|
|
EKSPLOATACJA OBIEKTÓW INŻYNIERSKICH
W WARUNKACH
WYSOKIEGO POZIOMU WÓD GRUNTOWYCH
Tadeusz Strzelecki
Podczas budowy jak również w trakcie eksploatacji różnorodnych obiektów inżynieryjnych zarówno kubaturowych jak i liniowych zazwyczaj napotykamy na mniej lub bardziej negatywne i uciążliwe skutki:
Ze skutkami powyższych zjawisk z całą pewnością spotykają się budowniczowie wielkogabarytowych rurociągów przesyłowych mediów energetycznych.
Praktyka inżynierska zajmująca się odwadnianiem i regulacją poziomu zwierciadła wód gruntowych, likwidacją podtopień lokalnych sprowadzała się na ogół do stosowania kombinacji poziomych ustrojów odwadniających. Wspomagały je przepompownie, melioracje, a więc ustroje, które w istocie swojego działania tylko likwidują lub pomniejszają wyłącznie skutki niekorzystnych zjawisk nie oddziaływując w ogóle w obszarze przyczyn.
Taki kierunek działań również w dziedzinie techniki nie przynosi perpektywicznie dobrych rezultatów.
Powinno to zastymulować poszukiwania rozwiązań w innych obszarach wykorzystując siły natury na przykład przemieszczanie nadmiaru wysokiego stanu wód gruntowych w głąb zrębu gruntowego przy wydatnej "pomocy" grawitacji.
Takim nowym a właściwie zupełnie zapomnianym obszarem są drenaże pionowe wykorzystujące w charakterze "napędu" siły ciążenia - grawitację.
Układy zbudowane z takich ustrojów w postaci studni chłonnych mają charakter otwarty a ich konfiguracje pozwalają kształtować struktury liniowe, krzywoliniowe, symetryczne i asymetryczne względem zarówno ochranianych obiektów jak i "obciążeń" wysokim stanem wód gruntowych oraz niekiedy zbyt niską retencją w obrębie z reguły warstw czwartorzędowych.
Dotychczasowe próby skłaniają do wniosków o poważnych i szerokich możliwościach wykorzystywania studni chłonnych w wersji "zbrojonej" lub "bosej" dla lokalnego:
Zrealizowany przykład takiej instalacji do osuszania i likwidacji przecieków przez nieszczelny żelbet ścian do wnętrza podziemia budynku Stacji Regeneracji Oleju Hartowniczego (ok. 2 500 m2) na terenie Huty Katowice pozwolił na poważne oszczędności inwestycyjne i eksploatacyjne.
Układ jest eksploatowany do dnia dzisiejszego w sposób ciągły bez jakichkolwiek przerw i nakładów. W sposób bezawaryjny zabezpiecza obiekt pracujący w automatyce wymagającej stosownego komfortu wilgotnościowego przy mocno nieszczelnych ścianach podziemia.
Wykonana szczegółowa analiza techniczno-ekonomiczna wskazuje jednoznacznie, że skuteczność techniczna studni chłonnych w stosunku do drenaży poziomych jest wielokrotnie większa a koszty wybudowania takiej instalacji są od 5-10 razy niższe od wykonania drenażu poziomego umiejscowionego poniżej poziomu posadowienia ochranianego obiektu.
Natomiast koszty eksploatacji układu studni chłonnych wynoszą zero podczas gdy drenaże poziome wymagają zrzutu i przepompowywania wód podrenażowych przy pomocy układu lub pojedynczych pomp głębinowych których eksploatacja musi kosztować niezależnie od woli inwestora.
Drugą próbę wdrożenia tego rodzaju technologii stanowi także zrealizowany układ pilotażowo-badawczy zlokalizowany na obszarze górniczym Lubelskiego Zagłębia Węglowego. Celem pilotażu było sprawdzenie możliwości likwidacji podtopienia powstałego na terenie deformacji geomechanicznej utworzonej w skutek działalności górniczej czynnej kopalni przy pomocy studni chłonnych.
Uzyskane po blisko rocznym monitoringu wyniki są zachęcające i wskazujące na uzasadnienie budowy docelowego układu regulującego poziom zwierciadła wód gruntowych.
Prognozowane koszty docelowej instalacji wynoszą ok. 1,2-1,5 mln PLN podczas gdy koszty budowy układu poziomego wraz z niezbędną przepompownią i kosztami eksploatacji w okresie 25 lat byłyby około 6-cio krotnie wyższe.
Istota działania studni chłonnych zawiera naturalne ograniczenia stosowania tej metodologii. Są nimi istnienie w terenie odpowiednich warstw chłonnych i to na głębokościach dla których koszt badań i robót wiertniczych pozwala uzyskać zarówno efekty techniczne jak i dodatnie saldo ekonomiczne w porównaniu do tradycyjnych metod.
Mimo wielkiej ostrożności a wręcz sceptycyzmu dotychczasowych inwestorów uzyskane wyniki przemawiają za dalszym rozpowszechnianiem tego rodzaju technologii, tym bardziej, że studnie badawcze są zawsze przekształcane w studnie robocze.
Badania wstępne są każdorazowo rekompensowane późniejszą beznakładową eksploatacją takich studzien nie licząc wartości uzyskiwanego materiału badawczego dotyczącego aktualnych warunków hydrogeologicznych na badanym terenie.
Zaprezentowana metodologia obniża koszty i ryzyko każdego inwestora i uniezależnia go od zmienności warunków hydrogeologicznych nieuniknionych w perspektywie wieloletniej eksploatacji odwodnień.
Bardzo ważnymi cechami a właściwie atrybutami tej technologii są jej:
Nieingerencyjność ujawnia się szczególnie pozytywnie wtedy kiedy odwadnianie, osuszanie i regulacja poziomu zwierciadła wód gruntowych dotyczy terenów o mocno rozbudowanej technicznej infrastrukturze podziemnej w stanie czynnym czy obiektów położonych lub przebiegających przez takie tereny.
Wówczas to tego rodzaju technologia pozwala na omijanie i nienaruszanie uzbrojenia podziemnego umożliwiające jego ciągłą eksploatację i eliminację wykonywania "obejść" lub "przekładek".
Możliwości i korzyści płynące z profilaktycznych zastosowań są duże i wielostronne ponieważ wykonanie a "priori" takiej instalacji pozwala uniknąć późniejszych niezbędnych i niekiedy bardzo kosztownych operacji zarówno w fazie budowy (robót ziemnych, montażu) rozruchu i eksploatacji obiektów inżynieryjnych, narażonych na działanie wysokiego poziomu wód gruntowych oraz pionowe przemieszczenia podłoża lub konsekwencje zjawisk osuwisk lub sufozji.
Biorąc pod uwagę, że oddziaływania sił grawitacji występują
praktycznie zawsze i wszędzie to poza naturalnymi ograniczeniami (istnienie
poziomów i warstw chłonnych) w postaci potencjału chłonności nic w istocie
nie stoi na przeszkodzie aby w szerokim zakresie korzystać z zaprezentowanej
technologii we wszelkich przypadkach gdzie występuje potrzeba trwałego
obniżenia zwierciadła wód gruntowych i dynamicznej ciągłej regulacji jego
poziomu. Wszędzie tam gdzie przed wystąpieniem lub po zaistnieniu skutków
podtopień, zawodnień, różnorodnych deformacji podłoża i obiektów należy
bezzwłocznie zlikwidować przyczyny o czym bardzo często zapomina się
naprawiając np. wielokrotnie izolacje podziemia budowli. Bez obniżenia wód
gruntowych i obniżenia gradientu podciągania kapilarnego będą one niszczone
niezależnie od doskonałości warstw
izolacyjno-ochronnych.
Zupełnie podobnie rzecz ma się z niektórymi rodzajami szkód górniczych na powierzchni obszarów górniczych jak również zagadnieniami nadmiaru wód dołowych w pokładach eksploatacyjnych.
Gdzie od lat pompuje się "non stop" wody całymi praktycznie kilometrami na powierzchnię gdzie należy ją oczyścić i zrzucić niekiedy bezpowrotnie zamiast rozważyć możliwości zagospodarowania choćby ułamka tych wód na "dole" i oddać ją naturze poprzez pośrednictwo studni chłonnych i naturalnej chłonności górotworu i sił grawitacji przywracając tym samym równowagę hydrogeologiczną poziomów wydobywczych.
Zwłaszcza obecnie, w dobie drastycznego ograniczania wydobycia węgla w Polsce problem odwadniania "dołów" nabiera szczególnego znaczenia i wskazane byłoby choćby zainicjować i rozpocząć prace pilotażowo-badawcze w tym kierunku w oparciu m.in. o technologie studni chłonnych.
Także w dziedzinie budowy i eksploatacji przesyłowych rurociągów energetycznych technologia studni chłonnych może i powinna znaleźć szerokie zastosowanie wszędzie tam gdzie problemy wysokiego stanu wód gruntowych w bardzo zróżnicowanej formie stwarzają ogromne i kosztowne problemy zarówno w fazie robót ziemnych jak i eksploatacji rurociągów. Także w fazie przygotowania inwestycji a więc profilaktyczne wskazane byłoby korzystać z tej technologii. Propozycja schematyczna patrz rysunek Nr 1 obrazujący możliwości regulacji zwierciadła wody gruntowej na obiektach i terenie związanym z przebiegiem rurociągów energetycznych.
Całokształt cech charakterystycznych dla omawianej technologii może być przydatna i wykorzystana przy realizacji inwestycji związanych z transportem i tranzytem mediów energetycznych.
Niewykluczone także są możliwości wykorzystania studni chłonnych dla podniesienia retencyjności pól polderowych i ochrony wałów p. powodziowych na terenie kraju - patrz rysunek Nr 2 ilustrujące możliwości ochrony wałów powodziowych oraz obrazujące mechanizm powiększania pojemności (retencji) pól polderowych. Technologia studzien chłonnych w przedstawionym zakresie jest objęta ochroną prawną w postaci patentów i zgłoszeń w UP RP co znacznie ułatwia i upraszcza jej obrót, transfer i warunki prawne stosowania.