Nový zavěšený most Queensferry Crossing

• Foto

POHLED DO HISTORIE
Dlouhé a široké ústí řeky Forth do Severního moře je výraznou překážkou pro dopravní spojení na východním pobřeží Skotska a proto i výzvou pro stavební inženýry mnoha generací.

Forth Bridge, sytě červený ocelový příhradový železniční most s třemi konzolovými vahadly z roku 1890 se stal mezi veřejností legendou, srovnatelnou s takovými mostními ikonami jako jsou Golden Gate v San Francisku, Brooklyn Bridge v New Yorku nebo třeba Harbour Bridge v Sydney. Výjimečná konstrukce neobvyklého statického systému s rozpětími hlavních polí 521 m je dodnes právem považována za jednu z nejúžasnějších mostních konstrukcí světa. Most se dostal i na jednu z edicí jednolibrových mincí, v současné době se připravuje jeho zápis do seznamu světového kulturního dědictví UNESCO.

V sousedství tohoto skvostu stojí silniční Forth Road Bridge. Jedná se o visutou ocelovou konstrukci, dokončenou roku 1964, s rozpětím 1 005 m. Po 50 letech provozu však bylo, podobně jako u některých jiných visutých konstrukcí např. v USA nebo Skandinávii, zjištěno znatelné korozní oslabení hlavních nosných kabelů. Přes přijatá nákladná opatření k zamezení nebo alespoň zpomalení progrese koroze hlavních kabelů, zahrnující nové obaly kabelů s umělým snižováním vlhkosti, je nutné počítat s omezenou dobou bezpečné funkce mostu do jeho zásadní rekonstrukce. Vypracované studie na výměnu nebo posílení hlavních kabelů mostu však prokázaly mimořádně vysoké finanční ztráty z omezení dopravy a následné dopady na ekonomiku během takové zásadní, a tím i mnohaleté rekonstrukce.

PŘÍPRAVNÁ A SOUTĚŽNÍ FÁZE
Proto v návaznosti na první studie z 90. let minulého století byly v roce 2006 započaty nové práce na studiích možností nového silničního spojení v lokalitě, a to jak mostem, tak tunelem. V prosinci 2007 pak skotská vláda oznámila rozhodnutí o výstavbě spojení s novým zavěšeným mostem, umístěným západně od mostu stávajícího. Následně se předpokládá uzavření stávajícího Forth Road Bridge a jeho celková rekonstrukce pro budoucí využití veřejnou hromadnou dopravou a též pěšími a cyklisty.

Projektantem stavby (od technických studií po zadávací dokumentaci) nového mostu bylo vybráno sdružení firem Arup a Jacobs. Náklady na celý projekt byly odhadnuty na 1,7 až 2,3 mld. liber, stavba bude plně financována z veřejných prostředků.

Skotská vládní agentura Transport Scotland vypsala již v roce 2009 výběrové řízení na zhotovitele stavby. Nakonec podala nabídku jen dvě konsorcia firem – Forthspan, tvořené firmami Morgan Sindall, BAM Nuttall a Balfour Beatty, a sdružení Forth Crossing Bridge Constructors (FCBC), tvořené firmami Hochtief AG, American Bridge Int.,
Dragados S.A. a Morrison Construction. V březnu r. 2011 byla vybrána jako vítězná nabídka konsorcia FCBC ve výši 790 mil. liber za hlavní část stavby včetně mostu. Celkové náklady projektu se tak dnes očekávají ve výši 1,45 až 1,6 mld. liber, což odpovídá cca 70 – 80 % původně očekávané ceny.

Vítězné konsorcium FCBC zadalo zpracování realizační dokumentace stavby u sdružení firem Ramboll, Grontmij, Gifford a Leonhardt, Andrä und Partner. Odsouhlasení realizačního projektu, kontrolu postupu stavby, kvality a splnění podmínek zadání má na starosti EDT (Employers Delivery Team), který tvoří zástupci Transport Scotland spolu se svými konzultanty, firmami Arup a Jacobs. Nezávislou kontrolou prováděcího projektu, včetně plně nezávislého podrobného přepočtu celé konstrukce (tzv. kontrolou kategorie III podle britských předpisů) bylo pověřeno sdružení firem Aecom a URS Scott Wilson. Na nezávislé kontrole a výpočtech hlavní nosné konstrukce mostu spolupracuje s firmou Aecom i tým českých inženýrů z firmy Pontex.

NÁVRH NOVÉHO MOSTU
Nový most se skládá z konstrukcí dvou typů – z hlavní zavěšené části a z jižní spojité estakády (viaduktu). V obou případech se jedná o konstrukce se spraženou ocelobetonovou mostovkou. Zavěšená část mostu je však oproti běžnému uspořádání vícepolová s dvěma hlavními poli přes ústí řeky do moře o rozpětí každého 650 m. Most je tak zavěšen na trojici pylonů (nejběžnějším uspořádáním zavěšených konstrukcí jsou mosty o jediném hlavním poli, zavěšené na dvou pylonech). Volba uspořádání se třemi pylony je zde logická, neboť střední pylon je s výhodou založen na vystupujícím skalním ostrohu uprostřed řečiště, nese však s sebou zároveň některé konstrukční obtíže. Zavěšené mosty o více než jednom hlavním poli se musí vypořádat se stabilitou konstrukce a se zvýšeným ohybovým namáháním středních pylonů při nesymetrickém nahodilém zatížení, neboť zde nelze využít stabilizujícího příspěvku mezilehlých tlakových/tahových podpor v krajních polích. Dnes již klasické řešení pro vícepolové zavěšené mosty se stabilizujícími kabely z vrcholu středního pylonu k patě krajních pylonů lze vidět u mostu Ting Kau v Hongkongu dle návrhu prof. Schlaicha. U nového mostu přes Forth bylo již v zadávací dokumentaci zvoleno inovativní řešení, kde ke stabilizaci konstrukce přispívají sady závěsů jdoucí z pylonů až za polovinu hlavního pole, které se tak ve středu obou hlavních polí, na délce cca 150 m, navzájem překrývají. Závěsy jsou umístěny ve dvou rovinách ve středu jediné mostovky pro oba jízdní směry, podélně mají poloharfové uspořádání.

Mostovka zavěšené části mostu je v příčném řezu tvořena jedinou ocelovou komorovou konstrukcí se čtyřmi stěnami spraženou s příčně předepjatou betonovou deskou o celkové šířce 39,8 m, na kterou lze pohodlně umístit dvě třípruhové vozovky. Dvě střední stěny přenášejí zatížení z obou rovin závěsů.

Jižní estakáda má celkovou délku 543 m a rozpětí nejdelšího pole 90 m. V příčném řezu se zde jedná o 2 samostatné jednokomorové spřažené ocelobetonové konstrukce. Stejné uspořádání má pak poslední cca 74 m dlouhá část mostu u severní opěry. Celková délka přemostění je 2,638 km mezi opěrami.

Obě konstrukce tvoří jediný dilatační celek s pevným bodem v podobě plně monolitického vetknutí do středového pylonu zavěšeného mostu. V místě krajních pylonů je konstrukce nepodepřená, plně zavěšená, pouze s horizontálními ložisky v příčném směru, kde hydraulika zajišťuje minimální tlakovou sílu. Na prvních pilířích od pylonů na
severní i jižní straně je konstrukce k pilířům svisle přikotvena pomocí táhel tak, aby pilíře přenášely i tahové reakce.

Pylony zavěšeného mostu mají výšku až 210 m nad hladinou moře, při výšce mostovky cca 65 m nad touto hladinou. Pylony jsou duté betonové, v horní části pak se zabudovanou ocelovou komorou sloužící ke kotvení závěsů. Ostatní pilíře jsou tenkostěnné betonové se dvěma příčně odkloněnými dříky uspořádanými do tvaru V, navzájem spojenými ocelovým táhlem. Střední pylon je založen plošně na osmiúhelníkovém základu těsně pod hladinou na skalním ostrohu Beamer Rock, který již byl pro tyto účely upraven odstřelem. Oba krajní pylony jsou pak založeny na mořském dně za pomoci velkých ocelových studní, které po částečném vyplnění betonem tvoří podklad pro kruhový základ pylonu. Pro založení ostatních pilířů se používají buď obdobné ocelové studně, nebo štětové jímky částečně vyplněné betonem, případně pak klasické plošné betonové základy.

VÝSTAVBA MOSTU
Výstavba nosné konstrukce zavěšeného mostu bude probíhat vahadlově s postupným vyvěšováním. Nosná konstrukce je podélně dělena na 12 m dlouhé segmenty, které se postupně s již předem zhotovenou betonovou deskou zvedají z nákladních člunů a připevňují k již hotové konstrukci spolu s instalací a napnutím dvojice závěsů.

Pro výstavbu jižního viaduktu a též koncových částí zavěšené části mostu u severní opěry se pak využívá technologie výsuvu ocelové konstrukce s vyvěšením přes pomocný pylon a s následnou postupnou betonáží horní desky.

Veškerá doprava hlavních částí konstrukce na staveniště probíhá po moři.

PROCES PROJEKTOVÁNÍ A KONTROLY PROJEKTU
Již během projekčních prací na tendrové dokumentaci vznikal pod vedením firmy Arup rozsáhlý manuál pro organizaci, řízení a technické požadavky pro veškeré projekční práce. Tento byl dále rozpracován sdružením projektantů realizační dokumentace pod vedením firem Ramboll a Leonhardt, Andrä und Partner. Tento manuál odráží komplexnost a náročnost projekčních prací – podrobně specifikuje a upřesňuje návrhová kritéria konstrukce, modely a metody výpočtů vč. zatížení konstrukcí a jejich kombinace, požadavky na vybavení konstrukce, požadavky na údržbu, monitorovací systémy konstrukce, provozní podmínky mostu, monitorovací systémy provozu, prostředky inspekce a požadavky na přístupy a mnohé další. Dokument se dále odvolává na desítky dalších podkladů, od podrobných geotechnických zpráv, až po zprávy o testování ve větrném tunelu a specifikaci větrových modelů pro návrh.

Základními modely pro návrh a posudky nosné konstrukce mostu jsou globální prutový 3D model celé konstrukce s uvažováním časové analýzy vč. postupu výstavby a tzv. semiglobální prostorové deskostěnové modely jednotlivých výseků nosné konstrukce. Jednotně, jak pro návrh, tak pro nezávislé posouzení, bylo kvůli kompatibilitě výsledků předepsáno použití konkrétních výpočetních programů.

Ze značného množství aspektů návrhu konstrukce zmiňme speciální skupiny zatěžovacích stavů během provozu mostu, vyvolané ztrátami závěsů konstrukce: jednak mimořádné stavy přetržení závěsu a ztráty sil ve skupině závěsů vlivem požáru na mostě, ale také provozní stavy při plánované výměně závěsu při pouze částečně omezené dopravě na mostě. Mezi další rozhodující návrhové situace patří posudky během výstavby s uvažováním náhodných rozdílů ve vlastní tíze jednotlivých konzol vahadel, zatížení pádem montovaného segmentu, lokální posudky prvků pod montážními vozíky segmentů apod.

Proces projektování i nezávislé kontroly v současnosti nadále pokračuje, obě tyto činnosti probíhají téměř souběžně, často za vzájemné konzultace a porovnávání výsledků obou stran. Před předáním projektu dílčí části konstrukce k odsouhlasení objednateli (EDT) musí nezávislý kontrolor svými výpočty potvrdit jeho správnost. Před finálním ověřením návrhu ze strany objednatele (EDT) konzultant objednatele ještě porovnává návrh se svými výpočty z tendrové dokumentace.

ZÁVĚR
Nový zavěšený most Queensferry Crossing (donedávna s pracovním názvem Forth Replacement Crossing) je výjimečnou mostní konstrukcí a v současnosti jedním z největších probíhajících mostních projektů na světě.

Pro autory tohoto textu představuje možnost podílet se na takovém projektu mimořádnou příležitost po čistě technické stránce, tak i cennou zkušenost z hlediska řízení projektových prací na projektu takového rozsahu a technické náročnosti.

Význam celého projektu pro britskou, resp. skotskou veřejnost dokládá i právě ukončené veřejné internetové hlasování o pojmenování nového mostu. Za tři měsíce na přelomu loňského a letošního roku se nashromáždilo 7 600 návrhů od veřejnosti, z nichž bylo následně nezávislým panelem odborníků vybráno pět k veřejnému hlasování.
26. června 2013 vyhlásila skotská vláda vítězem tohoto hlasování pojmenování Queensferry Crossing, které získalo třetinu z více než 35 000 hlasů. Jméno je odvozeno od názvů obcí na obou březích – North a South Queensferry a odkazuje na svatou Markétu, skotskou královnu z 11. století, která měla v těchto místech zřídit přívoz (ferry) pro poutníky.

Dokončené přemostění Queensferry Crossing má být uvedeno do provozu do konce roku 2016.

LITERATURA:

• FRC Tender design – Arup & Jacobs, 2010
• FRC Final Design – Ramboll, Grontmij, Gifford, LAP, 2012
• http://www.transportscotland.gov.uk/ 
• http://www.namethebridge.co.uk/ 
• materiály firmy Aecom

Queensferry Crossing
The construction of a new cable-stayed bridge has started in Scotland last year, crossing the well known estuary of the Forth River. This third major crossing in this area will have two main spans of 650 m each, being supported on pylons up to 210 m high. This is reported to be the largest construction project in a generation in Scotland. Just recently the public vote named the rising structure as Queensferry Crossing. Authors of this text have an opportunity to colaborate on this project as a part of the team responsible for independent assessment of this outstanding bridge.

Autoři

• Souček Petr
• Kvasnička Václav
• Ing. Dědek Ondřej
• Ing. Chůra Michal