PROBLEMY KONTAKTOWE WR ÓT ŚLUZ I INNYCH ZAMKNIĘĆ WODNYCH W ŚWIETLE BADAŃ I DOŚWIADCZEŃ TERENOWYCH
Montaż konstrukcji stalowej wiaduktu...
Transcript of Montaż konstrukcji stalowej wiaduktu...
42
Międzynarodowy charakter linii kolejowej, nad którą
znajduje się wiadukt, uniemożliwiał uzyskanie
odpowiedniej liczby zamknięć torowych dla realizacji
konstrukcji klasycznie, na rusztowaniu. Konieczne było
zastosowanie metody nasuwania podłużnego z zastoso-
waniem podpór tymczasowych i wzmocnienia konstrukcji
na czas operacji. Projekt technologii nasuwania opracował
zespół fi rmy GTI z Gdańska.
Wiadukt WA-9 w ciągu autostrady A4 na odcinku Rzeszów
– Jarosław jest przykładem konstrukcji, kiedy to dosto-
sowanie się do harmonogramu zamknięć torowych jest
głównym czynnikiem narzucającym metodę budowy.
Linia kolejowa Kraków – Medyka jest linią o znaczeniu
międzynarodowym, na której kursują między innymi po-
ciągi ekspresowe z Krakowa do Kijowa oraz liczne pociągi
towarowe. Z uwagi na brak możliwości ustanowienia
objazdów pociągów innymi liniami konieczne było reali-
zowanie całego obiektu w trakcie 4 zamknięć torowych
w nocy po 5 godzin każde. Bardzo krótki dopuszczalny
okres trwania zamknięć torowych połączony z ryzykiem
dużych kar fi nansowych w przypadku nieodblokowania
szlaku na czas skłonił wykonawcę do realizacji obiektu
metodą nasuwania podłużnego.
Charakterystyka budowanego wiaduktu WA-9 Wiadukt WA-9 znajduje się w ciągu autostrady A4 w re-
jonie Przeworska. Autostrada przechodzi nim nad torami
międzynarodowej linii kolejowej Kraków – Medyka. Tory
linii kolejowej znajdują się na nasypie wysokości ok. 3 m.
Trasa na dojazdach do wiaduktu znajduje się na wysokim
nasypie drogowym, który miejscami sięga 10 m wyso-
kości. Wiadukt w planie jest prosty. W pionie znajduje się
w łuku kołowym niwelety drogowej.
Oprócz linii kolejowej obiekt znajduje się w szczerym
polu. Ciężar montowanej konstrukcji stalowej wynosił ok.
900 t.
Uwarunkowania montażu i dobór technologiiWarunki realizacji były proste i czytelne. Harmonogram
zamknięć torowych narzucał metodę montażu, która
w minimalnym stopniu wymaga zamykania linii kolejowej.
Dodatkowym utrudnieniem była elektryfi kacja linii kolejo-
wej. Na czas robót montażowych, kiedy nie ma możliwości
uszynienia elementów, niezbędne jest wyłączenie napięcia
w trakcji. W celu korzystania z zamknięć torowych montuje
się obejście elektryczne trakcji na odcinku budowy, a po-
ciągi mogą przejeżdżać na opuszczonych pantografach
rozpędem lub na zastępczej trakcji spalinowej. Zastoso-
wanie tego rozwiązania okazało się niebywale kosztowne.
Pociągi ekspresowe międzynarodowe nie zatrzymują się
na pobliskich stacjach, przez co zastosowanie odcinkowo
lokomotyw spalinowych wymagałoby wydłużenia czasu
podróży.
Oprócz metody nasuwania rozważano również montaż
dźwigami elementami wielkogabarytowymi. Po szcze-
gółowej analizie okazało się że do montażu sekcji łuków
i pomostów nad trakcją konieczne są żurawie o udźwigu
650 t. Pierwszym czynnikiem przemawiającym przeciwko
montażu z zastosowaniem dużego żurawia było ryzyko
nieuzyskania odpowiedniej liczby zamknięć torowych dla
realizacji montażu. Aspekty fi nansowe przedstawiały się
również niekorzystnie. W kosztach pracy dużego żurawia
decydująca staje się cena mobilizacji. Zorganizowanie
montażu potokowo pod kątem optymalizacji pobytu
żurawia na budowie było niemożliwe ze względu na
Montaż konstrukcji stalowej wiaduktu WA-9w ciągu autostrady A4, odcinek Rzeszów – Jarosław
mgr inż. Tymon Galewski,
mgr inż. Andrzej KozakiewiczGTI
mgr inż. Józef StudzińskiMostostal Montaż Słupca
W okresie od sierpnia do wrze-śnia 2012 roku fi rma Mostostal Montaż Słupca zmontowała konstrukcję stalową wiaduktu autostradowego nad linią kole-jową Kraków – Medyka. Wiadukt ma konstrukcję łukową stalową z pomostem zespolonym żelbetowo stalo-wym.
Fot. 1. Konstrukcja w trakcie przesuwania nad torami – widoczne rozpory łuku
In August and September 2012, the Mostostal Mon-taż Słupca company assembled the steel structure of a motorway viaduct over the Kraków – Medyka rail line. It is a steel arch structure with a joint deck made of reinforced concrete and steel.
I SUMMARY
fot.
T. Ga
lew
ski
m o s t y r e a l i z a c j e
43
konieczność dostosowania się do zamknięć torowych.
Montaż dużymi dźwigami elementów wielkogabaryto-
wych wiązałby się z prowadzeniem prac na wysokości
nocą (wtedy były zamknięcia torowe), co jest bardzo nie-
bezpieczne. Ostatecznie zrezygnowano z montażu przy
zastosowaniu dużych dźwigów zarówno ze względów
terminowych, fi nansowych, jak i BHP.
Warto dodać, że bliźniaczy obiekt WA-4 został zmonto-
wany klasycznie na pełnym rusztowaniu. Główna różnica
polegała na tym, że obiekt bliźniaczy znajduje się nad
torami o znaczeniu lokalnym i manewrowym. Przy monta-
żu WA-4 możliwe było zamykanie poszczególnych torów
stacyjnych i montaż konstrukcji dźwigami bezpośrednio
nad torami kolejowymi.
Ostatecznie za uzasadnioną ekonomicznie i technicznie
metodę montażu uznano nasuwanie podłużne.
Zrealizowana technologia robót Założono, że konstrukcja zostanie w całości scalona na
rampie ziemnej (leżni) na przedłużeniu, w osi obiektu.
Po scaleniu całości konstrukcji jednej nitki zostanie ona
nasunięta na położenie docelowe.
Metoda nasuwania miała w tym przypadku kilka znaczą-
cych zalet:
– uniezależnienie płynnego montażu konstrukcji stalowej
od zamknięć torowych wyznaczanych przez kolej,
– uniezależnienie procesu wykonania konstrukcji stalowej
od realizacji podpór,
– obniżenie kosztów pracy dźwigów, montaż przebiegał
przy zastosowaniu żurawi hydraulicznych pracujących
bezpośrednio przy konstrukcji, które po rozładowaniu
elementów wysyłkowych ze środków transportowych
mogły niezwłocznie opuścić budowę dla ograniczenia
kosztów ich wynajmu,
– umożliwienie monterom i spawaczom pracy w dobrych
warunkach na placu, co ułatwiło zapewnienie wyso-
kiej jakości wykonanych prac i prawidłowej geometrii
zmontowanej konstrukcji.
Niestety oprócz zalet i ułatwień metoda nasuwania po-
dłużnego w przypadku omawianego obiektu wiązała się
z rozwiązaniem kilku nietypowych zagadnień inżynier-
skich.
Ze względu na duży ukos torów pod obiektem konieczne
było zastosowanie niesymetrycznego układu podpór do
nasuwania. Konstrukcja w trakcie przesuwu znacznie się
uginała, również skrętnie.
Łuk stanowiący około połowy ciężaru konstrukcji opiera
się na jej końcach. Wywołuje tam znaczne reakcje pod-
Fot. 2. Widok na konstrukcję przęsła na przyczółku – początek procesu nasuwania Fot. 3. Konstrukcja w trakcie przesuwania nad torami – widoczne podpory montażowe
porowe. Spowodowało to, że klasyczne doświadczenia
z nasuwania mostów belkowych trzeba było odłożyć na
półkę. W przypadku mostu łukowego konieczne było
utworzenie z łuku i pomostu układu ramowego, w którym
łuk i pomost przenoszą zginania, a pomiędzy nimi znajdu-
ją się ściskane rozpory.
Kolejnym wyzwaniem był fakt, że wieszaki pomostu są
zaprojektowane w omawianym wiadukcie jako prętowe,
spawane do konstrukcji. Konieczne było zamontowanie
wieszaków na leżni, a następnie nasunięcie przęsła bez
ich zniszczenia. Funkcję zabezpieczającą pełniły opisane
powyżej rozpory.
Oddzielnym zagadnieniem była stateczność środnika
w trakcie nasuwania. W konstrukcjach stalowych do-
celowych stateczność środnika zapewnia się poprzez
zastosowanie żeber pionowych w miejscach przyłożenia
siły. W omawianym przypadku konstrukcja przesuwa się
po łożyskach ślizgowych, więc bez szczegółowych analiz
wymagałaby „pełnego żebrowania dźwigara” na całej
swojej długości. Aby prawidłowo dobrać łożyska ślizgowe
bez konieczności ingerencji w konstrukcję dźwigara, prze-
prowadzono stosowną analizę numeryczną stateczności
środnika w zakresie sprężysto-plastycznym.
Analiza stateczności środnika była tylko jednym z ele-
mentów rozbudowanego procesu obliczeniowego, który
przeprowadzono dla opracowania projektu montażu tego
obiektu.
Obliczenia do technologii montażu W celu opracowania prawidłowej i bezpiecznej technolo-
gii montażu wiaduktu przeprowadzono analizę statyczno-
wytrzymałościową, której celem było:
– przyjęcie założeń montażowych,
– wyznaczenie sił wewnętrznych i przemieszczeń kon-
strukcji w poszczególnych etapach montażu,
– sprawdzenie newralgicznych miejsc w konstrukcji pod
kątem nośności i stateczności miejscowej środnika.
Obliczenia przeprowadzono metodą elementów skończo-
nych w programie SOFISTIK. Wygenerowano trójwymiaro-
wy model obliczeniowy konstrukcji.
Obliczenia numeryczne etapów nasuwania konstrukcji
wykazały, że niezbędne jest zastosowanie rozpór po-
między łukiem a pomostem. Ostatecznie zastosowano
4 rozpory z rury fi 813 na każdy dźwigar łukowy. Ponadto
rozkład rozpór po długości wiaduktu i ich liczba okazały
się trudniejsze do wyznaczenia niż początkowo zakłada-
liśmy. Okazało się bowiem, że zwiększanie liczby rozpór
powoduje przesztywnienie kontrukcji i generuje większe
fot.
T. Ga
lew
ski
44
naprężenia w miejscach newralgicznych niż przy układzie
z 4 rozporami. Oprócz liczby rozpór kluczowe znaczenie
miał ich rozkład, który musiał pasować do wszystkich
kolejnych schematów statycznych w trakcie nasuwania.
Wielką obawę wywoływał niesymetryczny układ podpór
do nasuwania. Okazało się jednak, że stosowana przez nas
metoda dyskretyzacji konstrukcji była prawidłowa, a wyli-
czone ugięcia giętno-skrętne końcówki dziobu montażo-
wego potwierdziły się w praktyce.
Po uzyskaniu wartości reakcji podporowych wywoły-
wanych przez konstrukcję w poszczególnych etapach
nasuwania możliwe było zaprojektowanie podpór monta-
żowych i łożysk ślizgowych.
Podczas projektowania łożysk ślizgowych konieczne było
przeanalizowanie wspomnianego wyżej zagadnienia
stateczności środnika. W tym celu wykonano wycinkowy
model obliczeniowy w elementach powłokowych, który
przeanalizowano nieliniowo pod względem materiało-
wym i geometrycznym. Przeprowadzone analizy dopro-
wadziły do opracowania sworzniowego łożyska stalowe-
go w formie równoważni (huśtawki). Łożysko to stanowi
podstawę dla 2 łożysk ślizgowych elastomerowych z
wynajmu ustawionych jedno za drugim. Szczegółowy
opis obliczania stateczności środnika znajduje się w arty-
kule na temat nasuwania mostu przez San w Przemyślu
(„Mosty”, 4/2012).
Przebieg montażu mostu Realizację wiaduktu można podzielić na 3 fazy:
– fazę przygotowawczą, która trwała od marca 2011 roku
do około września 2011 roku, kiedy wypracowano zało-
żenia montażowe i opracowano projekt montażu,
– fazę oczekiwania, która trwała od września 2011 roku
do maja 2012 roku, kiedy to kolejne trudności natury or-
ganizacyjnej uniemożliwiały wejście na budowę z mon-
tażem konstrukcji stalowej,
– fazę realizacji rozpoczętą w maju 2012 roku – kon-
strukcja stalowa pierwszej nitki została nasunięta 24-26
sierpnia 2012 roku.
Montaż konstrukcji można podzielić na następujące
etapy:
– przygotowanie nasypu do nasuwania za przyczółkiem
o odpowiedniej geometrii,
– wykonanie podpórek na nasypie do montażu konstruk-
cji stalowej,
– scalenie na nasypie konstrukcji stalowej wiaduktu w całości,
– montaż osprzętu montażowego i podpór do nasuwania,
– nasunięcie konstrukcji,
– przejęcie konstrukcji na łożyska docelowe.
Montaż i nasuwanie konstrukcji przebiegły zgodnie z zało-
żeniami przyjętymi na etapie opracowywania technologii
robót.
PodsumowanieWykonawca montażu konstrukcji stalowej, Mostostal
Montaż Słupca, dysponuje na budowie doświadczoną
grupą inżynierów, monterów i spawaczy, co umożliwiło
zmontowanie skomplikowanej konstrukcji stalowej w bar-
dzo krótkim czasie.
Montaż konstrukcji stalowej metodą nasuwania zakoń-
czył się sukcesem. Budowa wiaduktu WA-9 jest dobrym
przykładem, że wnikliwe i poparte kompleksowymi
obliczeniami opracowanie projektu montażu umożliwia
doświadczonemu wykonawcy skuteczną i sprawną reali-
zację trudnych zadań inżynierskich.
Rys. 1. Wizualizacja modelu obliczeniowego konstrukcji w etapach nasuwania –
widoczna asymetria podpór do nasuwania wymuszona układem torowym
Funkcjawiadukt drogowy w ciągu autostrady nad
linią kolejową
Rozpiętość 120 m
Układ statyczny jednoprzęsłowy łuk stalowy z jazdą dołem
Konstrukcjazespolona, 2 blachownice i płyta żelbetowa
współpracująca, 2 łuki stalowe skrzynkowe
Tab. 1. Podstawowe dane techniczne nowego mostu
Rys. 2. Wizualizacja modelu obliczeniowego do analizy
nośności i stateczności środnika w trakcie nasuwania