Zmontovanie oblúkov mosta s pomocou plávajúcich pontónov

Od augusta 2012 do mája 2013 prebiehala výstavba oblúkového mosta cez rieku Visla v poľskom meste Toruň. Z dôvodu úspory času sa oblúky mosta postavili na brehu rieky a na plávajúcich pontónoch sa dopravili na mostné piliere v rieke. Hmotnosť jednej sekcie bola približne 2 700 ton, preto bola predmetom množstva komplexných teoretických a inžinierskych otázok, ako aj zdrojom nezabudnuteľných skúseností pre projektantov, zhotoviteľa, komunitu mesta Toruň a celého Poľska.

Most cez rieku Visla v poľskom meste Toruň je predmetom množstva publikácií [1]. Členovia projektoveho tímu Marek Sudak a Krzysztof Wąchalski zo spoločnosti Pont Projekt v meste Gdansk navrhli most z dvoch oceľových oblúkov, s výškou oblúka 50 m a rozpätím oblúka 270 m. Jedným z najdôležitejších problémov počas návrhu a výstavby bolo zmontovanie oblúkov mosta. Na základe detailnej analýzy časového harmonogramu prác dospeli autori realizácie stavby Janusz Gasior a Marek Cichowski z Mostostal Szczecin [2, 3] k záveru, že jediným spôsobom, ako postaviť most v požadovanom termíne, je zhotoviť oblúky mosta na brehu rieky a následne ich premiestniť po vode na plávajúcich pontónoch na piliere mosta. Hlavný zhotoviteľ stavby, spoločnosť Strabag, akceptoval ich argumenty a rozhodol sa prijať túto metódu. Nanešťastie bola hmotnosť oblúkov príliš veľká a v celom Poľsku nebolo možné nájsť vhodné zariadenie. Z tohto dôvodu sa do projektu zapojila spoločnosť ALE Heavylift, ktorá mala vhodné plávajúce pontóny a samozdvižné podporné veže. Ďalší dôležitý krok k úspešnému zhotoveniu mosta bol výpočet statických a pevnostných analýz, ktoré spoločnosť Montostal Szczecin zverila projekčnej firme GTI z mesta Gdansk.

Fázy kompletizácie

Koncepcia montáže a konštrukčné fázy

Časti konštrukcie, ktoré bolo možné transportovať, zhotovila spoločnosť Vistal Gdynia. Spájanie oblúkov prebiehalo na otvorenom priestranstve v blízkosti miesta stavby. Prenesenie skompletizovaných častí dvoch oblúkov s celkovou hmotosťou 2 700 ton však v sebe skrývalo niekoľko logistických problémov. V dôsledku nízkej hladiny rieky bolo nutné limitovať hmotnosť plávajúcich súčastí na minimum. Preto sa navrhli dvojdielne plávajúce pontóny tak, aby uniesli váhu hlavných oblúkov. Toto riešenie si vyžadovalo aj návrh ukotvení, aby sa zabezpečila stabilita pri meniacich sa poveternostných a prietokových podmienkach. Navrhol sa preto systém dvadsiatich lán pripevnených k hydraulickým zdvihákom. Samozdvižné veže spolu s pontónmi vážilli asi 1 300 ton, čím sa celková hmotnosť (vztlak) plavájúcej konštrukcie navýšila až na úroveň približne 4 000 ton.

Prvý oblúk uložený na podperách

Pred transportom oblúkov po vode sa najprv vyhĺbili zátoky na brehu rieky v blízkosti budúceho mosta. Následne sa na brehu oblúky spojili pomocou montážnej veže. Potom sa na plávajúce pontóny v zátokách umiestnili samozdvižné montážne veže. Inštalovali sa lanové ukotvenia. Ďalším krokom bolo prenesenie zaťaženia z oblúkov na plávajúce pontóny a napnutie lanových ukotvení. Potom sa pomocou podporných samozdvižných veží na plávajúcich pontónoch zdvihli oblúky mosta o približne 3,5 m. Nasledovalo rozobratie montážnej veže na brehu v mieste kompletizácie mosta a demontáž podporných konštrukcií a zariadení na spojenie oblúka mosta. Ďalším krokom bolo presunutie oblúkov mosta po vode, ukotvenie celej montážnej jednotky pri pilieroch mosta, vyzdvihnutie oblúkov mosta na plávajúcich pontónoch pomocou samozdvižných veží o priemerne asi 12 m (v závislosti od výšky hladiny rieky) a postupné uvoľňovanie kotviacich lán počas zdvíhania. Následne sa oblúky mosta spustili na piliere mosta v rieke. S postupným uvoľňovaním lán sa spúšťali aj samozdvižné veže. Po oddelení konštrukčných podpier sa samozdvižné veže na plávajúcich pontónoch spod oblúkov mosta vrátili späť do vyhĺbených zátok a proces sa opakoval pri druhom oblúku.

Samozdvižné veže na plávajúcich pontónoch

Teoretická analýza

Výstavba mosta cez rieku Visla v meste Toruň predstavuje analytický model, ktorý nemožno vypočítať pomocou tradičných analytických metód, hoci sa vyskúšali mnohé. Statická schéma celej plávajúcej konštrukcie pozostávala z oceľového oblúka, samozdvižných veží, lán a plávajúcich pontónov. Spôsob ukotvenia plávajúcich častí konštrukcie mal dôležitý dosah na úroveň síl v oblúku a podporných vežiach. Závažným problémom bolo definovanie záťaže, ktoré by malo byť aplikované na túto zložitú konštrukciu. Presné určenie hmotnosti konštrukcie sa ukázalo byť značne problematické. Napríklad hmotnosť pracovnej plošiny vnútri oblúka predstavovala 37 ton. Celkovo sa v analýze počítalo aj s týmito faktormi:

• nápor vetra a sila z prúdenia rieky v jednotlivých natočeniach konštrukcie pri presune z lagúny k miestu určenia mosta,
• pretrhnutie jednotlivých lán v súčinnosti s inými vplyvmi,
• nekontrolovaný náklon konštrukcie, spôsobený napríklad uviaznutím na plytčine, prípadne prepadom dna plavajúceho pontónu alebo jeho hlbším ponorom.

Aplikovali sa dva výpočty s použitím metódy konečných prvkov (model FEM). Prvotné výpočty od spoločnosti ALE počas výberu samozdvižných veží nerátali s nelineárnym efektom a následne po výsledkoch z metódy konečných prvkov (MKP) sa tieto plávajúce podporné konštrukcie museli spevniť. Táto úprava prebehla priamo na mieste realizácie stavby podľa výsledkov teoretických analýz z MKP (FEM). Uvedená štúdia dodatočne analyzovala veľké množstvo detailov v oblúkoch mosta, konštrukcie podporných veží a plávajúcich sekcií. Osobitnú úlohu pri analýzach konštrukcie mosta zohral tím pracovníkov zo spoločnosti Zentrale Technik Strabag pod vedením Eugena Bindka. Tento tím ľudí vykonával aj paralelné kontroly a analýzy a významnou mierou prispel k výslednému projektu.

Statická schéma plávajúcej konštrukcie v prostredí SOFiSTiK FEM

Vizualizácia deformácií pod vplyvom vetra v prostredí SOFiSTiK FEM

Záver

Aj keď bola realizácia mosta náročná z hľadiska návrhu, transportu a výstavby, vďaka sofistikovaným softvérových riešeniam a umu špecialistov, ktorí sa podieľali na realizácii tohto mosta, sa výstavba v decembri 2013 dotiahla do zdarného konca a slúži nielen poľským občanom.

TEXT: Krzysztof Żółtowski,
Tymon Galewski, Tomasz Deptuła
FOTO: GTI, Krzysztof Żółtowski

Krzysztof Żółtowski pracuje na Gdańsk University of Technology.
Tymon Galewski a Tomasz Deptuła pracujú v spoločnosti GTI Tymon Galewski.

Literatúra
1.    Wąchalski K., Sudak M.: Most przez Wisłę
w Toruniu. Mosty 3/2010, s. 38 – 43.
2.    Gąsior J., Żółtowski K.: Aspekte der Montage von Stahlkonstruktionen in der Gegend von Szczecin. Stahlbau 2003 Jg. 72 H. 8, s. 581 – 587, 21 rys.
Techniczne aspekty montażu stalowych mostów w okolicach Szczecina.
3.    Żółtowski K.: Bogenbrücke über den Fluß Dziwna in Wolin – Entwurf und Realisierung. Stahlbau.
Jg. 74, H. 9 (2005), s. 685 – 690. Most łukowy przez rzekę Dziwnę na Wolinie. Projekt i realizacja.