje jak złożone i trudne jest przebicie się pomiędzy dwoma tunelami. Geotechnika potrafi zaskakiwać, dlatego warto inwestować w technologię, która daje pewność prawidłowego i terminowego wykonania pracy oraz co najważniejsze – zapewni bezpieczeństwo ludzi oraz ograniczy negatywne skutki prac na powierzchni ziemi. Bardzo pomocne są wszelkie wyniki badań gruntu oraz przemieszczeń, gdyż dają świeże spojrzenie na sytuację.

Ze względu na trudne warunki wykonywanych prac i złożoność problemu, należy dobrze i strategicznie zaplanować program naprawczy wraz z doborem odpowiedniego sprzętu, materiału, jak i techniki. Istotny jest tutaj również czynnik ludzki – doświadczeni specjaliści wiedzą jak skutecznie i profesjonalnie go rozwiązać.