Dlouhodobý monitoring Čechova mostu

Dlouhodobý monitoring neboli průběžné sledování technického stavu objektu poskytuje cenná data, která mohou sloužit k cílenému plánování úkonů údržby, oprav, rekonstrukcí, a v neposlední řadě jsou také důležitým doplňkem k běžně prováděným prohlídkám dle § 8 vyhlášky Ministerstva dopravy a spojů ČR č. 104/1997 Sb. Monitoring na Čechově mostě v Praze byl prováděn od roku 2009, v roce 2020 prošla linka komplexní obnovou. To nám umožňuje poukázat na pokrok v používaných technologiích a zároveň ilustrovat, jaký celkový dopad to může mít na sběr, zpracování a zpřístupnění dat dlouhodobého monitoringu.

Společnost INSET s.r.o. provozuje již od roku 2009 na Čechově mostě v Praze linku pro dlouhodobý monitoring. Účelem tohoto monitoringu je získání uceleného souboru dat pro vyhodnocování dlouhodobých změn v chování konstrukce mostu. Na základě výsledků vyhodnocení získaného souboru dat je možné odhadovat a diagnostikovat případný vznik poruch či identifikovat lokální nebo globální problémy konstrukce.

Monitoring tak představuje cenný doplněk k běžně prováděným prohlídkám a zároveň umožňuje cíleným způsobem efektivně plánovat úkony údržby, oprav a rekonstrukcí.
V roce 2020 prošla instalovaná linka celkovou obnovou, a byla navíc rozšířena o sledování dalších parametrů konstrukce. Tato obnova využila některé prvky původní linky, ale vzhledem k učiněným pokrokům při vývoji a nasazování nových technologií, které společnost INSET s.r.o. během cca 11 let od prvotní instalace učinila, došlo k celkové změně nejen měřicího řetězce, ale také způsobu, jakým pracujeme s měřenými daty.

Popis monitorovaného objektu

Předmětný most spojuje Dvořákovo nábřeží s nábřežím Edvarda Beneše. Most byl budován od roku 1905, do provozu byl uveden v roce 1908. První významnou opravou prošel most v roce 1939. Celková rekonstrukce mostu proběhla mezi lety 1971 a 1974.

Při této rekonstrukci byla zcela vyměněna dřevěná vozovková dlažba (australské dřevo jarrah) za živičný povrch a most byl osazen repasovaným zábradlím a kandelábry. Další velká oprava se uskutečnila v letech 2000 až 2001. Došlo k výměně povrchů mostovky i nýtů nosné konstrukce a bylo přidáno slavnostní osvětlení. Na tuto opravu navázaly restaurátorské práce umělecké výzdoby, které průběžně probíhají dodnes.

Významnějším zásahem do konstrukce mostu bylo vybudování podjezdu v levé krajní mostní opěře, tato úprava proběhla během úpravy letenského nábřeží.
Hlavní nosná konstrukce je ze statického hlediska tvořena v podélném směru trojicí samostatných dvoukloubových oblouků a ortotropní deskou. Základem nosné konstrukce jsou tři ploché ocelové oblouky s rozpětími 47,8 + 53,1 + 59,2 m a vzepětím 2,7 + 3,8 + 4,5 m směrem od pravého břehu Vltavy.

Každý ocelový oblouk je dimenzován samostatně, a tak se velikosti jednotlivých konstrukčních prvků v polích odlišují. Příčně je každý oblouk tvořen osmi hlavními nosníky. Průřez každého hlavního nosníku je klasický „I“ profil, snýtovaný z úhelníků a plechů. Hlavní nosníky jsou rozděleny do dvou skupin. V každé skupině mají osovou vzdálenost 2 m a mezi skupinami je pak vzdálenost větší, a to až 3,2 m.

Dva krajní hlavní nosníky (na levé i pravé straně) jsou umístěny pod chodníky, jejich výška je tak zvětšená. V příčném směru jsou spojení hlavních nosníků realizována po 1/18 rozpětí mostního pole. Tato spojení jsou velmi tuhá, neb se jedná o mohutné příčníky a příhradové konstrukce. Po 1/18 rozpětí je také provedeno spojení ortotropní mostovky a nosných oblouků ve svislém směru.

Ve stejných místech je provedeno i příčné spojení hlavních nosníků. Toto spojení má charakter příhradové konstrukce a je tvořeno svislicemi a taženými diagonálami. Ostatní průřezy jsou tvořeny úhelníky, často zdvojenými (tzv. členěné průřezy). Toto řešení je typické pro většinu ocelových a železných mostů z počátku 20. století. Spojení konstrukčních dílů je přes styčníkové plechy a nýtované spoje.

Hlavní nosná konstrukce tedy částečně působí jako příhradová konstrukce s proměnnou výškou a částečně jako oblouková konstrukce. Určit poměr jednotlivých působení je velice obtížné.

Spodní stavbu tvoří betonové pilíře s tuhou výztuží z profilových želez, které jsou založeny na kesonech do hloubky až 10 m pod hladinou. Volná šířka na mostě je 16 m, z toho10,7 m tvoří vozovka. Přes řeku je převáděna jak tramvajová doprava (2 tramvajové koleje), tak automobilová doprava (2 jízdní pruhy šířky 2,0 m). Chodníky jsou oboustranné, mají šířku 2,7 m. Most je zapsán na seznam technických památek a je významný také množstvím sochařské výzdoby v secesním slohu.

Linka monitoringu v letech 2009 až 2020

Linka byla uzpůsobena pro dlouhodobé sledování dynamické odezvy nosné konstrukce a vybraných statických parametrů konstrukce.
Dynamická odezva byla sledována v síti 21 měřicích bodů, které byly umístěny na hlavních nosnících mostu.

V krajních mostních polích byly měřicí body umístěny na čtvrtém a pátém nosníku. Ve druhém mostním poli byly body navíc umístěny i na sedmý nosník. Měřicí body byly vždy umístěny v 1/3, 1/2 a 2/3 rozpětí daného mostního pole. Tyto body byly tvořeny triaxiálními snímači rychlosti vyvinutými společností INSET s.r.o.

Po funkční stránce bylo všech 21 měřicích bodů rozděleno do dvou soustav. První sou-
stava byla zaměřena na kontinuální sledování konstrukce a byla v nepřetržitém provozu. Ukládání dat probíhalo v hodinových snímcích na lokální datové úložiště (tzv. dataloger). Toto úložiště muselo být pravidelně kontrolováno a data musela být stahována na externí disky, aby nedošlo k zahlcení.

Druhá soustava sloužila k jednorázovým měřením, která byla realizována dle předem stanoveného harmonogramu a spočívala ve vyslání týmu měřičů, kteří se napřímo pomocí kabelů připojili k lince a provedli měření během přejezdů těžších vozidel po předmětném mostě (autobusy, tramvaje atd.). Tato měření mohla trvat i několik hodin a ve většině případů byla realizována v průběhu noci. Vzhledem k tomu, že nosná konstrukce Čechova mostu je nepřístupná a není opatřena žádnou pochozí lávkou, musely být obě soustavy obsluhovány vždy alespoň dvěma lidmi s horolezeckým výcvikem.

Z hlediska statiky stavebních konstrukcí bylo v rámci dlouhodobého monitoringu sledováno přetvoření, teploty konstrukce a svislý posun konstrukce.
Přetvoření hlavní nosné konstrukce bylo sledováno pomocí induktivních tenzometrů o základně 300 mm, které byly umístěny v 1/3 a 1/2 druhého mostního pole na čtvrtém a pátém nosníku.

Všechny tenzometry byly zakrytovány ochranou clonou, která měla zabránit mechanickému poškození a zároveň měla sloužit jako tepelná clona. V bezprostřední blízkosti každého snímače byl umístěn snímač pro měření teploty konstrukce, který byl též zakrytován. Všechny vyjmenované snímače fungovaly v automatickém režimu a měření probíhalo každou hodinu.

Svislé posuny konstrukce byly sledovány metodou trigonometrického měření výškových rozdílů na malé vzdálenosti. Měření bylo prováděno v síti 18 měřicích bodů (odrazné geodetické terče), z toho 12 bodů bylo umístěno na nosné konstrukci, a to pro každé mostní pole vždy v 1/2 mostního rozpětí na druhém, čtvrtém, pátém a sedmém nosníku. Zbývajících šest bodů bylo určeno pro měření svislých posunů spodní stavby. Měření probíhalo vždy čtvrtletně, a to pomocí geodetické totální stanice z příslušných nábřeží.

Jádro monitorovací linky tvořil rozvaděč umístěný ve druhém mostním poli na nosné konstrukci v blízkosti pilíře P1. Rozvaděč byl vybaven počítačem, potřebnou elektronikou a datovým úložištěm pro sběr měřených dat. Veškeré vyjmenované snímače byly spojeny s rozvaděčem pomocí vhodné kabeláže, která byla vedena skrze nosnou konstrukci.

Jak již bylo zmíněno v části o dynamických měřeních, rozvaděč nebyl dostupný jinak než horolezeckým způsobem. Je třeba zdůraznit, že všechny součásti monitorovací linky byly po dobu fungování vystaveny všem myslitelným venkovním vlivům, a to včetně biologických odpadních produktů spojených s pobytem značného množství ptactva v nosné konstrukci.

Linka monitoringu v letech 2020 až současnost

V roce 2020 prošla linka dlouhodobého monitoringu celkovou obnovou a rozšířením. Zaměření a účel monitoringu zůstaly beze změny, avšak bylo plně využito pokroku v používaných technologiích pro sběr a práci s měřenými daty.

Pro sledování dynamické odezvy nosné konstrukce je využito všech 21 měřicích bodů. U snímačů byla v rámci obnovy linky provedena kontrola jejich stavu, a ačkoliv většina snímačů nejevila známky poškození, bylo rozhodnuto o celkové výměně, a to především z důvodu kalibrací, které společnost INSET s.r.o. u svých snímačů provádí v rámci metrologické návaznosti.

U původních snímačů bylo spojení kabelu se snímačem realizováno pomocí kovových šroubovacích konektorů. U nově instalovaných snímačů byly konektory odebrány a snímač je s kabelem spojen pomocí instalačních svorek. U každého mostního pole se tyto spoje snímačů s kabely realizují ve spojovacích krabicích z tvrdého, UV odolného plastu s odpovídající ochranou proti vodě. Tato změna má velký dopad nejen na ochranu snímače proti nechtěnému zatékání vody, ale také na manipulaci se snímačem v rámci případných oprav a výměn.

Společnosti INSET s.r.o. se v mezilehlém období od realizace původní instalace linky monitoringu do její obnovy podařilo vyvinout nové softwarové řešení pro sběr, zpracování a odesílaní dat po internetu do interní serverové databáze. S nasazením tohoto řešení bylo možné opustit původní rozdělení měřicích bodů do dvou soustav, linka tak nyní využívá všech 21 bodů pro oba účely původních soustav zároveň.

Princip fungování je takový, že všechny snímače operují v nepřetržitém režimu. Skrze webové rozhraní má každý snímač definovanou spouštěcí úroveň signálu. Při překročení této úrovně na jednom snímači dojde ke spuštění měření v rámci celé linky. Nastavení těchto spouštěcích úrovní je možné kdykoli pozměnit skrze webové rozhraní, a to pro každý snímač a každý měřený směr kmitání zvlášť (snímače jsou triaxiální).

Výsledkem je tak komplexní systém, který umožňuje nastavit spouštění měření na míru dané konstrukci a případným dalším vlivům (počasí, výjimečné situace atd.). Dalším parametrem, který je možné vzdáleně ovlivnit, je délka pořizovaného záznamu. Snímače do překročení spouštěcí úrovně signálu jsou ve vyčkávacím módu, kdy dochází k měření, ale záznam není ukládán.

V momentě překročení je tak možné uložit i časový úsek, který předcházel samotnému momentu spuštění. Záznam tak lze rozdělit na část před spuštěním a část po spuštění. Délku obou těchto částí je možné nastavit a průběžně libovolně upravovat. Samotný systém dokázal zcela eliminovat nutnost vybírání datového úložiště a zajistil splnění účelu původní měřicí soustavy pro kontinuální monitoring dynamické odezvy. Toto samotné však nedokázalo pokrýt účel druhé soustavy, která sloužila k jednorázovým měřením průjezdů těžších vozidel. Aby i to bylo možné provádět ve zcela automatickém režimu, byla do měřicího řetězce začleněna kamera.

Po vyřízení nezbytných povolení byla kamera umístěna na blízkém sloupu veřejného osvětlení s výhledem na většinu vozovky Čechova mostu. Kamera je softwarově spojena se zbytkem dynamické části linky, a když dojde ke spuštění měření, pořídí několik snímků v rozmezí pár vteřin. Kamera tedy prakticky funguje jako pouhý fotoaparát, a to ještě s nízkým rozlišením, aby nebylo zbytečně plýtváno datovými prostředky a nebylo možné rozpoznat obličeje či registrační značky vozidel. To však zcela postačuje pro identifikaci situace na mostě v momentě měření monitorovací linkou.

Touto úpravou měřicího řetězce bylo možné splnit i účel druhé původní soustavy. Díky využití moderních technologií a úspěchu při vývoji softwarových prostředků tak bylo možné zcela nahradit dříve potřebnou skupinu lidí s velmi specializovaným výcvikem za jediného pracovníka, který může vše obsluhovat vzdáleně a měření mohou probíhat 24 hodin denně.

V rámci části linky zaměřené na statická měření došlo během obnovy ke kontrole tenzometrických snímačů ve druhém mostním poli a obnově geodetických terčů pro měření svislých posunů. Vzhledem ke zhuštění lodní dopravy a vzniku přístaviště v bezprostředním okolí mostu bylo třeba některé body vyměnit za geodetické hranoly, které umožňují snadnější odečet i při zhoršených pozorovacích podmínkách.

Linka byla dále rozšířena o 24 jednoosých sklonoměrů (osa měření je v podélném směru mostu) ve třech příčných profilech, a to v 1/3 prvního mostního pole, a následně ve 2/3 zbývajících polí. Každý profil tvoří osm sklonoměrů, které jsou umístěny na každém hlavním nosníku nosné konstrukce. Při instalaci byla velice důkladně řešena otázka uchycení snímačů k nosné konstrukci mostu.

Po konzultacích s odborníky na ocelové konstrukce bylo vybráno řešení, kdy je snímač nejprve pevně uchycen k nerezové konstrukci ve tvaru písmene „U“, a tato je následně pomocí přítlačných šroubů uchycena k hornímu pasu nosníků. Tento způsob uchycení značně snižuje poškození ocelové konstrukce v místě uchycení snímače. Každý měřený profil je též doplněn snímačem pro měření teploty.

Dále byla linka rozšířena o dvojici snímačů posunutí s výsuvným hrotem, které jsou umístěny u pilíře P1. Snímače monitorují posun ortotropní desky vůči nosné konstrukci a také jsou doplněny o snímače pro měření teploty. Veškeré snímače statických měření provádějí odečet hodnot v automatickém režimu každou hodinu tak, jak tomu bylo u původní linky.

Vzhledem k poškození odvodňovacího svodu z vozovky v místě původního rozvaděče došlo k jeho silné korozi, a ačkoliv vnitřní elektronika nebyla poškozena, bylo nutné provést celkovou výměnu. Před osazením nového rozvaděče byl svod opraven a bylo nataženo nové internetové vedení.

Za pomoci pracovní plošiny umístěné na plovoucím pontonu byl následně umístěn samotný rozvaděč. Jeho součástí je i elektronika, která umožňuje vzdálenou hardwarovou správu, takže případný restart některých komponent je možné provádět bez fyzického zásahu. Samozřejmostí je pak i záložní zdroj, vytápění a do dveří integrovaný LCD monitor.

Dalším prvkem, který bylo třeba vyřešit, bylo zajištění bezpečnosti pracovníků v blízkosti rozvaděče. Jak již bylo vysvětleno, Čechův most není uzpůsoben k pohybu, a už vůbec ne k práci v oblasti nosné konstrukce. Po projednání celé věci u Národního památkového ústavu a dalších nezbytných institucí bylo schváleno umístění dočasné pochozí plošiny před rozvaděč.

Společnost INSET s.r.o. zajistila návrh, vyhotovení a osazení předmětné konstrukce společně s vyhotovením speciální žebříkové konstrukce pro zjednodušení přístupu na plošinu. Celá plošina perfektně splývá s nosnou konstrukcí a pouhým okem není vůbec viditelná. V rámci zlepšení a zajištění bezpečnosti práce je však její přínos obrovský.

Dále byla v rámci obnovy provedena výměna veškeré kabeláže původní monitorovací linky, která již dosáhla konce své životnosti. Pro zvýšení ochrany kabelů a zlepšení vizuální stránky jsou kabely vedeny pevnými, UV odolnými chráničkami, které jsou k nosné konstrukci přichyceny pevnými, montovanými spoji.

Závěr

Obnova linky pro dlouhodobý monitoring na Čechově mostě v Praze je výborným příkladem toho, jak použití moderních technologií a úspěchů při vývoji specializovaných softwarových prostředků může zcela zásadně změnit a ulehčit práci v rámci dlouhodobých sledování.

Vhodnou úpravou měřicího řetězce se společnosti INSET s.r.o. podařilo zredukovat personální náročnost, kterou dlouhodobý monitoring přináší, na minimum, a to dokonce se zvýšením kvality sbíraných dat, neb bylo možné zapojit více snímačů a měření provádět častěji.

Možnosti vzdáleného nastavování parametrů monitoringu jsou klíčové pro korigování množství sbíraných dat v závislosti na sezonních změnách, neočekávaných událostech a při potřebě dodatečných měření například v rámci ověřování objevujících se trendů či v případech, kdy je možné využít situace na mostě (opravy, průvody atd.) pro získání zajímavých a užitečných dat.

Nezanedbatelným přínosem je pak také online náhled dat, což přináší i možnosti automatických zpracování,a například i možnost zavedení automaticky kontrolovaných varovných stavů, při jejichž překročení je možné okamžitě uvědomit příslušné osoby.

Dlouhodobý monitoring Čechova mostu poskytuje možnost okamžité reakce na případné změny jeho technického stavu a přispívá také k lepší celkové péči o tuto významnou technickou a kulturní památku.

TEXT: Alexandr Zajíček
FOTO: INSET s.r.o.

Alexandr Zajíček je řešitel střediska diagnostiky
stavebních konstrukcí ve společnosti INSET s.r.o.