W Polsce jest zarejestrowanych ponad 18 mln pojazdów. – Zmieszczenie ich w jednej płaszczyźnie, czy najwyżej dwóch jak w przypadku skrzyżowań bezkolizyjnych, staje się rzeczywiście gigantycznym problemem – zauważa prof. dr hab. inż. Piotr Czaja, dziekan Wydziału Górnictwa i Geoinżynierii Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Już od XIX wieku w komunikacji drogowej do pokonywania przeszkód, szczególnie górskich, zaczęto stosować tunele. Dzisiaj stały się one powszechnie wykorzystywanymi obiektami, przede wszystkim w metropoliach, bowiem tam dają możliwość tworzenia szybkiego i bezkolizyjnego transportu (np. metro). – Powstające obecnie plany nowych tuneli, w tym łączących lądy i kontynenty, są imponujące – zastrzega profesor. W Polsce możemy już dostrzec zwiastuny rozwoju budownictwa tunelowego. W drążeniu tras pod ziemią dostrzega się sposób na rozwiązanie skomplikowanych problemów komunikacyjnych.
Tunele w zależności od przeznaczenia dzieli się na: drogowe (autostradowe), kolejowe, komunikacji miejskiej (metro, szybka kolej) oraz piesze (krótkie przejścia podziemne). Są one trudnymi i kosztownymi przedsięwzięciami. Od państw czy miast, które decydują się na ich budowy wymagają posiadania odpowiedniego potencjału finansowego, a od wykonawców posiadania odpowiedniego sprzętu i specjalistycznej kadry.
Liczbę istniejących tuneli i ich sumaryczne długości dla poszczególnych państw trudno jednoznacznie oszacować. Na pewno można je liczyć w tysiącach. Natomiast na światowej liście rankingowej dużych tuneli, która ujmuje obiekty o długościach mierzących powyżej 10 km, znajduje się aktualnie 81 obiektów. Łącznie mierzą one 2 400 km. W statystykach tunelowych uwzględniane jest metro, stąd w tych zestawieniach pojawia się już Polska posiadająca tunel o długości 23,1 km, a dokładnie pod tym rozumiana jest linia metra w Warszawie. Światowym tunelowym rekordzistą jest Japonia – posiada 15 tuneli o łącznej długości 343 km. W Europie wiodącymi są państwa górzyste. W Hiszpani jest 12 obiektów, które łącznie dają długość 266 km. Po niej w europejskiej czołówce plasuje się Szwajcaria – 8 obiektów o łącznej długości 162 km. W tej grupie są też Włochy – trzy obiekty dają łączną długość 107 km. W przypadku obiektów tunelowych mniejszych, ale mierzących powyżej 2 km długości, warto przytoczyć Norwegię, która posiada 113 tuneli drogowych i kolejowych dających łącznie ponad 465 km trasy. Z kolei na terenie Alp funkcjonuje około 90 takich obiektów dających łączną długość 720 km.
- W Polsce mamy obecnie 534 obiekty mające znamiona tuneli. Są to oczywiście krótkie przeprawy – zastrzega prof. Piotr Czaja. Poza wspomnianą linią warszawskiego metra, powstałą w latach 1995-2008, czołówkę krajowego budownictwa podziemnego stanowią: tunel Wisłostrady w Warszawie (930 m; rok otwarcia – 2003), tunel pod rondem gen. J. Ziętka w Katowicach (657 m; otwarty w 2006 r.), tunel im. Św. Rafała Kalinowskiego na przedłużeniu ul. Szlak w Krakowie (230 m; otwarcie – 2007 r.), Tunel Krakowskiego Szybkiego Tramwaju (1 538 m; otwarty w 2008 r.) oraz tunel w Lalikach pod Sobczakową Grapą (678 m; otwarty w 2010 r.).
W ostatnich latach nastąpił dynamiczny rozwój technologii budowy tuneli. Postęp odnotowano w maszynach i sprzęcie służącym do urabiania oraz załadunku i transportu urobionych skał, w technikach i materiałach strzelniczych, w budowie i systemach sterowania kombajnów tunelowych TBM, w obudowach żelbetowych prefabrykowanych i obudowach betonowych monolitycznych oraz technologiach deskowania w robotach betonowych, w wykonawstwie betonów natryskowych, w technologiach iniekcyjnych oraz w sprzęcie i technikach geodezyjnych.
Współczesne budowy tuneli realizuje się: metodą górniczą podziemną, metodą górniczą odkrywkową, metodą mechaniczną za pomocą tarcz TBM (Tunneling Boring Machines), metodą zatapiania tuneli. W przypadku klasycznych metod górniczych odmienne są sposoby drążenia, a tę odmienność podkreśla się określeniem metody nazwą państwa, w którym była ona wdrożona. Dlatego wyróżniane są metody: austriacka, belgijska, niemiecka, norweska czy nowa austriacka.
Na przykład metoda niemiecka wdrażana była w ubiegłym stulecia i jak na tamte czasy stanowiła nowatorskie rozwiązanie. Wykorzystana została w budowie japońskiego tunelu Seikan pod cieśniną Tsugaru, łączącego wyspy Honsiu i Hokkaido dwutorowym superszybkim pociągiem. Główny tunel tego obiektu mierzy 53 850 m długości. Obiekt ten nadal dzierży miano najdłuższego podmorskiego tunelu kolejowego. – Tę konstrukcję kiedyś określaliśmy jako bardzo odważną. W latach 50., kiedy rozpoczęto projektowanie tego tunelu, była wyzwaniem ekstremalnym. W sejsmicznie aktywnej Japonii problemów w realizacji tunelu mogło się przecież pojawić wiele. Jednym z zasadniczych natomiast wyzwań tej budowy było zagrożenie wodne – przypomina prof. Piotr Czaja.
Pod dnem cieśniny przeprawa ma łącznie 23 km szerokości, sięga ona głębokości 140 m i 240 m względem lustra wody. Budowa trwała 24 lata (tunel otwarto w 1988 r.) i kosztowała 1,7 mld dolarów.
- Tunel Seikan był nie lada osiągnięciem na tamte czasy, a teraz kiedy budownictwo opanowały systemy tarcz zmechanizowanych TBM, możliwości techniczne są dużo większe – podkreśla prof. Piotr Czaja.
Technika ta umożliwia prawie bezinwazyjne, nie wywołujące zakłóceń, prowadzenie budowy podziemnej, co ma istotne znaczenie w przypadku miast. Atutem tej technologii jest przyspieszenie w budowie tunelu. Rozwiązanie to sprawdza się w trudnych warunkach geologicznych, zapewnia precyzje robót i bezpieczeństwo budowy. Przykładami rezultatów, jakie można uzyskać dzięki TBM, są: Eurotunel pod Kanałem La Manche wybudowany w latach 1987-1994, metro w Shanghaju, którego budowę rozpoczęto w 1992 r., a zakończenie zaplanowano na 2012 r., oraz alpejski Gotthatd Base (Szwajcaria), którego budowa ruszyła w 2003 roku, a zakończenie prac montażowych nastąpi w 2016 r.
Tunel pod Kanałem La Manche połączył Wielką Brytanię z Francją. Eurotunel jest nieco krótszy od japońskiego Seikan, ale jego trasa bezpośrednio pod dnem kanału jest za to pod względem długości pierwszą na świecie – mierzy 38 km. Tunel przebiega w łatwo urabialnym podłożu kredowym.
W światowym budownictwie tunelowym szczególnym liderem okazał się Shanghaj, który w niespełna 20 lat wybudował 434 km podziemnej linii kolejowej z 278 stacjami. Na budowie pracowało 15 zmechanizowanych tarcz TBM. Z metra obecnie korzystają miliony pasażerów dziennie (22 października 2010 roku jest rekordowym dniem – metrem przejechało 7,548 mln pasażerów).
W Alpach Leopontyjskich już w 1882 roku otwarto tunel kolejowy o długości 15,1 km. Natomiast dłuży o ponad kilometr tunel drogowy otwarto tam sto lat później - w 1980 roku. Projektowanie nowego tunelu kolejowego na przełęczy Św. Gottharda rozpoczęto w 1993 roku. Dzięki korzystnym warunkom górniczo-geologicznych pracujące na jego budowie cztery kombajny TBM uzyskują rekordowe dzienne wyniki w tempie prowadzonych robót. Całkowita długość wszystkich wyrobisk podziemnych stanowiących tunel wyniesie 151,84 km. Koszt inwestycji sięgnie 10,1 mld dolarów.
***
- Tunele są szansą, ale też koniecznością – podkreśla prof. Piotr Czaja. Możliwości pełnego wykorzystania szansy, jaką daje budownictwo tunelowe, wiążą się z dynamicznym postępem w mechanizacji i automatyce maszyn górniczych, inżynierii materiałowej, czy również w geodezji górniczej. Zatem już wkrótce mogą się ziścić wizje szybkich podróży podmorskimi tunelami łączącymi kontynenty czy na przykład podróże podziemnymi korytarzami kolejowymi pomiędzy europejskimi stolicami.
AS
Artykuł powstał na podstawie referatu wygłoszonego przez prof. Piotra Czaję z Akademii Górniczo-Hutniczej, będącego wprowadzeniem do zagadnień konferencji „Budownictwo podziemne i bezpieczeństwo w komunikacji drogowej i infrastrukturze miejskiej” – Kraków, 19-20 kwietnia 2012 r. Organizatorami konferencji były: Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki oraz Katedra Górnictwa Podziemnego AGH w Krakowie.
