Ochranný plášť černobylského reaktoru

• Foto

ÚVOD
Počátky projektu sahají do roku 1995, kdy započaly přípravné práce na alternativách řešení s cílem uvést stávající kryt bloku č. 4 do stavu, který by nepředstavoval nebezpečí pro životní prostředí. Tyto práce vyústily v návrh nového zastřešení černobylského reaktoru pomocí ocelového oblouku. Ocelová konstrukce oblouku bude mít rozpětí mezi definitivními podporami 257 m a vzepětí 109 m, délka konstrukce pak bude 150 m. Vzhledem k dosud vysoké radiaci v místě havárie bylo nutno zvolit takovou technologii výstavby, která minimalizuje rozsah práce v bezprostřední blízkosti reaktoru, a také pohyb osob nad tzv. radiační hranicí ve výšce 30 m nad terénem. Z těchto důvodů bylo rozhodnuto o provedení montáže oblouku na montážní ploše ve vzdálenosti cca 330 m od reaktoru. Oblast vybraná pro montáž oblouku byla zbavena zeminy kontaminované radiací a v současné době byly dokončeny práce na základových konstrukcích pro zdvihací věže. Montáž konstrukce oblouku je vzhledem ke svým délkovým rozměrům a minimalizaci stavebních nákladů během výstavby (polovina zdvihacích věží) rozdělena na dvě části. Nejprve bude provedena montáž tzv. Východní části oblouku a následně Západní část oblouku. Oblouky budou propojeny a po speciální dráze zasunuty do definitivní polohy.

Úkolem projektové kanceláře Pontex, s. r. o. bylo staticky prověřit předložený projekt montáže oblouků z hlediska návrhu těchto montážních konstrukcí podle platných Eurocodů. Součástí této kontroly bylo provedení kompletního nezávislého statického přepočtu a systémové kontroly technického řešení konstrukcí. Při posudku byly uváženy zejména okrajové podmínky výstavby, předané silové účinky oblouku na pomocné konstrukce, místní geotechnické poměry, poloha staveniště a další specifika vyplývající z místního prostředí.

Postup výstavby
Výstavba oblouku v montážní oblasti jak pro východní, tak západní část bude probíhat za pomoci zdvihacích ocelových příhradových věží (jacking towers) o výšce 45 m a půdorysných rozměrech 7,5 × 6,0 m, které budou osazeny na základové konstrukce, kam budou kotveny pomocí speciálního systému předpínacích lan. Tyto věže budou sloužit pro vyzdvihnutí jednotlivých segmentů oblouků do požadované výšky a následné napojení dalších navazujících částí oblouku. Celkově je proces zdvihání rozdělen do třech základních etap na každou z částí oblouku, proces zdvihání je až na drobné detaily prakticky totožný jak pro východní, tak pro západní část.

V první etapě budou smontovány zdvihací věže v počáteční poloze. Vrcholová část oblouku bude osazena na podpůrné konstrukce mezi věžemi – na zvedací příčníky (jacking beams) a roznášecí nosníky (spreader beams) a pomocí zdvihacích lan bude vyzvednuta do požadované výšky. Spolu se střední částí oblouku budou jednostranně zvedány i kloubově připojené navazující segmenty oblouku, uložené na vnější straně na pojízdných plošinách (rolling pods). Po ukončení zvedání bude provedeno propojení segmentů oblouků a zrušení jejich kloubového připojení. Konstrukce bude osazena na dočasné podpory (stoping devices) a věže budou demontovány a přemístěny do pozice pro následující zdvih. V druhé etapě, po osazení provizorního táhla (temporary tie) oblouku a kloubovém připojení dalších segmentů oblouku, bude konstrukce uvolněna z brzdných zařízení a dále vyzdvižena do vyšší polohy, kde budou krajní části oblouku pevně propojeny s jeho střední částí. Dále následuje obdobný postup jako po první etapě, kdy bude konstrukce znovu osazena na dočasné podpory (stoping device) v nové poloze. Třetí etapa začíná znovu kloubovým připojením posledních segmentů oblouku a aktivováním táhla. Následně proběhne třetí etapa zdvihu, po které bude dokončeno pevné připojení posledních částí oblouku, osazení oblouků na dočasné podpory. Poté bude dokončená východní část oblouku po kolejové dráze přesunuta do mezipolohy. Po celou dobu výstavby budou stabilitu oblouků během zvedání v podélném a příčném směru zajišťovat stabilizační systémy (blocking system), které budou aktivovány v případě nevhodných klimatických podmínek (zejména při větší rychlosti větru).

V průběhu zdvihacích prací bude na oblouky průběžně instalována speciální konstrukce střechy, podhledy konstrukce, speciální zařízení instalovaná v konstrukci oblouku a části štítových stěn oblouku. Po provedení obou části oblouků bude provedeno jejich propojení. Následně budou provedeny dokončovací instalace zařízení a štítových stěn a takto speciálně profilovaný oblouk bude nasunut po transportní dráze do definitivní polohy, kde bude oblouk uložen na definitivní podpory. Dokončovací práce v místě reaktoru by díky průběžnému  osazování všech zařízení již v průběhu montáže na montážní ploše měly být kvůli vysoké radiaci v minimálním rozsahu.

MONTÁŽNÍ ZAŘÍZENÍ A JEHO KONSTRUKCE
Založení a kotevní prvky věží a podpůrných konstrukcí
Konstrukce věží a dalších podpůrných konstrukcí pro jednotlivé etapy výstavby budou osazeny na mohutné základové bloky o výšce 2 m a rozměrech od 16,5 × 14 m až po 35,8 × 14 m. Tyto bloky budou založeny plošně. Celkem bude pro výstavbu oblouků zhotoveno 18 základových bloků.

Součástí založení jsou také kotevní přípravky pro zachycení vodorovných a svislých sil od namáhání věží, podpůrných zařízení a bočního kotvení věží (lateral anchors). Toto kotvení bylo navrženo pomocí předpínacích lan ve tvaru U, jejichž chráničky jsou zabetonovány do základových konstrukcí. Kontrolní přepočet prokázal významné ztráty kotevní síly, způsobené třením a pokluzem lan v kotvě s ohledem na tvar a krátkou délku kabelových drah. Proto, v souladu s následnými zjištěními projektanta, došlo k úpravě v systému kotvení a ke zvýšení počtu lan v kotevních kabelech.

Zdvihací věže, boční kotvení, podpůrné a roznášecí příčníky (jacking towers, lateral anchors, jacking and spreader beams)
Ocelové věže navržené pro zdvihání oblouků v jednotlivých fázích výstavby jsou navrženy jako ocelové příhradové konstrukce skládající se z plnostěnného základového ocelového roštu, na kterém je osazen základní příhradový modul o délce 10 m. Na tento základní modul jsou osazeny další tři shodné moduly o délce 10 m. Ve vrcholu konstrukce věže je osazen hlavový plnostěnný rošt s koncovými příčníky, na kterých jsou osazeny lanové systémy pro zdvih oblouků včetně vlastního hydraulického zdvihacího zařízení. Celková výška zdvihacích věží je po započtení všech modulů, roznášecích roštů a dalších konstrukcí cca 46 m. Modulová konstrukce věží byla navržena s ohledem na rychlost montáže a demontáže, neboť každá z věží bude v průběhu výstavby použita nejméně na šesti pozicích. Zajímavým prvkem projektu věží je návrh přerozdělení vnitřních sil ve stojkách věže pomocí dodatečného předpětí vybraných prvků pomocí vynucených deformací. Konstrukčně je požadavek řešen rozepřením vnitřních styčníků příhrad a dolního roštu na požadovanou deformaci a zaaretováním polohy vložením ocelového plechu. Tímto opatřením se zajistí rovnoměrné rozložení sil na všechny konstrukce věže a nedochází tak k přetížení krajních profilů.

Středové věže jsou díky své poloze zatíženy relativně symetricky. U krajních věží je nutné zajistit protiváhu zatížení od zvedání oblouku pomocí bočního kotvení (lateral anchors). Boční kotvení je navrženo mohutnými lany, obdobnými jako lana zvedací, ukončenými na základu věže pomocí kotevní stolice s čepem a svařencem přikotveným k základu pomocí přepínacích lan. V současné době se v diskuzi s projektantem řeší otázka možného vlivu vrubů na více využité kabely bočního kotvení.

Podpůrné a roznášecí nosníky, které budou zajišťovat podepření vlastní konstrukce oblouku v době podepření na dočasných podpěrách a při zvedání jsou navrženy jako plnostěnné ocelové příčníky. K těmto příčníkům jsou připojeny i stabilizační kabely, které budou aktivovány v případě překročení předem stanovených parametrů výkyvu konstrukce. Pro nezávislé posouzení těchto konstrukcí byly vypracovány deskostěnové modely pro posouzení metodou konečných prvků. Tyto posudky, stejně jako u zdvihacích věží, prokázaly dostatečnou kapacitu těchto konstrukcí.

Posuvné podpory připojovaných segmentů (rolling pods)
Při zvedání oblouků a jejich bočních kloubově připojených segmentů je nutno zajistit, aby docházelo k hladkému vodorovnému posunu vnějších konců bočních segmentů. Tuto funkci zajišťují posuvné podpory, které jsou vedeny po předem stanovených drahách. Konstrukce těchto zařízení má tvar prostorového trojúhelníka a sestává převážně z válcovaných profilů v kombinaci se svařenci a v jednom případě překlenovacího rámového profilu, který je navržen z důvodů nedostatečného prostoru mezi základy. Veškeré tyto konstrukce byly úspěšně ověřeny samostatnými prutovými a deskostěnovými modely.

Dočasné podpory (stop devices)
Konstrukce oblouku je vždy mezi jednotlivými etapami zvedání osazena na mohutné dočasné podpory, které jsou tvořeny svařenci několika typů. Tyto konstrukce jsou navrženy na namáhání od obloukových sil a sil stabilizačního systému, který je kotven ke spodní části konstrukce. Kotvení těchto konstrukcí k základům bylo zesíleno, kapacita jednotlivých prvků byla ověřena pomocí kombinace prutových a deskostěnových modelů.

Stabilizační systém (blocking system)
Stabilita celé soustavy během montážních prací je nejzranitelnější při samotném zvedání. Proto byl projektantem navržen stabilizační systém sestávající z přepínacích lan, která budou v případě nutnosti aktivována na předem předepsané síly. Kotevní lana jsou na zemi uchycena v dočasných podporách a na oblouku v místě zdvihacích příčníků a na samotné konstrukci. Kotvení je navrženo tak, že stabilizuje konstrukci jak v podélném, tak příčném směru.

Pro proces zvedání byly stanoveny okrajové podmínky, při kterých je nutno konstrukci stabilizovat speciálním zařízením, aby nedocházelo k překročení mezních hodnot deformací. Hlavním kritériem pro aktivaci stabilizačního systému je dosažení mezní hodnoty výkyvu konstrukce oblouku nebo max. stanovené intenzity větru. Z charakteru konstrukce a jejího uložení v době výstavby je zřejmé, že mezní výkyv může být ovlivněn zejména kombinací počátečních geometrických deformací a klimatických vlivů jako je teplota a vítr. Je zřejmé, že při rozměrech konstrukcí tohoto typu jsou jakákoliv teplotní ovlivnění konstrukce, intenzita větru nebo např. natočení základu nezanedbatelnými hodnotami, které je nutno zohlednit při stanovení zbytkové kapacity mezního výkyvu. V současné době se pracuje na návrhu praktické indikace limitních okrajových podmínek a provozních podmínek pro aktivaci stabilizačního systému při uvážení výše uvedených skutečností a při zohlednění způsobu a rychlosti postupu aktivace lan.

Dále je s projektantem diskutována otázka deformací oblouku při aktivaci stabilizačního systému a jeho vlivu na konstrukci oblouku s dočasným lanovým táhlem. Konstrukce těchto rozměrů a typů si vyžadují stabilní posouzení včetně vlivu redistribuce vnitřních sil na jednotlivé prvky systému.

ZÁVĚR
Výstavba nové bezpečnostní obálky reaktoru č. 4 Černobylské jaderné elektrárny je zcela mimořádným projektem v extrémně náročných podmínkách. Stavebně se jedná o vysoce náročnou konstrukci jak z hlediska technologie výstavby, tak z hlediska návrhu a provedení veškerých definitivních i pomocných inženýrských konstrukcí. Navržené metody výstavby, rozsah stavby i samotná konstrukce reprezentují špičku současných inženýrských a stavebních dovedností. Stavbu je možno zařadit po bok nejzajímavějších stavebních počinů současnosti. Spolupráce na takovém projektu byla pro autory textu nesmírně zajímavou a cennou zkušeností.

New safe confinement for the Chernobyl nuclear reactor
Implementation of a new shelter above the reactor No. 4 of Chernobyl nuclear power plant is an extraordinary project in extremely difficult conditions. Construction is a highly demanding both in terms of construction technology and in terms of design and implementation of all permanent and auxiliary engineering structures. The proposed construction methods, extent of structures and activities represent the up to date edge of the current engineering and construction skills and can be included among the most exciting present engineering achievements. The article describes the design and checking procedure. For the authors of this text collaboration on this project was extremely interesting and valuable experience.

Autoři

• Ing. Souček Petr
• Ing. Matoušek Petr