Biuletyn AGH
Magazyn Informacyjny Akademii Górniczo-Hutniczej
29 maj 2022
Strona GłównaBiuletyn AGHArchiwumKontakt
Flaga AGH nad Kanałem Panamskim
23 styczeń 2012

Absolwent Wydziału Górnictwa i Geoinżynierii rozbudowuje największą sztuczną wodną przeprawę świata

Trochę historii
o najsłynniejszych kanałach

Od czasów odkrycia Ameryki przez Krzysztofa Kolumba (1492) szlaki wodne odgrywały nieocenioną rolę w rozwoju światowego handlu i kształtowaniu stosunków politycznych na świecie. Z inżynierskiego punktu widzenia budowa wielkich przepraw wodnych, łączenie mórz i oceanów była zadaniem nadzwyczaj frapującym. Przykładowo, pierwsze prace nad połączeniem Morza Śródziemnego z Morzem Czerwonym wykonano już w starożytności (VI w p.n.e.) za panowania Necho II (609–594 p.n.e.). Ostatecznie za sprawą francuzów w 1869 roku ukończono budowę kanału, który dzisiaj znamy pod nazwą Kanału Sueskiego. Zachęcony wielkim sukcesem skracającym drogę z Europy do Indii o około 7,5 tys. km, pod koniec XIX wieku w 1879 roku Francuz Ferdinand Marie De Lesseps (budowniczy Kanału Sueskiego) zainicjował budowę Kanału Panamskiego, która miała skrócić drogę z Europy na Daleki Wschód. Zakończona sukcesem budowa Kanału Sueskiego była możliwa dzięki rozwijającej się mechanizacji. W Europie zbudowano kilka wielkich koparek z napędem parowym i te wraz z koleją opartą również na maszynach parowych miały być podstawą sukcesu budowy kanału Panamskiego. Pierwsze próby budowy zakończyły się całkowitą klęską. Ciężki tropikalny, gorący i bardzo wilgotny klimat tego regionu nie sprzyjał człowiekowi. Na budowie zmarło ponad 25 000 ludzi – większość z powodu zarażenia się malarią lub żółtą febrą. Francuska firma Ferdinanda Marie De Lessepsa prowadząca prace na kanale zbankrutowała i jego budowę definitywnie przerwano.

fot. arch. Piotra Cygana

W 1903 roku Stany Zjednoczone Ameryki wydzierżawiły od nowo powstałego państwa Panamy teren pod kanał i w 1904 roku rozpoczęto kontynuację projektu francuskiego, który ostatecznie ukończono w 1914 roku. Od tej pory przez ponad 75 lat strefa Kanału Panamskiego znajdowała się pod jurysdykcją amerykańską, dopiero traktat w sprawie trwałej neutralności i funkcjonowania Kanału Panamskiego podpisany w Panamie 7 września 1977 roku zapewnił temu państwu prawa do terenu, którego przekazanie odbyło się w 1999 roku.

Dlaczego o Kanale Panamskim
przy okazji Barbórki?

Są co najmniej dwa powody. Pierwszy to dalekowzroczna wizja rozwoju górnictwa morskiego. Tematowi temu poświęcona była barbórkowa konferencja naukowo-techniczna, z której jasno wynika, że w dalszej perspektywie czasowej ludzkość będzie zmuszona do sięgnięcia po surowce spoczywające na dnie mórz i oceanów. Wtedy więc dostęp do naszej polskiej działki zwanej „Clarion Clipperton” leżącej na Pacyfiku będzie najprostszą drogą morską, właśnie poprzez Kanał Panamski. To jednak futurologia. Natomiast powód drugi to fakt, że na budowie nowej nitki tej największej przeprawy wodnej, często nazywanej „cudem świata”, pracuje od prawie dwóch lat nasz młody i bardzo utalentowany absolwent – mgr inż. Piotr Cygan, który jest kierownikiem robót strzałowych i bezpośrednim przełożonym sekcji wykonującej prace strzelnicze, prowadzone przez hiszpańską spółkę Maxam, a właściwie przez jej spółkę córkę „Serviblasting International”. To bardzo duży sukces naszego wydziałowego systemu edukacji oraz prowadzonej polityki współpracy międzynarodowej.

Piotr Cygan (ur. 19 lipca 1985 roku w Tarnowie) jest absolwentem Wydziału Górnictwa i Geoinżynierii Akademii Górniczo-Hutniczej, gdzie w 2009 roku uzyskał tytuł mgr. inż. o specjalności technika odkrywkowej eksploatacji złóż. W latach 2008–2009 w ramach stypendium przyznanego przez Maxam Civil Explosives studiował w Escuela de Minas na Universidad Politécnica de Madrid. W okresie studiów brał czynny udział w działalności Wydziałowej Rady Samorządu Studentów i w pracach związanych z projektem finansowanym przez Unię Europejską „European Networks of Mining Regions”. Jest byłym stypendystą Małopolskiej Fundacji Stypendialnej „Sapere Auso” i Akademii Górniczo-Hutniczej. Obecnie pracuje na stanowisku kierownika robót strzałowych w projekcie „Third Set of Locks Panama Canal Expansion Project” polegającym na budowie nowych śluz na Kanale Panamskim.

Sukcesy zaimplementowania przez naszych wydziałowych specjalistów z zakresu techniki strzelniczej do zastosowań poza górnictwem są dobrze znane w całym kraju. Nikt jednak nie spodziewał się, aby ta najbardziej prestiżowa i obecnie uznana za jedną z największych inwestycji komunikacyjnych świata w tak wielkim stopniu zależała od polskiego inżyniera – absolwenta Wydziału Górnictwa i Geoinżynierii. Czym zatem jest Kanał Panamski, że inżynier górnik ma tu tyle do powiedzenia.

Kanał Panamski – najbardziej ekscytująca budowla wodna świata

Kanał Panamski to budowla inżynierska całkiem odmienna od przeprawy przez Kanał Sueski. Tu statki muszą być podniesione w systemie śluz na wysokość 26 m nad poziom Oceanu Atlantyckiego, aby dalej mogły płynąć akwenami sztucznego jeziora Gatún oraz 11 km wykopem między wzgórzami, a następnie być opuszczone z powrotem do poziomu Oceanu Spokojnego w rejonie miasta Panamy.

Ta fantastyczna budowla skracająca drogę wodną z Europy na Daleki Wschód o około 14,5 tys. km obecnie znalazła się w obliczu możliwego paraliżu. Obecnie kanałem przepływa rocznie około 14 tys. statków o maksymalnej szerokości 32 m i długości 305 m. Statki te nazywa się potocznie panamaksami. Oblicza się, że niedługo blisko 40% wielkich kontenerowców nie będzie się mieścić w systemie panamskich śluz. Już dziś prawie połowa statków przechodzących przez kanał w niektórych miejscach zajmuje prawie całą jego szerokość. Ostrą konkurencją dla Kanału zaczynają być panamski i amerykański system kolejowy, zdolne w krótkim czasie przetransportować olbrzymią ilość towarów z wybrzeża Pacyfiku na brzeg Atlantyku. Z tego też powodu 3 września 2007 roku tym razem państwo panamskie rozpoczęło budowę stulecia i w ciągu ośmiu lat zamierza poszerzyć kanał. Według ekspertów szacowana na ponad 5 miliardów dolarów inwestycja to jedyna szansa, by jeden z najważniejszych szlaków handlowych współczesnego świata nie został w ciągu kilku lat całkowicie sparaliżowany.

Rys. 1. Stary i nowy Kanał Panamski: a – przekrój przez śluzy, b – plan inwestycji w rejonie Miraflores.

Przedmiotem budowy jest nowy, dodatkowy komplet śluz (rys. 1b) o szerokości 55 m co pozwoli wprowadzić statki o szerokości 49 m i długości do 427 m (rys. 1a). Na znacznym odcinku Kanał zostanie poszerzony i pogłębiony, a w sztucznym jeziorze Gatún, przez które wiedzie ponad 30-kilometrowy odcinek, podniesiony zostanie poziom wody. Tym sposobem do 2025 roku przepustowość szlaku ma wzrosnąć dwukrotnie. Budowa ma całkowicie zmienić tzw. „Przesmyk Panamski” i uratować jego światową rolę. Dziś kanał wciąż przynosi Panamie rocznie pół miliarda dolarów czystego zysku. Przeciętny statek płaci Panamczykom około 50 tysięcy dolarów netto. Jednak kanał bez inwestycji za kilka lat stałby się dużym kłopotem.

Budowa tzw. starego kanału trwała ponad 30 lat. Obecnie buduje się pojedynczą nitkę śluz zdolnych przepuścić nawet największe kontenerowce. Motorem napędowym kanału są gigantyczne śluzy napełniane w bardzo szybkim tempie przez wody czerpane z jeziora Gatún. Nowa śluza ma funkcjonować na zmienionych zasadach. Wprowadza się pełną optymalizację zużycia wody, dlatego budowane śluzy i zbiorniki oraz przegrody spiętrzające wodę mają gigantyczne rozmiary.

Rys. 2. Plac budowy Kanału. Trzecia śluza – Miraflores - fot. Piotr Cygan

Co robi nasz młody i utalentowany absolwent na budowie kanału?

Wszystko zaczyna się od wykonania gigantycznego wykopu. Odcinek realizowany przez hiszpańsko-włoskie Konsorcjum to praktycznie około 25% prac prowadzonych tylko w rejonie śluz Miraflores, czyli w rejonie wejścia do kanału od strony Pacyfiku. Zadaniem pierwszym jest urobienie 8 mln m3 bazaltu kolumnowego. Skała o wysokiej twardości buduje górotwór w tym rejonie, a urobiona jest doskonałym materiałem do produkcji mieszanek betonowych dla całej inwestycji. Tu warto wspomnieć, że budowana przed stu laty podwójna nitka kanału pochłonęła na budowę śluz łącznie około 3 mln m3 betonu. Obecna inwestycja jest znacznie większa, mimo iż jest to tylko pojedyncza nitka równoległego wejścia do kanału (rys. 1b). Trójstopniowe śluzy mają dodatkowo gigantyczne baseny pozwalające na optymalne wielokrotne wykorzystanie wody jeziora Gatún, której mogłoby nie starczyć do zabezpieczenia ruchu statków w kanale.

Inżynier Piotr Cygan – kierownik robót strzałowych – odpowiada za przygotowanie miejsca do dalszych prac budowlanych. Wykop z rys. 2, gdzie roi się od dźwigów, masztów, koparek i gigantycznych samochodów pokazał się po przeszło 450 seriach strzelań i zużyciu prawie 1,5 mln kg materiału wybuchowego. Poniższe zestawienia obrazują zakres robót strzałowych na tym obiekcie.

Rys. 2. Plac budowy Kanału. Trzecia śluza – Miraflores - fot. Piotr Cygan

Uwarunkowania środowiskowe strzelania

Roboty strzałowe w rejonie kanału, gdzie odbywa się wzmożony ruch statków obwarowane są bardzo ostrymi rygorami. Każdy oddany strzał musi zostać udokumentowany nagraniem video, które po obróbce przesyła się do głównego wykonawcy i później dalej do zleceniodawcy budowy śluz, którym jest Autoridad del Canal de Panam (Administracja Kanału Panamskiego). Dodatkowo każdy strzał jest monitorowany przez 6 sejsmografów ustawionych w newralgicznych punktach, takich jak: budynek administracji kanału panamskiego będący w sąsiedztwie robót strzałowych (limit drgań w umowie do 25mm/s); miejsca, w których znajduje się świeżo ułożony beton lub beton o stosunkowo krótkim okresie dojrzewania; istniejące śluzy Miraflores; osiedle domków jednorodzinnych będących w sąsiedztwie wykonywanego projektu. Po zarejestrowaniu przez sejsmograf wartości drgań fal sejsmicznych i powietrznej fali uderzeniowej, następuje odczyt danych z urządzenia i w oparciu o nie przygotowanie raportu wpływu robót strzałowych na otoczenie. Raport zostaje również przesłany do głównego wykonawcy i dalej do ACP. Rejestracja drgań i rejestracja Video są wymagane przy każdym użyciu MW.

Rys. 2. Plac budowy Kanału. Trzecia śluza – Miraflores - fot. Piotr Cygan

Ponieważ klimat tego regionu jest bardzo obfity w deszcze i burze, wymagane jest, aby strzałowy podczas wykonywania prac z użyciem środków strzałowych i MW miał przy sobie urządzenie rejestrujące odległość potencjalnych wyładowań atmosferycznych od miejsca robót strzałowych. W przypadku, gdy urządzenie wykaże odległość 3–8 mil (skala urządzenie to 0–3; 3–8; 8–20 i 20–40 mil) należy przerwać ładowanie otworów i ewakuować całą ekipę z miejsca pracy. Jedynie jeżeli urządzenie wykazuje aktywność wyładowań atmosferycznych powyżej 8 mil, dopuszczone jest wykonywanie jakichkolwiek prac ze środkami strzałowymi i materiałem wybuchowym.

Tabela 1. Ogólna charakterystyka robót strzałowych na obiekcie „Trzecia śluza Miraflores”

Lp.

Wyszczególnienie

Jednostka

Wielkość

1.

Całkowita objętość skał do urobienia robotami strzałowymi

m3

8 000 000

2.

Całkowita liczba zaplanowanych strzelań

1500

3.

Liczba wykonanych strzelań w okresie 1,5 roku pracy (do końca roku 2011)

516

4.

Masa zdetonowanych materiałów wybuchowych

Mg

1 500

5.

Objętość urobionych skał (bazalt kolumnowy) od początku prac

m3

3 000 000

Tabela 2. Charakterystyka pojedynczego strzelania

Lp.

Wyszczególnienie

Jednostka

Parametry strzelania dla MW

Rioflex nabojowy
76 mm,
4,5 kg/szt.)

Rioflex pompowalny (wodny żel)

1.

Ilość otworów strzałowych w serii

szt

258

95

2.

Średnia długość otworów

m

7,2

12,5

3.

Średnica otworu

mm

102

102

4.

Masa całkowita użytego MW

kg

6 129

12 700

5.

Średnia wielkość ładunku w otworze

kg

23

130

6.

Czas niezbędny do załadowania otworów strzałowych

Godz

4

4

7.

Opóźnienia pomiędzy otworami

ms

25

0,5h

8.

Opóźnienia pomiędzy rzędami

ms

42

25

9.

Niezbędny czas na jaki trzeba usunąć całą załogę z placu budowy

min

0,5h

42

10.

Średnia objętość urobionych skał w jednej serii strzelania

m3

13 700

16 400

11.

Zużycie jednostkowe PF

kg/m3

0,45

0,77

12.

Promień strefy rozrzutu

m

300

300

Po wykonaniu odstrzału, strzałowy jest zobligowany udać się w miejsce odstrzału i zweryfikować, czy wszystkie otwory strzałowe zostały zdetonowane i czy nie ma potencjalnego zagrożenia ewentualnym niewypałem. Strzałowy może wejść na miejsce odstrzału jedynie, gdy ma założoną maskę gazową, chroniącą go przed szkodliwym wpływem gazów postrzałowych i gdy posiada urządzenie monitorujące stężenie szkodliwych gazów (Urządzenie to mierzy stężenie O2, CO, CO2, NOx). Po stwierdzeniu braku zagrożeń, potwierdza zdetonowanie całego MW i nadaje komunikat o poprawnym przeprowadzeniu robót strzałowych do inspektora z ramienia administracji kanału panamskiego, który jest odpowiedzialny za poprawne wykonanie odstrzału.

Inspektor z administracji Kanału Panamskiego każdorazowo pojawia się w czasie przeznaczonym na przeprowadzenie odstrzału. W porozumieniu ze służbami BHP głównego wykonawcy oraz z administracją kanału upewnia się, czy w strefie rozrzutu odłamkami nie znajduje się żadna osoba i czy nie przepływa żaden statek, zwłaszcza na odcinku od śluz Miraflores do Pacyfiku (dotyczy to robót strzałowych wykonywanych w miejscu, gdzie w promieniu strefy rozrzutu znajduje się szlak wodny prowadzący do śluz). Po potwierdzeniu bezpieczeństwa w strefie, podaje rozkaz nadania 5 długich sygnałów. Po upływie 5 minut ponownie sprawdza, czy strefa jest bezpieczna i nadaje rozkaz 5 krótkich sygnałów. Po 1minucie i ponownym upewnieniu się, że nie ma żadnego zagrożenia, nadaje rozkaz oddania strzału. Strzałowy po potwierdzeniu odpalenia odlicza od 5 do 0 i oddaje strzał. Po upływie 5 minut od odstrzału, strzałowy może wejść w rejon strzelania w celu dokonania jego oceny.

Tu trzeba zwrócić uwagę na bardzo wysokie wymagania środowiskowe i bardzo restrykcyjne prawo. W czasie jednego ze strzelań na innym odcinku kanału, gdzie prace strzeleckie wykonuje inna firma, odłamek skalny lekko uszkodził obiekt cywilny w strefie rozrzutu. W konsekwencji firma otrzymała dwutygodniowy zakaz wykonywania strzelań, co wiązało się z opóźnieniem robót, a w konsekwencji z bardzo dużymi stratami finansowymi.

Rys. 3. Opuszczony statek na poziom Pacyfiku wychodzi z Kanału Panamskiego - fot. Piotr Cygan

Kierownik robót strzałowych ma tu bardzo odpowiedzialne zadania. Należą do nich:

– koordynacja wykonania robót strzałowych ze służbami BHP głównego wykonawcy,

– zabezpieczenie miejsca wykonywania robót strzałowych,

– koordynacja przebiegu ładowania otworów MW,

– koordynacja eskorty dla transportu MW ze składów MW na miejsce robót strzałowych,

– przygotowanie sejsmografów i kamery,

– wypisywanie zapotrzebowania na MW,

– projektowanie robót strzałowych,

– czuwanie nad bezpieczeństwem wykonywania prac,

– czuwanie nad poprawnym załadowaniem otworów i wykonaniem połączeń całej sieci strzałowej,

– raportowanie wyników przeprowadzonych robót strzałowych w formie pisemnej do głównego wykonawcy,

Strzałowi natomiast odpowiadają za:

– poprawne załadowanie otworów strzałowych wg zatwierdzonego planu strzelania,

– poprawne wykonanie połączeń,

– odpalenie i zweryfikowanie poprawnego przeprowadzenia odstrzału.

Podsumowanie

Kanał Panamski nazywany jest „cudem świata” i słusznie. Ten budowany obecnie zadziwia stosowanym sprzętem, rozmiarami i organizacją pracy. Ale winniśmy chylić czoła przed budowniczymi, którzy rozpoczęli tę inwestycję już w XIX wieku, mając do dyspozycji jako głównych technicznych sprzymierzeńców jedynie maszynę parową i dynamit.

Dzisiaj pracę kanału można podziwiać z tarasu restauracji Miraflores (rys. 3). Gigantyczne statki precyzyjnie prowadzone przez nabrzeżne lokomotywy i stopniowo podnoszone lub opuszczane do poziomu wód dalszej żeglugi.

Udział naszego absolwenta przy budowie tego komunikacyjnego cudu świata i to w roli kierownika robót strzałowych jest dla Uczelni i Wydziału dowodem, że kształcimy dobrze i uniwersalnie. Jest też wielkim zaszczytem i być może przepustką do wejścia na karty historii światowego budownictwa komunikacyjnego.

Piotr Czaja
Wydział Górnictwa i Geoinżynierii AGH