Budowa metra w Sydney okiem geotechnika - wyjaśnia inżynier Robert Dawidowicz

O wyzwaniach geotechnicznych przy budowie metra w Sydney opowiada Robert Dawidowicz, starszy inżynier geotechnik w firmie Jacobs Australia. Studiował na Politechnice Poznańskiej na Wydziale Budownictwa, jest absolwentem University of Technology Sydney w specjalizacji Inżynieria Lądowa oraz Geotechnika. Posiada duże doświadczenie w badaniach i analizie parametrów geotechnicznych gruntów oraz technologii BIM w geotechnice.

Historia budowy metra w Sydney

Dodatkowe ambitne założenia rozbudowy podziemnej nie zostały wówczas zrealizowane. Następna linia łącząca CBD z popularna turystyczną dzielnica Bondi Junction została wybudowana pod koniec lat 70-tych, a 20 lat później za pomocą partnerstwa prywatno - publicznego wybudowano połączenie ze stacji Central do portu lotniczego w Mascot nazwanego „Airport Link”.

Wszystkie odcinki sydnejskiej kolei podziemnej wybudowane w poprzednim stuleciu są integralną częścią kolei miejskiej i z nowoczesnym metrem nie mają dużo wspólnego. Dopiero na początku XXI wieku podjęto decyzje o budowie nowoczesnego metra spełniającego wymogi dynamicznie rozwijającej się metropolii liczącej 5 milionów mieszkańców.

Sydney Metro jest największym przedsięwzięciem transportowym w historii Australii. Do końca 2030 roku projekt zakłada wybudowanie 4 linii metra o długości 113 km i 46 stacji. Pierwsza linia metra North West Line została ukończona i oddana do użytku w 2019 roku.

W chwili obecnej trwa budowa trzech pozostałych linii City-South West, West oraz Western Sydney Airport. Jest to najbardziej zaawansowana technologicznie kolej, całkowicie zautomatyzowana i sterowana zdalnie, pociąg nie wymaga operatora. Mieszkańcy Sydney diametralnie odczują poprawę jakość komunikacji, gdy metro zostanie całkowicie ukończone, każda z linii będzie w stanie obsługiwać 40 000 pasażerów na godzinę z częstotliwością 30 pociągów na godzinę. Dla porównania każda linia aktualnej kolei miejskiej może przewieźć maksymalnie 24 000 pasażerów na godzinę.

Plan stacji oraz linii metra w Sydney.

Obecnie budowane linie nowego metra są usadowione na głębokości 25-40 metrów, co wymaga zastosowania technologii drążenia tuneli TBM. Warto tutaj wspomnieć, że połączenie północnej części miasta North Sydney z CBD wymagało wydrążenia tunelu o długości 960 metrów pod wodami Sydney Harbour. Do tego celu została wybrana maszyna Herrenknecht typu Mixshield. Technologia ta, wbrew nazwie, nie pozwala na zmianę trybu operowania tarczy z zamkniętego na otwarty. Operuje zawsze w trybie tarczy zamkniętej zawiesinowej, za to z usprawnionym mechanizmem dostosowania ciśnienia w komorze urobkowej TBM do ciśnienia panującego na zewnątrz w drążonej skale.

Schemat przedstawiający głębokość posadowienia głównych tuneli w Sydney.

Każda duża inwestycja ma swoje wyzwania zarówno z punktu widzenia projektanta, jak i wykonawcy. W przypadku budowli podziemnych bardzo istotnym czynnikiem jest prawidłowe rozpoznanie budowy geologicznej i warunków hydrogeologicznych, dlatego rola inżyniera geotechnika jest bardzo istotna.

Przeglądając mapy geologiczne Sydney można by powiedzieć, że warunki gruntowe sprzyjają budowie tuneli w tym mieście. Jest to w pewnym sensie prawda, aczkolwiek na inżynierów czekają wyzwania natury geologicznej, jak również wynikające z infrastruktury naziemnej. Formacja geologiczna Sydney Basin rozciąga się na powierzchni 64000 km², z czego 28 000 km² pod wodami Oceanu Spokojnego, większa część aglomeracji jest posadowiona na uformowanym w okresie Triasu piaskowcu i formacjach ilastych (Wianamatta, Mittagong, Hawkesbury i Narrabeen).

Piaskowiec Hawkesbury jest zdecydowanie dominującą skałą przypowierzniową w obrębię Sydney, w przeważającym stopniu poziomo uwarstwiony, a jego miąższość sięga 300 metrów. Charakteryzuje się on bardzo dobrymi parametrami mechanicznymi, aczkolwiek kombinacja wysokich poziomych pierwotnych stanów naprężeń i poziomo uwarstwionej skały o różnej sztywność może powodować powstawanie lokalnych powierzchni o podwyższonym naprężeniu w masie skalnej. Jest również dość powszechne występowanie strukturalnych komponentów geologicznych, takich jak dajki, stref ścinania, uskoków, warstwowania skał czy ciosów. Wszystkie te czynniki mają wpływ na zachowanie skały podczas wydrążenia tunelu.

Profil geologiczny przedstawiający uskoki przy budowanej stacji North Strathfield.

Kolejnym wyzwaniem dla inżynierów jest drążenie tunelu pod paleokorytem. Zalegające w nich głębokie aluwialne grunty spoiste lub ściśliwe podlegają odwodnieniu na skutek obniżenia zwierciadła wód gruntowych. Bezpośrednim skutkiem drenażu wód gruntowych jest konsolidacja gruntu, a okres osiadania zależy od szybkości rozpraszania ciśnienia porowego oraz pełzania zależnego od rodzaju gruntu.

Osiadanie krótkoterminowe spowodowane przejściem tarczy nie stanowi większego problemu z racji, iż tunel jest posadowiony dość głęboko w twardej skale, a pustka wynikająca z nieco większej średnicy tarczy niż segmentów betonowych obudowy jest wypełniana zaczynem cementowym przez ogon tarczy, więc zaraz za przodkiem.

Profil geologiczny przedstawiający paleokoryto i dajkę przy budowanej stacji The Bays.

Problem osiadania gruntów przy budowie metra jest szczególnie dokładnie analizowany, ponieważ jego skutki mogą spowodować poważne konsekwencje finansowe i społeczne. Często w obrębie realizowanej inwestycji zlokalizowane są prestiżowe budowle lub osiedla mieszkaniowe, dlatego nakłady na stabilizacje aluwialnych gruntów w obrębie paleokoryt są bardzo wysokie.

Autor: Robert Dawidowicz