W wyniku takich działań coraz bardziej powszechne jest korzystanie z alternatywnych metod budowy instalacji podziemnych przy jednoczesnym obserwowanym niższym poziomie kosztów i wyższym poziomie bezpieczeństwa. Kierunkowe przewierty horyzontalne HDD są jedną z nowoczesnych metod, mających zastosowanie w środowisku miejskim przy średnicach rur mniejszych niż 600 mm. Główna zaletą HDD jest możliwość manewrowania trasą przewiertu, omijania istniejących przeszkód i obiektów podziemnych. Przy coraz większej ilości obiektów podziemnych, jakie instaluje się w wysoko uprzemysłowionych miastach, koszty wybudowania nowej infrastruktury, podobnie jak ryzyko uszkodzenia istniejącej, są coraz wyższe. Rozkopywanie głównych ulic, przecinanie tras głównych kanałów i tuneli podziemnych jest coraz kosztowniejsze. Głównym czynnikiem, który wpływa na decyzje podejmowane przez władze lokalne - inwestorów - jest koszt projektu, jednakże coraz większe znaczenie odgrywają też skutki ekologiczno-społeczne, czynniki ryzyka i czynniki techniczne. Podobnie jak przy wielu projektach budowlanych, podstawowa trudność polega na ekonomicznym uzasadnieniu kosztów projektu. Wraz z rozrastaniem się społeczności samorządy muszą w swoim budżecie przewidywać wydatki na rozbudowę infrastruktury. Najpopularniejszą metodą stosowaną przy podziemnych projektach infrastrukturalnych, dzięki prostocie wykonawczej, jest metoda otwartego wykopu. W drugiej kolejności, jeśli z jakiś względów otwarty wykop nie może być zastosowany, wybiera się metodę HDD [5]. Do czynników, które przemawiają za HDD, należą: niska szkodliwość ekologiczna i społeczna, kwestia bezpieczeństwa oraz akceptacja różnych warunków gruntowych. Więcej informacji o czynnikach wyboru metody horyzontalnych wierceń kierunkowych można znaleźć w pracach wymienionych w literaturze [3, 4]. Z badań tych wynika, że możliwe jest wypracowanie optymalnej metody wyboru między HDD a otwartym wykopem. Jest to użyteczne zwłaszcza dla tych, którzy dopiero poznają nową technologię, bo pozwala im to zapoznać się z wszystkimi jej atutami.




Założenia i metodologia badania

Do głównych zadań tego badania należy określenie na podstawie informacji pozyskanych od specjalistów różnic w kosztach pomiędzy opcją HDD i wykopem otwartym, by umożliwić wybór najbardziej optymalnej metody konstrukcyjnej dla danego projektu. Skupiono się przede wszystkim na szczegółowym zbadaniu instalacji rurociągów i przewodów o średnicach w zakresie od 50 do 600 mm. Badanie przeprowadzono wśród 28 wykonawców, doświadczonych zarówno w pracach wiertniczych, jak i w projektach z wykopem otwartym. Przygotowano ankietę, składającą się z siedmiu części ze szczegółowymi pytaniami, a następnie rozprowadzono ją na terenie Stanów Zjednoczonych i Kanady. Dwie pierwsze części zawierały pytania dotyczące działalności komercyjnej wykonawców i informacji teoretycznych o projekcie, takich jak długość, średnica i materiał użyty do instalacji. Trzecia część ankiety polegała na uzyskaniu od wykonawców informacji o typie najczęściej prowadzonych projektów oraz zaznaczeniu na skali od 1 do 10 ważności poszczególnych czynników, które decydują o wycenie kosztów w przetargu i oszacowaniu jego wykonalności. Czwarta część ankiety to procentowe porównanie czynników decydujących o koszcie projektu wykonywanego metodą HDD lub przy otwartym wykopie. W części piątej porównywane są koszty ekologiczne i społeczne prowadzenia projektu w obu wariantach wykonawczych. Przedmiotem szóstej części badania są kryteria decydujące o doborze jednej z metod w przypadku projektu, który mógłby być wykonany każdą z nich. Ostatnia część kwestionariusza miała za zadanie zidentyfikować najważniejsze czynniki, jakie wzięto pod uwagę przy rozważaniu metody HDD lub otwartego wykopu. Respondentów zapytano o kwestię dotyczącą różnic w szacowanych i realnych kosztach, a także obiegowych opinii, które mogłyby wpłynąć na ewentualne odejście od rozwiązania HDD. Część ta zawierała też pytanie o poziom wiedzy wśród inwestorów i inżynierów zaangażowanych w branżę budownictwa podziemnego.

Analiza wykonalności

Wykonawców uczestniczących w ankiecie, poproszono o określenie na skali od 1 do 10 najważniejszych czynników wpływających na ocenę projektu podziemnego (10 - najważniejsze, 1 - najmniej istotne.) Wyniki zaprezentowano w tab. 1, w kolejności od najważniejszych do najmniej ważnych. Wynika z niej, że najistotniejszym czynnikiem przy dokonywaniu ewentualnego wyboru jest dotychczasowe doświadczenie wykonawcy. Podobnie jak przy każdym projekcie budownictwa podziemnego, doświadczenia wykonawcze są jednym z głównych kryteriów decydujących o jego technicznym i finansowym sukcesie [1]. Razem ze zdobywaniem doświadczeń przy operowaniu maszyną wiertniczą lub koparką w różnych warunkach wzrasta produktywność pracy, a maleje ryzyko wystąpienia sytuacji awaryjnych. Wśród ważnych czynników, wpływających na wybór metody, respondenci wymieniali też warunki gruntowe - im więcej informacji na temat warunków gruntowych było dostępnych, tym większa szansa na zredukowanie cen pojawiających się na przetargach. Pozostałe czynniki, które były wymieniane przez respondentów, ale nie zostały uwzględnione w wynikach badania, to: pora roku, ograniczenia projektowe, lokalizacja urządzenia wiertniczego, miejsce prefabrykacji rurociągu, a także aktualny poziom cen na rynku. Te dodatkowe czynniki pozwoliłyby na przeprowadzenie bardziej szczegółowej analizy, gdyby zostały powszechnie uwzględnione w badaniu. Odpowiedzi dotyczące tych kwestii udzielane były jednak przez niewielu respondentów.




Koszt projektu

W celu określenia kosztu typowego projektu i jego najważniejszych składowych poddano analizie sześć czynników. Tab. 2 przedstawia wyniki badania, dotyczącego czynników wpływających na koszty projektu. Jako najważniejszą zmienną, przesądzającą o kwocie przetargowej, wymieniano metodę konstrukcji. Zaraz na drugim miejscu znalazło się dotychczasowe doświadczenie wykonawcy. Ilość konkurencji wydaje się nie mieć dużego wpływu na końcową wycenę kosztu projektu, co wskazuje na to, że wykonawcy muszą dawać inwestorom konkurencyjne oferty przetargowe. Pozostałe wyniki wykazane przez ankietę, ale nieuwzględnione w całości badania ze względu na rzadkość występowania, to: pory roku, bliskość miejsca realizacji projektu od własnego biura oraz zaangażowana firma projektowa. Czynniki te wspomniane zostały przez zaledwie kilku respondentów i dlatego uznano je za mniej ważne od tych wymienionych w badaniu. Czwarta część badania miała określić typowe koszty budowy instalacji podziemnej. Była to najtrudniejsza część tego badania. Niektórzy z wykonawców twierdzili, że nie jest możliwe porównanie kosztów projektu HDD z otwartym wykopem, z kolei inni udzielali odpowiedzi bardzo precyzyjnych, używając wskaźników procentowych. Porównanie kosztów między HDD a wykopem otwartym znajduje się na rys. 1. Przedstawiony wykres zawiera różne czynniki kosztowe, które wykonawcy uznali za istotne dla oszczędności przy opcji HDD - wskazane dodatnimi procentami. Wartości ujemne wskazują na oszczędności, jakie daje instalacja w otwartym wykopie. Dwie trzecie czynników wymienionych w badaniu zostało zidentyfikowanych jako wpływające na przewagę techniki wiertniczej. Zaskakujące w przedstawionych wynikach jest to, że koszty obsługi sprzętu nie zostały uwzględnione jako oszczędność opcji HDD. Czynnikiem o najwyraźniejszej rozbieżności w odpowiedziach respondentów był właśnie koszt obsługi sprzętu. Niektórzy z odpowiadających twierdzili, że jedynie początkowe ustawienie maszyny wiertniczej jest dużym wydatkiem, inni twierdzili, że utrzymanie sprzętu i dbałość o niego, zwłaszcza w trudnych warunkach, może stanowić o wysokich kosztach opcji HDD. Czas trwania projektu wykonywanego metodą HDD określono jako 16% oszczędność w stosunku do czasu prowadzenia otwartego wykopu. Oszczędności związane ze skróceniem czasu pracy są jeszcze wyraźniejsze w przypadku występowania wód podziemnych lub bardzo nawodnionego gruntu. Dodatkowa przewaga projektu HDD wynosi wtedy 12%. Najbardziej znaczącą oszczędnością, jaką daje HDD, jest koszt przywracania powierzchni do pierwotnego stanu, po zakończonym projekcie. W przypadku występowania chodnika przewagę opcji HDD określono aż na 70%. Zarządzanie placem budowy i koszt wynagrodzeń pracowników fizycznych również dają przewagę HDD, jednak w każdym z przypadków mniejszą niż 10%. Trzy czynniki zostały uznane jako dające kosztową przewagę otwartego wykopu. Średnia odpowiedzi respondentów wskazuje, że wykonawcy wydają zwykle 9% więcej na koszty związane z obsługa sprzętu HDD niż przy otwartym wykopie. Koszty materiałów stosowanych w HDD również uznano jako średnio 3% wyższe niż przy alternatywnym rozwiązaniu. Jeśli chodzi o koszty związane z obsługą inżynierską dla projektu, z badania wynika, że są one podobne przy obu metodach wykonawczych.

Czynniki ekologiczne i aspekty społeczne

W piątej części badania przeanalizowano czynniki związane z wpływem wybranej metody na środowisko oraz na społeczność lokalną. Jego wyniki wykazały, że HDD pozwala osiągnąć znaczącą redukcję czynników szkodzących środowisku (rys. 2). Emisja pyłu przy otwartym wykopie okazała się być trzy razy większa niż przy realizacji HDD. Wymieniono liczne korzyści, wynikające ze stosowania HDD, związane z mniejszymi ograniczeniami w ruchu ulicznym, mniejszej ingerencji w lokalną działalność komercyjną i nieznaczny wpływ na środowisko naturalne. Trzeba też zaznaczyć, że HDD oceniono niżej pod względem usuwania materiałów użytych w projekcie. Spowodowane jest to głównie trudnością w wyznaczeniu odpowiedniego miejsca utylizacji zużytej płuczki wiertniczej. Przy otwartym wykopie po usunięciu zbędnej ziemi z terenu budowy, zagospodarowanie odpadów materiałowych nie stanowi zwykle problemu, zwłaszcza jeśli nie doszło do skażenia gruntu. 
Stopień istotności rozważanych czynników 
Podobne rezultaty jak w części dotyczącej skutków ekologicznych i społecznych, osiągnięto w części szóstej ankiety. Bezpośrednio porównano istotne czynniki brane pod uwagę przy konstrukcji HDD i wykopie otwartym, określając ich ważność na skali od 1 do 10. Wyniki tej ankiety przedstawiono na rys. 3, który wskazuje, jak ważna jest dokładna znajomość warunków gruntowych. Posiadanie odpowiednich informacji o ilości i rodzaju istniejących na obszarze prowadzenia projektu obiektów podziemnych jest równie ważne dla obydwu metod. Jak łatwo zgadnąć, poziom wody gruntowej i warunki pogodowe są znacznie istotniejsze przy pracach w wykopie otwartym. Z drugiej strony przeszkody podziemne, takie jak fragmenty drewna i betonu, stanowią większe utrudnienie przy metodzie HDD. Względy bezpieczeństwa, co zaskakujące, uznano za podobne przy obu opcjach wykonawczych, mimo że HDD wydawałoby się mieć wyższe wskaźniki bezpieczeństwa, a z kolei otwarty wykop wyższą statystykę wypadków.

Potencjalne czynniki ryzyka 
Tab. 3 przedstawia osiem głównych czynników branych pod uwagę przed rozpoczęciem projektu HDD. Wszystkie odpowiedzi podzielono na 13 podkategorii, które później zsumowano. W przybliżeniu 68% respondentów wskazało warunki gruntowe jako najważniejszy czynnik do rozważenia przed zdecydowaniem się na wiercenie kirunkowe. Wynik ten nie jest zaskakujący, ponieważ największe wyzwanie przy projektach HDD stanowią żwir i otoczaki [2]. Kolejny ważny czynnik (wynik 46%) to dostęp do miejsca pracy. Prowadzenie projektu w łatwo dostępnej lokalizacji pozwala ograniczyć czas przeznaczony na obsługę maszyn, mobilizację i utrzymanie sprzętu. Ruch uliczny, który może być też opisany jako czynnik społeczny, również uznano za kwestię wymagającą wzięcia pod uwagę przy wyborze metody. Podobna lista ośmiu najważniejszych czynników dla otwartego wykopu została przedstawiona w tab. 3. Różnice w czynnikach decyzyjnych dla HDD i otwartego wykopu dotyczą lokalizacji obiektów podziemnych i usuwania śladów projektu. Powodem, dla którego występowanie przeszkód podziemnych ma takie znaczenie, jest fakt, że ich dokładna lokalizacja musi być precyzyjnie określona, by móc je skutecznie ominąć. W metodzie HDD, po zidentyfikowaniu obiektu podziemnego, uniknięcie z nim kolizji jest możliwe dzięki precyzyjnemu sterowaniu przebiegiem trajektorii otworu. 61% odpowiadających wskazało warunki gruntowe jako najważniejszy czynnik dla otwartego wykopu, z czego 35% dokładniej określiło, że kwestia ta dotyczy przede wszystkim poziomu wody gruntowej. Jako najbardziej zaskakujący wynik tego badania należy uznać odpowiedzi dotyczące obiektów podziemnych, ponieważ wykonawcy określili ich występowanie jako czynnik istotniejszy przy HDD niż przy wykopie otwartym.

Poziom wiedzy 
W ostatniej części badania respondenci określali poziom wiedzy wśród inżynierów-projektantów i inwestorów zaangażowanych w sektor budownictwa podziemnego. Według badanych poziom wiedzy u inżynierów wynosi średnio 4,8 punktu na 10 możliwych. Tak niski wynik nie jest zaskakujący ze względu na brak edukacji w dziedzinie profesjonalnego budownictwa podziemnego. Średni poziom wiedzy dla inwestora określono 3,9/10.

Wnioski i zalecenia 
Wraz z rozwojem infrastruktury miejskiej dobór właściwej metody konstrukcji o najwyższym współczynniku wykonalności staje się coraz ważniejszy. Rozwiązania konstrukcyjne są wybierane zwykle według najniższej ceny. Jednakże przy wzroście troski o względy społeczne i środowiskowe, dodatkowe czynniki zaczynają być brane pod uwagę. Efekty ekologiczne, społeczne, względy konstrukcyjne i czynniki ryzyka stają się krytyczne dla wykonawców przy podejmowaniu decyzji o metodzie wykonawczej. Ankiety zostały przeprowadzone wśród wykonawców o zróżnicowanym poziomie przychodów, działających na terenie Stanów Zjednoczonych i Kanady. Z zebranych danych stworzono analizę, w której porównano czynniki ryzyka i koszty występujące przy projektach HDD i wykopie otwartym. Zgodnie z trzecią częścią ankiety najważniejszym czynnikiem decydującym o sposobie wykonania danego projektu jest dotychczasowe doświadczenie wykonawcy. Z kolei elementami wpływającymi na przetargową cenę projektu są w kolejności znaczenia: wybór metody wykonawczej, doświadczenie wykonawcy i dokładność szacunków kosztowych. Jeśli chodzi o porównanie kosztów obu metod, to przy dwóch trzecich rozważanych czynników przewagę miało wiercenie HDD. Najbardziej znaczące oszczędności w kosztach zaznaczono w kwestii porządkowania placu budowy po zakończonym projekcie. Największa różnica między obiema alternatywami wykonawczymi dała się zauważyć przy problemie zanieczyszczeń i pyłów generowanych przez prace wykopowe. Przy pytaniu dotyczącym pięciu głównych czynników, wpływających na projekty HDD i otwarty wykop, odpowiedzi firm jako najważniejszą kwestię wskazały złożoność warunków geotechnicznych. Należy z tego wnioskować, że przed wyborem metody wykonawczej konieczne jest przeprowadzenie szczegółowej analizy przedsięwzięcia. Zarówno metoda otwartego wykopu, jak i HDD są skutecznymi sposobami instalacji rurociągów podziemnych, jednak dzięki dokładnemu rozpatrzeniu czynników ryzyka i wykonalności możliwe jest wybranie optymalnej metody dla każdego rozpatrywanego projektu. Autorzy pragną wyrazić wdzięczność firmom wykonawczym, które wzięły udział w badaniu. Ich wkład w ukończenie niniejszego projektu badawczego był nieoceniony. Dodatkowo wyrazy wdzięczności należą się też firmie Vermeer, która sponsorowała jego przeprowadzenie.

LITERATURA:

[1] Allouche, E.N., Ariaratnam, S.T., and Lueke, J.S. (2000). ?Horizontal Directional Drilling: A Profile of an Emerging Underground Construction Industry", Journal of Construction Engineering and Management, Vol. 126, No. 1, pp. 68-76.
[2] Ariaratnam, S.T., Lueke, J.S., and Anderson, E (2004). ?Reducing Risks in Unfavorable Ground Conditions during Horizontal Directional Drilling", Practice Periodical on Structural Design and Construction, Vol. 9, No.3, pp. 164-169.
[3] Knight, M., Duyvestyn, G., and Gelinas, M. (2001). ?Excavation of Surface Installed Pipeline", Journal of Infrastructure System, Vol. 7, No. 3, pp.123-129.
[4] Kramer, S.R. (1992). An Introduction to Trenchless Technology. MacDonald, W.J and Thomson, J.C. (editors). Chapman and Hall, New York, NY, pp 176-181.
[5] Lueke, J.S. and Ariaratnam, S.T. (2005). ?Surface Heave Mechanisms in Horizontal Directional Drilling", Journal of Construction Engineering and Management, Vol. 131, No. 5, pp. 540-547.