IV. TŽK úsek „Tábor – Sudoměřice“: Zkušenosti s návrhem mostních objektů SO 65-20-01 Nový železniční most, přemostění dálnice D3 v km 91,301 a SO 65-20-03 Nová železniční estakáda v km 91,569

• Foto

CELKOVÁ KONCEPCE
Od zpracování Přípravné dokumentace (PD) byl vybudován a uveden do provozu přemosťovaný úsek dálnice D3 0306 Mezno – Chotoviny. Situování křížení přeložky trati a dálnice bylo pevně dáno územním rozhodnutím a jeho polohu ani úhel již nebylo možné upravit. Během výstavby dálnice D3 se nepodařilo zajistit změnu polohy kolidujícího propustku, který by vybudován v prostoru křížení dálnice s připravovanou tratí.

V rámci Projektu (P) bylo nutné zohlednit tyto skutečnosti:

• realizovanou polohu klenbového ŽB propustku,
• nové návrhové normy, zejména ČSN 73 6201/2008 a soustavu norem ČSN EN 1991 až ČSN EN 1994. Norma ČSN EN 1991-2 přitom definuje požadavky na posouzení bezstykové koleje nad rámec požadavků předpisu SŽDC S3 na základě podrobné analýzy napjatosti a deformací,
• navrhnout řešení nevyžadující vložení kolejnicového dilatačního zařízení (KDZ) do bezstykové koleje (BK), což sníží nároky na údržbu a zvýší komfort jízdní dráhy. Trať je v daném úseku ve stoupání 11,3 ‰, ve směrovém oblouku o poloměru R₂ = 1 460 m s převýšením D = 107 mm, což jsou velmi problematické okrajové podmínky pro správnou funkci KDZ.

Rozpětí nosné konstrukce přes dálnici D3 bylo zvětšeno na 99,0 m tak, aby nebyla ovlivněna konstrukce propustku. Případné umístění pilíře do středového dělícího pásu nebylo možné s ohledem na případné rozšíření dálnice na 6 jízdních pruhů.

Původní statické schéma dle PD vyžadovalo v souladu s požadavky předpisu SŽDC S3 (S3) umístění KDZ ve třech řezech, což by znamenalo v obou kolejích umístění šesti VKDZ pro dilataci mostu a dalších čtyř MKDZ pro zajištění dilatace „dýchajících konců BK navazujících úseků trati. Konstrukce byla dělena do třech dilatačních celků. Jeden přes dálnici D3 (Langerův trám) a dva na navazující estakádě (2 × čtyřpolový spojitý trámový komorový nosník).

Splnění požadavků normy ČSN EN 1991-2 „Zatížení mostů“ a paralelně také předpisu SŽDC S3 tedy vedlo k úpravám statického schéma celého soumostí, které je nutné z hlediska vedení BK posuzovat dohromady. Koncepčně největší přípustné dilatující délky stanovené v předpise S3 neodpovídají metodice ČSN EN a to zejména z důvodu nezohlednění brzdných/rozjezdových sil a vodorovné tuhosti spodní stavby dna velikost přírůstků napětí v kolejnicích.

Výpočetní postupy uvedené v normě ČSN EN 1991-2 jsou obecné a pro praktické použití v projekční praxi jasně nedefinují řadu potřebných údajů. Bylo tedy třeba vytvořit metodiku pro posouzení BK na mostě, která by odpovídala metodice této normy a zároveň zohledňovala podmínky použití BK v ČR. Tato metodika byla postupně rozvíjena a aplikována na dalších připravovaných stavbách v rámci IV. TŽK a aktuálně je zapracovávána do připravovaného MVL k této problematice (pracovní označení MVL 150 – Kombinovaná odezva mostu a koleje).

Výpočty kombinované odezvy mostu a koleje byly prováděny pro vstupní parametry dle různých norem a podkladů. Z provedených výpočtů vyplynulo, že velikost přírůstku napětí v kolejnici je výrazně ovlivňována tuhostí spodní stavby při působení brzdných sil. Rovnoměrného rozdělení těchto vodorovných účinků bylo dosaženo umístěním pevného ložiska na každý pilíř tzn. rozdělením estakády na prostá pole. Na základě provedeného posouzení BK na mostě bylo navrženo nové statické uspořádání s dilatací hlavního pole přes D3 pomocí systému řídicí tyče a navazující estakády jako řetězce osmi prostých polí. Systém řídicích tyčí Meyer – Wünstorf (MW) byl navržen jako první v ČR, proto technické přípravě byla věnována velké pozornost.

Systém řídicích tyčí přesune teoretický bod podélně pevného uložení nosné konstrukce do poloviny jejího rozpětí. Dilatující délka nosné konstrukce se tedy zkrátí na polovinu. Principem systému řídicí tyčí MW je staticky určitý pákový mechanismus, kloubově připojený k nosné konstrukci a podpěrám. Systém řídicích tyčí MW přenáší veškeré vodorovné podélné reakce a všechna ložiska nosné konstrukce jsou podélně pohyblivá. Systém je běžně používán Německými dráhami (DB) pro redukci dilatující délky konstrukcí obdobného rozpětí. Blíže k tomuto je uvedeno ve sborníku 16. ročníku ZMT 2011 [1].

Splnění požadavků ČSN EN 1991-2 na převedení BK bez KDZ výrazným způsobem ovlivnilo rozměry spodní stavby včetně založení. I přes tyto zvýšené nároky na technické řešení mostních objektů lze konstatovat, že ve srovnání s KDZ se ve výsledku jedná o efektivní řešení po technické, ekonomické a provozní stránce.

TECHNICKÉ ŘEŠENÍ
SO 65-20-01 Nový železniční most, přemostění dálnice D3 v km 91,301
Novostavba mostního objektu převádí přeložku železniční trati přes dálnici D3. Most převádí dvoukolejnou trať ve směrovém pravostranném oblouku R₁ = 1 464 m. Výškově konstrukce stoupá ve sklonu nivelety TK tzn. +11,3 ‰. Šířkově je nosná konstrukce dána požadovaným volným mostním průřezem VMP 3,0 v oblouku. Parametry mostu odpovídají požadavkům návrhových norem ČSN EN pro nové mostní objekty a návrhovou rychlost do 160 km/h.

Nosná konstrukce je v dané dispozici navržena jako dvoukolejná, s dolní mostovkou a průběžným kolejovým ložem. Navržený trám ztužený obloukem (Langerův nosník) je pro dané rozpětí 99,00 m a stavební výšku (k TK) 2,30 m běžným a optimálním typem konstrukce.

Statické a dynamické výpočty nosné konstrukce však prokázaly, že pro dané rozpětí, subtilnost trámu a vzepětí oblouku je nutno nosnou konstrukci ztužit tak, aby byl omezen průhybu od asymetrického zatížení a zvýšena vlastní ohybová podélná frekvence nosné konstrukce (kritérium dle ČSN EN 1991-2). Staticky nejúčinnějším opatřením bylo omezit vzájemný posun vrcholu oblouku vůči trámu jejich tuhým propojením. Ve středu nosné konstrukce byly navrženy tuhé závěsy uspořádané do tvaru W. Ostatní závěsy zůstaly navrženy standardně jako subtilní tahové tyčové prvky (pásek, kulatina).

Trám konstantní výšky 3,340 m (pouze ~1/30 L) je navržen jako svařovaný nesymetrický I-profil. Horní pásnice jsou navrženy z P50 × 820 mm a ve středové části z P40 × 820. U přípojů tyčových závěsů jsou provedeny v horní pásnici eliptické prostupy pro usměrnění normálových napětí. Dolní pásnice je z P50 × 1 000 v celé délce. Tloušťka stojiny je 16 mm v horní části resp. 20 mm v dolní části trámu.

Ztužující oblouk má vzepětí nad horní pásnicí hlavního nosníku 15,01 m (~1/6,5 L). Oblouk lze tedy pokládat za mírně stlačený. Výška příčného řezu truhlíku se zvětšuje z 1 100 mm u vrcholu na cca 2 500 mm u pat oblouku. To odpovídá průběhu normálové sil i podružných momentů v oblouku. Oblouk má uzavřený truhlíkový průřez. Příčný řez truhlíku má tvar lichoběžníku proměnné výšky. Horní pásnice tl. 50 mm má šířku 1 000 mm, stojiny truhlíku tl. 40 mm jsou zešikmeny pod konstantním úhlem, šířka dolní pásnice tl. 20 mm je proto proměnná. Obě pásnice jsou skruženy do válcových ploch o konstantních poloměrech, stojiny do kuželových ploch o konstantním zakřivení. V místech tyčových závěsů je profil oblouku lokálně upraven na otevřený, tvaru TT (v dolní pásnici je oválný otvor).

Stabilita oblouku je zajištěna podélným příhradovým ztužením soustavy K. Ztužení sestává z 11 rámových příčlí uzavřeného obdélníkového průřezu o rozměrech cca 500 × 900 mm, doplněných diagonálami z trubek TR 324 × 12.

Závěsy jsou na základě statické optimalizace navrženy třech typů:

• závěsy z kruhových tyčí (závěsy Z1),
• závěsy z plochých profilů, případně s podélnými výztuhami (závěsy Z2 – Z4)
• šikmé tuhé závěsy ze svařovaných I-profilů (závěsy Z5 – Z6)

Deska mostovky je navržena jako ortotropní z plechu tl. 16 mm resp. nad podporovými příčnými výztuhami tl. 25 mm. Osová vzdálenost příčných výztuh činí 3 000 mm a podélných výztuh 900 mm. Příčné výztuhy mostovky jsou navrženy jako svařované obrácené T‑profily. Trapézové výztuhy z plechu 10 mm jsou lichoběžníkového tvaru výšky 350 mm.

Ložiska jsou navržena hrncová (výrobce Reisner & Wolff Group). Dispozice ložisek zajišťuje přenos pouze příčných sil na mostní konstrukci. Přenos podélných sil zajišťuje systém řídicích tyčí MW, který přenáší vodorovné podélné reakce do kotevních bloků na opěře OP1 a pilíři P1 prostřednictvím kotevních tyčí. Kotevní tyče jsou kloubově spojeny s příčnými pákami, kloubově připojenými k nosné konstrukci. Páka nad opěrou OP1 je jednoramenná a páka nad pilířem P1 dvojramenná. Konce obou pák jsou vzájemně propojeny řídicí tyčí délky 97,5 m, která prostupuje příčnými výztuhami v kluzných pouzdrech z korozivzdorné oceli.

Na základě závěrů geotechnického průzkumu je most založen na velkoprůměrových pilotách. Piloty průměru 1 180 mm jsou rozmístěny pod základovými bloky opěry OP1 i pilíře P1. Skupiny pilot pod jednotlivými částmi spodními stavby jsou zavázány do hornin třídy R3 (navětralá pararula) a mají tak charakter sníženého plošného základu.

Opěra OP1 je monolitická krabicová s rovnoběžnými křídly. Křídlo u koleje č. 1 je ukončeno zavěšenou konzolou. U koleje č. 2 na opěru navazuje samostatné rovnoběžné křídlo K1L, uspořádané jako úhlová zeď. Z horní části opěry jsou vytaženy masivní betonové bloky, které mají funkci ochrany nosné konstrukce před nárazem vykolejeného vozidla a kotevních bloků pro trakční stožáry. Přechod ochranných bloků do křídel tvarově navazuje na průběh oblouku. Čelo dříku opěry je zkoseno z pohledových důvodů, aby byla vyjádřena návaznost na oblouk.

Pilíř P1 je založen ve svahu tělesa dálnice D3 mimo aktivní zónu vybudovaného klenbového železobetonového propustku. Pilíř P1 byl tvarově uzpůsoben pro přenos značných vodorovných sil (cca 105 m účinné délky BK) a uložení dvou různých konstrukcí (Langeru a estakády) rozdílné stavební výšky a šířky. Dřík pilíře P1 proto tvoří dvě prolínající se tělesa, navazující na oblouk Langerova trámu a trámovou nosnou konstrukci estakády (SO 65-20-03).

SO 65-20-03 Nová železniční estakáda v km 91,569
Novostavba mostního objektu navazuje na přemostění dálnice D3 a převádí přeložku železniční trati přes mělké údolí u obce Moraveč a Rzavá, účelovou komunikaci a vodoteč.

Dvoukolejný železniční most staticky působí jako řetězec osmi prostých polí. Každé pole konstrukce mostu je navrženo jako spřažená ocelobetonová konstrukce s komorovým nosníkem s průběžným kolejovým ložem. Jednotlivá pole NK jsou přímá a jsou polygonálně umístěna podél směrového oblouku (vzepětí směrového oblouku na délku jedné NK je f = 261 mm). Rozpětí hlavních komorových nosníků je 54,0 m. Základní výška komorového nosníku včetně desky mostovky je v ose NK 4,685 m (~1/11,5 L). Výška ocelového nosníku je 4,25 m (~1/13 L). Výška NK byla ovlivněna požadavkem na omezení vzájemného rozevření polí mostu od zatížení dopravou, které jsou stanoveno v ČSN EN 1991-2. Šířka dolní pásnice je 4,50 m a tloušťka je od 25 mm do 50 mm. Plech dolní pásnice je ztužen příčnými výztuhami ve vzdálenosti 5,4 m a dvojicí podélných trapézových výztuh. Horní pásnice šířky 1 000 mm je navrhována z plechů tl. 30 až 75 mm. Stěny hlavního nosníku jsou ukloněny ~6,5:1 a jsou z plechu tl. 18 mm až 26 mm. Stěny jsou vyztužené trojicí podélných trapézových výztuh. Železobetonová deska mostovky je tloušťky 420 mm ve středu a 486 mm v místě horní pásnice. V místě napojení na římsu je deska tl. 300 mm. Ložiska jsou navržena hrncová (výrobce Reisner & Wolff Group) ve staticky určité dispozici. Dilatační pohyby jsou orientovány ve směru od mostu přes dálnici D3. Mostní závěr je jednoduchý lamelový s úpravou pro kolejové lože s odvodněním v úžlabí.

Deska mostovky je odvodněna příčným dostředným spádem ve sklonu 2 %. Odvodňovací vpusti z korozivzdorné oceli jsou ve vzdálenosti 6,0 m. Odvod vody je zajištěn uzavřeným odvodňovacím systémem z plastu (PE-HD). Voda je odvedena podélným potrubím do svislých svodů, které jsou vedeny každým pilířem s následným vyústěním na terén pod mostem.

Pro snížení hladiny hluku od železničního provozu je na nosné konstrukci vlevo osazena protihluková stěna (PHS) výšky 1,5 m nad niveletou TK. Zábradlí umístěné na pravé římse je provedeno ve standardní dispozici tzn. třímadlové výšky 1,10 m. Sloupy trakčního vedení na mostním objektu jsou kotveny do říms, které jsou pro tento účel rozšířeny do kotevního bloku.

Opěra mostu je navržena jako masivní železobetonová s členěným dříkem. Pilíře jsou navrženy jako železobetonové duté obdélníkového tvaru 3,4 × 6,0 m. Tloušťka stěny dříku je 0,6 m. Výška pilířů od základové spáry k úrovni uložení NK je 15,8 m (pilíř P8) až 23,0 m (pilíř P6). Výška mostu na údolím Rzavé tak dosahuje ~28,0 m.

Na základě závěrů z geotechnického průzkumu je most založen hlubině v horninách třídy R3 (navětralá pararula) pod pilíři P2, P4, P6 a pod opěrou OP2. Plošné založení na skalním podloží je pod pilíři P3, P5, P7 a P8. Pilíř P1 je společný s mostem přes D3 (SO 65-20-01). Pro revize dutých pilířů jsou navrženy žebříky s ochrannými koši, podestou a výlezem k ložiskům. Uvnitř komory hlavního nosníku je vedena revizní lávka.

LITERATURA:
[1] Dr.-Ing. Richard Buba, SST München, Uplatnění řídicích tyčí u ocelových železničních mostů, sborník 16. konference ŽMT 2011, SUDOP PRAHA, a. s.

Příspěvek byl uveden na konferenci Železniční mosty a tunely 2015.

Rail Transit Corridor (TŽK) IV, Section “Tábor – Sudoměřice”: Experience in designing bridge structures SO 65-20-01 New railway bridge, bridging the D3 highway in 91.301 km and SO 65-20-03 New elevated railway bridge in 91.569 km
The construction “Modernization of the Track between Tábor and Sudoměřice u Tábora” includes a unique group of bridges being among the greatest in the Czech Republic. To manage the transfer of the continuous welded rail without an expansion joint, the “control rods” were designed within SO 65-20-01 for the first time in the Czech Republic. They allow a symmetrical expansion shift of the bridge in direction of both supports. The bridge structures will be brought into operation in the second half of 2015. The article deals with the issue of the bridge design from the point of a designer’s view.

Autor

• Ing. Vlasák Martin