Spis treści
1. Wstęp 2
1.1 Cel i zakres opracowania 2
1.2 Rozpatrywany problem 2
1.3 Podstawy teoretyczne 3
1.4 Podstawowe definicje i pojęcia 4
1.5 Charakterystyka wariantów wykonania 5
1.5.1 Wykopy ze ścianami niezabezpieczonymi 5
1.5.2 Wykopy ze ścianami zabezpieczonymi 6
1.5.3 Stropowa metoda budowy tuneli 10
1.5.4 Przyjęte warianty wykonania 11
2. Wielokryterialna analiza porównawcza 12
2.1 Wstępny zbiór kryteriów 12
2.2 Ostateczny zbiór kryteriów 13
2.3 Metody WAP 16
2.4 Obliczenie ocen syntetycznych 20
3. Podsumowanie 21
3.1 Wnioski 21
3.2 Literatura 22
1. Wstęp
1.1 Cel i zakres opracowania
Celem niniejszego opracowania jest sporządzenie projektu analizy wielokryterialnej
przyjętego problemu, związanego z wybranym, dowolnym, zagadnieniem z zakresu
budownictwa. Na potrzeby ćwiczenia założono, że dane zagadnienie musi posiadać
przynajmniej trzy możliwe warianty wykonania oraz podlegać będzie ocenie pod względem
czterech wybranych kryteriów. Projekt podzielono na dwie części: w pierwszej, teoretycznej,
omówiono problematykę wybranego zagadnienia, scharakteryzowano przyjęte warianty
rozwiązania oraz wprowadzone założenia, natomiast w drugiej, obliczeniowej, dokonano
właściwej analizy oraz sporządzono ocenę otrzymanych wyników.
1.2 Rozpatrywany problem
Na potrzeby projektu przyjęto następujący problem: wybór metody wykonania
płytkiego tunelu komunikacyjnego w warunkach miejskich.
Rozpatrywany tunel jest tunelem kolejowym, wykonanym jedną z metod
odkrywkowych. W tym celu przyjęto pewne założenia, mające wpływ na wybór
odpowiednich rozwiązań konstrukcyjnych. Projektowany tunel jest tunelem
komunikacyjnym, kolejowym, liniowym, dwunawowym. Wykonany zostanie w technologii
monolitycznej w terenie średnio-zabudowanym. Będzie się w nim odbywał dwukierunkowy
ruch pociągów o prędkościach < 160 km/h co pozwoli zaliczyć linię kolejową do 1 kategorii 
tzw. linie pierwszorzędne. Tunel jest konstrukcją żelbetową, złożoną z dwóch naw
rozdzielonych ścianą środkową. W tunelu występują 4 podstawowe elementy konstrukcyjne:
ściany, oczepy, płyta stropowa i płyta denna. Ściany spełniają rolę elementów podpierających
stropy. Oczepy służą do połączenia kolejnych sekcji ścian. Ściany spięte oczepami stanowią
element słupów ramy, natomiast rygiel w formie płyty stropowej utwierdzony jest ścianach
skrajnych. Płyta denna z kolei ma za zadanie przenieść obciążenia od taboru kolejowego na
podłoże gruntowe oraz powstrzymać napływ wody do tunelu.
Obliczenia przeprowadzono dla jednego modułu dylatacyjnego (długość 25 m) dla
wymiarów przyjętych według rysunku nr 1 w części rysunkowej. Obliczenia kosztów zostały
wykonane w oparciu o program Norma Pro 4,36 wersja demonstracyjna oraz materiały
pochodzące z budowy tunelu łącznicy kolejowej do portu lotniczego Okęcie.
1.3 Podstawy teoretyczne
Dalszy rozwój współczesnej cywilizacji jest zależny od wielu czynników spośród,
których istotne miejsce zajmuje możliwość przemieszczenia się, zarówno towarów jak i ludzi,
mająca na celu zaspokojenie potrzeb gospodarki. Zostało to dobrze ujęte w pracy [4]:
 podstawą właściwego funkcjonowania współczesnej gospodarki jest sprawna infrastruktura.
Jej ogromna rola jest widoczna szczególnie wyraz
nie na przykładzie krajów rozwijających
się. Pomimo niejednokrotnie występującego nadmiaru czynników produkcyjnych, jak np. siły
roboczej, bogactw naturalnych, żyznej ziemi a nawet kapitału  gospodarkę może cechować
stagnacja lub mało intensywny rozwój tak długo dopóki nie wytworzy się między innymi w
niezbędnym zakresie siatkę infrastruktury, zwłaszcza w zakresie komunikacji.
Siatka infrastruktury powinna być zaplanowana tak, aby transport cechował się
szybkością i bezkolizyjnością. Cechy te mogą zostać zapewnione na kilka sposób, spośród
których aktualnie najbardziej racjonale wydaje się przeniesienie układu komunikacyjnego
ponad powierzchnię terenu za pomocą transportu lotniczego, lub pod ziemię w postaci
transportu wykorzystującego tunele.
Rozwiązania te mają jeszcze jedną zaletę. Pozwalają zaoszczędzić jedno z nieodnawialnych
dóbr z jakich może korzystać człowiek  wolnej przestrzeni. Jest to o tyle istotne, że stale
wzrastająca liczba ludności na świecie wpływa na dążenie do zapewnienia ludziom
przyjaznego środowiska do zamieszkania. W dobie postępu i ciągłej industrializacji ważne
jest  myślenie w kategoriach zrównoważonego rozwoju, gdzie środowisko, z jakim mamy
szansę obcować, jest tylko pożyczone przez obecnie żyjących, musi zostać zwrócone
następnym pokoleniom w stanie, który nie utrudni lub wręcz nie zablokuje koegzystencji
człowieka oraz przyrody, która jest nieodłączną częścią środowiska naturalnego człowieka.
[8]
W dużych miastach i aglomeracjach ważnym elementem infrastruktury
komunikacyjnej są płytkie budowle podziemne. Ich wzrastającą rolę zaobserwować możemy
również w polskich miastach, w których powstaje coraz więcej tuneli drogowych, tuneli dla
pojazdów szynowych (tramwajowych, kolejowych czy metra) jak również innych budowli
podziemnych: przejść dla pieszych, parkingów i garaży. Pod pojęciem płytkich budowli
podziemnych możemy rozumieć obiekty podziemne zlokalizowane na małej głębokości
poniżej powierzchni terenu. W ujęciu geotechnicznym natomiast:  określenie płytkie odnosi
się do charakterystycznego sposobu oddziaływania ośrodka gruntowego na budowlę,
polegającego na przekazywaniu na strop ciężaru całej bryły gruntu zalegającej nad jej rzutem,
łącznie ze wszystkimi obciążeniami, również o charakterze dynamicznym, znajdującymi się
na naziomie. [9] W Polsce budowla traktowana jest jako płytka jeżeli stosunek zagłębienia
stropu do szerokości wyrobiska nie przekracza umownej granicy równej 5.
W przypadku płytkich podziemnych budowli komunikacyjnych jednym z
podstawowych sposobów ich wykonywania jest korzystanie z metod odkrywkowych (inna
nazwa  metody wykopowe ), dla których charakterystycznymi elementami są głębokie
wykopy szeroko- lub wąskoprzestrzenne. Przy czym w przypadku gęstej zabudowy miejskiej
zazwyczaj możliwe jest tylko stosowanie wykopów wąskoprzestrzennych. Realizacja
budowli opiera się na podobnym schemacie: po wykonaniu wykopu wznoszona jest obudowa
a następnie wykop zasypuje się ziemią. Taka forma wykonania obiektu pozwala nam więc
mówić, że roboty odkrywkowe są klasycznymi robotami ziemnymi, jakie wykonuje się przy
wznoszeniu typowych budowli. Ma to wpływ na zasadnicze problemy jakie wiążą się z tym
typem prowadzenia robót, mianowicie:
a) możliwość utraty stateczności przez ściany wykopu, a co za tym idzie
konieczność właściwego ich zabezpieczenia,
b) napływ wody do wykopu (zarówno ten spowodowany obniżeniem poziomu
wód gruntowych, jak również będący efektem opadów atmosferycznych),
wymagający zapewnienia odpowiedniego odwodnienia.
Wszystko to wpływa na to, że głębokie wykopy wymagają przeprowadzenia
dokładnego rozpoznania geologicznego i określenia parametrów geotechnicznych. Ponadto
praca na znacznych głębokościach wiąże się z trudnościami technologicznymi, związanymi
głównie z odspajaniem i transportem urobku, oraz problematyką określania wpływu
prowadzonych robót na obiekty sąsiadujące z wykopem. Dlatego też niezmiernie ważna jest
obserwacja przemieszczeń wykopu i terenu, ich analiza oraz właściwa interpretacja.
1.4 Podstawowe definicje i pojęcia
Dla potrzeb projektu w tym punkcie zostały omówione tylko podstawowe pojęcia
z zakresu tunelowania związane z tematem projektu. Bardziej szczegółowe definicje można
znalez
ć w literaturze [2][3][6].
Budowla podziemna to budowla inżynierska, która jest zagłębiona poniżej
powierzchni gruntu. Zasadniczym obciążeniem jej konstrukcji jest ciężar otaczającego gruntu.
Tunel to budowla podziemna, stanowiąca przejście podziemne dla celów
komunikacyjnych (droga, kolej, ciąg pieszych) lub transportowych (wodociąg, kanał, sztolnia
hydrotechniczna), poziome lub o niewielkim pochyleniu podłużnym. Zasadniczo tunelem
powinno być nazywane tylko takie przejście podziemne, które zostało wykonane bez
naruszenia podczas budowy wyżej od niego leżących skał lub gruntu. Często jednak w
potocznym użyciu zostaje uznana za tunel budowla podziemna wykonana w otwartym
wykopie i póz
niej zasypana lub zbudowana w inny specjalny sposób. Według polskiej normy
[10] tunel jest to budowla podziemna o charakterze liniowym, która służy celom
komunikacyjnym lub transportowym, niezależnie od metody ich wykonania.
Tunelem komunikacyjnym jest budowla służąca do przeprowadzenia drogi, kolei,
żeglugi, przejścia dla pieszych lub innego rodzaju komunikacji pod przeszkodą.
Zgodnie z polską normą [10] tunel wykonywany metodą odkrywkową to taki, którego
fragmenty lub cała obudowa stała jest wykonywana w otwartym wykopie. Zasadniczo
możemy podzielić odkrywkowe metody budowy tuneli na:
a) wykonanie wykopów szerokoprzestrzennych,
b) wykonanie wykopów wąskoprzestrzennych (przekopów).
W odniesieniu do wykopów stosuje się różne rodzaje określeń, z których
najważniejsze dla niniejszej pracy zdefiniowano, w oparciu o literaturę [12], poniżej:
a) wykop szerokoprzestrzenny  wykop, którego głębokość jest mniejsza od
szerokości dna lub wykop o szerokości dna większej od 1,5 m,
b) wykop wąskoprzestrzenny  wykop, którego głębokość jest większa od szerokości
dna lub wykop o szerokości dna mniejszej od 1,5 m,
c) wykop głęboki  wykop o ścianach pionowych, zabezpieczonych obudową
o głębokości większej od 3m.
W zagranicznej literaturze za głębokie uznaje się wykopy o głębokości co najmniej
6 m.
1.5 Charakterystyka wariantów wykonania
O ile ogólny tok postępowania przy wznoszeniu obiektów podziemnych metodami
odkrywkowymi pozostaje w zasadzie dla różnych metod taki sam to stosowane są różne
rodzaje obudów wykopów oraz różne sposoby zapewnienia ich stateczności, mające wpływ
na szczegółowe rozwiązania konstrukcyjne i organizację pracy. Również samo projektowanie
może być prowadzone w oparciu o różne metody obliczeniowe. Nie jest to jednak zadanie
proste i wymaga odpowiedniego doświadczenia w analizie, ocenie i interpretacji parametrów
geotechnicznych oraz wymiarowania takich konstrukcji. Metody odkrywkowe są ściśle
związane z metodami zabezpieczeń pionowych ścian wykopów. Rodzaj obudowy wybiera się
po analizie istniejących warunków gruntowo-wodnych, obciążenia obudowy (parciem gruntu,
parciem hydrostatycznym, obciążeniem naziomu, obciążeniem od projektowanego obiektu
itp.), topografii terenu, wpływu realizacji projektowanego wykopu na istniejącą zabudowę i
infrastrukturę techniczną w bezpośrednim sąsiedztwie, względami ekonomicznymi,
społecznymi i innymi.
1.5.1 Wykopy ze ścianami niezabezpieczonymi  wariant 1
W takich przypadkach zastosowana może być najprostsza metoda budowy tuneli na
małych głębokościach. Polega ona na wykonaniu otwartego wykopu szerokoprzestrzennego o
naturalnym nachyleniu skarp. Następnie realizowany obiekt (obudowa tunelu) jest wznoszony
w sposób analogiczny do sposobu wznoszenia budowli kubaturowej na poziomie obniżonym
w stosunku do powierzchni otaczającego terenu. Mimo znacznej ilości robót ziemnych często
jest to najtańsza metoda. Prowadzenie prac w wykopie szerokoprzestrzennym zapewnia
szybki postęp ze względu na łatwą dostępność w przypadku wykonywania robót ziemnych,
szalunkowych, zbrojarskich oraz betonowania konstrukcji. Stosowana jest zawsze wtedy, gdy
pozwalają na to warunki geotechniczne, na terenach wolnych od zabudowy. Może natomiast
być nieopłacalna na dużej głębokości lub w gruncie nawodnionym zalegającym poniżej
zwierciadła wody.
Skarpy wykopu kształtujemy stosownie do własności geotechnicznych gruntu.
wspomagająco można stosować ścianki szczelne w dolnych partiach wykopów. Zwłaszcza
jeśli pojawi się woda gruntowa to wykopy ze skarpami wykonuje się tylko do poziomu
zwierciadła wody a dalsze pogłębianie prowadzi się w do właściwej głębokości pod osłoną
ścianki szczelnej. Pochylenie skarp w gruntach niespoistych musi być mniejsze od kąta tarcia
wewnętrznego. W gruntach spoistych może być większe gdyż utrzymywanie skarp w
równowadze zapewnia spójność gruntu. W przybliżeniu w gruntach niespoistych można
przyjmować pochylenie skarp 1:1,5, natomiast w gruntach spoistych może dochodzić nawet
do 1:1 (w gruncie spoistym półzwartym). Często występuje potrzeba obniżania zwierciadła
wód gruntowych, filtrujących do wykopu. Schemat realizacji płytkiego tunelu metra w
wykopie szerokoprzestrzennym pokazano na rys. 1. Więcej informacji na ten temat można
znalez
ć w literaturze [1][2][7][12].
Rys. Realizacja płytkiego tunelu metra w wykopie szerokoprzestrzennym
y
ródło: Madryas C., Ryż K., 2003
a) wykop szerokoprzestrzenny z ukształtowaniem skarp,
b) pogłębienie wykopu z zabezpieczeniem ściankami szczelnymi,
c) wykonanie obudowy tunelu.
1.5.2 Wykopy ze ścianami zabezpieczonymi wariant  2
W przypadku trudności ustabilizowania skarp wyrobisk w gruntach słabych lub bardzo
mocno nawodnionych konieczne staje się zastosowanie odpowiedniej obudowy wykopu
szerokoprzestrzennego
Natomiast na terenach o gęstej zabudowie istnieje konieczność minimalizacji
utrudnień komunikacyjnych oraz ograniczania wpływu przewidywanych robót na sąsiednie
obiekty. Minimalizacja zajętości terytorialnej osiągana jest dzięki wykonawstwu obiektów
podziemnych w wykopach wąskoprzestrzennych. W procesie budowy obiektów tą metodą
występuje etapowanie robót w układzie poprzecznym podobnie jak podczas drążenia
wyrobisk podziemnych.
Sposób realizacji robót ziemnych oraz system zapewniania stateczności ścian wykopu zależą
od rodzaju jego obudowy, rozmiarów i warunków w jego bezpośrednim sąsiedztwie.
Obudowa wykopu w miarę jego pogłębiania jest jednostronnie odsłaniana.
Jak podają Madryas i Ryż [7] We współczesnych realizacjach do zabezpieczania ścian
wykopów zarówno szeroko- jak i wąskoprzestrzennych są stosowane:
a) ścianki szczelne, zazwyczaj stalowe, kształtowane w postaci brusów o różnych
profilach (np. Larssen, Krupp, Peine) lub żelbetowe wprowadzane w grunt
poprzez wbijanie, wciskanie, wwibrowanie,
b) ścianki berlińskie w rozwiązaniu klasycznym (stalowe dwuteowniki
szerokostopowe wprowadzane pionowo w grunt co kilka metrów, głębienie
wykopu etapowane z jednoczesnym instalowaniem opinki drewnianej),
c) ścianki berlińskie w rozwiązaniu współczesnym (słupy prefabrykowane lub
formowane w gruncie różnymi technikami, opinka w postaci płyt betonowych
prefabrykowanych, belek stalowych, elementów drewnianych lub torkretu),
ścianki paryskie (opinka pomiędzy słupami prefabrykowanymi), ścianki
lutecjańskie (opinka pomiędzy palami zbrojonymi),
d) ścianki typu palisadowego wykorzystujące:
- pale wiercone dużych średnic (do 3 m) w układach rozłącznych, stycznych
i przenikających się, wykonywane w rurach obsadowych lub pod osłoną
hydrostatyczną (tiksotropowa zawiesina bentonitowa),
- pale wiercone wykonywane w technologii ciśnieniowego betonowania ciągłego
typu CFA lub STARSOL (świder ślimakowy z rurą centralną) o średnicach 0,4 -
1,5 m,
- pale wykonywane techniką wysokociśnieniowej iniekcji strumieniowej (jet
grouting.),
- mikropale o średnicach 100 - 200 mm,
- pale baretowe o różnych kształtach,
e) ściany szczelinowe formowane w gruncie pod osłoną hydrostatyczną z zawiesiny
bentonitowej (betonowane metodą podwodną  contractor , głębokość do 50 m,
grubości standardowe 0, 62, 0,82, 1,02 m, przeciętna szerokość panelu 5-6 m) lub
prefabrykowane z betonu zbrojonego z uszczelnieniem typu  water-stop .
W polskiej literaturze [3][6][12] podane są szczegółowe warunki wykonywania
poszczególnych obudów. Tutaj przytoczyłem tylko najważniejsze zasady dotyczące
najczęściej stosowanych.
Ścianki szczelne mogą być wbijane, gdy wstrząsy wywołane pracą kafara nie wywołają
negatywnego skutku na budynki położone w sąsiedztwie placu budowy. Należy również
uważać na podziemne przewody instalacyjne. Z tego względu niekiedy w terenie uzbrojonym
wykonuje się wykop na głębokość 2,00 m, a następnie dopiero w jego dno wbija ściankę
szczelną. Głębokość wbicia ścianek szczelnych zależy od rodzaju gruntu oraz ilości wody
gruntowej, która może napływać do wykopu. W przypadku ścianek drewnianych pale
kierujące wbijane są 1,00-1,50 m poniżej dna wykopu, a bale o koło 0,50 m płycej.
W przypadku ścianek z profili stalowych, zagłębia się je podobnie jak pale kierujące.
Przy wykonywaniu wykopów o szerokości większej niż 6,00 m, duże zastosowanie znalazła
metoda berlińska. Polega ona na zabezpieczeniu ścian wykopu za pomocą poziomych bali
drewnianych grubości 5-12 cm opartych o wbite w grunt słupy stalowe z profili dwuteowych
normalnych lub szerokostopowych (I300-500). Najlepsze wyniki ekonomiczne daje metoda
berlińska przy głębokości wykopu sięgającej 10-15 m i w gruntach piaszczystych, dających
się łatwo odwodnić.. Słupy stalowe wbijane są na głębokość ok. 1,5m poniżej dna wykopu.
Przy gruntach słabych głębokość tę należy zwiększyć o 2,00-3,00 m. Rozparcie obudowy
ściany wykonuje się za pomocą rozpór lub kotew osadzonych w gruncie nienaruszonym. W
wykopach o szerokości do 10 m można stosować rozpory z drewna, a liczących do 15,0 m
stosowane są pojedyncze rozpory stalowe. Dla wykopu mającego szerokość do 20 m stosuje
się rozpory kratownicowe. W wykopach szerszych niż 20 m konieczne jest stosowanie
pośrednich pali. Można je wykonać z dz
wigarów stalowych. Dzięki temu zmniejsza się
długość wyboczeniową rozpór. Można też stosować pale usytuowane w licu ściany. Tak
wykonane pale można kotwić za pomocą kotew gruntowych. Ujemną stroną metody
berlińskiej jest trudność szczelnego wypełnienia wolnej przestrzeni między zewnętrzną
powierzchnią ściany tunelu a gruntem, dla uniknięcia osiadania przyległego terenu. Wada ta
występuje w większym lub mniejszym stopniu przy wszystkich metodach wykonawstwa
w wykopie otwartym.
Obecnie najszersze zastosowanie znajdują ściany szczelinowe, rozwiązując wiele trudnych
problemów do pokonania metodami tradycyjnymi. Są to elementy o dużej uniwersalności,
pełniące jednocześnie trzy funkcje:
a) przejmowanie parcia gruntu (obciążenie poziome),
b) przenoszenie obciążeń pionowych w przypadku, gdy stanowią element
konstrukcyjny obudowy,
c) stanowią wodoszczelną obudowę wykopu.[5]
Po zrealizowaniu ścian szczelinowych można wykonać strop a dopiero na końcu prowadzić
roboty ziemne. Niezaprzeczalną zaletą tej metody jest jej bezwstrząsowy charakter. Ściany
szczelinowe są zazwyczaj żelbetowe; monolityczne lub prefabrykowane. W pierwszym
przypadku beton jest układany przez rurę wlewową pod cieczą stabilizującą, a wyjątkowo (w
korzystnych warunkach gruntowych), na sucho. W drugim przypadku ściana jest wykonana z
prefabrykatów osadzonych w szczelinie wypełnionej zawiesiną twardniejącą. W celu
zabezpieczenia ścian szczeliny stosuje się ciecz stabilizującą. Jest nią zwykle zawiesina
bentonitowa, roztwór polimerowy lub zawiesina twardniejąca. Ta ostatnia twardnieje wraz z
upływem czasu. Zawiera cement lub inne spoiwo oraz dodatki takie jak ił (bentonit),
granulowany żużel wielkopiecowy lub popioły lotne (PFA), wypełniacze i domieszki.
Szczegółowe informacje wykonywania ścian szczelinowych podane są w normie [7]
Gdy zostanie zapewniona stateczność ścian wykopu można rozpocząć właściwą
budowę tunelu. Wznoszenie obudowy stałej w wykopach szerokoprzestrzennych rozpoczyna
się od przygotowania dna wykopu. Grunt naturalny w podłożu należy wyrównać i zagęścić, a
słabonośny poddać wymianie i wzmocnieniu tłuczniem lub piaskiem grubym. Na tak
przygotowanym podłożu wykonuje się warstwę tzw. chudego betonu o grubości 10-15 cm, na
której układana jest izolacja typu ciężkiego, zabezpieczana następnie przez warstwę ochronną
z betonu o grubości 10-15 cm. Dopiero teraz przystępuje się do wykonania dolnej płyty
budowli. Następnie, gdy beton w płycie dennej osiągnie odpowiednią wytrzymałość można
ustawiać na niej deskowanie, w którym montuje się zbrojenie i betonuje pozostałe elementy
tunelu, a w przypadku konstrukcji prefabrykowanej montuje się ściany i strop konstrukcji.
Teraz na konstrukcji nośnej można ułożyć izolację i warstwę ochronną a na końcu zasypać
tunel gruntem niespoistym.
W publikacji [7] możemy przeczytać, że w przypadku wykopów wąskoprzestrzennych
możemy dodatkowo mówić o podziale na wykopy otwarte i wykopy zamknięte.
Realizacja budowli podziemnych w wykopach wąskoprzestrzennych otwartych jest
stosowana wszędzie tam, gdzie sposób użytkowania terenu pozwala na dłuższy okres
wyłączenia go dla potrzeb realizowanej budowli podziemnej. Ściany wykopu zabezpieczane
są jedną z metod omówionych powyżej. Przykładowy schemat realizacji stacji metra w
wykopie wąskoprzestrzennym otwartym pokazano na rys. 2. Zastosowano tu ściany
szczelinowe pracujące w układzie rozporowym (3 poziomy). Konstrukcja obudowy stacji jest
niezależna od ścian szczelinowych przejmujących parcie gruntu. Warianty opisanej metody
znane są w technice wznoszenia budowli podziemnych pod nazwami
a) metoda berlińska (wykorzystuje ścianki berlińskie pozostawiane w gruncie, parcie
gruntu przejmowane w układzie rozporowym, szerokość wykopu odpowiada
szerokości budowli, wykopy mogą być prowizorycznie nakryte konstrukcją
stropową )
b) metoda hamburska (ścianki berlińskie wyciągane z gruntu, parcie gruntu
przejmowane w układzie rozporowym, szerokość wykopu większa o 1,6 do 2,0 m
od szerokości budowli). [7]
Rys. Budowa stacji metra w wykopie wąskoprzestrzennym otwartym
y
ródło: Madryas C., Ryż K., 2003
a) wykonanie ścian szczelinowych,
b) głębienie wykopu z jednoczesnym rozpieraniem ścian,
c) wykonanie płyty dennej,
d) demontaż rozpór dolnych, wykonanie środkowej partii obudowy,
e) zakończenie konstrukcji obudowy stacji,
f) zwolnienie górnego poziomu rozpór i wykonanie zasypki na stropie budowli
1.5.3 Stropowa metoda budowy tuneli  wariant 3
Realizacja budowli podziemnych w wykopach wąskoprzestrzennych zamkniętych
stosowana jest wtedy gdy ograniczenie wpływu realizacji budowli podziemnej na sposób
użytkowania powierzchni terenu (np. wymóg utrzymania ruchu na istniejących nad
wznoszoną budowlą podziemną ciągach komunikacyjnych) można osiągnąć dzięki
zastosowaniu techniki wykopów wąskoprzestrzennych zamykanych częścią stropową już w
początkowym stadium budowy. Ściany wykopów zabezpieczane są najczęściej ścianami
szczelinowymi i szczelnymi (osłona górnej partii wykopu do poziomu spodu części
stropowej). Alternatywnie stosowane są również ściany palisadowe. Parcie gruntu
przejmowane jest bądz
przez ściany boczne rozparte konstrukcją stropu lub, przy większych
głębokościach, wielopoziomowymi układami rozpór lub kotew gruntowych. Transport
urabianego gruntu z tunelu odbywa sie od jego czoła lub w kierunku pionowym przez
pozostawiane w płycie stropowej otworu technologicznego. Opisana metoda w technice
tunelowania znana jest pod nazwą Metody mediolańskiej. W wersji pierwotnej
wykorzystywała ściany szczelinowe lub palisady z pali wierconych (Benoto) jako obudowy
ścian wykopów. [7]
Rys. Budowa stacji metra w wykopie wąskoprzestrzennym zamkniętym
y
ródło: Madryas C., Ryż K., 2003
a) wykonanie ścian szczelnych szczelinowych
b) wykonanie płyty stropowej stacji,
c) wykonanie zasypki ziemnej i konstrukcji dróg,
d) wybieranie gruntu z wykopu, rozpieranie ściany rurami
e) wykonanie płyty dennej,
f) wykonanie pozostałych elementów konstrukcji obudowy stacji
W celu zapewnienia stateczności obudowy głębokiego wykopu wykonanego jedną
z powyższych metod stosuje się rozpory, kotwy gruntowe lub stropy obiektów podziemnych.
1.5.4 Przyjęte warianty wykonania
a) W1  wykop szerokoprzestrzenny o nachyleniu skarp 1:1,5 ze ścianami
niezabezpieczonymi,
b) W2  wykop wąsko przestrzenny ze ścianami zabezpieczonymi na całej wysokości
wykopu ścianką berlińską,
c) W3  wykop wąsko przestrzenny realizowany metoda podstropową.
2. Wielokryterialna analiza porównawcza
2.1 Wstępny zbiór kryteriów
Wstępny zbiór kryteriów odnosi się do zagadnień związanych z przygotowaniem,
wykonaniem i eksploatacją tunelu wykonanego metodą odkrywkową. Nie wyczerpują one
oczywiście wszystkich możliwości skupiając się głównie na aspekcie finansowym. Przyjęto
że pozostałe kryteria związane z aspektem gospodarczym, społeczno-politycznym czy też
środowiskowym już w poprzednim etapie planowania inwestycji doprowadziły do wyboru
tunelu jako najlepszego rozwiązania dla nowo prowadzonej linii kolejowej.
Wstępny zbiór kryteriów:
- wymagana powierzchnia placu budowy,
- wielkość powierzchni wyłączonej z użytku,
- ilość robót przygotowawczych,
- koszty robót przygotowawczych,
- ilość niezbędnych wykopów,
- koszty wykonania wykopów,
- koszt wykonania zabezpieczeń wykopów,
- koszt odwodnienia wykopów,
- całkowita ilość robót ziemnych,
- całkowity koszt wykonania robót ziemnych,
- koszt wykonania obudowy tunelu,
- czas wyłączenia powierzchni z użytkowania,
- koszt instalacji,
- koszt nawierzchni kolejowej,
- koszt wyposażenia,
- koszt zasypania wykopów,
- całkowity koszt budowy,
- zajętość powierzchni użytkowej,
- całkowity czas wykonania,
- poziom skomplikowania technologii,
- trudność wykonania,
- trwałość.
2.2 Ostateczny zbiór kryteriów
Dokonując selekcji kryteriów wyeliminowane zostały te dające porównywalne wartości
dla różnych wariantów (np. koszt wyposażenia, koszt nawierzchni, koszt instalacji) oraz te,
których stopień skomplikowania niezbędnych obliczeń w stosunku do wpływu na wybór
ostatecznej metody był zdecydowanie zbyt wysoki (np. całkowity koszt budowy  większość
elementów jednakowych dla wszystkich metod, trwałość  docelowo jednakowa dla
wszystkich metod). Dla celów ćwiczenia wybrane zostały te kryteria, które pokazują
charakterystyczne cechy każdej z metod wykonania tunelu ułatwiając nadanie im
odpowiedniej wagi oraz ułatwić wybór najlepszej z nich. Ostatecznie przyjęto następujący
zbiór kryteriów:
a) K
1- Całkowity koszt wykonania robót ziemnych - destymulanta
Przyjęty cel analizy dotyczy metod odkrywkowych, w których najważniejszym
elementem i podstawowym etapem wykonania są roboty ziemne. Dlatego kryterium to
zostało wybrane do dalszej analizy. Przez koszty wykonania robót ziemny rozumieć
należy zarówno koszty wykonania wykopów jak i koszty zabezpieczenia ich ścian oraz
koszt zasypania wykonanego tunelu (robocizna, koszt wynajmu i pracy ciężkiego
sprzętu). Wielkość ta jest również ściśle zależna od ilości robót ziemnych.
Wariant Całkowity koszt wykonania robót ziemnych
W1 70359,13 zł
W2 40834,53zł
W3 35468,97 zł
b) K - Koszt wykonania obudowy tunelu - destymulanta
2
Przez koszt wykonania obudowy tunelu rozumiemy koszt wykonania ścian, płyty
stropowej oraz płyty dennej w tym koszty robocizny i materiałów. Dodatkowo należy
zauważyć, że w przypadku wariantu 3 ściany stanowią również element obudowy
wykopu, jednak na potrzeby projektu koszt ich wykonania wliczono do niniejszego
kryterium. Koszty robót wykończeniowych czy niezbędnych instalacji pominięto przez
wzgląd na ich jednakowy charakter w odniesieniu do wszystkich metod.
Wariant Całkowity koszt wykonania obudowy tunelu
W1 348014,46 zł
W2 348014,46 zł
W3 666965,17 zł
c) K - Zajętość powierzchni użytkowej (kryteria wielkość powierzchni wyłączonej z
3
użytku oraz czasu wyłączenia powierzchni z użytkowania) - stymulanta
To kryterium zostało przyjęte zamiast czasu wykonania całego tunelu gdyż wydaje
się bardziej miarodajne jako kryterium społeczno-gospodarcze przez wzgląd na to, że w
wariancie 3 powierzchnia już może zostać częściowo oddana do użytku mimo, że pod nią
prowadzone są dalej prace konstrukcyjne i wykończeniowe. Kryterium to oprócz czasu
uwzględnia również wielkość powierzchni jaka na czas budowy zostaje wyłączona z
użytku (wyłącznie w celu wykonania obudowy tunelu).
Nota Charakterystyka
1 Konieczność wyłączenia dużej powierzchni
z użytkowania na cały czas trwania budowy.
2 Konieczność wyłączenia dużej powierzchni
z użytkowania tylko na pewien okres
trwania budowy.
3 Konieczność wyłączenia niedużej
powierzchni z użytkowania na cały czas
trwania budowy.
4 Konieczność wyłączenia niedużej
powierzchni z użytkowania tylko na pewien
okres trwania budowy.
5 Prowadzenie prac nie wywierające żadnego
wpływu na powierzchnię, która może być
normalnie użytkowana przez cały czas
trwania budowy.
Wariant Przyjęta nota punktowa
W1 1
W2 3
W3 4
d) K - Złożoność technologii (kryteria poziomu skomplikowania technologii oraz
4
trudności wykonania) - stymulanta
Mimo, że wszystkie wariantowe metody w zasadzie są od lat znane i
stosowane to jest to bardzo ważne kryterium, gdyż jest ściśle związane ze stopniem
skomplikowania danej technologii wykonania a co za tym idzie koniecznością
posiadania odpowiednich maszyn i doświadczonych pracowników. Wpływ na nią
mają: trudność wykonania, konieczność zastosowania specjalistycznego sprzętu,
wykwalifikowanych pracowników obsługi oraz brygad specjalizujących się w
określonym typie robót.
Nota Charakterystyka
1 Technologia nowatorska, wysoki poziom
skomplikowania, praktycznie nie stosowana u nas
w kraju, znaczne wymagania odnośnie kwalifikacji
pracowników, konieczność użycia specjalistycznego
sprzętu.
2 Technologia zaawansowana, o przeciętnym poziomie
skomplikowania, wymagająca jednak użycia
specjalistycznego sprzętu i maszyn oraz
wyspecjalizowanych pracowników.
3 Technologia średniozaawansowana, o niedużym
poziomie skomplikowania, wymagająca jednak
stosowania odpowiednio wyspecjalizowanych
pracowników.
4 Technologia prosta, stosowana zawsze gdy pozwalają
na to warunki, bez konieczności stosowania
specjalistycznego sprzętu oraz wyspecjalizowanych
brygad roboczych.
Wariant Przyjęta nota punktowa
W1 4
W2 3
W3 2
2.3 Metody WAP
Wyróżnić możemy 4 metody wielokryterialnej analizy porównawczej, które różnią się
sposobem kodowania.
a) Metoda standaryzacji
Sposób kodowania w tej metodzie polega na zastąpieniu miary cząstkowej x przez
ij
odchylenie od wartości średniej miar cząstkowych dla wszystkich wariantów wg
kryterium Kj odniesione do obliczonej z nich wartości odchylenia standardowego.
Miara wariantu i-tego wg kryterium j-tego:
xij - x
j
Z =
ij
S
j
" dla stymulant:
xij - xj
Zij = (- 1)
S
j
" dla destymulant:
n
? xij
j= 1
x =
j
n
gdzie:
n
2
?
xij
:
- xj �ł
�ł �ł
j= 1? ?
sj =
n
Kryteria
Stymulanty Destymulanty
Wariant
K3 K4 K1 K2
W1 1 4 70359,13 348014,46
W2 3 3 40834,53 348014,46
W3 4 2 35468,97 666965,17
Standaryzacja
Kryteria
Stymulanty Destymulanty
Wariant
K3 K4 K1 K2
W1 -1,336 1,225 -1,400 0,707
W2 0,267 0,000 0,525 0,707
W3 1,069 -1,225 0,875 -1,414
Xj= 2,667 3,000 48887,543 454331,363
Sj= 1,247 0,816 15339,906 150354,807
b) Metoda normowania
Normowanie ma na celu zastąpienie miary cząstkowej x przez jej stosunek do
ij
maksymalnej wartości miary wg kryterium Kj dla wszystkich wariantów.
Miara wariantu i-tego wg kryterium j-tego:
x
ij
Z =
ij
xj max
" dla stymulant:
xij '
Zij =
x '
j max
" dla destymulant:
1
x ' =
ij
xij
gdzie:
Kryteria
Stymulanty Destymulanty
Wariant
K3 K4 K1 K2
W1 1 4 70359,13 348014,46
W2 3 3 40834,53 348014,46
W3 4 2 35468,97 666965,17
Normowanie
Kryteria
Stymulanty Destymulanty
Wariant
K3 K4 K1 K2
W1 0,250 1,000 0,50411325 1,00000000
W2 0,750 0,750 0,86860238 1,00000000
W3 1,000 0,500 1,00000000 0,52178806
xmax 4,000 4,000 - -
xij`max - - 0,00002819 0,00000287
c) Metoda Neumana-Morgensterna
Metoda ta polega na zastąpieniu miary cząstkowej x stosunkiem różnicy tej miary
ij
oraz miary najgorszej ze wszystkich możliwych miar kryterium Kj do różnicy miary
najlepszej i najgorszej wg tego kryterium.
Miara wariantu i-tego wg kryterium j-tego:
xij - xjmin
Zij =
x - x
jmax jmin
" dla stymulant:
x - x
jmax ij
Z =
ij
xjmax - xjmin
" dla destymulant:
Kryteria
Stymulanty Destymulanty
Wariant
K3 K4 K1 K2
W1 1 4 70359,13 348014,46
W2 3 3 40834,53 348014,46
W3 4 2 35468,97 666965,17
Neuman-Morgenstern
Kryteria
Stymulanty Destymulanty
Wariant
K3 K4 K1 K2
W1 0,000 1,000 0,00 1,000
W2 0,667 0,500 0,85 1,000
W3 1,000 0,000 1,00 0,000
xjmin 1,000 2,000 35468,97 348014,460
xjmax 4,000 4,000 70359,13 666965,170
d) Metoda Pattern
Idea tej metody polega na zastąpieniu miary cząstkowej przez iloraz danej miary x i
ij
sumy miar wszystkich wariantów wg kryterium Kj.
Miara wariantu i-tego wg kryterium j-tego:
xij
Z =
n
ij
:
xij
j= 1
" dla stymulant:
Obj121
" dla destymulant:
Kryteria
Stymulanty Destymulanty
Wariant
K3 K4 K1 K2
W1 1 4 70359,13 348014,46
W2 3 3 40834,53 348014,46
W3 4 2 35468,97 666965,17
Pattern
Kryteria
Stymulanty Destymulanty
Wariant
K3 K4 K1 K2
W1 0,125 0,444 0,21246257 0,39654403
W2 0,375 0,333 0,36607943 0,39654403
W3 0,500 0,222 0,42145801 0,20691194
suma xij 8,000 9,000 - -
suma xij` - - 0,00006690 0,00000725
2.4 Obliczenie ocen syntetycznych
Oceny syntetyczne zostaną podane w oparciu o formuły wskaz
ników: sumacyjnego i
addytywnego z uwzględnieniem wag nadanych kryteriom według poniżesz tabeli.
Wagi nadane poszczególnym kryteriom
K K K K
1 2 3 4
0,4 0,3 0,1 0,2
Wskaz
niki sumacyjne
Neuman-
Warianty Standaryzacja Normowanie Pattern
Morgenstern
W1 -0,236437955 0,726645302 0,5 0,30533712
W2 0,448846752 0,872440953 0,805152933 0,36956165
W3 -0,212408797 0,756536417 0,5 0,32510123
Wskaz
niki addytywny
Neuman-
Warianty Standaryzacja Normowanie Pattern
Morgenstern
W1 -0,059109489 0,181661325 0,125 0,07633428
W2 0,112211688 0,218110238 0,201288233 0,09239041
W3 -0,053102199 0,189134104 0,125 0,08127531
Na podstawie tak obliczonych wskaz
ników można
dokonać wyboru najbardziej korzystnego wariantu poprzez
zsumowanie not punktowych nadanych każdemu wariantowi w
zależności od wartości wskaz
nika, przy czym nota najwyższa
oznacza wariant najkorzystniejszy.
Wskaz
niki sumacyjne
Neuman- Suma
Warianty Standaryzacja Normowanie Pattern
Morgenstern not
W1 1 1 2 3 7
W2 3 3 3 3 12
W3 2 2 2 2 8
Wskaz
niki addytywne
Neuman- Suma
Warianty Standaryzacja Normowanie Pattern
Morgenstern not
W1 1 1 2 3
7
W2 3 3 3 3
12
W3 2 2 2 2
8
3. Podsumowanie
3.1 Wnioski
Efektem przeprowadzonej powyżej analizy wielokryterialnej, wariantowego
rozwiązania budowy tunelu, wykonanego jedną z metod odkrywkowych, jest wyznaczenie
metody najbardziej korzystnej pod względem przyjętych kryteriów. W toku ćwiczenia
przyjęto pewne uproszczenia wobec czego nie jest to analiza kompletna i pełna jednak
otrzymane wyniki wskazują rozwiązanie, które faktycznie dla przyjętych założeń wydaje się
najbardziej optymalne, co powinno wskazywać na poprawność wykonanych działań. Mimo,
że projekt zakładał przyjęcie tylko jednej z metod kodowania dokonano obliczeń dla
wszystkich czterech. Uzyskane w ten sposób wyniki wydaję się być bardziej miarodajne dla
oceny przyjętego problemu.
Wagi nadane poszczególnym kryteriom zostały przyjęte w założeniu, że zawsze na
ocenę danego wariantu w głównej mierze wpływają koszty jakie on ze sobą niesie. Stąd też
dwa z czterech kryteriów mają 70% udziału w ocenie ostatecznej.
Ostatecznie najwyższą notę sumaryczną otrzymał wariant 2  wykop wąsko
przestrzenny ze ścianami zabezpieczonymi ścianką berlińską. Warto zwrócić uwagę, że we
wszystkich metodach kodowania uzyskał on maksymalne wartości deklasując tym samym
pozostałe warianty. Rzeczywiście ten schemat budowy wydaje się rozwiązaniem bardzo
dobrym dla budowy w warunkach miejskich. Charakteryzuje się on stosunkowo niskim
kosztem wykonania, w porównaniu do pozostałych wariantów, oraz ilością robót ziemnych .
Do zalet na pewno należy zaliczyć również to, że nie wymaga skomplikowanej technologii
oraz wykorzystuje tylko maszyny ogólnobudowlane mogąc znalez
ć zastosowanie przez cały
okres budowy. Wadą tej metody jest niewątpliwie to, że mimo wszystko przez cały czas
trwania budowy ingeruje ona w środowisko miejskie co wprowadza pewne uciążliwości dla
otoczenia.
Pozostałe rozpatrywane warianty, w oparciu o przyjęte kryteria otrzymały bardzo
zbliżone sumaryczne noty co świadczyć może o tym, że w przypadku potrzeby zastosowania,
któregoś z nich koniecznie jest przyjęcie innego zbioru lub większej liczby kryteriów
pozwalających lepiej scharakteryzować dany problem.
Wszystkie jednak te rozważania przeprowadzone zostały dla pewnych, określonych
warunków, w rzeczywistości to te warunki mogą stanowić istotną różnicę decydującą
o wyborze konkretnego wariantu rozwiązania.
3.2 Literatura
[1] Furtak Kazimierz, Kędracki Maciej  Podstawy budowy tuneli , Wydawnictwo PK,
Kraków 2005
[2] Gałczyński Stefan  Podstawy budownictwa podziemnego , Oficyna Wydawnicza
Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2001
[3] Glinicki Stanisław Paweł  Budowle podziemne , Wydawnictwa Politechniki
Białostockiej, Białystok 1994
[4] Głomb Józef  Drogowe budowle inżynierskie , Wydawnictwa Komunikacji i A
ączności,
Warszawa 1975
[5] Grzegorzewicz Krzysztof  Projektowanie i wykonywanie ścian szczelinowych ,
Geoinżynieria drogi, mosty, tunele 03/2005, s. 43  51
[6] Jarominiak Andrzej  Lekkie konstrukcje oporowe , Wydawnictwa Komunikacji i
A
ączności, Warszawa 1999
[7] Madryas Cezary, Ryż Karol  Współczesne technologie podziemnego budownictwa
komunikacyjnego. Metody drążenia tuneli komunikacyjnych , Inżynieria bezwykopowa
2003, s. 46  56
[8] Michałek Marian  Koncepcja technologii zabezpieczania wykopu dla płytko
zlokalizowanych tuneli kolejowych formowanych w formach traconych , Górnictwo i
Geoinżynieria zeszyt 3/1 2009, s. 239-245
[9] PN-88/B-02014 Obciążenia budowli. Obciążenia gruntem
[10] PN-S-02203:1997 Tunele komunikacyjne
[11] Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 10 września 1998 r.
w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle kolejowe i ich
usytuowanie
[12] Siemińska-Lewandowska Anna  Głębokie wykopy. Projektowanie i wykonawstwo ,
Wydawnictwa Komunikacji i A
ączności, Warszawa 2010
[24]  Standardy techniczne. Szczegółowe warunki techniczne dla modernizacji lub budowy
linii kolejowych do prędkości V < 200 km/h. Tom I  Droga szynowa , Centrum
max
Naukowo Techniczne Kolejnictwa, Warszawa 2009
[25]  Standardy techniczne. Szczegółowe warunki techniczne dla modernizacji lub budowy
linii kolejowych do prędkości V < 200 km/h. Tom II Skrajnia kolejowa , Centrum
max
Naukowo Techniczne Kolejnictwa, Warszawa 2009
[26] Wiłun Zenon  Zarys geotechniki , WKiA
, Warszawa 2000