Zastosowanie włókien stalowych w ostatnich latach staje się coraz bardziej powszechne, a ich zalety doceniły firmy wykonujące zlecenia dla różnych branż – nie tylko dla budownictwa podziemnego. Włókna stalowe w betonach natryskowych są stosowane w celu stabilizacji wyrobisk w tunelach i konstrukcjach podziemnych. Mogą również pełnić funkcję okładziny w tunelach i komorach podziemnych, są wykorzystywane w przypadku prac stabilizacyjnych w kopalniach, a ponadto wykorzystuje się je podczas prac renowacyjnych w zabytkowych budynkach czy w pracach uszczelniających.

Jak podkreślił Arkadiusz Gaczewski, z firmy ArcelorMittal Syców sp. z o.o. podczas II Konferencji „Budownictwo Podziemne”, uniwersalność włókien stalowych w betonach natryskowych sprawia, że w wielu krajach ich stosowanie jako jedynego zbrojenia stało się już standardem. Skąd tak duża popularność tej metody?

Zastosowanie włókna stalowego w betonie natryskowym zamiast tradycyjnego zbrojenia jest przede wszystkim dużo szybsze, łatwiejsze i bezpieczniejsze – nie wymaga montowania tradycyjnego zbrojenia. Po drugie, gwarantuje jednolitą strukturę betonu i oszczędność materiału.

Rodzaje włókien stalowych do betonu natryskowego

Firma ArcelorMittal oferuje dwa podstawowe rodzaje włókien stalowych do betonu natryskowego: FE (flattened) oraz HE (hooked ends) – mówił Arkadiusz Gaczewski. W tym pierwszym przypadku końcówki włókien są płaskie, ich wytrzymałość na rozciąganie wynosi 1200 MPa, średnica wynosi natomiast 0,6 mm, a długość 36 mm. Włókna typu HE posiadają dwa haczyki na końcach. Ich wytrzymałość na rozciąganie jest większa – wynosi bowiem 1200–1900 MPa. Zakres wymiarów średnicy to 0,55–0,75 mm przy długości 35 mm.

Warto dodać, że na rynku dostępne są również włókna klejone, które wykorzystuje się przede wszystkim podczas wykonywania natrysku na mokro.

Od struktury włókien stalowych zależą ich parametry wytrzymałościowe. Im włókna smuklejsze, tym zakres wytrzymałości betonu natryskowego z włóknami stalowymi jest większy – tłumaczył Arkadiusz Gaczewski.

Włókna stalowe jako jedyne zbrojenie obudów tuneli drążonych przez TBM-y

W porównaniu z tradycyjnie zbrojonymi elementami obudów tuneli, te z włóknami stalowymi są dużo bardziej odporne na odpryskiwanie krawędzi (brak konieczności zastosowania otuliny), a dodatkowo charakteryzują się podwyższoną kontrolą zarysowań w porównaniu do siatek/prętów. Elementy tego typu mają też wyższą odporność na uszkodzenia, które mogą wystąpić podczas pracy, transportu czy magazynowania.

Z całego procesu produkcji takich elementów możemy wyłączyć etap prefabrykacji, montażu siatek, koszty zatrudnienia spawaczy czy magazynowania gotowych prefabrykatów. Zastosowanie zbrojenia rozproszonego pozwala również na skrócenie czasu trwania budowy. Dzięki temu użycie włókna stalowego jako zbrojenia obudowy tunelu pozwala na znaczące obniżenie kosztów realizacji inwestycji – tłumaczył Arkadiusz Gaczewski.

Przykłady projektów

Włókna stalowe jako jedyne zbrojenie segmentów obudowy tuneli są stosowane na największych i najbardziej prestiżowych projektach tunelowych na świecie.

Wśród inwestycji zrealizowanych z wykorzystaniem obudów tuneli z włókien stalowych wymienić należy budowę Crossrail London. To jedno z największych przedsięwzięć infrastrukturalnych realizowanych aktualnie w Europie. Zadanie obejmuje m.in. budowę 118 km tras kolei wysokich prędkości oraz 21 km bliźniaczych tuneli. Zakończenie prac zaplanowano na 2022 r.

Specjalnie pod ten projekt stworzone zostało włókno HE++ 90/60. Jest ono zakończone haczykami na końcach. Dwa plusy oznaczają podwyższoną wytrzymałość na rozciąganie, która w tym przypadku wynosi 1900 MPa. Długość włókien wynosi natomiast 60 mm – tłumaczył Arkadiusz Garczewski. W projekcie Crossrail London zastosowane zostały również włókna do betonu natryskowego HE++ 55/35 – dodał.

Firma ArcelorMittal dostarczyła także włókna stalowe, które zostały wykorzystane podczas drążenia przy użyciu maszyn TBM tuneli kolejowych w czeskich Ejpovicach. W ramach tego przedsięwzięcia powstaną dwie nitki tunelu, każdy z nich będzie miał 4,1 km długości. Włókna zastosowane w tym przypadku to HE+ 1/60. Jeden plus oznacza odporność na rozciąganie na poziomie 1500 MPa.

Również przy budowie najbardziej zaawansowanego systemu metra na świecie – Metro Doha zastosowano włókno stalowe do zbrojenia segmentów obudowy. Zostało tam użyte włókno ArcelorMittal HE ++90/60 jak i HE ++75/50. Posłużyło do budowy tuneli Red Line South, Red Line North oraz Golden Line – łącznie około 90 km tuneli.