Maszyna drążąca tunel, znana jako TBM (ang. Tunnel Boring Machine, fr. tunnelier) lub tunelownica, to specjalistyczne urządzenie służące do budowy tuneli. Tunelownice są wyposażone w wodoszczelne osłony tarczy, głowicy skrawającej oraz tyłu, a średnica tarczy jest każdorazowo dostosowywana do indywidualnych potrzeb, czyli koniecznej szerokości tunelu. Budowa tuneli to zaawansowany proces inżynieryjny, który wymaga zastosowania specjalistycznych narzędzi wiertniczych, pozwalających na sprawne i bezpieczne prowadzenie tych skomplikowanych prac. W Polsce, w ostatnich latach, maszyny TBM odegrały kluczową rolę w realizacji wielu strategicznych projektów infrastrukturalnych, zarówno drogowych, jak i kolejowych, zmieniając krajobraz komunikacyjny kraju.
Wiertnice TBM w Polskich Projektach Infrastrukturalnych
Polska staje się coraz bardziej zaawansowanym placem budowy, gdzie tunelowanie przy użyciu maszyn TBM jest stosowane w kluczowych inwestycjach. Oto przegląd najważniejszych projektów:
Droga ekspresowa S19 Rzeszów Południe - Babica
Jedna z najtrudniejszych technologicznie budów na terenie kraju to odcinek drogi ekspresowej S19 od węzła Rzeszów Południe do Babicy. Pagórkowate ukształtowanie terenu wymusza wykonanie wysokich estakad i tunelu zlokalizowanego do 100 metrów pod powierzchnią terenu. Do wydrążenia tego 2255-metrowego tunelu posłużyła ogromna maszyna TBM, której droga z Hiszpanii na Podkarpacie rozpoczęła się poinformowaniem GDDKiA. Maszyna TBM ma długość 112 metrów, masę 4000 ton, a tarcza wiercąca ma średnicę 15,2 metra. Jest to o 1,7 metra więcej niż średnica maszyny „Wyspiarka”, która wydrążyła tunel w Świnoujściu. Prace przy drążeniu tunelu miały rozpocząć się w 2023 roku. Tunel będzie się składał z dwóch naw połączonych piętnastoma przejściami poprzecznymi, a wiertnica TBM będzie układała obudowę tunelu jednocześnie z drążeniem. Wartość kontraktu wynosi ponad 2,2 mld zł.
Modernizacja linii kolejowej nr 104 (projekt Podłęże-Piekiełko)
Modernizacja linii kolejowej nr 104 (Chabówka - Nowy Sącz) jest częścią projektu Podłęże-Piekiełko, największej inwestycji kolejowej na południu Polski. Ta inwestycja ma połączyć Kraków z Nowym Sączem i Zakopanem, a także Polskę ze Słowacją, czyniąc kolej bezkonkurencyjnym środkiem transportu na południu Małopolski. Projekt o wartości 1,93 mld zł netto obejmuje budowę dwóch tuneli o długości prawie 3,8 km każdy na odcinku D Limanowa - bocznica Klęczany, który jest najdłuższą i najbardziej wymagającą częścią linii.
Dwie maszyny TBM z Chin są kluczowe dla tego projektu. Mniejsza maszyna, która we wrześniu przeszła niezbędne testy w fabryce w chińskim Changsha, a następnie została rozebrana i przygotowana do transportu, przypłynęła do Polski drogą morską z Changsha w Chinach. Jej ładunek składał się z 36 części o wadze około 600 ton. Największa z nich waży 87 ton, a głowica tnąca ma 4,8 metra średnicy i waży 41 ton. Po trwającej około 60 dni morskiej podróży z portu w Szanghaju, rozładunek maszyny w jednym z bałtyckich portów zaplanowano na połowę grudnia. Resztę podróży do Męciny maszyna odbyła w 30 ciężarówkach. Maszyna TBM typu EPB o średnicy 4,8 metra i długości 170 metrów, ma rozpocząć prace wiosną 2025 roku.
W Chinach ukończono już również budowę drugiej, dużo większej, maszyny TBM o średnicy 10,6 metra, dedykowanej dla tego projektu. Ma ona dotrzeć do Polski na przełomie lutego i marca. Obie maszyny TBM, z których pierwsza jest już na miejscu, pozwolą na wydrążenie tuneli o długości blisko 3,8 km w ciągu 10 miesięcy. Po zakończeniu prac powstanie jeden z najdłuższych tuneli kolejowych w Polsce, który skróci podróże pomiędzy Limanową a Nowym Sączem. Docelowo pojadą nim pociągi, które połączą Sądecczyznę z resztą Małopolski - Gdowem, Zakopanem i Krakowem.
Tunel średnicowy w Łodzi
W Łodzi, w ramach kontynuacji prac rozpoczętych budową dworca Łódź Fabryczna, do drążenia tuneli dotarły już dwie maszyny TBM z fabryki w Schwanau w Niemczech. Mniejsza tarcza wydrążyła 4 jednotorowe tunele o średnicy 8,5 metra i łącznej długości około 4,5 km. Większa, około 1560-tonowa maszyna o ponad 13 metrach średnicy i 110 metrach długości, wykonała tunel, który ma około 3 km długości i średnicę 12,7 metra. Duża TBM przeznaczona na tunel w Łodzi była największą, jaka pracowała do tej pory w Polsce. Dzięki budowie tunelu, dworzec Łódź Fabryczna z dworca końcowego stał się dworcem przelotowym, zapewniając szybsze połączenie przez centrum miasta i przyczyniając się do stworzenia efektywnego systemu krajowych połączeń międzyregionalnych obejmujących region środkowej Polski.
Tunel pod Świną w Świnoujściu
Tunel pod Świną, łączący części Świnoujścia położone na wyspach Wolin i Uznam, został wydrążony za pomocą maszyny TBM, która wiosną 2021 roku rozpoczęła prace. Maszyna ta miała największą tarczę spośród wszystkich, jakie kiedykolwiek pracowały w Polsce, o średnicy 13,46 metra - co jest mniej więcej wysokością pięciopiętrowego budynku. Ważyła około 2740 ton i miała długość 101 metrów. Proces drążenia jednorurowego tunelu potrwał około 5 miesięcy, a oficjalne otwarcie nastąpiło w 2022 roku. Tunel ewakuacyjny towarzyszy głównemu tunelowi, zapewniając bezpieczeństwo.
Logistyka i Transport Gigantycznych Maszyn TBM
Transport maszyny TBM (ang. Tunnel Boring Machine) to wyjątkowe przedsięwzięcie pod względem logistycznym i technicznym, przygotowywane od wielu miesięcy przez wyspecjalizowane firmy. Maszyny są rozkładane na części ze względu na ich ogromne gabaryty.
Na przykład, droga ogromnej maszyny TBM z Hiszpanii na Podkarpacie (dla S19) rozpoczęła się od transportu drogą morską i lądową. Największe elementy, takie jak napęd główny i tarcza skrawająca, ruszyły z portu w Santander do Szczecina, a następnie na specjalnych barkach Odrą do Opola. Stąd, transportem drogowym, w trzech konwojach, elementy wyruszyły do Babicy. Konwój, składający się z czternastu zestawów transportowych, ruszył 11 listopada. Do przewozu największych elementów wykorzystano zestawy o bezprecedensowych wymiarach - szerokość 9 m, długość 74 m i waga 500 ton, składające się z ciągnika balastowego ciągnącego zestaw, dwóch wielkich platform i drugiego ciągnika balastowego - pchającego, który zamykał zestaw. Pozostałe transporty miały szerokość od 6 do 8 m i długość 35-40 m. Cały „peleton” liczył około 4,5 km długości, a czas przejazdu w danym punkcie między pierwszym i ostatnim zestawem wynosił około pół godziny. Transport poruszał się z maksymalną prędkością 10 km/h, co oznaczało, że jeden przejazd trwał około 20-25 dni. Ostatni z transportów dotarł na plac budowy najpóźniej z końcem stycznia następnego roku.
Pierwszy transport maszyny TBM dotarł do celu. Przed nami dwa kolejne
Trasa transportu była starannie zaplanowana: autostrada A4, dalej przez węzeł Gliwice Sośnica na A1, następnie S8 w kierunku Warszawy, mostem w ciągu S2 przez Wisłę i na S17 w kierunku Lublina. Stamtąd skierowała się na S19 i w okolicach Rzeszowa na obecną DK19, aby dotrzeć na plac budowy odcinka szlaku Via Carpatia. Wybór trasy nie był przypadkowy - parametry ładunku oraz wytrzymałość konkretnych mostów i wiaduktów były kluczowe dla takiego wyboru. Transport odbywał się wyłącznie w godzinach nocnych, między 22 a 6, z uwagi na gabaryty ładunku i konieczność minimalizowania utrudnień w ruchu.
Podobnie skomplikowany był transport mniejszej maszyny TBM z Chin dla projektu Podłęże-Piekiełko. Ładunek, składający się z 36 części, przypłynął drogą morską, a następnie resztę podróży do Męciny odbył w 30 ciężarówkach. Obecnie wykonawcy kończą uzgadnianie trasy przewozu maszyny z zarządcami dróg, a ze względów bezpieczeństwa szczegóły logistyki nie są podawane do publicznej wiadomości.
Technologia Drążenia Tuneli: Maszyny i Innowacje
Maszyny TBM to bardzo skomplikowane i złożone konstrukcje, które nie tylko drążą tunele, ale również zabezpieczają powstałą konstrukcję i układają jej obudowę.
Zasada Działania Maszyn TBM
Czoło tarczy TBM można porównać do ogromnej golarki - tarcza porusza się ruchem obrotowym, tnąc kolejne warstwy ziemi. Przednia tarcza jest wyposażona w ostrza, noże oraz dyski tnące, wykonane ze stali wysokiej wytrzymałości, potrafiące poradzić sobie z każdym rodzajem podłoża. W przypadku napotkania w gruncie kamieni lub głazików o wymiarach większych niż te, które można odprowadzić na powierzchnię, w urządzeniu instalowana jest kruszarka rozdrabniająca materiał. Maszyny TBM usuwają powstały w wyniku wiercenia gruz, który jest transportowany taśmowo na drugi koniec "kreta", skąd wyjeżdża na powierzchnię, przeważnie wagonikami. Dzięki temu możliwe jest jednoczesne drążenie tunelu i montaż jego obudowy.
Rodzaje Narzędzi Wiertniczych
Wśród podstawowych narzędzi wiertniczych można wymienić powszechnie stosowane maszyny do drążenia tuneli (TBM), które wykorzystują obrotowy tarczowy system tnący. Kolejnym rodzajem narzędzi są wiertnice udarowe, które wykorzystują energię udaru do kruszenia skał, stosowane głównie przy budowie krótkich odcinków tuneli lub w miejscach o trudnej geologii. W przypadku budowy tuneli w gruncie stosuje się również metody drążenia tarczowego, polegające na zastosowaniu specjalnych tarcz tnących, montowanych na obrotowej głowicy wiertniczej, która pozwala na równoczesne usuwanie materiału i montaż obudowy tunelu.
Innowacyjne Rozwiązania i Nowoczesne Technologie
Nowoczesne technologie odgrywają kluczową rolę w procesie drążenia tuneli, skracając czas pracy, zwiększając bezpieczeństwo i minimalizując wpływ na środowisko. Jednym z takich rozwiązań jest system samowiercący GONAR, który pozwala na zdalne kierowanie pracami oraz monitorowanie parametrów pracy maszyny, umożliwiając szybkie reagowanie na zmiany warunków geologicznych. Innym innowacyjnym rozwiązaniem jest zastosowanie technologii 3D w planowaniu i projektowaniu tuneli, pozwalającej na dokładne zaplanowanie trasy i konstrukcji. Rosnące zastosowanie robotyki w budowie tuneli, zarówno do drążenia, jak i prowadzenia prac kontrolnych, zwiększa efektywność i ogranicza ryzyko wypadków.
Wyjątkowe Tunele na Świecie (Dla Kontekstu)
Technologia TBM znalazła zastosowanie w wielu imponujących projektach na całym świecie. Rekordową średnicę 19,25 metra osiągnęła tarcza użyta do budowy tunelu „Orłowski” pod rzeką Newą w Petersburgu. Maszyna, której użyto przy budowie centralnego odcinka II linii metra warszawskiego, miała tarczę o średnicy 6,27 metra, długość 97 metrów oraz masę całkowitą 615 ton. Tunel pod Martwą Wisłą w Gdańsku wydrążyła maszyna z tarczą o średnicy 12,6 metra, długości 91 metrów i wadze 2200 ton.
Na arenie międzynarodowej warto wspomnieć o Tunelu Bazowym Gottharda w Alpach Leopontyjskich (południowo-wschodnia Szwajcaria), otwartym w 2016 roku, będącym najdłuższym tunelem kolejowym w Europie (57 km). Podmorski tunel kolejowy Seikan Tunnel (53,8 km), łączący wyspy Hokkaido i Honsiu w Japonii, przez cieśninę Tsugaru, jest najdłuższym tego typu obiektem na świecie. Kanał La Manche (Tunel pod Kanałem Angielskim) łączy Folkestone w Wielkiej Brytanii z Calais we Francji dwoma nitkami w kierunku jazdy oraz nitką serwisową; każda z nich ma około 50 km. Tunel Yulhyeon (50,3 km) w Korei Południowej, otwarty w 2016 roku, jest częścią koreańskiej sieci kolei dużych prędkości.