Tunel drogowy w ciągu drogi ekspresowej S2 na odcinku Południowej Obwodnicy Warszawy

Tunel drogowy POW. Nawa – stan docelowy

Postępowanie przetargowe rozpoczęto w 2013 r., a umowa z głównym wykonawcą, włoską firmą Astaldi, została podpisana w grudniu 2015 r. Inwestycja była realizowana w formule „projektuj i buduj”. W grudniu 2017 r. uzyskano decyzję ZRID dla projektowanego odcinka drogi. Za opracowanie kompleksowej dokumentacji odpowiedzialne było biuro projektowe Transprojekt-Warszawa Sp. z o.o.

Wizualizacja przebiegu tunelu

Tunel był wykonywany w ramach zadania obejmującego realizację odcinka Południowej Obwodnicy Warszawy (POW) od węzła Puławska (bez węzła) do węzła Przyczółkowa (bez węzła) o długości 4,6 km. W ramach jednego postępowania przetargowego zostały zawarte trzy oddzielne kontrakty na realizację zadań obejmujące wykonanie trzech odcinków POW. Odcinki B i C zostały udostępnione do ruchu w grudniu 2020 r. Cała POW liczy około 34 km i jest kluczowym elementem ekspresowej obwodnicy Warszawy, łącząc zachodni i wschodni odcinek autostrady A2 z drogami ekspresowymi doprowadzającymi ruch samochodowy do aglomeracji warszawskiej: S7, S8, S17. Zrealizowany odcinek drogi usprawnił również ruch wewnątrzaglomeracyjny w południowej części Warszawy. Prognozowane na etapie projektowania natężenie ruchu w tunelu na rok 2035 dochodzi do 4800 pojazdów na godzinę w jednym kierunku. W pierwszym miesiącu po oddaniu do ruchu przez tunel przejechało około 1,2 mln pojazdów (dane GDDKiA).

Fot. 1. Prace ziemne.                                                 Fot. 2. Płyta stropowa tunelu

Lokalizacja

Tunel drogowy znajduje się na terenie Warszawy, w obrębie dzielnicy Ursynów. Na kierunku wschód-zachód przebiega przez tereny zurbanizowane. Wzdłuż planowanej trasy, w pasie o szerokości około 100 m nie były lokalizowane żadne budynki, natomiast okoliczne tereny zabudowane zostały wielorodzinnymi budynkami mieszkalnymi o wysokości dochodzącej do 16 kondygnacji. Poza układem dróg miejskich teren zarezerwowany na tunel był niezagospodarowany i zajęty był głównie przez prowizoryczne parkingi. W poprzek planowanego tunelu w latach 80. XX wieku wybudowano tunel metra linii M1.

Fot. 3. Wydobywanie gruntu spod płyty stropowej. Fot. 4. Zbrojenie płyty dennej

Fot. 5. Pustka technologiczna

Tunel drogowy POW. Warunki gruntowe

Bezpośrednio pod powierzchnią terenu występują głównie grunty antropogeniczne piaszczysto-gliniaste, z domieszkami gruzu. Pod nasypami występują piaszczyste osady wodnolodowcowe wykształcone w postaci piasków. Poniżej nawiercono pakiet gruntów spoistych w postaci glin zwałowych i piasków gliniastych. Od wschodu wysoczyznę polodowcową ogranicza wysoka krawędź, tzw. skarpa warszawska opadająca stromo do poziomu tarasu nadzalewowego Wisły.

W podłożu stwierdzono występowanie dwóch poziomów zawieszonych wód podziemnych oraz poziomu zasadniczego. Pierwszy poziom zawieszony wód podziemnych jest nieciągły i posiada charakter okresowy. Drugi stały poziom zawieszony stwierdzono na całej długości tunelu na głębokości od 7 do 12 m p.p.t. Poziom zasadniczy wód podziemnych występuje pod warstwą glin zwałowych w postaci lustra wody o charakterze naporowym. Lustro wody nawiercono tu na głębokości od 13 do 20 m p.p.t. Porównując otwory archiwalne, poziomy wód podziemnych wykazują dużą okresową zmienność.

Fot. 6. Nawa ruchowa w kierunku zachodnim – stan surowy.  Fot. 7. Zachodnia stacja wentylatorów

Fot. 8. Tunel drogowy POW. Główne wentylatory

Konstrukcja tunelu

Tunel był wykonywany metodą podstropową, polegającą na kolejnym wykonaniu ścian konstrukcyjnych tunelu (ściany szczelinowe), płyty stropowej na gruncie oraz usunięciu gruntu między ścianami do poziomu spodu dolnej warstwy konstrukcyjnej drogi. W przekroju poprzecznym tunel składa się z trzech naw, a całkowita szerokość szlakowa konstrukcji to 41,2 m (na odcinku zatok awaryjnych szerokość konstrukcji dochodzi do 50 m). Każdy z kierunków ruchu znajduje się w oddzielnej nawie o szerokości w świetle 17,0 m. W środku, pomiędzy nawami głównymi, zlokalizowana jest nawa technologiczna z kanałami wentylacyjnymi. Konstrukcję nośną tunelu stanowi rama żelbetowa, składająca się ze ścian szczelinowych połączonych monolitycznie z żelbetowym ryglem płytowym. Prowadzenie wysokościowe niwelety tunelu było uwarunkowane koniecznością przeprowadzenia drogi ekspresowej pod tunelem metra linii M1. Konstrukcja tunelu drogowego została zoptymalizowana w dostosowaniu do:

• zagłębienia poniżej poziomu terenu,
• poziomu wód gruntowych.

Po uwzględnieniu tych czynników można wyróżnić trzy podstawowe typy (sekcje) konstrukcji. Roboty prowadzono w suchym wykopie po obniżeniu poziomu wód podziemnych. Założono obniżenie zasadniczego poziomu wód gruntowych o 8 m, a wydajność systemu na 300 l/s. W trakcie prowadzenia robót pompowano maksymalnie do 250 l/s.

Rys. 1. Trzy podstawowe typy konstrukcji tunelu

Sekcja 4: odcinek bez płyty dennej z pojedynczym stropem, naziom warstwą gruntu o miąższości od 1 do 3 m.   Przekrój zastosowany na odcinku prowadzenia niwelety jezdni w tunelu powyżej poziomu wód gruntowych.
Sekcja 3: odcinek z płytą denną z pojedynczym stropem.   Przekrój zastosowany na odcinku prowadzenia niwelety jezdni w tunelu poniżej poziomu wód gruntowych oraz małego zagłębienia jej poniżej poziomu terenu.
Sekcja 1 i 2: odcinek z płytą denną z podwójnym stropem (pomiędzy stropami pozostaje pusta przestrzeń).   Przekrój zastosowany na odcinku prowadzenia niwelety jezdni w tunelu poniżej poziomu wód gruntowych oraz znacznego zagłębienia jej poniżej poziomu terenu.

Wyposażenie terenu

Tunel drogowy POW jest wyposażony w wiele urządzeń, systemów i instalacji technicznych zapewniających jego prawidłową i bezpieczną eksploatację. Wymienić można następujące systemy:

• zasilania podstawowego i awaryjnego,
• oświetlenia podstawowego, awaryjnego i ewakuacyjnego,
• wentylacji,
• pomiaru jakości powietrza,
• wykrywania i sygnalizacji pożaru,
• punktów alarmowych,
• komunikacji radiowej służb ratowniczych,
• telefonii GSM,
• hydrantów przeciwpożarowych,
• odwodnienia dla odprowadzenia wód pożarowych, technologicznych i drenażowych,
• przejść ewakuacyjnych,
• przesyłu danych,
• zarządzania ruchem,
• monitoringu wizyjnego wyposażonego w kamery z automatyczną detekcją zdarzeń,
• odladzania nawierzchni drogowej na dojazdach.

Są to złożone systemy, które nie były dotychczas w tej ilości stosowane przy realizacji tuneli drogowych w kraju. Szczególnie wart przybliżenia jest system wentylacji tunelu, który według opinii m.in. Państwowej Straży Pożarnej jest najbardziej złożonym z dotychczas zrealizowanych systemów wentylacji w kraju.

Zaprojektowano system wentylacji poprzecznej uzupełniony wentylatorami strumieniowymi umieszczonymi pod stropem tunelu. W systemie zastosowano oddzielne kanały wentylacyjne wzdłuż całego tunelu zlokalizowane w środkowej jego części. Świeże powietrze będzie dostarczane do naw tunelu przez otwory zlokalizowane w dolnej części ścian środkowych. Powietrze zużyte będzie odprowadzane spod stropu przez otwory zlokalizowane w obniżeniach stropu. W otworach zabudowane będą klapy systemu wentylacji pożarowej. Rozstaw otworów nawiewnych oraz wywiewnych wynosi 50 m. W celu uniknięcia zjawiska odciągania świeżego powietrza lokalizacja klap odciągowych i nawiewnych jest przesunięta względem siebie o 25 m. System klap nawiewnych i odciągowych będzie sterowany zdalnie z centrum zarządzania tunelem.

W rejonie obydwu portali wjazdowych, na powierzchni terenu nad tunelem zlokalizowane zostały budynki mieszczące stacje wentylatorów. Były one posadowione bezpośrednio na płycie stropowej tunelu. Zużyte powietrze odprowadzane będzie przez wyrzutnie wyniesione 15 m ponad teren przyległy. W budynkach zlokalizowano również czerpnie świeżego powietrza oraz inne urządzenia niezbędne do funkcjonowania tunelu (stacje trafo, agregaty itd.).

System wentylacji pełni funkcje wentylacji bytowej i pożarowej. Jeżeli zaistnieje sytuacja przekroczenia dopuszczalnych limitów zanieczyszczeń, system wentylacji zostanie uruchomiony automatycznie w celu zapewnienia odpowiedniego rozcieńczenia zanieczyszczeń w powietrzu i utrzymania wymaganej jakości powietrza wewnątrz. W tym trybie powietrze zużyte będzie uwalniane do atmosfery przez stacje wentylatorów wywiewnych poprzez wyrzutnie. Wentylację poprzeczną można stosować odcinkowo lub na całej długości tunelu w zależności od lokalizacji stwierdzenia przekroczonych stężeń zanieczyszczeń.

W sytuacjach awaryjnych system wentylacji tunelu przechodzi w tryb wentylacji pożarowej, zapewniając następujące tryby działania:

• kontrolę prędkości przepływu powietrza wewnątrz tunelu,
• usuwanie dymu z tunelu przez system oddymiania i wentylacyjny kanał wywiewny,
• otwarcie szeregu klap dymowych w strefie zarzewia pożaru w celu uzyskania strefy oddymiania,
• dostarczanie świeżego powietrza poprzez wentylacyjny kanał nawiewny i szereg klap nawiewnych,
• wspomaganie działań ratowniczo-gaśniczych,
• wytworzenie nadciśnienia w nawie nieobjętej pożarem służącej jako nawa ewakuacyjna w celu przeciwdziałania przedostawaniu się dymu do jej wnętrza.

Należy podkreślić, że system wentylacji został zwymiarowany w taki sposób, aby zapewnić bezpieczne warunki w tunelu w każdym ze scenariuszy pożarowych, zakładana moc pożaru to 100 MW oraz ilość powstałego dymu i gazów pożarowych na poziomie 200 m³/s. Kierując się wytycznymi technicznymi oraz uznaną praktyką inżynierską, w trakcie procesu projektowania zwiększono wydajność systemu wyciągowego do 400 m³/s. Przyjęcie takiej wydajności systemu uwzględnia rezerwę na ewentualne awarie wentylatorów lub ich planowe wyłączenie w celach prac konserwatorskich.

Założenia projektowe zostały potwierdzone w trakcie licznych testów wykonywanych na etapie kalibracji systemu i oddawania tunelu do użytkowania.

Centrum zarządzania tunelem i system zarządzania ruchem

Na powierzchni terenu w rejonie portalu zachodniego zlokalizowany został budynek Centrum Zarządzania Tunelem (CZT). Budynek umożliwia zdalne sterowanie wszystkimi systemami wyposażenia tunelu oraz jest miejscem pracy dla służb jego utrzymania. Został wyposażony w system zarządzania ruchem składający się z modułów: detekcji, nadzoru i sterowania ruchem zarówno w obrębie samego tunelu, jak i na obszarze oddziaływania tunelu. Obszar ten został zdefiniowany na odległość do 50 km od tunelu. Związane jest to z wyznaczeniem trasy objazdowej wzdłuż drogi krajowej DK 50. Organizacja ruchu została zaprojektowana jako uruchamiana zdalnie przez 68 modułów wdrożeniowych ze znakami zmiennej treści. W obrębie miasta zaprojektowano również koordynację kilkunastu sygnalizacji świetlnych, dając priorytet przejazdu wzdłuż objazdu lokalnego. Całość tego systemu jest sterowana z CZT. Dodatkowo zostanie on połączony z miejskim systemem sterowania ruchem oraz wdrażanym obecnie przez GDDKiA Krajowym Systemem Sterowania Ruchem, którego centralna dyspozytornia będzie ulokowana w budynku CZT. W ten sposób zostanie stworzony spójny system pozwalający na efektywne sterowanie ruchem w obszarze warszawskiego węzła drogowego. Jego newralgicznym elementem będzie tunel drogowy POW i od jego przejezdności będzie zależała płynność ruchu na głównych ciągach komunikacyjnych w dużej części województwa mazowieckiego.

Fot. 9. Budynek Centrum Zarządzania Tunelem

Fot. 10. SCADA – system zarządzania ruchm

Szczególne uwarunkowania wynikające z lokalizacji tunelu w obszarze miejskim

Szczególną kolizją występującą na trasie projektowanego tunelu była konieczność wykonania skrzyżowania z tunelem warszawskiego metra linii M1.

Podstawowym warunkiem wykonania tunelu drogowego było zachowanie ciągłości ruchu pociągów metra przez cały czas realizacji robót. Miasto nie dopuszczało możliwości nawet okresowego wstrzymania bądź ograniczenia ruchu w tunelu.

Projektanci i budowniczowie metra na początku lat 80. XX wieku uwzględnili przeprowadzenie pod nim w przyszłości tunelu drogowego. Konstrukcja tunelu była projektowana przy założeniu wykonania dwunawowego tunelu autostrady E8 o dwóch pasach ruchu. W tym celu wykonano dwa segmenty tunelu metra jako wzmocnione. Zakładano wówczas, że konstrukcja tunelu metra oparta będzie bezpośrednio na ścianach dwunawowego tunelu drogowego o rozstawie w świetle 15,6 m. Tunel metra dostosowano do takich założeń. Segmenty wzmocniono przez wykonanie ich na długości 75,36 m jako żelbetowe, monolityczne skrzynie o ścianach zewnętrznych grubości 2,0 m (dla porównania sąsiednie segmenty były wykonane z prefabrykatów o grubości ściany 70 cm). Segmenty rozdzielono skośną dylatacją pionową dostosowaną do przewidywanej osi tunelu drogowego i lokalizacji jego ściany środkowej. Długość i masę segmentów dobrano przy założeniu ich jednostronnego podkopania i pracy jako wsporników. Głębokość posadowienia tunelu metra na tym odcinku wynosi około 9,5 m p.p.t., a nadkład gruntu wynosi blisko 3,0 m.

Obecnie lokalizacja osi trasy POW została przesunięta o około 3,6 m na południe w stosunku do założeń pierwotnych. Dodatkowo znacznemu zwiększeniu uległa szerokość projektowanej trasy. W związku ze zmianą warunków brzegowych projektanci zaproponowali modyfikację pierwotnych założeń i wzmocnienie istniejącej konstrukcji przez wykonanie „podziemnego wiaduktu” z belek transferowych opartych na ścianach szczelinowych. Belki transferowe zespolone z istniejącą konstrukcją tunelu metra stworzyły strukturę, która umożliwiła wykonanie szerszego tunelu drogowego przy zachowaniu reżimów użytkowych postawionych przez Metro Warszawskie. Biorąc pod uwagę rolę metra w systemie komunikacyjnym miasta i ewentualne konsekwencje zaburzeń w jego funkcjonowaniu, nowa propozycja rozwiązania wymagała przeprowadzenia dodatkowych niezależnych analiz. Trzy ekspertyzy zostały wykonane przez ITB, Wydział Inżynierii Lądowej PW i Politechnikę Turyńską. Wyniki analiz potwierdziły założenia projektantów i sposób wzmocnienia został zaakceptowany.

Rys. 2. Etapy realizacji segmentu tunelu drogowego na kolizji z metrem

Odkopanie tunelu metra
Wykonywanie pierwszych segmentów belek     transwerowych
Wykonywanie kolejnych segmentów belek transwerowych
Podkopanie tunelu metra
Wykonanie płyty dennej tunelu drogowego

Realizacja segmentu tunelu drogowego na przecięciu z metrem została rozpisana na kilkanaście etapów w celu zapewnienia maksymalnej pewności zachowania stabilności wzmacnianej i podkopywanej konstrukcji na każdym z kolejnych etapów. Przyjęto założenie wykonywania małych kroków. W trakcie prowadzenia prac budowlanych prowadzony był ciągły, automatyczny monitoring przemieszczeń zarówno tunelu metra, torowiska metra, okolicznych budynków, jak i wykonanych elementów tunelu drogowego. W trakcie prowadzenia prac zaobserwowano, że przyjęte założenia były zbyt rygorystyczne i asekuracyjne. Pomierzone przemieszczenia torowiska nie osiągnęły dopuszczonych przez Metro Warszawskie wartości.

Fot. 11. Betonowanie płyty pod metrem

Poza kolizją z tunelem metra w celu realizacji tunelu usuniętych zostało kilkadziesiąt kolizji z siecią uzbrojenia terenu. W miejscu budowanego tunelu zlokalizowana była miejska sieć uzbrojenia terenu: telekomunikacyjna, ciepłownicza, kanalizacyjna sanitarna, kanalizacyjna odwodnienia ulic, elektroenergetyczna, gazowa, wodociągowa, oświetlenie uliczne, sygnalizacje drogowe. Cała sieć kolidująca z budową tunelu została przebudowana w ramach inwestycji. Oprócz liczby kolizji problemem, z jakim zmierzył się wykonawca i projektant, była ciągła zmiana liczby tych kolizji. Między przygotowaniem i uzgodnieniem projektów, uzyskaniem decyzji ZRID a rozpoczęciem prac gestorzy zdążyli ułożyć w terenie kilkanaście nowych sieci.

Fot. 12. Tunel drogowy POW. Widok na dojazd

Podsumowanie

Budowa tunelu w ciągu POW stanowi najbardziej złożoną zarówno technicznie, jak i formalnie realizację infrastrukturalną w kraju. Wiele z przyjętych rozwiązań nie miało wcześniej precedensu w Polsce. Opracowanie tak złożonej dokumentacji i jej późniejsze wdrożenie na budowie jest wynikiem ścisłej współpracy projektanta z wykonawcą od początku procesu projektowania aż do oddania obiektu do eksploatacji. Poza personelem Transprojektu-Warszawa w proces ten zaangażowani byli projektanci oraz specjaliści różnych dziedzin z innych firm projektowych, m.in. MDR-Projekt, Archi 5, Elkab, Imgeco (Włochy). Na podstawie zebranych doświadczeń należy stwierdzić, że przy projektowaniu tuneli na terenach zurbanizowanych większym problemem niż samo rozwiązanie zagadnień konstrukcyjno-gruntowych jest takie zaplanowanie inwestycji, aby jej realizacja nie wywołała nieakceptowalnych utrudnień na etapie realizacji oraz zapewniała w czasie eksploatacji bezpieczeństwo zarówno uczestnikom ruchu, jak i okolicznym mieszkańcom. W najbliższych latach należy się spodziewać znacznego wzrostu liczby inwestycji tunelowych, liczymy więc, że doświadczenia zdobyte przy projekcie ursynowskim będą mogły być wykorzystane ponownie.

mgr inż. Maciej Kieniewicz główny projektant tunelu Transprojekt-Warszawa Sp. z o.o.

Fot. autor, rys. archiwum Transprojekt-Warszawa

Polecamy:

>>> Wentylacja w tunelach drogowych a bezpieczeństwo

>>> Zasilanie energią elektryczną tuneli

>>> Tunel Południowej Obwodnicy Warszawy. FILM