Inżynier budownictwa nadzorujący czy projektujący rusztowania jest osobą, która musi łączyć różne dziedziny wiedzy.
Rusztowania kojarzone są przede wszystkim z branżą budowlaną, pracami renowacyjnymi, dociepleniowymi czy budową nowych obiektów. Takie konstrukcje można spotkać na co dzień, obserwując powstające wokół zabudowania czy ocieplane osiedla. Drugą obszerną grupą zastosowań jest szeroko pojęty przemysł – elektrownie, stocznie, petrochemia. Trochę inną branżą, na pierwszy rzut oka może nie bardzo związaną z rusztowaniami, jest górnictwo. Zaprezentowane zostaną konstrukcje rusztowaniowe, które miały zastosowanie w kopalniach miedzi, węgla kamiennego i brunatnego oraz soli.
Pierwsze opisywane konstrukcje (rys. 1 i 2) zostały zamontowane w chodnikach kopalni miedzi i służyły m.in. do torkretowania, zabudowy lub przebudowy wyrobiska.
Rys. 1 Rysunek montażowy platformy zastosowanej w kopalni miedzi do torkretowania i zabudowy wyrobiska
Specyfika tych konstrukcji wynikała m.in. z potrzeby transportu pojedynczych – długich – elementów na poziom roboczy, agresywności chemicznej środowiska pracy oraz wymaganego obciążenia roboczego. Pierwszy z tych aspektów dotyczył zwłaszcza elementów w postaci dźwigarów kratowych, które musiały zostać wykonane jako dzielone i dopiero w chodniku łączone w całość za pośrednictwem dodatkowych elementów. Agresywne środowisko (zasolenie) wymusiło z kolei w jednym przypadku na producencie rusztowań absolutny zakaz stosowania jakichkolwiek elementów aluminiowych (nawet części złącznych w postaci nitów), w wyniku czego zaistniała potrzeba skonstruowania pionu komunikacyjnego wykonanego z komponentów stalowych. Dodatkowo, ze względu na problematyczne środowisko robocze, elementy ocynkowane ogniowo musiały mieć o 50% grubszą warstwę antykorozyjną. Konieczność przeniesienia obciążenia od maszyny kotwiącej wymusiła natomiast zastosowanie pól o mniejszych długościach, co jednocześnie rozwiązało problem z transportem pozostałych elementów.
Rys. 2 Konstrukcja z rusztowania modułowego zastosowana w kopalni miedzi do przebudowy wyrobiska (ociosu i stropu)
Kolejnymi przykładami wykorzystania rusztowań w branży związanej z górnictwem, tym razem dotyczącymi kopalń węgla kamiennego, są konstrukcje zastosowane do renowacji szybu „Prezydent” w Chorzowie (fot. 1) i zaadaptowania go do celów turystycznych oraz konstrukcja użyta przy remoncie taśmociągu węglowego (fot. 2) na terenie Kopalni Węgla Kamiennego „Borynia” w Jastrzębiu-Zdroju.
Wieża szybowa „Prezydent” została wybudowana w 1933 r., a w 1937 r. otrzymała obecną nazwę, całą zaś kopalnię nazwano „Prezydent Mościcki”. Szyb stanowi żelbetową konstrukcję z dwoma kołami linowymi o średnicy 5,5 m. Kopalnia funkcjonowała do 1993 r. Obecnie wieża wyciągowa szybu „Prezydent”, wraz z kompleksem zabudowań „Sztygarka”, znajdują się na Szlaku Zabytków Techniki Województwa Śląskiego. Szyb ma 42 m wysokości, a na poziomie 34 m (pod kołami wyciągowymi, które służyły m.in. do podnoszenia windy z górnikami) znajduje się taras widokowy.
Konstrukcja niezbędna do remontu szybu została wykonana z systemowych rusztowań ramowych, uzupełnionych dodatkowymi elementami w postaci rur i złączy.Rusztowanie o wysokości ok. 40 m służyło głównie do prac związanych z odnowieniem (czyszczenie i malowanie) pionowej konstrukcji szybu. Oprócz ponadstandardowej wysokości dodatkowym utrudnieniem przy montażu, demontażu i eksploatacji było posadowienie na otwartym terenie i wobec tego znaczne obciążenie wiatrem.
KWK „Borynia” (od 1 stycznia 2013 r. KWK „Borynia-Zofiówka-Jastrzębie”) to kopalnia węgla koksującego wchodząca w skład Jastrzębskiej Spółki Węglowej. W kopalni zostało zmontowane rusztowanie wykorzystane do remontu taśmociągu węglowego. Największym wyzwaniem w tej realizacji była czynna linia kolejowa zapewniająca transport urobku węglowego.
Fot. 1 Rusztowania zamontowane przy remoncie konstrukcji szybu „Prezydent” w Chorzowie
Rusztowanie należało wybudować w taki sposób, aby umożliwić prowadzenie w sposób bezpieczny prac remontowych nad torowiskiem, przy zachowaniu odpowiedniej ciągłości dla ruchu pociągów. Konstrukcja rusztowania została wykonana z użyciem typowych elementów rusztowania modułowego i obejmowała rusztowanie robocze o wymiarach w rzucie pomostu 8,1 x 2,2 m i u podstawy 8,1 x 10,28 m; wysokość konstrukcji 23 m. Od wysokości 6,2 m konstrukcja rusztowania została rozszerzona konsolami o szerokości 2 x 0,732 m. Przejście nad przeszkodami na wysokości ok. 6,0 m stanowiła konstrukcja pozioma przewieszenia bramowego z dźwigarów kratowych 6,0 m x 0,45 m, uzupełniona systemowymi pomostami w strefie roboczej. W celu zapewnienia komunikacji pionowej konstrukcję rusztowania wyposażono w pion komunikacyjny zapewniający dostęp do wszystkich pomostów roboczych rusztowania.
Konstrukcja rusztowania przenosiła obciążenia wiatrem od przejeżdżających pociągów z maksymalną prędkością 30 km/h. Maksymalne reakcje w osi podstawek ustawionych na podkładach drewnianych wynosiły 48,9 kN/podporę. Obliczenia wykonano z uwzględnieniem ciężaru własnego konstrukcji rusztowania oraz obciążenia użytkowego – 2 kN/m2. Obciążenie z konstrukcji przekazywane było na podłoże za pośrednictwem 20 podstawek regulowanych, ustawionych na podkładach drewnianych. Podłoże pod rusztowania zostało przygotowane przez kopalnię i uwzględniało ewentualne spadki nośności. W trakcie montażu prowadzono kontrole pionowości stojaków rusztowania. Rusztowania w trakcie eksploatacji były poddawane regularnym przeglądom eksploatacyjnym zgodnie z obowiązującymi przepisami oraz procedurą wewnątrzzakładową.
Fot. 2 Rusztowania zamontowane przy remoncie taśmociągu węglowego w KWK „Borynia-Zofiówka-Jastrzębie”: a) fragment konstrukcji, b) poglądowy rysunek montażowy
Następna konstrukcja rusztowaniowa (rys. 3) została posadowiona na trzecim poziomie (135 m głębokości) Kopalni Soli „Wieliczka” – jednego z najstarszych zakładów górniczych Europy. Od XIII w. do 1772 r., wspólnie z Kopalnią Soli „Bochnia”, wchodziła ona w skład żup krakowskich. W 1976 r. kopalnia wpisana została do krajowego rejestru zabytków, a od 1978 r. znajduje się na liście światowego dziedzictwa kulturowego i przyrodniczego UNESCO. 30 czerwca 1996 r. zaprzestano całkowicie eksploatacji złoża. Dla kopalni charakterystyczna jest sieć podziemnych korytarzy z dwoma tysiącami komór oraz groty kryształowe.
Rusztowanie w kopalni „Wieliczka” zostało zaprojektowane i wykonane w celu zabezpieczenia ociosów komory Teodora Wessla.Sama komora ma wymiary w rzucie ~66,0 x 22,0 m i wysokość w zakresie 11,0−15,0 m i pełni funkcję sanatoryjną. Konstrukcja rusztowania została zaprojektowana z użyciem typowych elementów rusztowania modułowego. Rusztowanie zmontowano w czerwcu 2014 r. i wykorzystywane tam jest do dzisiaj. Konfiguracja zestawów jest modyfikowana pod nadzorem uprawnionych osób do aktualnie wykonywanych robót i zgodnie z bieżącymi potrzebami.
Ostatnie przykłady wykorzystania rusztowań w górnictwie dotyczą kopalni odkrywkowych węgla brunatnego, w których (w przeciwieństwie do podziemnej pracy górniczej) wszelkie prace wydobywcze mają miejsce na powierzchni, a pozyskiwanie surowca odbywa się przez odkrywanie kolejnych warstw. W celu uzyskania dużej ilość urobku wykorzystuje się koparki do prac odkrywkowych. Aby móc zapewnić ciągłe zaopatrzenie elektrowni w węgiel brunatny, należy okresowo remontować/przebudować istniejące mosty wydobywcze oraz koparki. Przykładami takich elektrowni pracujących na węglu brunatnym są: elektrownia Bełchatów w Polsce oraz elektrownia Boxberg wraz z kopalnią odkrywkową Tagebau Reichwalde (zlokalizowane w Niemczech, kilkadziesiąt kilometrów od granicy Polski).
Rys. 3 Konstrukcja z rusztowania modułowego zastosowana w Kopalni Soli „Wieliczka”
W polskim górnictwie wielką rolę odgrywa Kopalnia Węgla Brunatnego „Bełchatów”. Powierzchnia zwałowiska wewnętrznego i wyrobiska eksploatacyjnego pola „Bełchatów” wynosi obecnie ok. 3200 ha. Średnie roczne wydobycie węgla brunatnego w ostatnich latach to ok. 40−42 mln t, co stanowi ponad 60% wydobycia w Polsce. W tej kopalni węgla brunatnego rusztowania są wykorzystywane głównie do prowadzenia prac serwisowych oraz remontów gigantycznych koparek wielonaczyniowych (fot. 3), których długość wynosi ponad 200 m, wysokość − 78 m (co odpowiada mniej więcej 28-piętrowemu budynkowi mieszkalnemu), a waga to ponad 7200 t. Konstrukcje z rusztowań mają zapewnić obsługę zróżnicowanych poziomów dopasowanych do kształtów maszyn. Dotyczyło to zwłaszcza transportu ludzi i sprzętu potrzebnego do modernizacji.
Największym wyzwaniem było umieszczenie pomostów roboczych na wysięgnikach o długości do 200 m. Do wykonania ciągów komunikacyjnych zastosowano podwieszane rusztowanie modułowe montowane przy użyciu dźwigarów kratowych. Stanowiły one elementy konstrukcyjne do budowy wyższych poziomów lub służyły jako podstawa. Stosowano pola rusztowań w zakresie od 0,73 m do 3,07 m i szerokości dopasowanej do wysięgnika koparki. Pomosty z systemowych stalowych pomostów, które należało uzbroić w słupki poręczowe, poręcze ochronne oraz krawężniki na poziomie pomostu umożliwiały bezpieczną pracę ekip remontowych. Prowadzenie prac przy szczególnie niesprzyjających warunkach atmosferycznych należało uwzględnić w zaleceniach projektanta rusztowań oraz doprecyzować w uzgodnieniach z nadzorem z ramienia kopalni.
Fot. 3 Rusztowania modułowe przy remoncie koparek w Kopalni Węgla Brunatnego „Bełchatów”
Rusztowania obecne są także w bieżącej eksploatacji kopalni, przy codziennej pracy koparek. Wtedy bardzo ważnym aspektem jest współpraca z ekipami prac odkrywkowych i eksploatacji złóż węgla. Prace powinny być prowadzone w sposób ciągły, a budowa rusztowań w tle musi zapewniać terminowość, dokładność wykonania oraz brak jakichkolwiek przeszkód w procesie odkrywki i urobku węgla.
Kolejnym przykładem montażu rusztowań na potrzeby prac renowacyjnych koparki węgla kamiennego jest kopalnia Tagebau Reichwalde (fot. 4). Tu z kolei maksymalna wysokość konstrukcji koparki wynosiła 50 m, a długość całkowita 205 m. Dla zapewnienia dostępu do wszystkich elementów stalowych koparki (poza linami stalowymi) łącznie zmontowano ok. 66 000 m3 rusztowania modułowego oraz ułożono ponad 10 000 m2 pomostów. Masa całkowita elementów rusztowań użytych do wykonania zadania wyniosła ok. 740 t. Z rusztowań tych wykonane zostały prace antykorozyjne i malarskie.
Fot. 4 Rusztowania modułowe do prac renowacyjnych koparki na terenie kopalni odkrywkowej Tagebau Reichwalde
Na zakończenie należy podkreślić wagę kompetencji osób pracujących w branży rusztowań na rzecz górnictwa, ich znajomość zarówno budownictwa i branży rusztowań, jak też specyfiki związanej z górnictwem odkrywkowymi głębinowym. Ważną rolę odgrywają szkolenia, m.in. prowadzone przez Polską Izbę Gospodarczą Rusztowań. Inżynier budownictwa nadzorujący czy projektujący rusztowania jest osobą, która musi łączyć różne dziedziny wiedzy, a podnoszenie kompetencji jest drogą do bezpiecznej i nowoczesnej pracy oraz rozwoju gospodarki.
mgr inż. Elżbieta Nowicka-Słowik
dr inż. Piotr Kmiecik
mgr inż. Dariusz Gnot
eksperci Polskiej Izby Gospodarczej Rusztowań
