Montaż konstrukcji stalowej Czytaj

Montaż
konstrukcji stalowej
wiaduktu kolejowego
nad al. Piłsudskiego w Płocku
mgr inż. Andrzej Kozakiewicz
mgr inż. Łukasz Kłosin
mgr inż. Tomasz Deptuła
GTI
W okresie
od września
2013 r. (prace
koncepcyjne)
do czerwca
2014 r.
(zakończenie
nasuwania) firma
GTI wykonała
projekt, na podstawie którego
firma Polwar S.A.
wykonała
montaż wiaduktu
kolejowego nad
al. Piłsudskiego
w Płocku.
Uwarunkowania
terenowe uniemożliwiły realizację konstrukcji
klasycznie,
na rusztowaniu.
Konieczne było
zastosowanie
tymczasowych
konstrukcji
odciążających
typu mostowego
oraz metody
nasuwania
podłużnego
i poprzecznego
z zastosowaniem podpór
tymczasowych
i wzmocnienia
konstrukcji
na czas operacji.
60
G
łównym obiektem inżynierskim w ramach zadania
inwestycyjnego pt. „Rozbudowa drogi krajowej
nr 60 w zakresie budowy bezkolizyjnego (dwupoziomowego) skrzyżowania al. Piłsudskiego w Płocku z linią kolejową” opracowywanego w zakresie projektu budowlanego i wykonawczego przez konsorcjum firm: Konsultacyjne
Biuro Projektowe Krzysztof Żółtowski (lider konsorcjum)
i Pracownia Projektowa Promost Consulting, będzie wiadukt kolejowy nad przebudowaną ulicą. Dokumentacje
warsztatową oraz montażową wiaduktu opracowało GTI.
W ramach rozwiązania kolizji drogi z torami kolejowymi obie
jezdnie ulicy będą obniżone i ograniczone konstrukcjami
oporowymi – murami prefabrykowanymi. Wiadukt jest
przykładem konstrukcji, kiedy to dostosowanie się do harmonogramu zamknięć torowych i zamknięć ruchu na DK60
są głównymi czynnikami narzucającymi metodę budowy.
Projektowany wiadukt stanowić będzie przekroczenie
al. Marszałka Józefa Piłsudskiego w miejscu istniejącego
przejazdu kolejowego linii kolejowej nr 033 Kutno
– Brodnica.
Konstrukcję nośną stanowi łuk stalowy otwarty górą
z jezdnią stalową zamkniętą o konstrukcji ortotropowej.
Podstawowe parametry wiaduktu to:
• rozpiętość teoretyczna wiaduktu Lt.: 45,00 m,
• długość całkowita wiaduktu z płytami przejściowymi Lc:
58,14 m,
• szerokość całkowita B: 10,85 m,
• liczba przęseł: 1,
• spadek poprzeczny jezdni: daszkowy: 2,0%,
• spadek poprzeczny chodnika: daszkowy: 3,0%,
• geometria obiektu w planie: prosta,
• wysokość konstrukcyjna w przęśle: 1,67 m.
Do podparcia konstrukcji łuku zaprojektowano dwa
przyczółki o konstrukcji oczepowej. W celu minimalizacji
prac ziemnych oraz ograniczenia do minimum zamknięć
torowych posadowienie przyczółków wykonano jako pośrednie na palach żelbetowych wielkośrednicowych wykonanych techniką wiertniczą (bezwstrząsową). Na całej
długości wykopu zaprojektowano prefabrykowane mury
oporowe z elementów małogabarytowych z żebrem
(trzonem) kotwionym w gruncie.
Z uwagi na występowanie w wielowarstwowym układzie podłoża 2 warstw wodonośnych (na poziomach
2,45 m i 9,6 m poniżej poziomu terenu) wokół całego
wykopu zaprojektowano także przesłonę przeciwfiltracyjną z kolumn DSM, zamykającą dopływ wody i ewentualne
sączenia do wykopu.
Konstrukcje odciążające
W celu umożliwienia prowadzenia prac budowlanych
pod ruchem kolejowym oraz jednocześnie prowadzenia
prac budowlanych na jezdni północnej al. Piłsudskiego
przewidziano do wbudowania dwie konstrukcje odciążające typu mostowego:
Fot. 1. Zabudowana konstrukcja odciążająca
• konstrukcję o Lt = 30,00 m w km 50,5 + 46,71 – umożliwiającą wykonanie przyczółka wiaduktu od strony
Sierpca oraz możliwość wykonywania prac budowlanych na jezdni północnej,
• konstrukcję o Lt = 15,60 m – umożliwiającą wykonanie
przyczółka wiaduktu od strony Kutna.
Obie konstrukcje posadowione zostały na tymczasowych
klatkach drewnianych wykonanych z podkładów w osłonie ścianek szczelnych. Maksymalna prędkość taboru kolejowego po konstrukcjach wynosiła Vmaks = 30 km/h. Zastosowane konstrukcje odciążające dały możliwość ułożenia
toru w łuku poziomym o promieniu R = 504 m.
Etapowanie prac
Przyjęto następującą kolejność głównych prac:
• przebudowa kolizji – wykonanie przełożeń istniejących
instalacji (ciepłowniczych, wodociągowych, kanalizacji
deszczowej i sanitarnej, teletechnicznych itd.),
• zamknięcie torowe (7-dniowe) w celu wykonania prac
przy przesłonie przeciwfiltracyjnej (teren PKP) i założenia konstrukcji odciążających,
• wykonanie przesłony przeciwfiltracyjnej przy połówkowych zamknięciach jezdni wokół całego wykopu (domknięcie),
• wykonanie wykopów pod jezdnią północną,
• wykonanie konstrukcji oporowej oraz robót drogowych,
• w trakcie powyższych prac scalanie ustroju wraz z łukiem na leżni montażowej z przygotowaniem do
nasuwania,
• nasunięcie podłużne i demontaż konstrukcji odciążających (zamknięcie torowe 14-dniowe),
• nasunięcie poprzeczne na docelowe położenie ustroju,
• puszczenie ruchu kolejowego po nowym ustroju oraz
drogowego na jezdni północnej i wykonanie prac przy
jezdni południowej,
• pozostałe prace wykończeniowe.
mosty realizacje
Fot. 2. Scalanie łuku
Montaż ustroju
W celu dostosowania się do zamknięć torowych, a także
wyłączeń ruchu drogowego i trudnych warunków montażu zdecydowano się na realizację konstrukcji metodą
nasuwania podłużnego i poprzecznego. Konstrukcja
stalowa została zmontowana na przygotowanym placu
montażowym znajdującym się za przyczółkiem podpory
docelowej i odsuniętym od osi położenia docelowego
o 15,0 m.
Z uwagi na zmiany organizacji ruchu drogowego i zamknięcia drogowe montaż podzielono na następujące
etapy:
1. scalenie konstrukcji na placu montażowym,
2. I takt nasuwania podłużnego: konstrukcja stalowa znalazła się nad wykopem nowo budowanej drogi DK60;
ruch drogowy odbywa się po starym śladzie jezdni
DK60, ruch kolejowy – po konstrukcjach odciążających,
3. II takt nasuwania podłużnego: przełożenie ruchu drogowego pod nasuwany obiekt z taktu I, ruch kolejowy
po konstrukcjach odciążających,
4. nasuwanie poprzeczne przy czasowym zamknięciu ruchu kolejowego, ruch drogowy jak w takcie II.
Scalanie konstrukcji odbywało się na placu montażowym
za pomocą hydraulicznych żurawi samochodowych
o nośnościach od ok. 40 t (prace pomocnicze) do 130 t
(montaż głównych sekcji). Montaż odbywał się od razu
na podporach wykorzystywanych do nasuwania
podłużnego.
Do nasuwania podłużnego i poprzecznego wykorzystano
podpory montażowe:
• podpora montażowa z klatek systemowych – do nasuwania podłużnego,
• podpora montażowa z pojedynczych pali CFA– do nasuwania podłużnego,
• podpora montażowa w postaci studni żelbetowych
zwieńczonych oczepem, posadowionych bezpośrednio na gruncie – do nasuwania podłużnego i poprzecznego,
• żelbetowe drogi suwne do nasuwania podłużnego
i poprzecznego, które służyły również do mocowania
osprzętu do nasuwania.
Trasę nasuwania zrealizowano po linii prostej zarówno
w płaszczyźnie poziomej, jak i pionowej. Siłę trakcyjną
Rys. 1. Schematy realizacji obiektu
realizowano za pomocą siłowników przelotowych hydraulicznych i prętów sprężających jako lin na nasuwania.
Konstrukcja stalowa została dostosowana do nasuwania poprzez gładki (bez uskoków) spód pasów dolnych
poprzecznic podporowych i dźwigarów podłużnych.
Spawanie blach nadłożyskowych odbywało się po nasunięciu konstrukcji.
Z uwagi na dużą sztywność podłużną i poprzeczną
ustroju nie stosowano typowego awanbeku o znacznej
długości. Jako dodatkowe elementy pełniące funkcję
61
Fot. 3. Scalany obiekt przygotowany do nasuwania podłużnego
dziobu montażowego zastosowano krótkie łyżwy najazdowe spawane do konstrukcji zarówno do nasuwania
podłużnego, jak i poprzecznego.
Zakotwienie czynne przyjęto w postaci profili stalowych
kotwionych do drogi suwnej w pobliżu osi dźwigara.
Te same zakotwienia czynne wykorzystano do nasuwania
podłużnego i poprzecznego. Zakotwienie bierne było
realizowane za pomocą profili stalowych mocowanych
do konstrukcji stalowej i dostosowanych do ich przekładania w przestrzeń między poprzecznicami.
Łożyska do nasuwania przyjęto jako ślizgowe w postaci
typowych głowic dostępnych w wynajmie. Jako powierzchnię ślizgową przyjęto styk głowicy łożyska z patką
ślizgową podkładaną pod pasy dolne konstrukcji.
Przy nasuwaniu podłużnym przedmiotowego ustroju wyzwanie stanowił fakt, że wieszaki zostały zaprojektowane
jako prętowe systemowe. Konieczne było zamontowanie
wieszaków na placu scaleniowym, a następnie nasunięcie przęsła bez ich zniszczenia. W związku z powyższym
i możliwym luzowaniem podwieszenia wykonstruowano
specjalne usztywnienia poszczególnych wieszaków.
Zabieg ten pozwolił na włączenie łuku do współpracy
podczas nasuwania.
Obliczenia do technologii montażu
62
W celu opracowania prawidłowej i bezpiecznej technologii montażu wiaduktu przeprowadzono analizę statycznowytrzymałościową, której celami były:
• przyjęcie założeń montażowych,
• wyznaczenie sił wewnętrznych i przemieszczeń konstrukcji w poszczególnych etapach montażu,
• sprawdzenie newralgicznych miejsc w konstrukcji pod
kątem nośności.
Obliczenia przeprowadzono metodą elementów skończonych w programie SOFiSTiK. Wygenerowano trójwymiarowy model obliczeniowy konstrukcji.
Obliczenia numeryczne etapów nasuwania konstrukcji
wykazały, że niezbędne jest zastosowanie usztywnienia
Fot. 4. Widok żelbetowej drogi suwnej, wykonanego docelowego przyczółka i konstrukcji
odciążającej
dwóch sąsiednich wieszaków pomiędzy łukiem a pomostem. Oprócz liczby usztywnień kluczowe znaczenie miała
ich lokalizacja, która musiała być dostosowana do wszystkich
kolejnych schematów statycznych w trakcie nasuwania.
Po uzyskaniu wartości reakcji podporowych wywoływanych przez konstrukcję w poszczególnych etapach nasuwania możliwe było właściwe zaprojektowanie podpór
montażowych i odpowiedni dobór łożysk ślizgowych.
Podsumowanie
Montaż konstrukcji stalowej metodą nasuwania zakończył
się sukcesem. Projektant i Wykonawca nasuwu konstrukcji
stalowej dysponowali wiedzą i doświadczeniem nabytym przy wspólnych realizacjach podobnych obiektów,
co umożliwiło wykonanie dość skomplikowanej operacji
w bardzo krótkim czasie.
Budowa wiaduktu jest dobrym przykładem, że wnikliwe
i poparte kompleksowymi obliczeniami opracowanie projektu montażu umożliwia doświadczonemu Wykonawcy
skuteczną i sprawną realizację trudnych zadań inżynierskich.
