Nowa 5-kilometrowa linia tramwajowa ma połączyć osiedla Krowodrza Górka i Górka Narodowa. Trasa poprowadzona zostanie w obrębie III obwodnicy Krakowa, tj. ul. Opolskiej, dlatego ruch drogowy zostanie przeniesiony pod ziemię, do ponad 100-metrowego tunelu.

Żelbetowy obiekt tunelowy o długości 102,21 m będzie miał dwie nawy, w których znajdą się po dwa pasy ruchu. Taka konstrukcja umożliwi odpowiednie zagospodarowanie ruchu samochodowego i zmniejszenie jego natężenia w obie strony. Tunel zostanie wykonany metodą podstropową w konstrukcji ścian szczelinowych, rozpartych płytą stropową oraz płytą fundamentową. Przeniesienie linii energetycznych było jednym z kluczowych elementów, które pozwolą na budowę tego obiektu i powstanie węzła komunikacyjnego przy ul. Opolskiej.

Rozpoczęcie właściwych robót ekip branży mostowej wymagało przeniesienia napowietrznych linii wysokiego napięcia 110 kV (Prądnik–Pasternik–Balicka oraz Prądnik–Pasternik–Górka Narodowa), przecinających prostopadle ul. Opolską, pod ziemię. Roboty fundamentowe z użyciem ciężkiego sprzętu nie mogły się rozpocząć, z racji braku możliwości pracy pod czynnymi liniami energetycznymi.

To właśnie zadanie było wyzwaniem dla branży bezwykopowej, gdyż ruch na drodze krajowej nr 7 w ciągu ul. Opolskiej musiał być, rzecz jasna, zachowany. W tym celu zaprojektowano przekroczenia w technologii HDD, czyli metody horyzontalnych wierceń kierunkowych, które w języku potocznym często określa się jako „przewierty sterowane”. Jak się okazuje, była to prawdopodobnie jedyna metoda, która pozwoliła na instalację wielorurową rur osłonowych z PE na trasie o złożonej trajektorii, zmiennej zarówno w kierunku pionowym, jak i poziomym.

Ambitne zadanie

To zadanie było dla nas największym bezwykopowym wyzwaniem inżynieryjnym w historii firmy. Zakres robót wymagał realizacji czterech przekroczeń pod ul. Opolską oraz rzeką Sudoł w zakresie długości od 285 do 307 m (łącznie 1177 m).

Zainstalowaliśmy łącznie 5303 m rur osłonowych RHDPEp SDR-11 o średnicy zewnętrznej 200 mm. W przypadku dwóch przekroczeń był to pakiet pięciu rur, kolejne dwa wymagały instalacji czterech. Maksymalne poszerzenia wyniosły odpowiednio 800 i 650 mm.

Maksymalna głębokość przewiertu, na jakiej prowadzone były prace, wyniosła nieco ponad 18,5 m. Różnica elewacji wyniosła 1–1,9 m. Promień przeprojektowanej przez nas trajektorii wynosił około 1100 m, dzięki możliwości zoptymalizowania projektu. Rury zostały zgrzane doczołowo na placu budowy i ułożone na powierzchni w kształcie litery U z racji ograniczonego areału. Dla lepszego ułożenia rur, chcąc uniknąć ich „plątania”, zdecydowaliśmy się spinać je taśmą PP, co przyczyniło się do tego, że rury wprowadzone do otworu wyszły z niego w tej samej konfiguracji.
Wybrana technologia bezwykopowa charakteryzuje się wyjątkową efektywnością i sprawdza się w przypadku instalacji rurociągów zarówno na krótszych, jak i na dłuższych dystansach. Pozwala też na prowadzenie robót nawet przy niekorzystnych warunkach geologicznych, a takie właśnie występują na tym obszarze jury krakowsko-częstochowskiej. Formacje, z którymi mieliśmy do czynienia, stanowiły naprzemiennie przewarstwienia gruntów spoistych, np. suchej, twardej gliny oraz gruntów niespoistych abrazyjnych (takich, jak piaski średnie i drobne czy warstwy otoczaków), a także lokalnie występujących skał wapiennych i ostrych łamanych krzemieni, bazaltów oraz okruchów wapiennych. Zweryfikował to proces separacji fazy stałej oraz wstępna separacja mechaniczna przez stalowe sito podczas opróżniania zbiorników beczkowozów, które woziły obciążoną płuczkę z komory końcowej do zespołu stacji oczyszczania, znajdującej się w okolicy wiertni.

Oprócz drobnych kamieni i okruchów skalnych występowały tam pojedyncze okazy o wymiarach przekraczających kilka centymetrów, a wielkość rekordowych tworów wapienno-krzemiennych, otoczonych gliną, które oblepiały rozwiertak, dochodziła do około 10 cm.

Wiercenie pilotażowe wykonane zostało za pomocą płetwy uzbrojonej o szerokości 170 mm. Podczas wykonywania otworu pilotażowego musieliśmy poradzić sobie z niemałymi problemami ze sterowaniem na pojedynczych kilku stacjach. Siły instalacyjne, jakie wystąpiły, to 16, 19, 17 i prawie 30 kN.

Wiercenie (nie) bez przeszkód

Realizacja zadania trwała przeszło trzy miesiące, od listopada 2020 r. do lutego br. Na początku grudnia zeszłego roku temperatura spadła poniżej zera, później było już tylko gorzej. Temperatura spadała, a ponadto pojawiły się opady śniegu, które w kilku cyklach krótkotrwałych odwilży topniały, tworząc na placu budowy uciążliwe błoto. Utrudniało to wszelki transport poziomy w obszarze wiertni oraz po stronie rurowej. Wiążące terminy realizacji oraz zaplanowane z operatorem sieci przełączania linii energetycznych nie dały możliwości wstrzymania prac do czasu poprawy warunków pogodowych.

Kilkukrotnie sprzęt i układy pracujące w środowisku wodnym ulegały awarii lub odmawiały posłuszeństwa. Konieczne stało się ustawienie namiotów i wykorzystanie nagrzewnic. Codzienne zwijanie węży i zabezpieczanie elementów przed mrozem było bardzo uciążliwe. Projekt realizowało od sześciu do dziewięciu osób, często w godzinach nocnych. Rekordowy czas pracy zespołu bez przerwy wyniósł aż 37 godzin w temperaturze poniżej -10 st. Celsjusza. W tym czasie zrealizowaliśmy dokończenie poszerzenia 850 mm, wykonaliśmy marsz kalibrujący oraz instalację pakietu pięciu rur o długości przekraczającej 300 m. To był wyczyn, który długo będziemy pamiętać.

Podczas instalacji rur przeżyliśmy wręcz chwilę grozy, gdyż kiedy pozostało nam już tylko 50 m odcinka do pokonania, siła instalacyjna wzrosła do krytycznej wartości około 30 ton, przewyższającej nominalną wartość siły uciągu maszyny, tj. 28 ton. Należy mieć na uwadze, że gdybyśmy nie dociągnęli rur do końca, narzędzia zostałyby na głębokości około 15 m pod ziemią. Nie tak chcieliśmy zakończyć realizację projektu, biorąc pod uwagę, że trzy poprzednie przekroczenia wykonaliśmy bez większych problemów i komplikacji wiertniczych. Wiedzieliśmy, że czas jest tu kluczowy i nie możemy przerwać „wciągania”. Nie przerywając płukania, wciągnęliśmy zatem rury, mimo że trzykrotnie jeszcze następowało ich zatrzymanie. Mieliśmy dużo szczęścia, ale może potwierdza się stare przysłowie, że szczęście sprzyja lepszym?

System lokalizacyjny

Zaawansowane systemy lokalizacyjne pozwalają na eliminację ewentualnych kolizji z obecnymi w przestrzeni podziemnej elementami innej infrastruktury poprzez kontrolę głębokości, kąta i kierunku wiercenia pilotażowego. W przypadku tego projektu zastosowano system lokalizacyjny Underground MAG 8 z sondą 19-calową, zatem nieco dłuższą niż standardowa. Miało to znaczenie w przypadku zakresu czasu pracy sondy w ziemi. Realizacja wiercenia pilotowego zajmowała około 8 godzin, co wymuszało niezawodność pracy akumulatora, tak by w trakcie realizacji nie doszło do jego rozładowania. Ponieważ należało ominąć m.in. fundamenty pośrednie i podpory mostowe powstającego obiektu, wiercenia zostały zrealizowane nie tylko ze zmienną inklinacją, ale też ze zmiennym azymutem. Trajektorie paraboliczne powstały nie tylko na profilu przewiertu, ale też w rzucie sytuacyjnym.

Wiertnica

Do realizacji projektu wykorzystano zmobilizowaną na plac budowy wiertnicę Tracto-Technik Grundodrill 28Nplus. Jest to pierwsza taka na polskim rynku maszyna, którą zakupiliśmy w sierpniu zeszłego roku. Fabrycznie nowa wiertnica, praktycznie po kilkudziesięciu godzinach szkolenia operatora i pracy na naszych budowach, właśnie w Krakowie zdała swój pierwszy poważny egzamin. Maszyna przepracowała na przedmiotowym projekcie ponad 470 godzin.

Kilka słów o wiertnicy: jest to maszyna o sile uciągu i posuwu 280 kN, napędzana jest przez silnik Cummins Tier V,224 kW, a jej cechą charakterystyczną jest płynna regulacja momentu obrotowego (max. 11 000 Nm) i liczby obrotów (max. prędkość obrotowa to 180 U/min). Co ją wyróżnia spośród innych wiertnic? Posiada pełną rejestrację wszystkich danych z wiercenia moment obrotowy, siłę ciągu, ilość płuczki podawanej, czas prac jednej żerdzi, spalanie paliwa itd.

Rejestracja odbywa się automatycznie bez potrzeby ingerowania operatora. Informacje te mogą posłużyć do analizy przewiertu, sprawdzenia postępu pracy, porównania momentów obrotowych na danym odcinku potrzebnych do szacowania twardości formacji. Operator może skupić się na wierceniu i parametrach w czasie rzeczywistym, ma możliwość korekty parametrów maszyny, np. szybkość ciągu jednej żerdzi, która może być dopasowana do koniecznej pojemności gruntu do wyniesienia przy założonym mud-factorze.

Kolejną zaletą jest pełna automatyzacja procesu wiercenia. Cały cykl, czyli wciąganie żerdzi, skręcanie i rozkręcanie, odkładanie do boksu, załączanie płuczki odbywa się automatycznie bez ingerencji operatora, który może w trakcie tego trybu pracy skupić się na ustawionych parametrach i regulować je potencjometrami w trakcie pracy. Dzięki temu ma czas nie tylko na obserwację parametrów, ale też na prowadzenie zapisów i notowanie parametrów w Raporcie z wiercenia, co służy potem analizie i tworzeniu baz danych z projektów.

Dodatkowo automatyka i praca maszyny nie są zależne od obrotów silnika, co przekłada się na duże oszczędności paliwa. Faktycznie średnia konsumpcja paliwa na tym projekcie wyniosła nieco ponad 9 l/godz., co dla silnika 6-cylindrowego o mocy ponad 300 KM jest bardzo dobrym osiągiem. Komfort pracy operatora, obrotowa kabina, ergonomia fotela, umożliwiają uzyskanie wysokiego komfortu pracy nawet w trudnych warunkach pogodowych. Nie bez znaczenia dla komfortu jest również stosunkowo niska emisja hałasu na poziomie 76-106 db(A), co w praktyczne nie powoduje uciążliwości dla przebywających przy maszynie i pozwala na swobodną rozmowę z operatorem. Możliwość zdalnego logowania do maszyny umożliwia wykonanie diagnostyki przez montera fabryki. Europejskie podzespoły dają możliwość zakupu tych części na miejscu. Maszyna jest przygotowana do pracy z sondą kablową, jak również z silnikiem wgłębnym (mud motorem). Katalog części zainstalowany na pulpicie maszyny umożliwia wgląd w budowę podzespołu, jego montażu i demontażu oraz ustalenia wymaganych części. Dodatkowo maszyna jest kompatybilna z tensorami pomiaru siły ciągu online, czyli pomiar następuje w czasie rzeczywistym podczas instalacji rury.

Wcześniej branża miała okazję zobaczyć wiertnicę na żywo podczas XVIII Międzynarodowej Konferencji, Wystawy i Pokazów Technologii „INŻYNIERIA Bezwykopowa”, która odbyła się jesienią ub.r.

Warto postawić na recykling

Łączna pojemność wykonanych otworów wyniosła ponad 460 m3 – a to wymagało zastosowania optymalnego rozwiązania w zakresie gospodarki płuczkowej przy tym projekcie. Naszym zadaniem było również zagospodarowanie płuczki wiertniczej we własnym zakresie.

W ramach realizacji projektu zużyto ponad 1300 m3 wody – łatwo jednak policzyć, że zużycie powinno być znacząco większe, nawet gdyby założyć minimalny mud-factor.

W jaki sposób udało się tego dokonać? Zdecydowaliśmy się na separację fazy stałej z obciążonej płuczki poprzez wykorzystanie systemu oczyszczania, czyli tzw. recycling. Zakupiliśmy dwie oczyszczalnie – RU500 i RU300 firmy Heads, które pracowały na budowie w układzie szeregowym lub równoległym. W układzie szeregowym większa oczyszczalnia czyściła płuczkę mocno obciążoną, magazynując ją później w przygotowanej komorze w ziemi. Następnie mniejsza oczyszczalnia pobierała płuczkę z tejże komory, oczyszczała ją dokładnie, a w dalszej kolejności – z praktycznie pełnym wydatkiem – transferowała płyn wiertniczy do pierwszego zespołu zbiorników 2 x 4000 l. Gdy organizacja pracy na to pozwalała, większa oczyszczała i transferowała również płuczkę do kolejnego, buforowego zespołu zbiorników 2 x 4000 l. Racjonalne oczyszczanie płuczki, pozwalające na uniknięcie niepotrzebnych przestojów na wiertni, wymagało uważnej obserwacji sytuacji i dokładnego przemyślenia działań. Wydatek płuczki, z jakim realizowaliśmy poszerzania, wynosił w trybie ciągłym od 350 do 420 l/min w zależności od pojemności średnicy pierścieniowej w otworze i oczywiście od czasu wciągania każdej żerdzi.

Firma HEADS dostarczyła materiały płuczkowe, w tym domieszki, sodę oraz materiał rozpraszany służący do przygotowania płynu wiertniczego – podczas projektu zużyto zaledwie 57 ton materiału Teqgel specjal do przygotowania czystej płuczki i uszlachetniania płynu wiertniczego po recyklingu. Powierzyliśmy tej firmie również realizację serwisu płuczkowego. Wszelkie prace raportujące, badanie parametrów fizyko-chemicznych płuczki były dla nas czymś nowym – ale dzisiaj nikt z brygady nie ma wątpliwości, że było to konieczne i przyczyniło się do powodzenia projektu. Tak więc nie tylko płuczka, ale i dobry inżynier płuczkowy to nawet więcej niż połowa sukcesu. Liczy się też wydajny sprawdzony sprzęt i mądra organizacja.

Dzięki recyklingowi udało się oszczędzić setki metrów sześciennych wody, dziesiątki ton bentonitu, ale przede wszystkim pozwoliło to zaoszczędzić znaczne nakłady i koszty związane z wywozem i utylizacją obciążonej urobkiem płuczki wiertniczej. Należy podkreślić, że problemem jest nie tylko cena utylizacji, ale fakt, że niewiele firm w Polsce jest zainteresowane przekazaniem im tego rodzaju odpadu.

Ogromne wyzwanie

Do tej pory nigdy nie realizowaliśmy tak dużego projektu, a maksymalna długość przekroczenia, które zrealizowaliśmy, oscylowała na granicy 200 m z instalacją co najwyżej jednej rury o średnicy 160 mm. Ewentualne średnice rur lub średnice zastępcze nie przekraczały 500 mm przy krótkich przekroczeniach. Tutaj oba te parametry zostały znacząco przekroczone, ponadto głębokość instalacji i trudne warunki geologiczne, a także obieg zamknięty płuczki były dla nas czymś zupełnie nowym.

Podjęliśmy pewne ryzyko, jednak w mojej ocenie zarządzanie ryzykiem jest czymś, co powinno być świadomą kompetencją osób odpowiedzialnych za podobne projekty. Rozwój polega właśnie na przełamywaniu pewnych barier i odwagi do podejmowania nowych wyzwań. Ryzyko, które się podejmuje, należy odpowiednio zminimalizować poprzez analizy, szkolenia i wsparcie osób i jednostek, które posiadają doświadczanie i wiedzę fachową w zakresie większych projektów HDD.

Choć realizujemy roboty inżynieryjne od ponad 30 lat, realizację pierwszych przekroczeń HDD siłami własnymi rozpoczęliśmy niespełna 3 lata temu. Brak większego doświadczenia w tej dziedzinie zrekompensowaliśmy przygotowaniem merytorycznym (w tym szkoleniami, rozmowami, analizami rynku) oraz selekcją i rekonesansem w zakresie sprzętu. Serwis płuczkowy, raportowanie i bieżąca analiza sytuacji na wiertni ma ogromne znaczenie.

Chcąc pójść krok dalej, warto zaangażować się osobiście w podobne projekty. Wiedza i doświadczenie, które nabywa się po takim przedsięwzięciu, jest bezcennym potencjałem, który powinien się przełożyć na stworzenie bazy danych zawierających zarówno wskaźniki finansowe, jak i praktyczne, które pomogą przy programowaniu i budżetowaniu kolejnych podobnych realizacji.

Działamy w sektorze przewiertów HDD od 2018 r. Cieszymy się, że wraz z polską branżą bezwykopową możemy rozwijać się w tym zakresie – coraz częściej pojawia się możliwość realizacji takich inwestycji, są one również coraz bardziej ambitne. Liczymy, że ten wzrost będzie coraz bardziej dynamiczny pomimo sytuacji związanej z pandemią.