Awarie linii elektroenergetycznych spowodowane osuwiskami

Awaria linii 110 kV

Przedmiotowa linia 110 kV została wybudowana w latach 40. XX w. (prawdopodobnie 1943 r.) na słupach serii O typu „O” (odporowe) i „P” (przelotowe). W związku z przebudową linii słupy nr 32 i 33 zostały w latach 70. wymienione na nowe. W wyniku uaktywnienia się osuwiska w rejonie słupa nr 39 słup ten został w latach 80. przesunięty i wymieniony na nowy. Linia została wybudowana w standardzie linii dwutorowej. Obecnie zawieszony jest jeden tor oraz jeden przewód odgromowy.

Fot. 1 Zniszczony słup nr 34, obok zniszczona droga

20 maja 2010 r. w wyniku powierzchniowych ruchów masowych o znacznym nasileniu (osuwisko) słup nr 34 przesunął się kilkanaście metrów w dół zbocza i uległ złamaniu (fot. 1), jednocześnie zniszczeniu uległy słupy nr 33, 35 i 36. Zasięg czynnego osuwiska sięgał od stanowiska 33 do stanowiska 36. Zniszczeniu uległy cztery słupy energetyczne oraz 1,3 km linii. Oprócz linii elektroenergetycznej całkowitemu zniszczeniu uległy drogi lokalne i kilka domów. Skalę zjawiska obrazuje fot. 2 pokazująca przemieszczenia mas ziemnych w pobliżu budynku mieszkalnego. Wysokość skarpy i początek osuwiska widać na fot. 3.

Fot. 2 Przemieszczenia mas ziemnych w pobliżu budynku (zasypany wjazd do garażu), zniszczona droga

Fot. 3 Początek osuwiska – skarpa o wysokości do 14 m

Firma Elbud-Projekt Warszawa Sp. z o.o., w okresie czerwiec–lipiec 2010 r., wykonała projekt koncepcyjny odbudowy linii, w okresie sierpień –wrzesień uzgodniła przebieg nowej linii z właścicielami gruntów i wykonała projekt budowlany, od października przystąpiła do opracowania projektów wykonawczych. Na potrzeby projektu koncepcyjnego, a następnie budowlanego wykonano następujące prace:

? przeprowadzono wizje lokalne;

? przez internet uzyskano miejscowy plan zagospodarowania (MPZ) przestrzennego dla gminy, ogłoszony w Dzienniku Urzędowym Województwa w dniu 7 maja 2008 r.;

? w urzędzie gminy uzyskano kartę rejestracyjną osuwiska opracowaną przez Państwowy Instytut Geologiczny w dniu 28 maja 2010 r.;

? wykonano badania geotechniczne (łącznie na potrzeby odbudowy linii wykonano około 470 m.b. odwiertów geotechnicznych o głębokościach 10–16 m).

Uzyskano w ten sposób informację, że osuwisko występujące w rejonie linii ma potencjalną powierzchnię około 15 ha, a aktualna długość jęzora koluwium wynosi 614 m. W gruncie występuje kilka potencjalnych warstw poślizgu, z czego najgłębsza znajduje się 16 m poniżej obecnego poziomu terenu. Kąt nachylenia stoku wynosi 12,5^o. Wysokość skarpy, która uległa oderwaniu, sięga 12–14 m. Zapisy w karcie osuwiska i wyniki badań geotechnicznych jednoznacznie wykluczyły jakąkolwiek możliwość budowy czegokolwiek na obszarze czynnego osuwiska. Linię należało odbudować po nowej trasie.

Rys. 1 Fragment wyrysów z MPZ, obszary zakreskowane trójkątami i linią zygzakową oznaczają osuwiska

Wyrysy z MPZ (rys. 1) podawały lokalizację:

? istniejących osuwisk aktywnych wg wykazu starostwa powiatowego;

? osuwisk i spełzawisk aktywnych oraz osuwisk ustabilizowanych, uaktywniających się w różnym stopniu;

? osuwisk ustabilizowanych oraz obszarów, na których zaznaczają się cechy osuwania czy spełzywania, zagrożone ruchami masowymi.

Koncepcja odbudowy linii (jeden z czterech wariantów, zatwierdzony przez inwestora) zakładała odbudowę linii od stanowiska 32 do 39 (stanowiska 33–36 zniszczone, stanowiska 37–38 zagrożone awarią). Ostateczną wersję projektu budowlanego odbudowy linii od stanowiska 32 do stanowiska 39 opracowano w połowie października 2010 r. Zaprojektowano dziewięć nowych stanowisk słupów, a nowa trasa linii omijała osuwisko i uwzględniała:

? warunki geotechniczne (dla dwóch stanowisk zaszła konieczność fundamentowania specjalnego – pale);

? warunki terenowe (ukształtowanie terenu);

? ominięcie osuwisk sąsiednich;

? ominięcie działek, gdzie właściciele nie wyrazili zgody na lokalizację linii;

? ominięcie zabudowań mieszkalnych i wysokich drzew pojedynczych;

? lokalizację słupów zgodnie z wymaganiami właścicieli działek, którzy wyrazili zgodę na lokalizację linii.

Fot. 4 Słup z początkami zjawisk osuwiskowych

Postępowanie formalnoprawne dotyczące nowo projektowanej linii przeprowadzono w krótkim czasie, korzystając z ustaw i rozporządzeń o szczególnych zasadach odbudowy obiektów budowlanych zniszczonych w wyniku działania żywiołu. Prace budowlane wykonała firma PBE Elbud Warszawa w czasie trzech miesięcy, od listopada 2010 r. do stycznia 2011 r.

Awaria linii 110 kV – podsumowanie i uwagi

1. Linia 110 kV wybudowana w latach 40. XX w. nie ulegała awariom przez ok. 60 lat.

2. Na dwa lata przed awarią opublikowano MPZ z informacją na temat osuwisk. Nie ma jednak skutecznych procedur określających konieczność zabezpieczenia obiektów na  zagrożonych terenach. Kontynuowano nawet budowę nowych domów mieszkalnych.

3. Awaria 20 maja 2010 r. miała charakter gwałtowny – uaktywnienie osuwiska zapoczątkowane oberwaniem się skarpy o wysokości 12–14 m.

4. Odbudowa linii po nowej trasie zrealizowana w ciągu około połowy roku możliwa była dzięki:

– dobrej współpracy pomiędzy właś­cicielem linii, projektantem, organami samorządowymi i organami administracji państwowej, wykonawcą;

– możliwościom stworzonym przez prawo (wpisanie gminy do wykazu gmin dotkniętych powodzią i osuwiskami);

– przyzwoleniu społecznemu (dwumiesięczne negocjacje projektanta z właścicielami gruntów, kilkakrotne korekty trasy linii).

Po każdej katastrofie budowlanej przychodzi pytanie – czy można było tego uniknąć?

Z jednej strony – linia pracowała bez­awaryjnie przeszło 60 lat. Z drugiej strony – przed awarią wykonano opracowania dotyczące osuwisk. Czy autorzy tych opracowań mieli obowiązek skutecznie powiadomić właścicieli obiektów znajdujących się na osuwiskach o zagrożeniu? Czy taki obowiązek spoczywa na organach administracji? Według jakiej procedury należało przebudować linię po nowej trasie przed jej awarią? – standardowe procedury trwają latami.

Rys. 2 Schemat wzmocnienia fundamentów słupa przelotowego w niecce osuwiskowej

Zagrożenia awarią dwóch linii 110 kV

Intensywne opady deszczu, które spadły na południu Polski wiosną 2010 r., spowodowały uruchomienie zjawisk osuwiskowych na siedmiu stanowiskach dwóch linii 110 kV. Linie zostały wybudowane w latach 70. XX w.

W lipcu i sierpniu 2010 r. wykonała została „Ekspertyza i koncepcja techniczna  dotycząca zagrożeń i możliwości zabezpieczenia stanowisk przed przewidywaną awarią”. Na potrzeby tego opracowania wykonano następujące prace:

– przeprowadzono wizje lokalne,

– zasięgnięto informacji w urzędzie gminy,

– wykonano badania geotechniczne obejmujące bezpośrednie sąsiedztwo stanowisk słupów.

Uzyskano w ten sposób informacje, że stanowiska znajdują się w obrębie czynnych osuwisk o warstwach pośliz­gu zlokalizowanych na głębokościach od 2 do 6 m. W bezpośrednim sąsiedztwie słupów znajdowały się liczne ślady pofałdowania terenu o wysokości od kilkunastu do kilkudziesięciu centymetrów, szczeliny o głębokości kilkudziesięciu centymetrów i rozwartości kilku centymetrów. Dwa z analizowanych słupów wykazywały znaczne wychylenie od pionu sięgające 50 cm. W trakcie przeprowadzonej analizy stwierdzono, że cztery stanowiska słupów są zagrożone w wysokim stopniu awarią, a trzy w bardzo wysokim (ze względu na układ warstw poślizgu, ich głębokość i obecne wychylenie słupów). Potencjalna awaria fundamentów słupów spowodowałaby zniszczenia na obu liniach na łącznym odcinku 8,2 km oraz zniszczenie 25 słupów i potencjalne uszkodzenie dalszych 14 słupów. Skutkiem tego byłyby poważne problemy z zapewnieniem dostaw energii na znacznym obszarze jednego z województw w długim czasie.

Inwestorowi zaproponowano dwa warianty wzmocnienia/przebudowy linii:

? wariant A – zmiana trasy linii poza obszar objęty zjawiskami osuwiskowymi;

? wariant B – wzmocnienie istniejących fundamentów za pomocą układu pali lub baret mające na celu przeniesienie sił od zjawisk osuwiskowych.

Jednocześnie stwierdzono, że wariant A w stosunku do wariantu B: jest droższy; wiąże się z koniecznością przebudowy kilkuset metrów linii dla każdego ze stanowisk i zmianą konstrukcji słupów sąsiadujących; wiąże się ze zmianą trasy linii, co z powodu uzgodnień formalnoprawnych jest czasochłonne.

Inwestor zaakceptował koncepcję zabezpieczenia stanowisk słupów według wariantu B.

We wrześniu i październiku 2010 r. został wykonany (Elbud-Projekt  przy współudziale firmy Hydrobudowa-1 ORF Warszawa Sp. z o.o.) projekt budowlano-wykonawczy wzmocnienia fundamentów dla trzech stanowisk najbardziej zagrożonych awarią. Głównym założeniem wzmocnienia fundamentów była zasada nieingerencji w istniejący układ konstrukcji słupów i przewodów i powiązanie istniejących fundamentów z nowo wykonaną konstrukcją przenoszącą obciążenia od koluwiów, przy minimalizacji czasu niezbędnych wyłączeń linii z eksploatacji (bez demontażu przewodów).

Dla każdego ze stanowisk obliczono siły pochodzące od obciążenia koluwiami. Obliczenia wykonano, opierając się na badaniach geotechnicznych i wytycznych norm niemieckich (Normy Polskie nie zawierają takich wytycznych). Uwzględniono również rzeczywiste obciążenia pochodzące od słupa, zawierające kombinacje normowe obciążeń klimatycznych, naciągów pochodzących od przewodów oraz ciężarów konstrukcji i przewodów.

Głównymi elementami nośnymi nowo projektowanych konstrukcji były barety (pojedyncze segmenty ścian szczelinowych) spięte belkami żelbetowymi. Zastosowano barety o wymiarach: długość 220 cm, szerokość 60 lub 80 cm, głębokość od 9 do 10 m. Liczba baret: 4 lub 6 sztuk (w zależności od stanowiska). Barety wykonywano w zawiesinie iłowej.

Schematy powiązania fundamentów istniejących z nowymi (barety i belki żelbetowe) przedstawiono na rys. 2 i 3.

Prace budowlane na trzech najbardziej zagrożonych stanowiskach wykonano w ciągu dwóch miesięcy, w grudniu 2010 r. i styczniu 2011 r.

Projekt i prace budowlane na pozostałych czterech stanowiskach wykonano w czasie czterech miesięcy, od lutego do maja 2011 r.

Rys. 3 Schemat wzmocnienia fundamentów słupa mocnego na skraju osuwiska

Zagrożenia awarią dwóch linii 110 kV – uwagi

Uniknięcie awarii linii było możliwe dzięki:

? właściwemu monitorowaniu stanu linii,

? dobrej współpracy pomiędzy właś­cicielem linii, projektantem i wykonawcą,

? odpowiednim procedurom przewidzianym przez prawo w przypadku zapobiegania awariom obiektów budowlanych.

Podsumowanie

1. Możliwe jest projektowanie linii na terenach osuwiskowych,np. w latach 2003–2005 została zaprojektowana i wybudowana linia 400 kV w południowej Polsce (firma PBE Elbud Warszawa, projektanci: Robert Czyż i Piotr Wojciechowski).

Trasa linii i lokalizacja stanowisk słupów były ściśle określone przez plany zagospodarowania gmin. Na przeszło 180 stanowisk słupów 11 było zlokalizowanych na osuwiskach, a 58 na terenach zalewowych (rzek Wisłok i Wisłoka). Na kilkudziesięciu stanowiskach wykonano fundamenty palowe (mikropale, pale wiercone, pale Franki). Pomimo czynnych osuwisk i licznych powodzi linia pracuje bezawaryjnie.

2. Zapobieganie awariom istniejących linii energetycznych zlokalizowanych na terenach zagrożonych osuwiskami jest możliwe. W tym wypadku konieczne jest monitorowanie sytuacji – przeglądy eksploatacyjne linii oraz pozyskiwanie informacji ogólnodostępnych o osuwiskach. W przypadku nasilenia się zagrożeń konieczne jest wykonanie dokumentacji geotechnicznej oraz ekspertyz lub opinii. Pozwala to na podjęcie z wyprzedzeniem odpowiednich kroków, takich jak wzmocnienie fundamentów lub przebudowa odcinka linii.

3. Główną rolę w całym procesie zapobiegania awariom odgrywa dokumentacja geotechniczna.Do-ś­wiadczony geotechnik jest w stanie określić potencjalne osuwisko już podczas wizji lokalnej (ukształtowanie powierzchni terenu), a na podstawie wierceń jest w stanie wskazać potencjalne powierzchnie poślizgu.

4. Tylko na podstawie właściwie wykonanej dokumentacji geotechnicznej doświadczony inżynier konstruktor jest w stanie zaprojektować fundamenty lub ich wzmocnienie.

5. Jeszcze niedawno w energetyce bagatelizowano konieczność wykonywania rzetelnych badań gruntu. Słupy i przynależne im fundamenty dla gruntu średniego lub słabego były skatalogowane. Świadomość decydentów w tej branży się zmienia. Obecnie fundamenty sprawdza się lub projektuje indywidualnie dla każdego stanowiska, z uwzględnieniem rzeczywistych parametrów gruntu.

mgr inż. Robert Czyż

mgr inż. Piotr Wojciechowski

Literatura

1. Wytyczne niemieckie: Merkblatt über der Einfluss der Hinterfüllung auf Bauwerke, 1994.

2. Sztywność podpór sprężystych – wytyczne IBDiM, Warszawa 1993.

3. A. Krasiński, seminarium Obliczenia statyczne fundamentów palowych, Gdańsk 2004.

Artykuł oparty na referacie przygotowanym na XXV Konferencję „Awarie budowlane” (Szczecin–Międzyzdroje, maj 2011 r.).