Metro sposobem na korki w Krakowie /cz.2/: Ochrona budynków i ludzi przed drganiami

Kontynuując prezentacje wystąpień, zaprezentowanych na konferencji 'Jak pokonać korki w Krakowie’, zorganizowanej przez Stowarzyszenie Gmin i Powiatów Małopolski (www.sgpm.krakow.pl), zamieszczamy drugą część wystąpienia prof. Krzysztof Stypuły, poświęconego technicznym sposobom obniżenia poziomu drgań generowanych przez metro.

Wpływ drgań na budynki i ludzi w budynkach jest jednym z głównych problemów ochrony środowiska związanych z komunikacją podziemną (rys. 1).

Zasady diagnostyki i kryteria ocen wpływu drgań na konstrukcję budynków i na ludzi w nich przebywających zawarte są w dwu polskich normach opracowanych w Instytucie Mechaniki Budowli Politechniki Krakowskiej:

               Harmonogram działań jakie należy podejmować w zakresie ochrony środowiska przed drganiami w przypadku inwestycji infrastruktury transportowej (komunikacyjnej) przedstawiono na rys. 2.

Podstawowym i najbardziej skutecznym sposobem jest ograniczenie emisji w źródle drgań, m.in.:

W metrze warszawskim prowadzony jest monitoring drgań w trzech wybranych budynkach (rys. 3). System monitoringu opracowany pod kierunkiem autora pozwala eliminować z eksploatacji zniekształcone koła wywołujące nadmierny poziom drgań (rys. 4). Na rys. 4 widoczny jest spadek poziomu drgań generowanych przejazdami pociągu Y po reprofilacji (przetoczeniu) kilku zestawów kołowych znajdujących się w najgorszym stanie pod względem geometrii kół.

 

               Wibroizolacja nawierzchni szynowych w tunelach polega na stosowaniu rozwiązań bezpodsypkowych wykorzystujących materiały wibroizolacyjne w miejscu mocowania szyny oraz na stosowaniu mat wibroizolacyjnych pod płytami podtorowymi. Aby można było w Polsce zastosować jakikolwiek system rozwiązania nawierzchni kolejowej a więc także nawierzchni metra musi on posiadać dopuszczenie do stosowania wydawane przez Urząd Techniki Kolejowej. Obecnie takie dopuszczenie mają dwa nowoczesne rozwiązania bezpodsypkowych nawierzchni szynowych:

·        system „szyny w otulinie”- ERS (Embedded Rail System) znany też jako „szyna pływająca”, oparty na wykorzystaniu materiału wibroizolacyjnego w postaci mas zalewowych (rys. 5),

·        system „bloku w otulinie”–EBS (Embedded Block System), w którym blok z zamocowaną szyną odizolowany jest od płyty torowej podkładką wibroizolacyjną oraz po bokach wibroizolacyjną masą zalewową (rys. 6).

Oba te systemy często są stosowane w połączeniu z wibroizolacyjnymi matami podtorowymi, co zwiększa ich skuteczność wibroizolacyjną (rys. 7).

Bielański odcinek warszawskiego metra obejmuje tunele szlakowe B21, B22 i B23 oraz stacje A21, A22 i A23 (rys. 13). W strefie oddziaływań dynamicznych metra (40 m) znalazło się 129 budynków, z których 36 wybrano jako reprezentatywne.

               Wykonano inwentaryzację stanu technicznego konstrukcji wszystkich budynków (z fotograficzną dokumentacją uszkodzeń), a następnie w budynkach reprezentatywnych wykonano kolejno:

·        pomiary tła dynamicznego,

·        prognozę wpływu drgań na budynek i ludzi przebywających w budynku.

Ponieważ w znacznej liczbie budynków prognozowany poziom wpływu drgań na ludzi był zbyt wysoki (znaczne przekroczenia progu odczuwalności drgań przez ludzi) zaprojektowano w tunelu na odcinkach gdzie usytuowane są te budynki nową nawierzchnię bezpodsypkową: system EBS EDILON + maty wibroizolacyjne (rys. 14).

Bloki systemu EBS EDILON o symbolu EBS LR 60E1-MS to system konstrukcji toru dla LRT (Light Rail Traffic) tzn. lekkich kolei (także metra i tramwaju), czyli dla pojazdów o nacisku osiowym do 160 kN.

Dla tak przyjętej konstrukcji tunelu i nawierzchni wykonano prognozy wpływu drgań na budynki i ludzi w budynkach w odniesieniu do wszystkich budynków reprezentatywnych, przyjmując model propagacji drgań z tunelu przedstawiony na rys. 15.

Obliczenia wykonano dla wariantu bez maty oraz z matami o różnych parametrach i grubościach, oferowanych przez producenta. W efekcie tych obliczeń na płycie dennej umieszczono maty wibroizolacyjne SEDRAPUR o grubościach 25 i 37 mm (zależnie od wyników obliczeń) a w strefach przejściowych także 12, 20 i 32 mm.

Dla przykładu na rys. 16 i 17 przedstawiono jeden z analizowanych budynków K-61 oraz model obliczeniowy tego budynku.

 

Prognozowany wpływ drgań pionowych na ludzi przebywających na parterze budynku K-61 podczas przejazdu metra (w przypadku zastosowania maty wibroizolacyjnej o grubości 25 mm) przedstawiono na rys. 18 a wyniki pomiarów porealizacyjnych na rys. 19.

 

Pomiary porealizacyjne wykazały, że we wszystkich budynkach poziom drgań jest nieodczuwalny dla konstrukcji budynków oraz dla ludzi w nich przebywających.