Budownictwo podziemne w zrównoważonym rozwoju przestrzennym

Podział budowli podziemnych

Budowle podziemne stanowią niezwykle zróżnicowaną grupę obiektów, różniących się funkcją, lokalizacją oraz zakresem eksploatacji. Wśród nich podstawowe znaczenie ma infrastruktura transportowa – tunele drogowe, kolejowe i metra, umożliwiające bezkolizyjny i efektywny przepływ ruchu na terenach silnie zurbanizowanych przy jednoczesnym zachowaniu przestrzeni na powierzchni.

Istotną część budownictwa podziemnego tworzą obiekty hydrotechniczne, takie jak kanały, sztolnie, zbiorniki retencyjne. Służą one do odprowadzania, gromadzenia i przesyłu wody w sposób kontrolowany, co zapobiega podtopieniom miast i osiedli podczas intensywnych opadów.

Do budowli specjalistycznych zalicza się m.in. parkingi podziemne, centra logistyczne i centra danych, tworzone z myślą o maksymalnym wykorzystaniu przestrzeni w zwartej zabudowie miejskiej. Ich podziemna lokalizacja zwiększa bezpieczeństwo i odporność na zagrożenia zarówno naturalne, jak i geopolityczne.

W strukturze miast coraz większe znaczenie zyskują także obiekty użyteczności publicznej i prywatnej, takie jak galerie handlowe, przejścia podziemne, magazyny, które łączą funkcje komunikacyjne, usługowe i handlowe. W sektorze przemysłowym i energetycznym dominują natomiast zbiorniki, komory technologiczne oraz stacje transformatorowe, których podziemne usytuowanie zapewnia stabilność pracy i ochronę przed czynnikami zewnętrznymi. Uzupełnienie stanowi infrastruktura techniczna – kolektory, kanały technologiczne oraz sieci ciepłownicze, wodociągowe i kanalizacyjne – stanowiąca niezbędny element funkcjonowania nowoczesnych aglomeracji.

prof. dr hab. inż. Anna Siemińska-Lewandowska – Budownictwo tunelowe

Metody realizacji budowli podziemnych

Wybór metody realizacji obiektów podziemnych uzależniony jest od warunków gruntowo-wodnych, głębokości posadowienia, lokalizacji w terenie zurbanizowanym oraz funkcji obiektu. Najważniejsze jest zrozumienie geomechaniki gruntu, jego nośności i podatności na odkształcenia, ponieważ to właśnie te czynniki determinują zarówno sposób prowadzenia robót, jak i dobór technologii zabezpieczeń.

Metody odkrywkowe i podstropowe

W korzystnych warunkach gruntowych oraz przy niewielkich głębokościach stosuje się metodę odkrywkową (cut and cover), polegającą na wykonaniu wykopu otwartego, w którym wznosi się obiekt, a następnie przykrywa go warstwą gruntu. Technologia ta jest stosunkowo prosta i ekonomiczna, lecz wiąże się z dużą ingerencją w otoczenie i koniecznością czasowego wstrzymania ruchu drogowego.

W gęstej zabudowie miejskiej efektywna okazuje się metoda podstropowa (top-down), w której stropy i ściany obudowy wykonywane są od góry, równolegle z pogłębianiem wykopu. Pozwala to ograniczyć osiadanie gruntu i wpływ prac na sąsiednie budynki. Metoda ta wymaga dużej precyzji i kosztownego zaplecza technologicznego, ale tylko minimalnie ingeruje w przestrzeń miejską i często jest jedynym rozwiązaniem w centrach dużych miast.

Metody NATM i TBM

W trudnych warunkach geotechnicznych, szczególnie w rejonach górskich, stosuje się nową austriacką metodę górniczą (NATM) do realizacji i zabezpieczenia tuneli w gruncie. Metoda ta nie definiuje sposobu urabiania skał, lecz opisuje zasady etapowego wykonywania obudowy i wykorzystania naturalnej nośności górotworu. Zabezpieczenia tunelu wykonuje się sukcesywnie – zwykle za pomocą torkretu, kotew gruntowych, stalowych siatek i łuków. NATM zapewnia dużą elastyczność projektową i możliwość bieżącej adaptacji obudowy do zmiennych warunków geologicznych, jednak wymaga stałego monitoringu deformacji oraz wysoko wykwalifikowanej kadry inżynieryjnej. W zależności od rodzaju skał urabianie może odbywać się mechanicznie lub z wykorzystaniem materiałów wybuchowych.

Metoda TBM (tunnel boring machine) polega na drążeniu przy użyciu tarczowych maszyn tunelowych, które umożliwiają realizację długich tuneli o dużych przekrojach w zwartej zabudowie miejskiej lub pod przeszkodami terenowymi. Technologia ta gwarantuje wysoką precyzję, bezpieczeństwo oraz minimalne oddziaływanie na powierzchnię terenu. Drążenie rozpoczyna się w komorze startowej, gdzie maszyna TBM zostaje zmontowana i uruchomiona, a następnie przemieszcza się w kierunku komory odbiorczej, równocześnie montując segmentową obudowę tunelu. Mimo wysokich kosztów mobilizacji TBM stanowi obecnie jedno z najbardziej zaawansowanych rozwiązań w budownictwie podziemnym, szczególnie w realizacji metra i tuneli komunikacyjnych.

Mikrotunelowanie i technologie bezwykopowe

Dla mniejszych średnic oraz inwestycji liniowych wykorzystuje się m.in. mikrotunelowanie, przewierty i przeciski sterowane, umożliwiające bezwykopowe układanie rurociągów, kolektorów i sieci pod infrastrukturą drogową lub ciekami wodnymi. Technologie te cechuje krótki czas realizacji i minimalna ingerencja w środowisko, jednak wymagają one precyzyjnego rozpoznania warunków gruntowych i zastosowania specjalistycznych systemów sterowania.

Zabezpieczenia i stabilizacja gruntu

Niezależnie od wybranej metody realizacji zasadniczym elementem jest odpowiednie zabezpieczenie wykopu. Wykorzystuje się w tym celu ścianki szczelne, ściany berlińskie, palisady, kotwy gruntowe, systemy mrożenia gruntu. Ich zadaniem jest zapewnienie stateczności skarp, ograniczenie filtracji wód gruntowych i zachowanie szczelności konstrukcji. Ostateczny wybór technologii stanowi kompromis pomiędzy warunkami geologicznymi, kosztami, bezpieczeństwem i wpływem inwestycji na otoczenie.

Zalety i ograniczenia budownictwa podziemnego

Dynamiczny rozwój budownictwa podziemnego jest bezpośrednio związany z rosnącym zagęszczeniem terenów zurbanizowanych i ograniczoną dostępnością powierzchni miast. Lokalizowanie obiektów pod ziemią pozwala efektywnie wykorzystać przestrzeń, umożliwiając rozwój infrastruktury komunikacyjnej, technicznej i usługowej bez nadmiernej ingerencji w krajobraz. Takie rozwiązania minimalizują wpływ inwestycji na środowisko i zachowują estetykę przestrzeni miejskiej, pozostawiając powierzchnię bardziej przyjazną dla mieszkańców i zieleni.

Budowle podziemne charakteryzują się wysoką odpornością na warunki atmosferyczne i zmienne temperatury, co przekłada się na niezawodne funkcjonowanie przez cały rok. Jednocześnie wymagają szczególnych zabezpieczeń zarówno przeciwko naporowi i infiltracji wód gruntowych, jak i przed naprężeniami oraz deformacjami gruntu. Właściwe zaprojektowanie izolacji i konstrukcji nośnych jest kluczowe dla utrzymania bezpieczeństwa użytkowego obiektu. Coraz częściej stosuje się rozwiązania integrujące różne funkcje – transportowe, magazynowe, technologiczne i energetyczne – w jednej, zwartej strukturze podziemnej. Tego typu podejście sprzyja racjonalnemu planowaniu przestrzeni miejskiej i ograniczaniu presji zabudowy na powierzchni terenu.

Bariery rozwoju i zadania inżynieryjne

Mimo licznych zalet budownictwo podziemne wiąże się z wysokimi kosztami realizacji, złożonymi ryzykami geotechnicznymi i długim czasem budowy. Wymaga specjalistycznej wiedzy oraz zaawansowanego sprzętu do drążenia, izolacji i monitoringu konstrukcji. Na polskim rynku nadal stosunkowo niewiele firm realizuje projekty geoinżynieryjne w dużej skali, a kształcenie w tym zakresie prowadzone jest przez kilka uczelni technicznych.

Wbrew tym ograniczeniom rozwój technologii drążenia, automatyzacji oraz cyfrowego modelowania BIM sprawia, że budownictwo podziemne staje się ważnym elementem strategii zrównoważonego rozwoju przestrzennego miast. To właśnie pod ziemią kryje się ogromny potencjał przyszłych inwestycji infrastrukturalnych.

Wybrane realizacje budownictwa podziemnego w Polsce

Budownictwo podziemne rozwija się w Polsce w sposób dynamiczny, obejmując zarówno duże projekty infrastrukturalne, jak i inwestycje miejskie oraz technologiczne. Coraz częściej pod ziemią powstają obiekty transportowe, techniczne, magazynowe i usługowe, które pozwalają lepiej wykorzystać ograniczoną przestrzeń na zurbanizowanych obszarach i zapewniają większą odporność na czynniki zewnętrzne. Współczesne realizacje łączą zaawansowane rozwiązania inżynieryjne, wysokie standardy bezpieczeństwa i dbałość o integrację z otoczeniem.

Poniżej przedstawiono wybrane przykłady polskich inwestycji podziemnych – zarówno już realizowanych, jak i będących w fazie projektowania – które obrazują skalę rozwoju tej gałęzi budownictwa.

Metro w Warszawie i plan metra w Krakowie

Warszawa rozwija system metra, którego sieć w przyszłości obejmie pięć linii. Obecnie kończony jest odcinek II linii na Bemowie, a w przygotowaniu znajdują się kolejne – M3 (Stadion – Żwirki i Wigury), M4 (Tarchomin – Wilanów) i M5 (Szamoty – Gołąbki).

Równocześnie w Krakowie trwają prace koncepcyjne nad budową pierwszych dwóch linii metra: M1 (Opatkowice – Kampus UJ – Nowa Huta) oraz M2 (Kurdwanów – Dworzec Główny – Nowa Huta).

Oba miasta inwestują w rozwój transportu szynowego jako elementu zrównoważonej mobilności miejskiej. 

prof. dr. hab. inż. Andrzej Szarata – Metro w Krakowie Północ-Południe, Czyżyny, Kliny, Kurdwanów

prof. dr. hab. inż. Anna Siemińska-Lewandowska – Budowa metra w Krakowie

Tunel drogowy S3/S6 – Zachodnia Obwodnica Szczecina

Tunel o długości ok. 5 km będzie najważniejszym elementem Zachodniej Obwodnicy Szczecina w ciągu tras S3 i S6 na odcinku Police – Goleniów o długości 23,4 km. Obiekt zlokalizowany na północ od Polic zostanie wykonany w technologii TBM, przy czym każda z dwóch jezdni drogi ekspresowej zostanie poprowadzona osobnym tunelem. Średnica zewnętrzna konstrukcji wyniesie prawie 15 m, a grubość żelbetowej obudowy 60 cm. Przewidziano 19 przejść poprzecznych między nawami, pełniących funkcję dróg ewakuacyjnych. Najniższy punkt tunelu znajdzie się 51 m p.p.t., a jezdnia będzie przebiegać do 45 m pod powierzchnią. Odcinki wjazdowe będą mieć długość ok. 600 m.

Tunel kolei dużych prędkości w Łodzi (CPK)

Tunel KDP w Łodzi to jedna z głównych inwestycji w ramach programu Centralnego Portu Komunikacyjnego. Obiekt o długości ok. 4,6 km i średnicy 14 m zostanie wydrążony przy użyciu tarczy TBM typu EPB. Będzie to najdłuższy i najszerszy tunel kolejowy w Polsce, zaprojektowany dla ruchu dwutorowego z prędkością do 160 km/h. Tunel połączy komorę Retkinia z komorą Fabryczna, przebiegając pod gęstą zabudową centrum miasta. Wykonawcą inwestycji o wartości 1,76 mld zł netto jest konsorcjum PORR, a realizacja potrwa 48 miesięcy od momentu podpisania umowy. Prace budowlane mają ruszyć jeszcze w 2025 r. Inwestycja stanowi część linii kolejowej nr 85, będącej fragmentem tzw. igreka, który do 2032 r. połączy Warszawę i CPK z Łodzią, a w kolejnych latach także z Wrocławiem i Poznaniem.

Tunel kolei dużych prędkości w Warszawie

Projektowany tunel KDP w Warszawie połączy Dworzec Zachodni z węzłem kolejowym w kierunku Łodzi. Obiekt o długości 9,2 km i średnicy 10,6 m będzie najdłuższym tunelem kolejowym w Polsce. Około 7,6 km trasy zostanie wydrążone przy użyciu maszyny TBM typu EPB, a 1,6 km wykonane metodą odkrywkową. Tunel będzie poprowadzony pod gęsto zabudowanymi dzielnicami – od alei Prymasa Tysiąclecia przez Odolany, Włochy i Ursus aż do węzła Konotopa. Obsłuży wyłącznie pociągi dużych prędkości, umożliwiając przejazdy z prędkością do 350 km/h i odciążając istniejącą sieć kolejową.

Zespół tuneli kolejowych Podłęże – Piekiełko

Nowa linia kolejowa Podłęże – Piekiełko obejmuje budowę 13 tuneli o długościach od 320 do 3820 m, które będą realizowane zarówno metodą TBM, jak i konwencjonalną. Większość z nich znajduje się obecnie na etapie projektowania lub postępowań przetargowych, natomiast najbardziej zaawansowanym elementem inwestycji jest tunel pod Pisarzową w ciągu linii kolejowej nr 104. Obiekt o długości 3,75 km realizowany jest przez konsorcjum Gülermak i Budimex z wykorzystaniem dwóch maszyn TBM: głównej tarczy Jadwiga (średnica 11 m) i mniejszej Kingi (średnica 4,8 m) przeznaczonej do drążenia tunelu ewakuacyjnego.

Wybrane realizacje budownictwa podziemnego na świecie

Na świecie budownictwo podziemne wchodzi dziś w zupełnie nową fazę – przestaje być wyłącznie domeną infrastruktury transportowej, a staje się strategicznym kierunkiem rozwoju nowoczesnych miast, energetyki i technologii. Wykorzystanie przestrzeni pod powierzchnią ziemi obejmuje już nie tylko parkingi, tunele drogowe i kolejowe, ale również centra danych, laboratoria naukowe, magazyny energii, a nawet całe podziemne dzielnice miejskie. Poniżej przedstawiono wybrane przykłady międzynarodowych inwestycji, które pokazują różnorodność i skalę zastosowań współczesnej inżynierii podziemnej – od monumentalnych tuneli komunikacyjnych po innowacyjne adaptacje kopalni i wyrobisk.

Europejskie centrum danych Intacture (Włochy)

W północnych Włoszech, w dawnym wyrobisku dolomitowym, powstaje podziemne centrum danych Intacture, zlokalizowane ok. 100 m pod ziemią. Obiekt o mocy ok. 5 MW wykorzystuje naturalne właściwości geologiczne górotworu do utrzymania stabilnych warunków pracy serwerów, zapewniając ochronę przed wstrząsami, zakłóceniami elektromagnetycznymi i ekstremalnymi temperaturami. To przykład wykorzystania przestrzeni podziemnej na potrzeby nowoczesnej infrastruktury cyfrowej.

Kompleks badawczy Callio Lab – Pyhäsalmi Mine (Finlandia)

Dawna kopalnia Pyhäsalmi o głębokości ponad 1400 m została przekształcona w wielofunkcyjny kompleks Callio Lab, łączący laboratoria naukowe, centra danych, rolnictwo podziemne i instalacje energetyki geotermalnej. Inwestycja stanowi przykład zrównoważonego wykorzystania infrastruktury poprzemysłowej, która dzięki warunkom geologicznym umożliwia prowadzenie badań i rozwój technologii w stabilnym środowisku.

Podziemna infrastruktura miejska – Helsinki (Finlandia)

Helsinki są światowym liderem w wykorzystaniu przestrzeni podziemnej. W ramach Underground Master Plan funkcjonuje już ponad 400 obiektów, a kolejnych 200 jest planowanych. Znajdują się w nich centra handlowe, garaże, tunele logistyczne, sieci techniczne i schrony. System pozwala racjonalnie zagospodarować ograniczoną przestrzeń miejską, integrując transport, usługi i infrastrukturę pod powierzchnią ziemi.

Tunel bazowy Brenner (Austria, Włochy)

Tunel bazowy Brenner (BBT) to jedna z największych inwestycji infrastrukturalnych w Europie, łącząca Innsbruck w Austrii z Fortezza we Włoszech. Docelowo będzie miał 55 km długości, a po połączeniu z istniejącym tunelem Innsbruck – 64 km, co uczyni go najdłuższym tunelem kolejowym na świecie. Obiekt drążony jest z wykorzystaniem maszyn TBM i metod konwencjonalnych. Tunel znacząco skróci czas przejazdu między Austrią a Włochami i zmniejszy ruch ciężarowy przez Alpy, wspierając transport niskoemisyjny.

Tunel Fehmarnbelt (Dania, Niemcy)

Tunel Fehmarnbelt to podwodny tunel łączący duńską wyspę Lolland z niemiecką Fehmarn, budowany w technologii prefabrykowanych sekcji betonowych. Po ukończeniu będzie miał 18 km długości, stając się najdłuższym podwodnym tunelem drogowym i kolejowym w Europie. Składać się będzie z pięciu galerii – dwóch dla ruchu samochodowego, dwóch kolejowych i jednej technicznej. Projekt o wartości ponad 7 mld € ma zostać ukończony w 2029 r., znacząco skracając czas podróży między Kopenhagą a Hamburgiem.

Podsumowanie

Budownictwo podziemne stanowi dziś jeden z węzłowych kierunków rozwoju współczesnego budownictwa i infrastruktury. Wykorzystanie przestrzeni pod powierzchnią ziemi pozwala nie tylko efektywniej zagospodarować teren, ale także zwiększyć bezpieczeństwo, trwałość i odporność obiektów na zmienne warunki środowiskowe.

Nowe technologie projektowania i realizacji budowli podziemnych zmieniają sposób myślenia o infrastrukturze. Złożone procesy geotechniczne, rozwój automatyzacji oraz integracja systemów monitorowania umożliwiają tworzenie konstrukcji bezpiecznych, trwałych i zoptymalizowanych pod względem eksploatacji. To kierunek, który łączy doświadczenie inżynierów z możliwościami nowoczesnej techniki.

www.NBI.com.pl/tematy-specjalne

Nowy EUROKOD 7 – geotechnika przyszłości

Informacje https://nowyeurokod7.pl

Program https://nowyeurokod7.pl/program/

Rejestracja https://nowyeurokod7.pl/rejestracja/