SO 65-20-01 Nový železniční most v km 91,301 - přemostění dálnice D3

Nový železniční most v km 91,301 je realizován v rámci stavby „Modernizace trati Tábor - Sudoměřice u Tábora“, která je jednou ze souboru staveb IV. Železničního tranzitního koridoru ze státní hranice u Děčína přes Prahu a České Budějovice až na státní hranici do Horního Dvořiště. Hlavním účelem stavby je uvedení železniční trati a souvisejících staveb a zařízení do technického stavu odpovídajícímu evropským parametrům a standardům. Hlavními cíli je zejména zvýšení traťové rychlosti až na 160 km/hod, umožnění provozu jednotek s naklápěcími skříněmi, zvýšení bezpečnosti provozu, včetně zvýšení jeho kapacity a spolehlivosti a vůbec celkové kvality v poskytování služeb. POPIS KONSTRUKCE Nově budovaný ocelový most, překračující šikmo dálnici D3 v km 69,5 u obce Chotoviny a navazující na nově budovanou mostní estakádu, je navržen jako dvoukolejný s dolní ortotropní mostovkou ztuženou obloukem o jednom mostním otvoru. Jedná se o Langerův nosník o délce nosné konstrukce 100,5 m, šířce 13,2 m, výšce oblouků nad mostovkou 16,5 m a celkové hmotnosti 1 217 tun. Trám hlavního nosníku je navržen jako jednostěnný svařovaný I profil výšky 3 340 mm. Horní pásnice jsou navrženy v profilu P50x820, dolní pásnice pak v profilu P50x1000. Stojina trámu je odstupňována po výšce. Dolní část stojiny je tvořena plechem o tloušťce 20 mm, horní část stojiny plechem o tloušťce 16 mm a u přípojů závěsů je stojina lokálně zesílena plechem o tloušťce 30 mm. Stabilita trámu je zajištěna podélnou výztuhou u paty, plechem mostovky, chodníkovým plechem a příčnými výztuhami na výšku stojiny po 3 m. Oblouk má uzavřený truhlíkový průřez tvaru lichoběžníku s proměnnou výškou (střed 1 100 mm, pata 2 500 mm). Šířka horní pásnice je 1 000 mm. Oblouk je do trámu vetknut prostřednictvím systému výztuh, které vytvářejí uzavřenou krabici. Střední šikmé závěsy jsou ve tvaru „W“ a jsou tvořeny svařovaným profilem ve tvaru I. Tyto závěsy tvoří tuhé spojení mezi střední částí oblouku a trámy hlavních nosníků. Ostatní závěsy jsou navrženy jako subtilní tahové se zanedbatelnou ohybovou tuhostí zhotovené z ploché oceli. Mostovka je provedena jako ortotropní s osovou vzdáleností příčných výztuh 3,0 m. Stojiny příčných výztuh jsou vyrobeny z plechu o tloušťce 20 mm, dolní mezilehlé pásnice pak z plechu o tloušťce 25 mm a dolní pásnice nad podporou z plechu o tloušťce 50 mm. Tloušťka plechů mostovky je standardně 16 mm, nad podporovými příčnými výztuhami je pak zesílena na 25 mm. Podélné výztuhy mostovky v přímém dosahu železničního zatížení jsou navrženy jako trapézové z plechů o tloušťce 10 mm a výšce 350 mm. Osová vzdálenost stěn trapézových výztuh činí 450 mm. Ostatní podélné výztuhy jsou páskové. Nosná konstrukce trámu a mostovky je v podélném směru dělena na pět montážních dílů, v příčném směru potom na díly čtyři. Hmotnost jednotlivých osazovaných montážních dílů mostovky a trámu se pohybuje v rozmezí od 20 do 105 tun při délkách od 15 do 43 m. Oblouk je rozdělen po délce na pět montážních dílů tj. celkem 10 ks, kdy hmotnost středního posledně ukládaného dílu tzv. „klenáku“ činí bezmála 40 tun při délce 28 m. Protikorozní ochrana hlavní nosné konstrukce mostu je navržena jako kombinovaný systém žárově stříkaného kovového povlaku s nátěry na bázi epoxipolyuretanů ve skladbě: žárově stříkaný kovový povlak ZnAl15 100 m, penetrace, základní nátěr na bázi epoxidů 140 m a vrchní polyuretanový nátěr 60 m. Celková tloušťka nátěrového systému činí 300 m. Dno a stěny žlabu kolejového lože budou proti korozi chráněny bezešvou hydroizolací. Jelikož nově navržený most v důsledku svého velkého rozpětí, daného požadavky pro přechod přes dálniční těleso, nesplňoval podmínky převedení bezstykové koleje při standardním uspořádání ložisek, bylo proto nutné pro tento most použít systém řídících tyčí, které tak přesunou teoretický střed dilatace do poloviny rozpětí nosné konstrukce mostu. V důsledku tohoto řešení bylo nutné v rámci montážních prací důsledně sladit fungování kluzných ložisek a mechanismu řídících tyčí v závislosti na teplotě. V důsledku velkých svislých reakcí jsou kluzná ložiska navržena jako hrncová. Montáž mostu byla původně předpokládána pomocí výsunu v rámci kompletní uzavírky dálnice D3, s předmontáží mimo vlastní mostní otvor. Po zvážení všech aspektů bylo ve finále rozhodnuto, že montáž mostu bude probíhat přímo v mostním otvoru nad provozovanou, vždy v jednom směru uzavřenou dálnicí D3 a proto lze montážní práce rozdělit na 3 základní etapy spojené vždy s uzávěrou poloviny dálnice D3. * I. Etapa: Uzavírka dálnice D3 směr Praha - zahájení montáže u opěry OP1 (montáž poloviny mostovky a čtyř ks oblouků) * II. Etapa: Uzavírka dálnice D3 směr Tábor - montáž u pilíře P1 (navazující montáž druhé poloviny mostovky, čtyř ks oblouků, ztužení a klenáků) * III. Etapa: Uzavírka dálnice D3 směr Praha - Demontáž podpůrných konstrukcí a lešení Montáž mostního příslušenství, aktivace ložisek a řídících tyčí a drobné opravy protikorozní ochrany již probíhaly mimo dálniční těleso za plného provozu dálnice D3. VÝROBA Ocelová konstrukce mostu byla vyráběna v Provozu ocelových konstrukcí Metrostav a. s. divize 3 v mostárně v Horních Počernicích. Výroba byla zahájena v závislosti na dodávkách hutního materiálu v březnu 2014 a byla ukončena začátkem srpna 2014. Nedílnou součástí výroby mostní konstrukce byly dílenské přejímky z důvodu zachování návaznosti na další díl v následujícím rozsahu: sestava trámů hlavních nosníků společně s mostovkami (vždy 8 ks), jednotlivé díly navazujících oblouků mostu a styk zárodků oblouku s koncovými trámy hlavních nosníků ve sklopené poloze. Ostatní díly mostu byly pouze rozměrově kontrolovány a upravovány tak, aby byla zajištěna návaznost stykových ploch. Střední díly oblouku tzv. „klenáky“, byly vyrobeny samostatně, a jelikož se jednalo o poslední montážní díly, byly jejich konce ponechány cca o 50 mm delší. K úpravě konečné délky těchto dílů došlo na dílně až po zaměření již namontovaných krajních oblouků čekajících právě na tyto střední díly. Měření polohy namontovaných dílů oblouků a vlastní úprava délky klenáku na dílně probíhala vždy s teplotní korekcí. Nedílnou součástí výroby byla i četná geodetická měření sledující tvar vyrobených konstrukcí a bezpočet NDT kontrol prokazujících jakost svarů. Jednotlivé montážní díly ve výrobě dosahovaly délek až 28 metrů a hmotnosti až 58 tun. Po úspěšné dílenské přejímce byly díly mostní konstrukce uvolněny k dalším činnostem. Jednalo se zejména o aplikaci protikorozní ochrany a následný transport na místo montáže v souladu s postupem prací tak, aby byla efektivně využita jeřábová technika v místě montáže. V rámci urychlení prací byly jednotlivé vrstvy protikorozní ochrany prováděny nepřetržitě 24 hodin denně, až do vyskladnění posledního dílce v rámci jednotlivých dílenských přejímek. V taktu dílenských přejímek po aplikaci protikorozní ochrany všech dílů z dílenské přejímky probíhala i vlastní montáž. MONTÁŽ Montážní díly mostní konstrukce byly po provedení plánované protikorozní ochrany posledního dílu z dílčích dílenských přejímek transportovány na místo montáže. V rámci hlavních nosných dílů se jednalo vždy o nadrozměrnou dopravu (tj. celkem 30x), kde na místě montáže musel být vždy těžký mobilní jeřáb o nosnosti až 500 t. Zbývající dílce o celkové hmotnosti cca 100 tun byly dle potřeby montáže transportovány standardními dopravními prostředky. Vlastní montážní práce byly zahájeny počátkem měsíce června tohoto roku na jedné polovině uzavřené dálnice D3 ve směru na Prahu. Montáž probíhala od opěry OP1 (níže položená) k pilíři P1 (výše položený). Jelikož byla mostní konstrukce montována ve sklonu 1%, bylo nutné její polohu zajišťovat brzdnou konstrukcí umístěnou právě na opěře OP1. Před zahájením montáže byly vybudovány podpůrné konstrukce PIŽMO (zajišťovala divize 4 firmy Metrostav a. s.) na předem připravené základy. V souběhu montáže podpůrných konstrukcí probíhala i montáž lešení (zajišťovala divize 6 firmy Metrostav a. s.) umožňující přístup a to jak pod vlastní mostovku, tak i následně k obloukům pro provádění jejich montáže a následně i protikorozní ochrany. Tento postup se opakoval ve všech etapách montáže v rámci jednotlivých uzavírek dálnice D3. POSTUP MONTÁŽE I. Etapa Byla zahájena 1. 6. 2014 uzavřením části dálnice D3 ve směru na Prahu za sjezdem na obec Chotoviny návozem a montáží podpůrných konstrukcí PIŽMO a montáží prostorového lešení pro přístup k montážním styků mostovkových dílců. Za pomocí jeřábu o nosnosti až 500 t byly jako první osazeny na podpůrné konstrukce dvě dvojice dílů hlavních nosníků ve tvaru I v délkách 15 a 28 metrů o hmotnostech až 58t, ty byly následně svařeny. Na dolní pásnice hlavních nosníků byly v příčném řezu zavěšeny profily IPE 750, které sloužily jako montážní zavěšený rošt pro montáž mostovek. Toto řešení bylo použito v místě, kde svah tělesa dálnice nedovolil pro podepření použít konstrukce PIŽMO. Na připravený zavěšený rošt byly poté ukládány dvojice mostovkových dílů v délkách 15 a 28 metrů o hmotnosti až 44 tun. Po osazení a urovnání jednotlivých dílů, v této fázi se jedná dohromady o 8 dílů, bylo zahájeno svařování. Po dokončení svářecích prací na mostovkových dílech byly na mostovce vztyčeny jednotlivé podpůrné věže pro montáž a podepření obloukových dílů a také prostorové lešení sloužící pro přístup k montážním stykům. Za pomoci jeřábu stejné nosnosti byly osazovány jednotlivé díly oblouků. V této fázi šlo o čtyři díly oblouků a k nim patřící díly horizontálního ztužení. Nejprve byly osazeny první díly na levé a pravé straně, které byly zajištěny jedním prvkem horizontálního ztužení. Horní ztužení bylo tvořeno prvky obdélníkového průřezu v délce 10,9m a hmotnosti 4t a trubkami v délkách 6,6 až 8,3m. Poté následovala druhá dvojice dílů oblouku. Následně byly doplněny zbývající prvky ztužení obdélníkového průřezu. Po zaměření a vyhodnocení geometrie oblouků bylo zahájeno svařování montážních styků obloukových dílů Součástí první etapy bylo také osazení svařence sestávajícího ze středního dílu hlavního nosníku na pravé straně mostu a k němu náležejícího mostovkového dílu. Tyto díly byly na předmontážním roštu svařeny v jeden montážní celek. Na osazení a zajištění tohoto svařence byly naplánovány tři noční uzavírky. Svařenec zasahoval do poloviny provozované části dálnice, proto musely všechny práce probíhat během kompletních uzavírek. Během první byly osazeny nejprve nosníky IP500, které podpírali měkkou část svařence směrem do středu mostu. Při druhé byl pomocí jeřábu o nosnosti 300 t osazen výše uvedený svařenec o hmotnosti 52,5 t. Jelikož práce probíhaly bez komplikací, mohla být poslední uzavírka zrušena. Práce na protikorozní ochraně byly zahájeny po ukončení svářecích prací na mostovkových dílech a po dokončení svařování styků oblouků bylo možné plynule pokračovat na obloucích. Při výrobě byly mostovkové díly natřeny pouze do základního nátěru. Vrchní nátěr byl aplikován až na montáži. Díly oblouku byly opatřeny i vrchním nátěrem, který se na montáži pouze sjednocoval s vrchním nátěrem montážních styků. Celou konstrukci bylo nutné v průběhu prací na protikorozní ochraně zakrýt, aby nedošlo k odletu abraziva a nátěrových hmot na projíždějící vozidla. Po kontrole nátěrů bylo možné začít s demontáží lešení a podpůrných konstrukcí pod mostovkou. Dálnici bylo potřeba kompletně vyklidit včetně objektů zařízení staveniště, zamést a umýt. Převedením provozu zpět na polovinu dálnice směr Praha byla v polovině srpna 2014 ukončena první etapa montáže. II. Etapa Druhá etapa probíhala v obdobném duchu. Byla zahájena 19. 8. 2014 uzavřením poloviny dálnice ve směru na Tábor. Bylo potřeba opět vybudovat podpěrné konstrukce a prostorové lešení. Velmi komplikované bylo založení bárky PV30L, která se nacházela ve svahu tělesa dálnice D3 u pilíře P1, kdy musela být část svahu odkopána a zajištěna kotvami a stříkaným betonem. Po provedení veškerých zmíněných příprav a sestavení jeřábu o nosnosti 500 t s přídavnou protiváhou (celkem 165 t protiváhy) a zesíleným ramenem, jsme přistoupili k osazování dalších dílů. Jelikož nebylo možné umístit podpůrnou konstrukci ve svahu dálničního tělesa pod montážním stykem, musel být nejdříve na předmontážním roštu ze čtvrtého a pátého dílu pravého nosníku svařen jeden montážní celek o délce 43 m a hmotnosti 105 t. Poté byl osazen střední díl levého nosníku a s ním i mostovkový díl. Tím došlo ke spojení s již montovaným svařencem během noční výluky. Po osazení byly zahájeny svářecí práce i na těchto dílech. Následovalo osazení již připraveného pravého hlavního nosníku. Tím jsme se dostali s ocelovou konstrukcí až na pilíř P1, následovala montáž dvou dílů levého nosníku a na závěr 4 ks mostovkových dílů. Po osazení a urovnání celkem 10 dílů byla zahájena hlavní fáze svařování mostovek, kdy na svarech pracovalo v jednu dobu až 20 svářečů. Po svaření styků mostovkového plechu bylo možné přistoupit k montáži podpůrných konstrukcí na mostovce a prostorového lešení. Na připravené podpěrné konstrukce byly osazeny koncové díly oblouků a spojeny obdobně jako v první etapě horizontálním ztužením. Montáž oblouků probíhala tedy od konce směrem do středu. Následovaly předposlední levý a pravý díl a také ztužení. Po osazení a kontrole geometrie oblouků bylo zahájeno svařování montážních styků. Vyvrcholením druhé etapy byly zejména tři kompletní noční uzavírky dálnice, během kterých bylo potřeba nejprve svařit a namontovat ztužení oblouku ve tvaru „W“ na levý a pravý hlavní nosník. Kdy se nejdříve vztyčil svařenec ve tvaru „A“ a poté dva samostatné „I“ profily. Z důvodu stísněných podmínek na staveništi a z toho vyplývající potřebné vyložení do velké vzdálenosti a výšky musel být použit opět jeřáb o nosnosti 500 t s přídavnou příhradovou špičkou, s kterým byly osazovány díly oblouku. Cyklus nočních uzavírek pokračoval osazením středového kusu pravého oblouku tzv. „klenáku“ o hmotnosti 40 t a délce 28 m. Před osazením klenáku bylo provedeno měření a 3D modelace montážních styků, podle které byl klenák zakrácen. Během poslední noční uzavírky byl osazen poslední díl - klenák levého oblouku. Ihned po osazení a urovnání obou klenáků bylo zahájeno svařování montážních styků klenáku. Montážní práce pokračovaly osazením horizontálního ztužení oblouku, jak obdélníkového, tak kruhového průřezu a také montáží závěsů (svislých táhel), které musely být spuštěny do podpůrných věží a zasunuty ze spodu do komor v obloucích. Nejprve byly svařeny všechny horní styky táhel a poté - dle pořadí určeném projektantem - následovala napojení na hlavní nosníky. Po dokončení svářecích prací a montážní prohlídce bylo povoleno odskružení mostu. Odskružení bylo provedeno pomocí 4 dvojic lisů, každý o nosnosti 200 t, tj. celkem 1 600 t. Konstrukce byla přizvednuta o 50 mm na obou stranách, byly odstraněny veškeré přípravky a podkladní plechy. Poté byla konstrukce urovnána do finální polohy a podlita ložiska. Pokles výrobního nadvýšení konstrukce po odskružení v polovině rozponu dosáhl 35 mm, což odpovídalo projektovaným hodnotám. Práce na protikorozní ochraně probíhaly již v průběhu druhé etapy, kdy šlo zejména o práce pod mostovkou, kde mohl být dokončen vrchní nátěr v celé ploše. Práce na vnějších površích hlavních nosníků musely probíhat souběžně s pracemi na oblouku. Finálním krokem bylo sjednocení vrchního nátěru oblouku, to probíhalo částečně z lešení a částečně z vysokozdvižné kloubové plošiny. Před obnovením provozu na dálnici D3 v rámci této etapy bylo veškeré lešení demontováno, včetně podpůrných konstrukcí, a to jak pod mostovkou, tak i na ní. Zbývající pomocné konstrukce byly odstraněny v rámci etapy třetí. Obousměrný provoz na dálnici D3 byl plně obnoven 28. 10. 2014. ŘÍDÍCÍ TYČE Z důvodů výše uvedených je součástí mostu systém řídících tyčí, který přesouvá teoretický střed dilatace do poloviny rozpětí nosné konstrukce mostu. Principem systému řídících tyčí Meyer/Wunstorf je staticky určitý pákový mechanismus kloubově připojený k nosné konstrukci a pevně zakotvený do bloků na opěře OP1 a pilíři P1 prostřednictvím kotevních tyčí. Systém řídících tyčí tak jako jediný přenáší vodorovné podélné reakce, jelikož jsou všechna ložiska minimálně podélně pohyblivá. Páka nad opěrou OP1 je jednoramenná, páka nad pilířem P1 je dvojramenná. Konce obou pák jsou vzájemně propojeny řídící tyčí podvěšenou pod celou délkou nosné konstrukce. Montáž řídících tyčí lze rozdělit do několika fází. 1. fází - je vlastní osazení tyče procházející pod celou nosnou konstrukcí mostu. Osazení bylo provedeno již ve výrobě před dopravou montážních dílů na stavbu. 2. fáze - při montáži mostovek v souladu s technologickým předpisem montáže byly jednotlivé sekce tyčí spojeny přírubovými šroubovými spoji. 3. fáze - po dokončení kompletní montáže mostu, včetně jeho ustavení na ložiska a jejich podlití, tj. mostní konstrukce je v projektované poloze a je stále brzděna o opěru OP1, byla zahájena montáž kloubových mechanismů na obou stranách mostu, vlastní řídící tyč je rozměrově upravena na požadovaný rozměr 4. fáze -v závislosti na teplotě bylo nutné sladit dle předepsaných hodnot polohu pákového mechanismu s polohou ložisek. 5. fáze - po odladění správné polohy lze kotevní tyč zabetonovat do pilíře a opěry. 6. fáze - po dostatečné pevnosti betonu je nutné řídící tyč aktivovat pomocí šroubových přírubových spojů opět v závislosti na teplotě a celkové poloze mostu. 7. fáze - po úspěšné aktivaci je most odbrzděn a veškeré podélné síly jsou přenášeny právě aktivovanou řídící tyčí. Výše je popsán pouze rámcový postup prací. Vlastní aktivace řídících tyčí probíhala dle pečlivě zpracovaného technologického předpisu, který zahrnoval činnosti spojené s osazením a aktivací ložisek, osazení a aktivaci řídících tyčí v závislosti na teplotě, podmínky betonáže kotevních tyčí a další nezbytné postupy pro úspěšnou montáž a aktivaci výše uvedeného mechanismu. ÚČASTNÍCI VÝSTAVBY: Objednatel: Správa železniční a dopravní cesty, s. o., Stavební správa Praha Generální SUDOP PRAHA a. s. projektant: Generální OHL ŽS a. s. dodavatel stavby: Dodávka VÍTKOVICE POWER ENGINEERING a. s. a montáž OK Zhotovitel VTD: Ing. Antonín Pechal, CSc. Projektové a inženýrské služby Výroba a montáž OK Metrostav a. s., divize 3, - most SO 65-20-01 Provoz ocelových konstrukcí