Tunel kolejowy nie jest wyłącznie obiektem konstrukcyjnym

Tunele kolejowe stają się coraz ważniejszym elementem infrastruktury komunikacyjnej w Polsce. Gdzie obecnie budowane są tunele? Jakie czynniki sprawiają, że PKP Polskie Linie Kolejowe coraz częściej sięgają po tego typu rozwiązania?

Obecnie największa liczba obiektów tunelowych powstaje w ramach projektu Podłęże – Piekiełko. Jest to jedna z najbardziej wymagających inwestycji kolejowych w Polsce pod względem inżynieryjnym, głównie z uwagi na ukształtowanie terenu, warunki geologiczne i hydrogeologiczne oraz prowadzenie linii na terenie trudno dostępnym, z wieloma zagrożeniami, jak np. strefy osuwiskowe i zagrożenie gazowe. W ramach całego projektu przewidziano łącznie 20 tuneli, w tym tunele kolejowe i ewakuacyjne, o łącznej długości ponad 30 km. Nie jest to jedyna inwestycja, w której rozwiązaniem są obiekty tunelowe. Takie obiekty są lub mogą być rozważane również m.in. w ramach nowej linii średnicowej w Warszawie lub połączenia kolejowego Kraków – Myślenice. Decyzja o budowie tunelu wymaga analiz, w których porównuje się różne warianty techniczne, ekonomiczne i środowiskowe. O wyborze takiego rozwiązania decyduje wiele czynników, jak ukształtowanie terenu, występujące przeszkody naturalne lub infrastrukturalne, kolizje z istniejącą zabudową, warunki gruntowo-wodne, stopień zurbanizowania terenu czy uwarunkowania środowiskowe. Istotny jest również aspekt społeczny – w wielu miejscach prowadzenie linii kolejowej pod ziemią będzie rozwiązaniem najmniej ingerującym w istniejącą zabudowę i sposób funkcjonowania danego obszaru przez ograniczenie hałasu, wyburzeń lub po prostu ułatwienie funkcjonowania mieszkańców z uwagi na brak przejazdów kolejowych.

Obecnie największa liczba obiektów tunelowych powstaje w ramach projektu Podłęże – Piekiełko.

W jakich obszarach tunele kolejowe przynoszą dziś największe korzyści z punktu widzenia funkcjonowania sieci kolejowej – przepustowości, bezpieczeństwa, możliwości prowadzenia ruchu?

Tunele kolejowe przynoszą korzyści w wielu obszarach jednocześnie, nie sprowadzałbym tego wyłącznie do przepustowości lub bezpieczeństwa. W praktyce tunel jest narzędziem pozwalającym uzyskać korzystniejszy przebieg linii kolejowej tam, gdzie na powierzchni byłoby to bardzo trudne, niemożliwe lub wiązałoby się z bardzo dużą ingerencję w tkankę miejską, co powodowałoby uciążliwości dla mieszkańców. Często poprowadzenie linii kolejowej w tunelu wpływa na ograniczenie długości trasy i ominięcie przeszkód terenowych. Przekłada się to m.in. na krótszy czas przejazdu, lepsze wykorzystanie przepustowości linii, bezpieczeństwo ruchu pociągów. Na obszarach zurbanizowanych umożliwia zmniejszenie liczby przejazdów kolejowo-drogowych oraz ograniczenie liczby barier dźwiękochłonnych, a co za tym idzie – uciążliwości dla mieszkańców. Oznacza to przede wszystkim prowadzenie ruchu w sposób bardziej niezależny od ograniczeń na powierzchni.

Budowa tuneli w warunkach miejskich wiąże się z wieloma wyzwaniami technicznymi i organizacyjnymi. Jakie problemy najczęściej pojawiają się na etapie projektowania i wykonawstwa takich obiektów?

Budowa tuneli na terenach zurbanizowanych jest szczególnie wymagająca, mówimy tutaj o prowadzeniu rozległych robót w otoczeniu działającej infrastruktury miejskiej. Na etapie projektowania kluczowe znaczenie ma oczywiście szczegółowe rozpoznanie warunków geologicznych i hydrogeologicznych w otoczeniu inwestycji. Od jakości tego rozpoznania zależy dobór metody drążenia, analiza zagrożeń, analiza ryzyk oraz zakres prac do zrealizowania, natomiast nawet bardzo dobre rozpoznanie nie daje całkowitej pewności co do warunków panujących na trasie tunelu, dlatego też inwestycje tunelowe muszą być przygotowywane z uwzględnieniem tej niepewności. W mieście wyzwaniem jest dostęp do terenu na potrzeby badań, stąd aspekt społeczny jest bardzo istotny. Często konieczne jest wejście na nieruchomości prywatne, wykonanie inwentaryzacji budynków, montaż punktów pomiarowych, wykonanie otworów badawczych albo prowadzenie prac zabezpieczających. To wymaga uzgodnień z właścicielami, zarządcami obiektów, gestorami sieci i organami administracji, zatem samo przygotowanie inwestycji staje się dużym zadaniem formalnym i organizacyjnym. Bardzo istotne na tym etapie są również procedury administracyjne. Inwestycje tunelowe wymagają wielu decyzji, opinii i uzgodnień, często z udziałem różnych instytucji, organów nadzoru, gestorów, służb i ochrony środowiska. Sprawna współpraca między tymi podmiotami ma bezpośredni wpływ na terminowość przygotowania, co przekłada się na późniejszą realizację robót. Na etapie wykonawstwa natomiast należy zwrócić uwagę przede wszystkim na okres prac przygotowawczych, kiedy to wykonawca weryfikuje założenia projektowe w terenie. Trzeba pamiętać, że inwestor jest organizatorem całego procesu budowlanego dla inwestycji, dlatego jakiekolwiek odmienności lub komplikacje administracyjne występujące w kontrakcie bezpośrednio dotyczą inwestora, niezależnie od etapu robót i zasadności podnoszonych roszczeń lub innych problemów przez wykonawców. W inwestycjach tunelowych tych problemów jest naprawdę multum – od monitoringu deformacji powierzchni, aspektu społecznego, utrzymania bezpieczeństwa infrastruktury miejskiej, uzgodnień z zarządcami. Wszystkich tych problemów nie sposób wymienić i każdy z nich stanowi wyzwanie dla osób nadzorujących realizację ze strony inwestora. Podsumowując, w warunkach miejskich budowa tunelu nie jest wyłącznie zagadnieniem technologicznym. To równocześnie zarządzanie warunkami gruntowo-wodnymi, zabudową na powierzchni, infrastrukturą naziemną i podziemną, decyzjami administracyjnymi, prowadzeniem logistyki w mieście, monitoringiem i relacjami społecznymi. Największym wyzwaniem jest takie przygotowanie i prowadzenie robót, aby przy zachowaniu bezpieczeństwa ograniczyć wpływ inwestycji na funkcjonujące miasto.

W ostatnich latach coraz więcej inwestycji tunelowych realizowanych jest metodami bezwykopowymi lub górniczymi. Jak PKP PLK ocenia rozwój krajowych kompetencji w tym zakresie?

W Polsce tunele transportowe realizuje się od wielu, wielu lat, natomiast w ostatnich kilkunastu latach istotnie wzrosła skala i poziom technologiczny takich inwestycji. Dobrym przykładem jest tutaj technologia TBMS, która jest w Polce stosowana od ok. 16 lat, a w kolejnych projektach doświadczenie zdobywali polscy specjaliści. Z punktu widzenia inwestora istotne jest, że kompetencje tunelowe uzyskują nie tylko firmy wykonawcze. Zdobywają je również zamawiający, spółki projektowe, nadzór inwestorski, laboratoria, spółki nadzorujące, np. urzędy górnicze, dostawcy oraz jednostki odpowiedzialne za eksploatację linii kolejowych. Oczywiste jest, że budowa tunelu wymaga współpracy wielu branż, tj. konstrukcyjnej, geotechnicznej, kolejowej, elektroenergetycznej, teletechnicznej, wentylacyjnej, przeciwpożarowej, sterowania ruchem kolejowym, sanitarnej i innych, stąd każda nowa inwestycja zwiększa zakres kompetencji rynkowych oraz buduje trwałą wiedzę organizacyjną na temat przygotowania dokumentacji, wymagań technicznych, rozpoznania geologicznego, odbiorów obiektów itp.

Budowa tuneli wymaga bardzo dokładnego rozpoznania warunków gruntowo-wodnych. Jak duże znaczenie mają badania geologiczne i monitoring podczas realizacji inwestycji kolejowych?

Prawidłowe rozpoznanie jest jednym z kluczowych elementów przygotowania inwestycji tunelowej. Od jakości tego rozpoznania zależy również dobór metody drążenia, obudowy, wzmocnienia podłoża, zabezpieczenia portali. Jest to podstawowe narzędzie zarządzania ryzykiem – błędne lub mało szczegółowe rozpoznanie może skutkować zmianą parametrów drążenia, przestojami, dodatkowymi robotami, błędnymi założeniami projektowymi. Wszystko to może prowadzić w skrajnych przypadkach do katastrof. Obecnie prowadzone są prace nad aktualizacją wewnętrznych wytycznych dla badań podłoża gruntowego, w których zostanie wyodrębniona specyfika inwestycji tunelowych, ponieważ wymagają one bardziej szczegółowego podejścia niż standardowe.

Natomiast monitoring jest ważny już na etapie realizacji. Oczywiście kluczowe tutaj są pomiary przed rozpoczęciem drążenia, aby mieć całościowy obraz zachowania gruntu. Monitoring w trakcie realizacji pomaga w weryfikacji założeń projektowych i odpowiednim dostosowaniu drążenia tunelu przez weryfikację deformacji powierzchni, nacisków na obudowę, obserwacji zwierciadła wody, deformacji górotworu czy deformacji obudowy. W praktyce tunel realizowany jest w modelu obserwacyjnym – mamy określone założenia projektowe, kontrolujemy je w trakcie prac i odpowiednio korygujemy działania, jeśli wyniki monitoringu wskazują odchylenia. Takie podejście jest szczególnie ważne w przypadku terenów zurbanizowanych i skomplikowanych warunków gruntowych.

Prowadzone są prace nad aktualizacją wewnętrznych wytycznych dla badań podłoża gruntowego, w których zostaną wyodrębnione inwestycje tunelowe, ponieważ wymagają one bardziej szczegółowego podejścia niż standardowe.

Czy rozwój infrastruktury tunelowej wymusza również zmiany w zakresie utrzymania i eksploatacji obiektów kolejowych? Jakie są największe wyzwania po oddaniu tunelu do użytkowania?

Tunele kolejowe wymagają innego podejścia do utrzymania niż klasyczna infrastruktura liniowa prowadzona na powierzchni. Po oddaniu tunelu do użytkowania kluczowe jest nie tylko utrzymanie toru, sieci trakcyjnej i urządzeń SRK, ale również systemów bezpieczeństwa, wentylacji i instalacji technicznych. Tunel jest obiektem zamkniętym, w którym mamy do czynienia z systemami wentylacji, odwodnienia, oświetlenia, instalacjami pożarowymi i ewakuacji, łączności, monitoringu, sanitarnymi, zasilania, dostępu dla służb ratowniczych. Każdy z tych systemów musi być utrzymywany w sprawności technicznej, regularnie serwisowany zgodnie z instrukcjami producenta systemu oraz objęty procedurami eksploatacyjnymi. Utrzymanie niezawodności tych systemów nie jest proste przy ograniczonych możliwościach czasowych, a wystąpienie awarii któregokolwiek systemu może znacznie bardziej ograniczyć przepustowość danej linii niż w przypadku typowego odcinka.

Po oddaniu tunelu do użytkowania kluczowe jest nie tylko utrzymanie toru, sieci trakcyjnej i urządzeń SRK, ale również systemów bezpieczeństwa, wentylacji i instalacji technicznych.

W jaki sposób realizacja tuneli wpływa na ograniczanie oddziaływania inwestycji kolejowych na otoczenie, szczególnie na terenach silnie zurbanizowanych?

Na terenach silnie zurbanizowanych korzyści są bardzo widoczne. Prowadzenie linii kolejowej pod ziemią ogranicza wpływ inwestycji na codzienne funkcjonowanie życia miejskiego. Nie powstają nowe przejazdy kolejowo-drogowe, mniejsza jest liczba barier dźwiękochłonnych, ogranicza się hałas, wibracje i konieczność ingerencji w istniejący układ drogowy, czyli de facto również w aspekt wizualny miasta. W przypadku linii prowadzonych na powierzchni bardzo często pojawia się problem kolizji z zabudową, infrastrukturą podziemną, drogami, obiektami kubaturowymi oraz istniejącym zagospodarowaniem terenu. Budowa tunelu i poprowadzenie linii kolejowej w tunelu pozwala te kolizje w dużej mierze ograniczyć. Ma to duże znaczenie społeczne, szczególnie w centrach miast lub na terenach o gęstej zabudowie. Oczywiście należy tutaj podkreślić, że tunel oznacza znacznie wyższy koszt początkowy oraz wyższe koszty utrzymania niż typowy odcinek linii kolejowej prowadzonej na powierzchni. Nie jest to rozwiązanie, które należy stosować automatycznie, natomiast w lokalizacjach, gdzie alternatywą byłyby znaczne wyburzenia obiektów, rozległe ograniczenia miejskie, konflikty społeczne albo istotne ograniczenia środowiskowe, tunel może być rozwiązaniem najbardziej racjonalnym. Z punktu widzenia bezpieczeństwa i akceptacji społecznej jest to często bardzo duża wartość dodana, dlatego każdy przypadek jest analizowany indywidualnie, z uwzględnieniem nie tylko kosztu budowy, ale również wpływu na mieszkańców, środowisko, organizację ruchu drogowego i długoterminowe funkcjonowanie miasta lub terenu.

Jakie są perspektywy rozwoju budownictwa tunelowego na polskiej kolei w najbliższych latach? Czy można spodziewać się zwiększenia tego typu inwestycji wraz z modernizacją i rozbudową sieci kolejowej?

Perspektywy są bardzo rozwojowe. Tunele nie są celem samym w sobie, natomiast stanowią narzędzie do uzyskania odpowiednich parametrów linii kolejowej w miejscach, gdzie wymaga tego np. teren, środowisko lub istniejąca zabudowa. Dobrym przykładem jest projekt Podłęże – Piekiełko. To inwestycja, która w istotny sposób poprawi dostępność transportową południowej Małopolski i Sądecczyzny. Pozwoli ograniczyć wykluczenie komunikacyjne części regionu, skróci czas przejazdu oraz stworzy lepsze warunki do rozwoju gospodarczego i turystyki. Nie byłoby to możliwe bez zastosowania dużej liczby obiektów inżynieryjnych – mostów, wiaduktów, tuneli, estakad, przejść pod torami czy przebudów stacji, przystanków i systemów teletechnicznych sterowania ruchem kolejowym. W tym projekcie realizowanych jest 20 tuneli, w tym 16 tuneli kolejowych i cztery tunele ewakuacyjne, a ich łączna długość przekroczy 30 km. W kolejnych latach można spodziewać się, że tunele będą pojawiały się przede wszystkim tam, gdzie modernizacja lub budowa linii kolejowej wymaga uzyskania korzystniejszego przebiegu trasy, zwiększenia prędkości, poprawy przepustowości albo ograniczenia oddziaływania inwestycji na otoczenie. Dotyczy to zarówno terenów górskich, jak i dużych aglomeracji.

Tunele nie są celem samym w sobie, natomiast stanowią narzędzie do uzyskania odpowiednich parametrów linii kolejowej w miejscach, gdzie wymaga tego teren, środowisko lub istniejąca zabudowa.

Jakie są najczęstsze problemy podczas budowy tuneli?

Z punktu widzenia inwestora największym wyzwaniem jest zarządzanie ryzykiem, ponieważ tunel jest obiektem, w którym wiele problemów ujawnia się dopiero w trakcie realizacji. Nawet bardzo dobrze rozpoznanie geologiczne nie daje całkowitej pewności co do warunków panujących na całej trasie tunelu. Możemy ograniczać niepewność, ale nie możemy całkowicie jej wyeliminować. Jeżeli warunki geologiczne różnią się na etapie robót od założeń projektowych, wpływa to znacząco na tempo prowadzenia robót oraz zazwyczaj zwiększa zakres prac. Drugim istotnym wyzwaniem są wszystkie procedury administracyjne – inwestycje tunelowe wymagają wielu decyzji, uzgodnień i opinii, pochodzących od wielu różnych instytucji, organów nadzoru, gestorów sieci, zarządców dróg, urzędów gmin, miast, urzędów wojewódzkich. Na terenach zurbanizowanych, ale nie tylko, dochodzi jeszcze aspekt społeczny – tunel często przebiega pod istniejącą zabudową i terenami prywatnymi. Oznacza to konieczność uzgodnień z właścicielami i zarządcami obiektów znajdujących się w strefie oddziaływania inwestycji. Jest to wyzwanie organizacyjne zarówno dla inwestora, jak i wykonawcy, ponieważ wymaga dobrej komunikacji i relacji z mieszkańcami i właścicielami gruntów. Nie można oczywiście zapomnieć o wyzwaniu, jakim jest sama już realizacja robót. Na budowie występują sytuacje, których nie da się jednoznacznie przewidzieć na etapie przygotowania inwestycji. Mogą to być np. odmienne warunki gruntowe, przedłużające się procedury administracyjne, kolizje z niezinwentaryzowaną infrastrukturą, przekroczenie dopuszczalnych granic określonych w projekcie albo same problemy technologiczne związane z pracą tarczy lub zabezpieczeniem. W takich sytuacjach kluczowe jest szybkie przejście od identyfikacji problemu do decyzji technicznej przy jednoczesnym zachowaniu bezpieczeństwa robót i otoczenia. Z perspektywy inwestora bardzo istotna jest także współpraca z wykonawcą w zakresie zmian, robót dodatkowych i roszczeń. W inwestycjach tunelowych nie wszystko jest czarno-białe. Trzeba rozróżnić sytuacje wynikające z rzeczywiście odmiennych warunków lub zdarzeń niemożliwych do przewidzenia od tych, które wynikają z organizacji robót, przyjętej technologii albo stricte decyzji wykonawcy. Wymaga to rzetelnej analizy technicznej, dokumentowania zdarzeń, bieżącego monitoringu oraz sprawnej współpracy projektanta, nadzoru inwestorskiego i wykonawcy.

Jakie metody budowy tuneli stosuje PLK?

PLK realizuje tunele zarówno w technologii TBMS, metodami konwencjonalnymi, jak i metodami odkrywkowymi. Wybór metody najczęściej podyktowany jest aspektami ekonomicznymi, zależnymi m.in. od długości tunelu, uwarunkowaniami środowiskowymi, warunkami geologicznymi i hydrogeologicznymi, ograniczeniami w dostępności lub innymi uwarunkowaniami. Każde z tych rozwiązań ma określony zakres zastosowania. Wybór odpowiedniej metody jest procesem wielokryterialnym, na etapie przygotowania inwestycji analizuje się różne warianty i wskazuje rozwiązanie preferowane. Jednocześnie jako inwestor zazwyczaj nie zakładamy, że metoda wskazana na etapie koncepcji musi być jedynym możliwym rozwiązaniem. Jeżeli wykonawca przedstawi racjonalne, dobrze udokumentowane argumenty techniczne, ekonomiczne i organizacyjne, możliwa jest analiza alternatywnej technologii niż założona pierwotnie, natomiast każdy taki przypadek jest szczegółowo analizowany.

Jakie tarcze TBM są w użyciu?

W obecnie realizowanych inwestycjach stosowane są tarcze typu EPB. Wynika to z warunków gruntowo-wodnych występujących w tych lokalizacjach. Dobór tarczy TBM zawsze powinien wynikać z rozpoznania geologicznego i hydrogeologicznego, dlatego zastosowanie tego typu tarcz nie jest standardem w realizowanych przez PLK inwestycjach, a wynika z rozpoznania geologicznego.

Jak wygląda sytuacja tunelu średnicowego w Łodzi po zerwaniu kontraktu z wykonawcą? Co dzieje się teraz na budowie?

Po odstąpieniu od realizacji kontraktu z dotychczasowym wykonawcą prowadzone są działania zabezpieczające na całej inwestycji. Równocześnie przygotowywane jest nowe postępowanie przetargowe na dokończenie robót. Największym wyzwaniem technicznym pozostaje obecna lokalizacja maszyny TBMS oraz warunki gruntowe w jej otoczeniu. Po ponad 16 miesiącach postoju tarczy nastąpiła degradacja ośrodka gruntowego, a więc przede wszystkim pogorszenie parametrów gruntu w stosunku do stanu pierwotnego. Doszło m.in. do procesów konsolidacji, rozluźnienia lokalnych stref gruntu oraz utraty jego pierwotnej stateczności i szczelności, co oznacza, że jest to obszar wrażliwy z punktu widzenia potencjalnych deformacji podłoża, zwłaszcza w kontekście istniejącej zabudowy miejskiej. W przypadku tarczy typu EPB utrzymanie stabilnych warunków na przodku i wokół maszyny ma zasadnicze znaczenie dla bezpieczeństwa robót oraz ograniczenia deformacji terenu. Z tego też powodu kluczowe dla utrzymania bezpieczeństwa rejonu wokół tarczy w okresie przejściowym jest odpowiednie utrzymanie samej maszyny, monitoring deformacji zabudowy w strefie oddziaływania oraz właściwe reagowanie na jakiekolwiek anomalie. Najważniejszym wyzwaniem jest pomyślne zakończenie tej inwestycji, dlatego istotne jest takie przygotowanie kontynuacji robót, aby zapewnić maksymalny poziom bezpieczeństwa mieszkańców, zabudowy i infrastruktury, a także ograniczyć ryzyko kolejnych nieprzewidzianych zdarzeń. Najbliższy zakres robót w Łodzi to dokończenie drążenia do komory Fabrycznej.

W PLK powstał zespół ds. tuneli. Jakie są jego zadania?

W PLK funkcjonują zespoły specjalistyczne, które wspierają przygotowanie i realizację inwestycji, w tym również inwestycji tunelowych. Zespoły te nie zajmują się tylko obiektami tunelowymi, ale szerzej – analizą zagadnień technicznych w inwestycjach kolejowych. W skład takich zespołów wchodzą osoby posiadające doświadczenie w różnych branżach infrastruktury kolejowej, m.in. w zakresie konstrukcji, geotechniki, geologii, robót tunelowych, instalacji sanitarnych, architektury, sterowania ruchem kolejowym, elektroenergetyki oraz systemów informacji pasażerskiej. Zespoły te pełnią funkcję eksperckiego wsparcia technicznego dla inwestycji, aktywnie uczestnicząc w analizie problemów projektowych i realizacyjnych, opiniowaniu dokumentacji, koordynacji branżowej oraz wypracowywaniu rozwiązań technicznych wraz z zespołami projektowymi i wykonawcami. Zespoły biorą bezpośredni udział w procesach decyzyjnych, naradach technicznych, odbiorach oraz analizie ryzyk i roszczeń wykonawców, realizują zadania operacyjnego i merytorycznego wsparcia technicznego inwestycji. W przypadku inwestycji tunelowych takie podejście interdyscyplinarne jest konieczne, ponieważ tunel kolejowy nie jest wyłącznie obiektem konstrukcyjnym.

Dziękuję za rozmowę.

>>> Artykuł ukazał się w wydaniu NBI 4 (127) lipiec – sierpień