Zastosowanie współczesnych, progresywnych metod wzmacniania i uszczelniania skał umożliwia obniżenie kosztów kapitałowych i operacyjnych podczas budowy różnego rodzaju obiektów inżynierskich. Najbardziej efektywnymi i racjonalnymi metodami jest budowa kurtyn (przesłon, barier itp.) wodoodpornych jako element konstrukcyjny wałów przeciwpowodziowych i tam, zabezpieczenie obiektów inżynierskich, w tym głębokich wykopów oraz tuneli.

W każdym przedsięwzięciu ważny jest dobór technologii pozwalającej na zabudowanie w podłożu przesłony spełniającej wymagania projektowe oraz wprowadzenie do ośrodka gruntowego materiału uszczelniającego, zapewniającego trwałość zabezpieczenia.

W tym miejscu należy zwrócić uwagę na współczesne systemy monitorujące, zapewniające w sposób ciągły reagowanie na potencjalne i rzeczywiste zagrożenia. Możliwe jest na przykład zastosowanie monitoringu sejsmicznego, wykorzystującego analizę drgań włókna światłowodowego w ośrodku gruntowym i skalnym. Pozwala to na wczesne wykrywanie mikrowstrząsów oraz zmian strukturalnych podłoża, które mogą świadczyć o rozwoju procesów deformacyjnych lub zagrożeniu stateczności obiektów hydrotechnicznych. Dane zbierane w sposób ciągły umożliwiają bieżącą ocenę dynamiki zjawisk i tworzenie modeli prognostycznych, co znacząco zwiększa bezpieczeństwo eksploatacji oraz daje możliwość szybkiej reakcji na niepożądane zmiany.

Skuteczność prac uszczelniających w dużej mierze zależy od obiektywnej oceny warunków górniczo-geologicznych, prawidłowego określenia rodzaju zbiornika, ciśnienia wód i ich składu chemicznego. Wszystkie te czynniki decydują o wyborze metody i schematu uszczelniania skał przy użyciu tego lub innego rodzaju roztworu hydroizolacyjnego.

FOT. 2. | Zabezpieczenie podłoża obiektu wielkoprzestrzennego w Lublinie

Projekt badawczy POIG.01.03.01-00-083/12 „Ocena przydatności technologii i spoiw mineralnych dla obiektów hydrotechnicznych oraz inżynierii środowiska na podstawie dotychczasowych i proponowanych rozwiązań”. W ramach projektu przeprowadzono badania terenowe (sondowania CPT i BAT) i laboratoryjne (badania właściwości fizycznych i przepuszczalności), dla przesłon hydroizolacyjnych w technologii DSM, WIPS i iniekcji niskociśnieniowej na obwałowaniach rzeki Wisły, Narwi i Bablówki, zabudowanych 8-10 lat wcześniej. Chodziło o uzyskanie informacji o trwałości inwestycji, po okresie gwarancji. Materiałem hydroizolacyjnym do budowy przesłon był roztwór hydroizolacyjny na bazie glin polimineralnych. Dla próbek pobranych z obwałowań, wartość współczynnika filtracji zawierała się w przedziale n·10-10 – n·10-11 m/s. Próbki poddano przesuszeniu celem symulacji procesu starzenia się. Przesuszenie w zakresie 75% spowodowało tylko nieznaczny wzrost wartości filtracji badanych spoiw. Przesuszenie próbek w zakresie 60%, doprowadziło do wzrostu wartości współczynnika filtracji o rząd wielkości, pomimo to ich wartość jest ciągle na poziomie przypisanym dla przesłony o bardzo dobrych właściwościach przeciwfiltracyjnych.

Wyniki zarówno badań laboratoryjnych jak i terenowych wykazały, że parametry wytrzymałościowe jak i przeciwfiltracyjne, po wielu latach użytkowania, są lepsze niż oczekiwano w projekcie.

Bariera hydroizolacyjna w KWB „Turów” 

Przykład wykonania ekranu przeciwfiltracyjnego w międzywęglowym poziomie wodonośnym w kopalni „Turów” jest unikatowym rozwiązaniem w skali krajowej.

Przykłady robót iniekcyjnych dla budowy barier hydroizolacyjnych o głębokości ponad 100 m, to na ogół wyjątkowe rozwiązania. Jest nim przesłona hydroizolacyjna o długości ponad 3 km i głębokości 80–200 m, wykonana przez firmę TREVI w latach 2016–2018, na tamie w Mosulu na rzece Tygrys w Iraku. Do jej realizacji zużyto ok. 40 000 m3 spoiwa, a więc proporcjonalnie biorąc objętość zużytego spoiwa podobną do budowy przesłony hydroizolacyjnej o długości 1,1 km w kopalni Turów. Roboty uszczelniające zrealizowano wykonując ponad 5200 otworów iniekcyjnych, o łącznej długości 395 000 m, co oznacza, że wydajność w przeliczeniu na 1 mb otworu wynosiła 0,101 m3 spoiwa. Budowa przesłony hydroizolacyjnej w KWB „Turów” wymagała odwiercenia 18 721 mb otworów, a uzyskana wydajność wyniosła 0,679 m3 spoiwa na 1 mb otworu. Wyższa chłonność warstw w kopalni Turów jest prawdopodobnie związana z zastosowaniem do robót uszczelniających nanospoiwa.

Realizacja uszczelniających robót iniekcyjnych zgodnie z projektem, zakłada adaptacyjny charakter tych prac, w którym założenia projektowe muszą być modyfikowane do rzeczywistych warunków, ujawnionych w trakcie ich realizacji. Poprzez adaptacyjność rozumiemy wprowadzenie korekt projektu w momencie, gdy dostępny jest komplet informacji na temat parametrów realizacji robót. Informacja taka jest dostępna dopiero po wykonaniu całości zaprojektowanych prac i wstępnej ocenie ich skuteczności w powiązaniu do danych zgromadzonych w trakcie głębienia oraz iniekcji poszczególnych otworów.

Na odcinku przesłony hydroizolacyjnej roboty uszczelniające prowadzono w strefie uskoku Zachodniego-Białopola. Uskok ten przebiega przez całą serię asocjacji brunatnowęglowej. Dostarczone wcześniej opracowania wskazywały na blokujący charakter tego uskoku i tak został on potraktowany na etapie projektowania prac uszczelniających na analizowanym odcinku. Lepsze rozpoznanie warunków geologicznych i hydrogeologicznych tej przestrzeni oraz niesatysfakcjonujące wyniki prac iniekcyjnych w rejonie uskoku nakazały potraktować odmienny charakter analizowanej strefy uskokowej, wskazując raczej na strefę przepuszczalną, transportującą wody podziemne pomiędzy poziomami wodonośnymi. W strefie tej napotkano na szereg uskoków towarzyszących, szczelin, spękań oraz brekcji tektonicznych. Uzasadnione było wykonanie w bezpośrednim sąsiedztwie uskoku zachodniego Białopole i na odcinku przesłony sąsiadującym z uskokiem, otworów iniekcyjnych dogęszczających, sięgających głębokościowo poniżej spągu pokładu I-go, z założeniem osiągnięcia stropu warstw krystalicznych.

RYS. 1. | Przekrój geologiczny na wybranym odcinku 1A i 1 wdłuż przesłony hydroizolacyjnej wraz z lokalizacją oraz metrażem otworów iniekcyjnych archiwalnych i projektowanych

Roztwory iniekcyjne na bazie gliny charakteryzujące się wyjątkowo niskim współczynnikiem filtracji (k = n ×10-7 – n×10p-9 cm/sek), mają także szereg cennych właściwości, do których zaliczają się:
•    roztwory ilasto-cementowe całkowicie nietoksyczne i nie wywierają szkodliwego wpływu na organizm ludzki zarówno podczas ich przygotowania, jak i po iniekcji do warstwy wodonośnej;
•    podczas ruchu praktycznie nie zmieniają swojej konsystencji, dzięki czemu eliminuje się niebezpieczeństwo ich zablokowanie w rurach;
•    po zatrzymaniu gwałtownie zyskują wytrzymałość plastyczną, charakteryzują się dużą jednorodnością i nie rozwarstwiają się;
•    przez cały czas utwardzania stanowią bryłę plastyczną, której struktura nie ulega zniszczeniu pod wpływem zmian tektonicznych i jest w stanie przyjąć obciążenia wybuchowe, co jest istotnym czynnikiem przy drążeniu tuneli metodą wiertniczo-strzałową.

Na zdjęciu (fot.1) przykład wdarcia do wykopu budowlanego wody w ilości ok. 70 m3/h pod ciśnieniem hydrostatycznym 9 m, zlikwidowanego technikami iniekcyjnymi, materiałem identycznym jak zastosowany dla budowy przesłony hydroizolacyjnej w kopalni Turów. Przykład ten opisany został przez grupę specjalistów ITB Godlewski i inni, w artykule „Zagrożenia utraty stateczności hydraulicznej głębokiego wykopu na przykładzie budowy wielkopowierzchniowego obiektu handlowego”– 2015 r.

Inny przykład (fot.2) skutecznego uszczelnienia w technologii iniekcji niskociśnieniowej i DSM remontowanego odcinka kanału augustowskiego.