www.informacjainstal.com.pl

5/2025

Wodociągi i kanalizacja

Każdy producent rur przeciskowych określa maksymalną, dopuszczalną wielkość siły przeciskowej, której przekro-

czenie może doprowadzić do ich uszkodzenia. Tak więc dokładne określenie wielkości tej siły wtrakcie realizacji

przewodu wtechnologii mikrotunelowania ma kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa realizacji tych prac.

Dokładne określenie wielkości siły przeciskowej jest też niezbędne do określenia odległości pomiędzy studniami star-

towymi iodbiorczymi. Odległość ta ma istotne znaczenie dla kosztów realizacji przewodu, ponieważ determinuje

liczbę studni na trasie przewodu, akoszt budowy studni może być większy od kosztów budowy samego przewodu.

Wpracy tej podjęto próbę teoretycznego oszacowania wielkości siły przeciskowej iweryfikacji tych wyników na

podstawie rzeczywistej wielkości siły pomierzonej wtrakcie realizacji określonego przewodu kanalizacyjnego.

Słowa kluczowe: przewody podziemne, mikrotunelowanie, siła przeciskowa, infrastruktura podziemna

Every manufacturer of jacking pipes specifies the maximum permissible jacking force, the exceeding of which may

result in damage to the pipes. Therefore, the precise determination of the jacking force during the construction of the

pipe when using microtunneling technology is crucial for the safety of this procedure. The determination of the jacking

force is also necessary to specify the distance between the starting and receiving wells. This distance is of significant

importance for the costs of the construction of the pipe because it determines the number of wells on the pipe’s route.

The cost of building awell may be higher than the cost of building the pipe itself. This paper attempts to both

theoretically estimate the jacking force and verify the obtained results based on the value of the actual force measured

during the construction of aspecific sewage pipe.

Keywords: underground conduits, microtunneling, jacking force, underground infrastructure

Wprowadzenie

Oszacowanie wielkości siły przecisko-

wej jest zagadnieniem stosunkowo trud-

nym, przede wszystkim zuwagi na zmien-

ność parametrów gruntu na trasie realizo-

wanych przewodów. Jakość i pewność

wyników rozpoznania parametrów geo-

technicznych gruntu na trasie realizowane-

go przewodu zależą od odległości pomię-

dzy otworami badawczymi. Niestety, dla

ograniczenia kosztów badań, częstą prak-

tyką jest stosowanie zbyt dużych odległo-

ści pomiędzy tymi otworami, co prowadzić

może do błędnego oszacowania, istot-

nych dla określenia wielkości siły przeci-

skowej parametrów gruntu. Rodzaj ipara-

metry gruntu mają istotny wpływ na wiel-

kość współczynnika tarcia pomiędzy rurą

a ośrodkiem gruntowym oraz na opór

czoła tarczy. Istnieje wiele teorii dotyczą-

cych obliczania wielkości siły przeciskowej

(teoria Strieglera, teoria Paula, teoria Kali-

sza), stosuje się też metodę statystyczną [1,

2]. Na podstawie własnych doświadczeń

autorów opartych na obserwacjach zre-

alizacji przewodów kanalizacyjnych

o małych średnicach (od 300 do 800

mm), wielkość siły przeciskowej określona

na podstawie teorii Kalisza [3] jest najbliż-

sza wielkości obserwowanych wpraktyce.

Wdalszej części artykułu dokonano anali-

zy wpływu różnych czynników na wielkość

obliczeniowej siły przeciskowej według

teorii Kalisza ijej porównanie zwielkością

rzeczywistej siły jaka była niezbędna do

zrealizowania określonego przewodu.

Obliczeniowa wielkość siły

przeciskowej

Według Kalisza wielkość siły przeci-

skowej wyznaczamy ze wzoru (1) [3]:

T = µ · L [2(P

+ P

) + g] + G (1)

= 0.7 · γ

· H · D (2)

= 0.8P

(3)

G = 2 · π · r · q (4)

gdzie:

µ – współczynnik tarcia pomiędzy

rurą przeciskową, agruntem,

L – długość przecisku,

, P

– pionowy ipoziomy nacisk gruntu

na 1 m rury,

g – ciężar własny rury,

G – opór czołowy rury przeciskowej,

– ciężar objętościowy gruntu,

H – wysokość sklepienia gruntowego,

D – średnica rury,

r – promień rury,

q – współczynnik zależny od rodzaju

gruntu. (q = 50 kN/m do 600

kN/m).

Pewnym problemem jest określenie

wielkości oporu czołowego rury przeci-

skowej „G” ponieważ brak jest dokład-

nych danych dotyczących wielkości

współczynnika „q”. Według danych lite-

raturowych [3] wielkość tego współczyn-

nika, w zależności od rodzaju gruntu,

Mgr inż. Zuzanna Fyall https://orcid.org/0000-0002-3695-6659; e-mail: zuzanna.fyall@pwr.edu.pl, Dr inż. Leszek Wysocki, em. prof. uczelni

https://orcid.org/0000-0002-2424-7214; e-mail:

leszek.wysocki@pwr.edu.pl ‒ Katedra Mechaniki Budowli iInżynierii Miejskiej

Politechniki Wrocławskiej

Ocena wielkości siły przeciskowej

wtechnologii mikrotunelowania

Evaluation of the jacking force in microtunneling technology

ZUZANNA FYALL, LESZEK WYSOCKI

DOI10.36119/15.2025.5.4

W odociągi i kanalizacja/Water supply and sewage

Instal 5_25.indb 31Instal 5_25.indb 31 13.05.2025 13:35:2713.05.2025 13:35:27

5/2025 www.informacjainstal.com.pl

zmienia się od 50 kN/m do 600 kN/m.

Przy tak szerokim zakresie zmienności

współczynnika ewentualny błąd wprzyję-

ciu jego wielkości prowadzić może do

zaniżenia lub zawyżenia obliczeniowej

wielkości siły przeciskowej. Błędne osza-

cowanie siły przeciskowej skutkować

może nieuzasadnionym wzrostem kosz-

tów realizacji określonego przewodu lub

awarią w trakcie realizacji prac. Wzrost

kosztów może być wynikiem konieczności

zmniejszenia odległości pomiędzy stud-

niami startową iodbiorczą dla zmniejsze-

nia błędnie oszacowanej wielkości siły

przeciskowej. Koszt budowy studni jest

zwykle bardzo wysoki istąd wynika po-

trzeba bardzo szczegółowej analizy wiel-

kości potrzebnej siły przeciskowej.

Kędracki [3] proponuje modyfikację

wzoru (4) poprzez wyznaczenie tej wiel-

kości zzależności (5):

G = c · s (5)

gdzie:

c – spójność gruntu,

s – zewnętrzna powierzchni rury.

Określenie wielkości oporu czołowe-

go „G” według zależności (5) jest znacz-

nie dokładniejsze ponieważ opiera się na

dostępnych dla każdego projektu danych

dotyczących parametrów gruntu. Oczywi-

ście, jak to już podkreślono powyżej, ko-

nieczne jest dokładne rozpoznanie wa-

runków gruntowych na trasie realizowa-

nego przecisku. Wykonując obliczenia

wielkości siły przeciskowej według wzoru

(1) z uwzględnieniem modyfikacji (5)

otrzymujemy stosunkowo dużą wielkość

oporu czołowego „G”. Taki opór czołowy

wystąpić może tylko wfazie wstępnej gdy

konieczne jest wywołanie ruchu maszyny

wiercącej, następnie ulega znaczącej re-

dukcji, doświadczenia własne autorów

wskazują, że redukcja może osiągać na-

wet 100 % siły wstępnej. Dla spowodowa-

nia ruchu maszyny wiercącej konieczne

jest pokonanie sił tarcia oraz dociśnięcie

maszyny, aby rozpoczęło się skrawanie

gruntu (opór czoła). Wtrakcie wiercenia,

gdy maszyna znajduje się wruchu, znacz-

nemu zmniejszeniu ulega nie tylko opór

czołowy, ale także wielkość siły tarcia.

Do określenia wielkości siły tarcia bar-

dzo istotne jest określenie wielkości współ-

czynnika tarcia pomiędzy rurą przeciskową

aośrodkiem gruntowym. Dla ograniczenia

wielkości tego współczynnika stosuje się

środki smarujące, najczęściej oparte na

bentonicie zewentualnym dodatkiem poli-

merów. Według danych producentów tych

środków i producentów rur, w przypadku

rur o bardzo gładkich ściankach współ-

czynnik tarcia „µ” może zostać zreduko-

wany do wielkości 0,1. W przypadku rur

ochropowatych ściankach ibraku środka

smarującego współczynnik tarcia może

osiągnąć wielkość maksymalną µ = tg (φ –

kąt tarcia wewnętrznego w gruncie). Dla

piasku wielkość współczynnika tarcia po-

między chropowatą ścianką rury agruntem

może osiągać wielkość powyżej 0,6, tak

więc współczynnik tarcia pomiędzy rurą

przeciskową agruntem, może różnić się aż

sześciokrotnie, wzależności od technolo-

gii realizacji prac. Potwierdza to duże zna-

czenie stosowania środka smarującego,

jego jakości ijakości dozowania. Wpracy

[3] zamieszczono wyniki badań współ-

czynnika tarcia pomiędzy powierzchnią

betonu a gruntem (aparat skrzynkowy),

wyniki tych badań zestawiono wtab.1.

Zwrócić należy uwagę, że wyniki wy-

konanych badań potwierdziły stosunkowo

mały wpływ chropowatości materiału na

wielkość współczynnika tarcia, znacznie

mniejszy od wpływu działania środka

smarującego. W praktyce projektowej

wielkości zestawione w tab.1 traktować

należy jako orientacyjne ponieważ doty-

czą badań wwarunkach laboratoryjnych

w aparacie skrzynkowym. W pracy [4]

zamieszczono wielkości współczynnika

tarcia pomiędzy rurą stalową a gruntem

dla przypadku, gdy nie stosuje się środka

smarującego. Według tych danych współ-

czynnik tarcia w zależności od rodzaju

gruntu osiąga wielkość od 0,45 do 0,83.

Na podstawie własnych obserwacji

autorów zlicznych realizacji przewodów

kanalizacyjnych wtechnologii mikrotune-

lowania, wielkość współczynnika tarcia

„µ” na poziomie 0,1 jest praktycznie nie-

osiągalna. W praktyce do obliczeń,

wprzypadku wysokiej jakości materiałów

i wysokiej jakości prac, zalecamy przyj-

mowanie współczynnika tarcia „µ”

owielkości nie mniejszej od 0,15.

Weryfikacja obliczeniowej

wielkości siły przeciskowej

Celem weryfikacji metod obliczenio-

wych stosowanych w praktyce projekto-

wej do określania wielkości sił przecisko-

wych wykonano wariantowe obliczenia

wielkości tej siły dla przewodu kanaliza-

cyjnego realizowanego zrur GRP ośred-

nicy DN 400 idopuszczalnej, określonej

przez producenta, sile przeciskowej do

350 kN. Wyniki tych obliczeń zweryfiko-

wano wtrakcie realizacji przewodu. Prze-

cisk o długości około 60 m realizowany

był pod drogą odużym natężeniu ruchu.

Dla potrzeb realizacji przewodu wy-

konano badania warunków gruntowo-

-wodnych w dwóch otworach badaw-

czych. Wyniki tych badań potwierdziły, że

przewód realizowany będzie w glinie

piaszczystej na granicy stanu twardopla-

stycznego ipółzwartego.

Dla określenia możliwości realizacji

przewodu zokreślonych rur oraz doboru

parametrów maszyny wiercącej wykona-

no wariantowe obliczenia wielkości nie-

zbędnej dla zainstalowania przewodu siły

przeciskowej według zależności (1), roz-

ważano następujące przypadki:

1. Nad przewodem powstanie sklepienie,

awspółczynnik tarcia osiąga wielkość

µ = 0,15 (stosowanie „smarowania”).

2. Nad przewodem powstanie sklepie-

nie, awspółczynnik tarcia osiąga wiel-

kość µ = 0,4 (brak „smarowania”).

3. Nad przewodem nie powstanie skle-

pienie, a współczynnik tarcia osiąga

wielkość µ = 0,4 (brak „smarowania”).

4. Nad przewodem powstanie sklepie-

nie awspółczynnik tarcia osiąga wiel-

kość µ = 0,4 (brak „smarowania”),

obliczenia według zmodyfikowanego

wzoru Kędrackiego.

5. Nad przewodem nie powstanie skle-

pienie, a współczynnik tarcia osiąga

wielkość µ = 0,15 (stosowanie „sma-

rowania”).

Wyniki wykonanych obliczeń wielko-

ści siły przeciskowej dla poszczególnych

przypadków zestawiono wtab. 2.

Tab. 2. Zestawienie wielkości obliczeniowej siły

przeciskowej dla różnych przypadków realizacji

Tab.2. List of the calculated valuesof the jacking

force for different implementation cases

Przypadek

Wsp. tarcia

„µ”

Opór czoła

[kN]

Siła wciskająca

[kN]

1 0,15 94 199

2 0,40 94 377

3 0,40 94 1630

4 0,40 330 659

5 0,15 94 665

W przypadku opisywanej realizacji

możliwe było wystąpienie każdego zroz-

ważanych przypadków obliczeniowych.

Zwrócić należy uwagę, że wielkość obli-

czeniowej siły przeciskowej dla przypad-

ku 1 jest aż ośmiokrotnie (!) mniejsza od

Tab.1. Zestawienie wielkości współczynnika tar-

cia dla powierzchni betonowych

Tab.1. List of friction coefficient valuesfor con-

crete surfaces

Rodzaj

gruntu

Powierzchnia

betonu

Bez bentonitu Zbentonitem

c [kPa]

Glina

piaszczysta

gładka 10 0,36 0 0,10

chropowata 18 0,46 12 0,15

Piasek

gliniasty

gładka 15 0,43 0 0,12

chropowata 20.9 0,52 10 0,22

Piasek

drobny

gładka 0 0,48 0 0,16

chropowata 0 0,63 3 0,26

Instal 5_25.indb 32Instal 5_25.indb 32 13.05.2025 13:35:2713.05.2025 13:35:27

www.informacjainstal.com.pl

5/2025

Wodociągi i kanalizacja

wielkości siły przeciskowej dla przypadku 3.

Prawdopodobieństwo wystąpienia po-

szczególnych przypadków jest oczywiście

zróżnicowane. Biorąc pod uwagę rodzaj

gruntu (grunt spoisty – glina piaszczysta),

małą średnicę przewodu oraz jego zagłę-

bienie „h” spełniające zależność h/D > 2

prawdopodobieństwo braku sklepienia

nad przewodem jest stosunkowo małe.

W gruntach spoistych dokładne, równo-

mierne pokrycie powierzchni rur środkiem

smarującym jest bardzo trudne, dlatego

na etapie określania niezbędnej wielkości

siły przeciskowej zawsze wskazane jest

oszacowanie zakresu tej siły dla różnych

wielkości współczynnika tarcia „µ”.

Omawiany przewód realizowany był

zkomory startowej wykonanej zprofili sta-

lowych typu GZ-4 zbetonowym blokiem

oporowym. Jako środek smarujący używa-

na była mieszanina bentonitowa zdodat-

kiem polimeru. W odległości około 50 m

od komory startowej siła wciskająca osią-

gnęła wielkość 287 kN. Po osiągnięciu tej

odległości nastąpiła nieplanowana prze-

rwa trwająca dwie doby. Dla spowodo-

wania przemieszczenia maszyny wiercą-

cej po przerwie konieczne było użycie siły

626 kN. Po spowodowaniu ruchu maszyny

wielkość siły wciskającej uległa radykalne-

mu obniżeniu iwkońcowej fazie osiągnęła

wielkość 320 kN. Zwrócić należy uwagę,

że wielkość siły wciskającej w momencie

startu po nieplanowanej przerwie była

znacznie większa od dopuszczalnej siły

przeciskowej określonej przez producenta

rur na poziomie 350 kN. Mimo tak poważ-

nego przekroczenia wielkości siły przeci-

skowej nie stwierdzono żadnych uszko-

dzeń rur, przewód przeszedł też pomyślnie

próbę szczelności.

Podsumowanie

Wyniki wykonanych obliczeń nie-

zbędnej wielkości siły wciskającej oraz

wyniki pomiarów wielkości tej siły wtrak-

cie realizacji pozwalają na sformułowanie

następujących wniosków:

a) Konieczne jest stosowanie wszelkich

zabiegów poprawiających skutecz-

ność smarowania wtrakcie realizacji

przecisku.

b) Niedopuszczalne jest stosowanie

przerw w trakcie realizacji przecisku

pomiędzy komorą startową aodbior-

czą.

c) Wielkość siły wciskającej określona na

podstawie zmodyfikowanego przez

Kędrackiego wzoru (1) określającego

sposób wyznaczania oporu czoła tar-

czy dotyczy sytuacji gdy konieczne

jest wywołanie ruchu maszyny po wy-

stąpieniu dłuższej przerwy.

Do zabiegów poprawiających sku-

teczność rozprowadzania środka smaru-

jącego zaliczyć można:

a) Zastosowanie wysokiej jakości mie-

szaniny smarującej. Wyższy koszt ma-

teriału zcałą pewnością zostanie zre-

kompensowany wydłużeniem odcinka

możliwego do zrealizowania w jed-

nym cyklu oraz poprawą bezpieczeń-

stwa realizacji prac.

b) Zmniejszenie odległości pomiędzy ru-

rami zdyszami do wtłaczania środka

smarującego. Zmiana ta oczywiście

wiąże się zpewnym wzrostem kosz-

tów realizacji inależy rozważyć efekty

ekonomiczne związane z możliwo-

ścią wydłużenia odcinków realizowa-

nego przewodu.

c) Zwiększenie ciśnienia podawania

środka smarującego. Wtym przypad-

ku konieczna jest jednak analiza wpły-

wu tego ciśnienia na uszczelki wprze-

wodzie oraz na wielkość naprężeń

wściankach rur. Producent rur określa

wielkość dopuszczalnego ciśnienia

zewnętrznego, które nie spowoduje

uszkodzenia uszczelki.

Wykonane pomiary potwierdziły, że

dokładne rozprowadzenie środka smaru-

jącego jest stosunkowo trudne iuzyskanie

współczynnika tarcia wprzeciętnych wa-

runkach realizacji na poziomie poniżej

0,15, a nawet 0,2 jest praktycznie nie-

osiągalne.

Każda, nawet krótka przerwa wtrak-

cie realizacji określonego odcinka prze-

wodu pomiędzy komorą startową i od-

biorczą wiąże się zkoniecznością zwięk-

szenia siły przeciskowej. W opisywanym

przypadku po 48 godzinnej przerwie, dla

kontynuowania prac konieczne było

zwiększenie siły przeciskowej o ponad

100 %. Obserwacje autorów zinnych re-

alizacji wskazują, że nawet krótka prze-

rwa (1-2 godzinna) powoduje znaczny

wzrost niezbędnej wielkości siły przecisko-

wej idlatego konieczna jest odpowiednia

organizacja prac wykluczająca jakiekol-

wiek przerwy. Wzrost wielkości siły przeci-

skowej zależy nie tylko od długości prze-

rwy, ale także od innych czynników,

zwłaszcza od rodzaju gruntu ijest większy

wgruntach spoistych.

Dla dokładniejszego określenia wiel-

kości siły przeciskowej konieczne są obser-

wacje zrealizacji tych przewodów wróż-

nych warunkach gruntowo-wodnych idla

różnych materiałów rur. Wliteraturze bran-

żowej często publikowane są sprawozda-

nia zrealizacji przewodów wtechnologii

mikrotunelowania. W sprawozdaniach

tych powinna znaleźć się informacja

owielkości siły przeciskowej, poszerzyłoby

to bazę danych iprzyczyniłoby się do po-

prawy jakości projektów realizacji przewo-

dów wtechnologii mikrotunelowania.

LITERATURA

[1] Madryas C., Kolonko A., Szot A., Wysocki L.:

Mikrotunelowanie. Dolnośląskie Wydawnictwo

Edukacyjne, Wrocław 2012.

[2] Chapman D. N., Ichioka Y.: Prediction of jacking

forces for microtunelling operations Trenchless

Technology Res., 1999 r. vol. 14, nr 1, s. 31-41.

[3] Furtak K., Kędracki M.: Podstawy budowy tuneli.

Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków

2005.

[4] Zwierzchowska A.: Technologie bezwykopowej

budowy sieci gazowych, wodociągowych

i kanalizacyjnych. Skrypt Politechniki Święto-

krzyskiej nr 441, Kielce 2009.

Kwartalnik „Budownictwo i Prawo” ukazuje się piętnasty rok i ma już ustaloną grupę

odbiorców wśród: ﬁrm budowlanych, wydziałów budownictwa urzędów miejskich i sta-

rostw, biur projektowych, ﬁrm kosztorysowych i innych. Obecnie nakład czasopisma wy-

nosi ok. 2000 egz. (w zależności od uczestnictwa w targach lub sympozjach i konferen-

cjach, podczas których prowadzone są akcje promocyjne).

Współpracujemy z z ministerstwami odpowiedzialnymi za zagadnienia: budownictwa,

infrastruktury, ochrony środowiska, energetyki, Głównym Urzędem Nadzoru Budowlanego,

Urzędem Zamówień Publicznych, Instytutem Techniki Budowlanej, uczelniami oraz licznymi

stowarzyszeniami z sektora budownictwa.

Autorzy z tytułu publikacji w ”Budownictwo i Prawo” otrzymują 20 pkt w klasyﬁkacji MNiSzW.

Czasopismo jest wydawane przez Ośrodek lnformacji „Technika instalacyjna w budow-

nictwie” oraz Oﬁcynę Wydawniczą POLCEN i rozpowszechniane na terenie całego kraju

w prenumeracie oraz w sieci sprzedaży ww. wydawców.

Zamówienia na prenumeratę przyjmuje:

Ośrodek Informacji „Technika instalacyjna wbudownictwie”

02-647 Warszawa, ul. Marynarska 14

redakcja@informacjainstal.com.pl, wydawnictwo@informacjainstal.com.pl

Instal 5_25.indb 33Instal 5_25.indb 33 13.05.2025 13:35:2713.05.2025 13:35:27