Zarządzanie przestrzenią podziemną

Zarządzanie przestrzenią podziemną jako proces obejmuje ogół działań, których celem jest planowanie, koordynacja, monitorowanie i racjonalne wykorzystanie górotworu na potrzeby budownictwa, górnictwa, geologii, gospodarki zasobami wodnymi, składowania oraz magazynowania.

W ostatnich latach UE coraz intensywniej zwraca uwagę na zrównoważony rozwój, w tym również na efektywne zarządzanie przestrzenią podziemną, której znaczenie rośnie w kontekście zmian klimatycznych, urbanizacji oraz transformacji energetycznej.

Zagospodarowanie przestrzeni podziemnej w sposób zrównoważony pozwala na zidentyfikowanie konfliktów przestrzennych i optymalizację planowania przyszłych form zagospodarowania górotworu. Zarządzanie przestrzenią podziemną jest również narzędziem mogącym wspierać rozwój nowoczesnych miast (Smart City).

Dzięki nowoczesnym technologiom i transformacji cyfrowej możliwe jest opracowywanie warstw informacyjnych oraz prowadzenie analiz dotyczących stanu zagospodarowania oraz przewidywania przyszłych potrzeb w tym zakresie. Daje to możliwość lepszego zarządzania przestrzenią podziemną i dostosowywania jej do dynamicznych zmian i przyszłych potrzeb.

Zorganizowane gospodarowanie przestrzenią podziemną może przyczynić się do inwestowania w nowe formy zagospodarowania typu: podziemne elektrownie szczytowo-pompowe, wykorzystanie energii geotermalnej, magazynowanie ciepła i energii. Z uwagi na zmiany klimatu, zarządzanie przestrzenią podziemną może wspierać realizację strategii adaptacyjnych oraz zwiększyć potencjał dostaw energii/ciepła/chłodu ze źródeł OZE.

Modele podłoża

Współczesne projektowanie i realizacja inwestycji budowlanych coraz częściej opierają się na cyfrowych narzędziach wspomagających analizę i zarządzanie informacją o podłożu gruntowym. Szczególne znaczenie zyskują cyfrowe modele podłoża, które pozwalają na wizualizację warunków geotechnicznych i niepewności, usprawniają proces projektowy oraz ułatwiają współpracę między uczestnikami procesu inwestycyjnego.

W projektowaniu obiektów budowlanych zasadnicze znaczenie ma opracowanie modelu podłoża, który obejmuje układ warstw oraz parametry ustalone na podstawie integracji danych geologicznych, geofizycznych, geologiczno-inżynierskich i geotechnicznych. Modele podłoża są opracowywane w rożnej formie, coraz częściej w formie trójwymiarowych modeli 3D. Takie modele umożliwią indywidualne podejście do projektowania fundamentów lub wzmocnień w szczególności w przypadku obiektów na obszarach morskich (Velenturf i in., 2021).

Model podłoża jest różnie definiowany (Parry i in., 2014; Majer, Sokołowska, Frankowski (red.) i in., 2018; ZARZĄDZENIE nr 22…, 2019; Baynes, Parry, 2022; Majer, Sokołowska (red.) i in., 2023; European Commission, Joint Research Centre, Garin i in., 2024 - JRC140556; PN-EN-1997-1:2025-10E; PN-EN-1997-2:2025-10E).

Najnowsza definicja modelu podłoża została podana w normie PN-EN-1997-1:2025-10E. Norma definiuje go jako: szczegółowy opis lokalizacji dotyczący rozmieszczenia i charakteru podłoża oraz wód podziemnych, oparty na wynikach badań i innych dostępnych danych. Model powinien obejmować warunki geologiczne, hydrogeologiczne i geotechniczne w danej lokalizacji, określone na podstawie wyników badań podłoża (PN-EN-1997-2:2025-10E). Aktualna norma PN-EN 1997-2:2009 nie posługuje się terminem „model podłoża”, jedynie wymienia termin „model geologiczny”, dla którego nie podaje definicji. Według normy PN-EN-1997-2:2025-10E model podłoża powinien:

• uwzględniać zmienność i niepewność warunków oraz właściwości geologicznych, hydrogeologicznych i geotechnicznych,
• mieć odpowiednią szczegółowość dostosowaną do kategorii geotechnicznej oraz do tzw. strefy wpływu (zone of influence, ZOI),
• być uszczegóławiany i aktualizowany w oparciu o nowe dane,
• zawierać wartości wyprowadzone właściwości podłoża w podziale na warstwy geotechniczne,
• być udokumentowany w dokumentacji badań podłoża (Ground Investigation Report) lub w projekcie geotechnicznym (Geotechnical Design Report).

Poza modelem podłoża w procesie inwestycyjnym opracowywane są inne rodzaje modeli, co jest związane ze specyfiką prowadzonych inwestycji, w szczególności:

• model geofizyczny,
• model geologiczno-geofizyczny,
• zintegrowany model geologiczny, zintegrowany model podłoża (integrated geological model, integrated ground model, IGM),
• model geologiczno-inżynierski (engineering-geological model, EGM).

Model geofizyczny jest wykorzystywany do opracowania modelu geologiczno-geofizycznego, przedstawia układ warstw geofizycznych, ich właściwości geofizyczne (parametry zmierzone za pomocą badań geofizycznych) oraz/lub miejsca anomalii geofizycznych (Ostrowski, Pacanowski, Majer, Sokołowska (red.) i in., 2023). Model ten jest opracowywany na podstawie wyników badań geofizycznych.

Model geologiczno-geofizyczny przedstawia układ warstw geologiczno-geofizycznych, ich właściwości fizyczno-mechaniczne oraz/lub miejsca niekorzystnych procesów i zjawisk (Ostrowski, Pacanowski, Majer, Sokołowska (red.) i in., 2023). Model jest opracowywany na podstawie wyników badań geofizycznych oraz korelacji lub kontekstu.

Model geologiczno-inżynierski (engineering geological model, EGM) obejmuje kompleksowe i ramowe dane, które wspierają interpretację i ocenę warunków geologiczno- inżynierskich oraz pozwalają na ocenę interakcji tych warunków z projektowanym obiektem budowlanym, aby na tej podstawie podejmować odpowiednie decyzje inżynierskie przez cały cykl życia obiektu budowlanego, od jego rozpoczęcia po jego likwidację. Przyjmując tę definicję, celem jest wyjście poza koncepcję, w której „model” jest uproszczoną i statyczną trójwymiarową reprezentacją warunków gruntowych oraz uznanie, że tworzenie i rozwój EGM to ciągły proces gromadzenia danych, który zapewnia kierowanie i kontrolowanie prac inżynieryjnych przez cały cykl życia obiektu budowlanego (Baynes, Parry, 2022 przetłumaczone).

Zintegrowany model geologiczny (ang. integrated geological model, IGM) lub zintegrowany model podłoża (ang. integrated ground model, IGM) to cyfrowa reprezentacja geologicznych, geologiczno-inżynierskich i geotechnicznych właściwości podłoża, która pozwala na szczegółową analizę warunków, w jakich będą realizowane roboty budowlane w tym specjalistyczne roboty geotechniczne (Majer, Sokołowska, Szabłowska (red.) i in., 2024). Integracja danych geofizycznych i geologicznych to proces łączenia, zestawiania i analizowania różnych typów danych pochodzących z różnych źródeł w celu uzyskania pełniejszego obrazu warunków występujących w podłożu inwestycji oraz na dnie morskim. Celem integracji jest stworzenie spójnego modelu podłoża, w przypadku dokumentacji geologiczno-inżynierskiej, modelu geologiczno-inżynierskiego, który uwzględnia wszystkie istotne aspekty geometryczne, fizyczne i mechaniczne podłoża oraz zagrożenia, stanowiąc podstawę prac projektowych.

Każdy model, w szczególności model podłoża oraz model geologiczno-inżynierski powinien być stopniowo uszczegóławiany i aktualizowany na podstawie nowych danych geologicznych, geofizycznych, geologiczno-inżynierskich, geotechnicznych gromadzonych podczas procesu inwestycyjnego.

Modele podłoża można przedstawiać w różnej formie. W praktyce projektowania, zazwyczaj opracowuje się modele dwuwymiarowe 2D – przekroje geotechniczne, przekroje geologiczno-inżynierskie. Przekroje te opracowuje się na podstawie danych z otworów wiertniczych i sondowań lub można je generować z trójwymiarowego modelu podłoża 3D (Madsen i in., 2022) oraz tworzyć Cyfrowe geoBliźniaki (4D).

Dokumentacja geologiczno-inżynierska zawiera model geologiczno-inżynierski (ang. engineering geological model, EGM) i/lub modele geofizyczne i geologiczno-geofizyczne - zintegrowane modele geologiczne w przypadku, jeśli w DGI opisuje się i wykorzystuje wyniki badań geofizycznych. Modele geofizyczne i geologiczno-geofizyczne mogą być opracowane i przedstawione w dokumentacji geologicznej innej (DGIn) lub w dokumentacji geologiczno-inżynierskiej (DGI), jeśli zostały zaprojektowane i zrealizowane razem z robotami geologiczno-inżynierskimi w ramach tej dokumentacji.

Badania na morzu (offshore)

W celu scharakteryzowania warunków geologiczno-inżynierskich występujących w podłożu obiektów budownictwa morskiego wykonuje się badania podłoża w tym badania geologiczno-inżynierskie i geofizyczne. Wybrane badania wykonuje się na podstawie przygotowanego wcześniej projektu robót geologicznych. Z uwagi na to, że obiekty budownictwa morskiego mogą być położone zarówno w części morskiej i lądowej, badania terenowe dla takiej inwestycji wykonuje się na morzu oraz na lądzie. Na odcinku lądowym badania geologiczno-inżynierskie wykonuje się zgodnie z aktualnymi normami PN-EN 1997-2, PN-EN ISO 22475-1 oraz z serii PN-EN ISO 22476.

W części morskiej technika wykonywania badań terenowych jest nieco inna, dlatego poza normami stosowanymi na lądzie stosuje się normy odpowiednie dla obszarów morskich, w szczególności normy PN-EN ISO 19901 oraz standardy i rekomendacje – normy DNV. Norma PN-EN ISO 19901-8:2015-10, która zawiera wymagania i zalecenia dla badań dna morskiego, początkowo została opracowana na potrzeby badań gruntów morskich dla przemysłu naftowego i gazowniczego. W związku z tym, że założenia do badania dna morskiego na potrzeby projektowania wszystkich konstrukcji morskich są podobne, to w 2024 r. została ona zastąpiona normą PN-EN ISO 19901-8:2024-03, która zawiera zalecenia dla wszelkiego rodzaju konstrukcji morskich. Norma ma zastosowanie do badań gruntów/skał na obszarach morskich na wszystkich możliwych głębokościach wody i zawiera zalecenia dotyczące doboru odpowiedniego sprzętu i metod badawczych. Uzupełnieniem tej normy są pozostałe normy z serii PN-EN ISO 19901, m.in. część dotycząca badań geofizycznych (PN-EN ISO 19901-10:2022-07).

Badania geologiczne na morzu wymagają udziału doświadczonego zespołu oraz odpowiednio przystosowanych statków. Ich przebieg zależy nie tylko od dostępności sprzętu i personelu, ale także od zmiennych warunków meteorologicznych. W związku z tym podczas prowadzenia badań należy w pełni wykorzystać dostępne techniki, aby pozyskać jak największą liczbę danych o podłożu budowlanym. Wybór statków wykorzystywanych do badań geologicznych zależy od wielu czynników, od geologicznych i hydrologicznych po czynniki ekonomiczne.

Badania geologiczno-inżynierskie na obszarach morskich, niezbędne do odpowiedniego udokumentowania warunków geologiczno-inżynierskich występujących w podłożu projektowanej inwestycji, obejmują badania geofizyczne, wiercenia wraz z poborem prób gruntów/skał, badania otworowe, sondowania parametryczne, badania laboratoryjne i kartowanie geologiczno-inżynierskie.

Więcej informacji o badaniach geologiczno-inżynierskich na morzu w poradnikach:

Część 1 - https://www.pgi.gov.pl/docman-tree-all/geologia-inzynierska/poradniki-i-metodyki/11669-zasady-dokumentowania-geoinz-warunkow-posadowienia-obiektow-bud-morskiego/file.html

Część 2 - w redakcji

Więcej informacji o badaniach na morzu: 

https://www.pgi.gov.pl/gdansk/oddzial-geologii-morza.html

Oferta badań na morzu:

Badania laboratoryjne - https://www.pgi.gov.pl/inzynierska/2-centrum-badan-gruntow-i-skal/oferta-badan.html

Dozory geologiczne - https://www.pgi.gov.pl/inzynierska/1-geologia-inzynierska/oferta.html

Projekty robót geologicznych, dokumentacje geologiczno-inżynierskie, dokumentacje badan podłoża, zintegrowane modele podłoża - https://www.pgi.gov.pl/inzynierska/1-geologia-inzynierska/oferta.html

Bazy danych geoinżynierskie

BDGI - https://www.pgi.gov.pl/inzynierska/4-geotermia/projekty/13168-baza-danych-geologiczno-inzynierskich.html

MgiP50k - https://www.pgi.gov.pl/inzynierska/4-geotermia/projekty/13169-mapa-geologiczno-inzynierska-polski-w-skali-1-50-000.html