Nejvyšší most ve Velké Británii byl uveden do provozu

Most Queensferry Crossing je mostní inženýrskou ikonou 21. století. Je to nejvyšší most ve Velké Británii a nejdelší světový zavěšený most se třemi pylony. Na spojnici Edinburghu se severním Skotskem stojí hrdě vedle svých slavných sousedů – světoznámého železničního a silničního mostu přes ústí řeky Forth.

Při příležitosti oficiálního zahajovacího ceremoniálu dne 4. září 2017 uvedla Její Veličenstvo královna Alžběta II: „Tři velkolepé stavby, které zde vidíme, překlenují tři staletí a jsou významnými počiny moderního inženýrství, výsledkem realizované vize a pozoruhodné dovednosti těch, kteří je navrhli a postavili.“

Queensferry Crossing posiluje strategickou silniční síť na východním pobřeží Skotska a umožní provádět údržbu a zesílení stávajícího silničního mostu přes řeku Forth, který nyní využívají jen chodci, cyklisté, záchranné služby a veřejná doprava. Problémy, které se zjistily u stávajícího silničního mostu, potvrdily, že nové přemostění je nezbytné k zajištění konektivity pro lidi a zboží na hlavní tepně skotské ekonomiky. Celý projekt délky 22 km zahrnuje významné zlepšení okolní silniční sítě a spojuje dálnice M9 a M90. Projekt integruje také inteligentní technologii řízení provozu dálnic, přičemž jde o první implementaci ve Skotsku.

Historie a příprava stavby

Queensferry Crossing poblíž širokého ústí řeky Forth se nachází v krásné krajině nedaleko Edinburghu a je místem, které je zaslíbené výjimečným mostním stavbám a inženýrským inovacím již více než dvě století.

Železniční sytě červený ocelový příhradový most Forth Bridge s třemi konzolovými vahadly byl postaven v roce 1890 a stal se legendou. Výjimečná konstrukce neobvyklého statického systému s rozpětími obou hlavních polí 521 m je dodnes právem považována za jednu z nejúžasnějších mostních konstrukcí světa. Po nedávné, sedm let trvající rekonstrukci se předpokládá životnost mostu dalších více než 100 let. Most byl v roce 2015 zapsán do seznamu světového kulturního dědictví UNESCO.

Na dohled tomuto skvostu stojí silniční Forth Road Bridge. Jedná se o visutou ocelovou konstrukci dokončenou roku 1964, která má rozpětí 1 005 m. V té době to byl nejdelší visutý most mimo USA. V roce 2006 však bylo po 42 letech provozu zjištěno znatelné korozní oslabení u hlavních nosných kabelů. Přes přijatá nákladná opatření k zamezení nebo alespoň zpomalení progrese koroze kabelů bylo nutné akceptovat jen omezenou dobu funkce mostu jako hlavního silničního přemostění na východním pobřeží Skotska. Vypracované studie na výměnu nebo posílení hlavních kabelů mostu prokázaly mimořádně vysoké finanční ztráty z omezení dopravy a následné dopady na ekonomiku během požadované zásadní dlouholeté rekonstrukce.

Obr. 1 Mosty přes Firth of Forth

Již v roce 2006 proto započaly práce na studii nového silničního dopravního spojení. Koncem roku 2007 pak skotská vláda oznámila, že toto spojení bude tvořeno novým zavěšeným mostem, západně od stávajícího mostu. Až po zprovoznění nového mostu se předpokládalo dočasné uzavření stávajícího Forth Road Bridge a jeho celková rekonstrukce. Do budoucna se pak počítá s jeho využitím pro veřejnou hromadnou dopravu a též pro pěší a cyklisty.

V roce 2008 bylo za projektanta stavby nového mostu vybráno sdružení firem Arup a Jacobs. Mezitím byly zvažovány možnosti financování stavby, včetně zapojení soukromého kapitálu (PPP), nakonec však skotská vláda rozhodla, že stavba bude financována z veřejných prostředků. Náklady na celý projekt byly odhadnuty na 1,7 až 2,3 mld. liber.

V roce 2009 vyhlásila skotská vládní agentura Transport Scotland výběrové řízení na zhotovitele stavby. Soutěžní podklady si vyžádalo několik desítek firem, zřejmě vzhledem k náročnosti a rozsahu stavby však nakonec nabídku podala jen dvě konsorcia firem. V březnu 2011 byla vybrána jako vítězná nabídka konsorcia Forth Crossing Bridge Constructors (FCBC) ve výši 790 mil. liber za hlavní část stavby včetně mostu, což bylo asi 70–80 % ceny očekávané v tendru. Vítězné německo-americko-španělsko-skotské sdružení FCBC je tvořeno firmami Hochtief AG, American Bridge Int., Dragados S.A. a Morrison Construction. Celkové náklady projektu se očekávaly ve výši 1,6 mld. liber. Stavba započala přípravnými pracemi v září roku 2011, její dokončení bylo plánováno na konec roku 2016.

Zpracováním realizační dokumentace stavby bylo pověřeno britsko-dánsko-německé sdružení firem Design Joint Venture (DJV), které zahrnuje společnosti Ramboll, Sweco, Leonhardt Andra & Partners. Odsou­hlasení realizačního projektu, kontrolu postupu stavby, kvality a splnění podmínek zadání má na starosti Employers Delivery Team (EDT), 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 zavěšené nosné konstrukce mostu spolupracoval s firmou AECOM tým českých inženýrů z firmy Pontex (V. Kvasnička, P. Souček, O. Dědek, M. Chůra). Během přípravy i realizace si rozsáhlý projekt Queensferry Crossing vyžadoval úzkou spolupráci projektantů s dodavateli a investory v zájmu prosazování inovací a optimalizace všech technologií.

Výstavba nového mostu

Nové přemostění je tvořeno hlavním zavěšeným mostem a jižním viaduktem. Jedná se o konstrukce s ocelobetonovou mostovkou. Dvě hlavní pole zavěšeného mostu přes ústí řeky do moře mají rozpětí 650 m a jsou zavěšena na trojici pylonů. Krajní části zavěšeného mostu jsou vždy rozděleny na 3 pole s celkovou délkou 366 m (na jižní straně) a 428,5 m (na severní straně). Mostovka zavěšeného mostu je v příčném řezu tvořena jedinou ocelovou komorovou konstrukcí se čtyřmi stěnami spřaženou s příčně předpjatou betonovou deskou o celkové šířce 39,8 m, na kterou lze umístit dvě třípruhové vozovky.

Závěsy jsou umístěny ve dvou rovinách ve středu mostovky, podélně mají poloharfové uspořádání. Ve středu obou hlavních polí, na délce cca 150 m, se závěsy ze sousedních pylonů navzájem překrývají – tato konfigurace poskytuje zvýšenou stabilitu mostovky a umožňuje štíhlou konstrukci pylonů. Celkově bude na mostě osazeno 288 závěsů v délkách od cca 100 do 420 m s počty lan od 40 do 116 v jednom závěsu.
Jižní viadukt má sedm polí o celkové délce 543 m a délce nejdelšího pole 90 m. V příčném řezu se jedná o dvě samostatné jednokomorové 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 ve vetknutí do středového pylonu zavěšeného mostu. Pylony zavěšeného mostu mají výšku až 210 m nad srovnávací hladinou moře, přičemž část nad mostovkou má výšku 145 m. Jedná se o duté betonové konstrukce, v horní části pak spřažené s ocelovým truhlíkem sloužícím ke kotvení závěsů. Ostatní pilíře jsou tenkostěnné betonové, se dvěma dříky uspořádanými do tvaru V, navzájem spojenými ocelovým trubkovým táhlem.

Pylony zavěšeného mostu jsou založeny rozdílně. Střední pylon je založen plošně na osmiúhelníkovém základu těsně pod hladinou na skalním ostrohu Beamer Rock, který byl pro tyto účely upraven odstřelem. Oba krajní pylony jsou pak založeny na mořském dně za pomoci obřích ocelových studní, které se vyplnily betonem a vytvořily tak podklad pro kruhový základ pylonu. Nerovnosti dna na patě studní byly upraveny tryskovou injektáží. Podobně byl založen i první jižní pilíř.

Obr. 2 Postup výstavby zavěšené části

Další tři pilíře dále na jih a též první severní pilíř jsou založeny na obdélníkových zá­kladech zhotovených ve štětových jímkách, částečně vyplněných betonovými plombami. Ostatní pilíře pak mají již klasické plošné betonové základy.

Navržený způsob výstavby nosné konstrukce zavěšeného mostu je vahadlový s postupným vyvěšováním. Nosná konstrukce je podélně dělena na 12 m dlouhé segmenty, které se postupně, s již předem zhotovenou betonovou deskou, zvedaly z nákladních člunů a připevnily k již hotové konstrukci svařováním a následnou betonáží úzkého pruhu desky spolu s instalací a napnutím dvojice závěsů.

Zatímco se středním pylonem je konstrukce spojena monolitickým vetknutím, v místě krajních pylonů je konstrukce svisle nepodepřená, plně zavěšená, v definitivním stavu pak podepřena pouze v horizontální rovině, a to jen v příčném směru – hydraulika zde v ložiskách přitom zajišťuje minimální tlakovou sílu. Pouze během výstavby zde bylo doplněno dočasné horizontální podepření i v podélném směru. 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.

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, s následnou postupnou betonáží horní desky po dokončení výsuvu. Ocelové studně pro založení pylonů se vyráběly v polském Gdaňsku, výroba ocelových částí mostovky probíhala v Číně a ve Španělsku. Veškerá doprava těchto částí na staveniště byla po moři.

Projektování a kontrola

Komplexnost a náročnost projekčních prací na prováděcí dokumentaci, jejich organizace a řízení jsou dobře ilustrovány již rozsahem základního projektového manuálu Structures Design Statement, který jen pro hlavní most stavby čítá 390 stran textu a výkresů. Tento dokument přebírá a rozvádí zadání stavby do konkrétních podrobností a pokynů pro práci projektantů všech zainteresovaných profesí (i kontrolorů). 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 o specifikaci větrových modelů pro návrh. Požadovaná životnost konstrukce je kromě vyměnitelných částí 120 let.

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 stanoveno užití výpočetních programů (Sofistik pro prutové 3D modely, Lusas pro semiglobální modely). Speciálními skupinami zatěžovacích stavů jsou tzv. Cable losses – tedy ztráty 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 za jen částečně omezené dopravy na mostě.

Proces projektování i nezávislé kontroly probíhal souběžně. Dokud nezávislý kontrolor svými výpočty nepotvrdil správnost návrhu dílčí části konstrukce, nešlo tuto část projektu předat k odsouhlasení EDT. Často se k finální podobě tlouštěk plechů, výztuže a předpětí desky docházelo na základě vzájemné konzultace a porovnání výsledků projektanta a kontrolora. Finálně pak návrh verifikoval EDT, kdy konzultant objednatele ještě porovnával návrh se svými výpočty z tendrové dokumentace. Teprve po odsouhlasení části projektu EDT se začalo s její výrobou.

Závěr

Zavěšený most s původním pracovním názvem Forth Replacement Crossing je mimořádnou mostní konstrukcí a v současnosti jedním z největších realizovaných mostů na světě. Koncepce a návrh mostu obsahuje ně­které inovativní prvky jako např. navzájem se překrývající závěsy ve středech hlavních polí, které přispívají ke stabilitě mostu a středního pylonu při nesymetrickém nahodilém zatížení. Obecně se však užívá již osvědčená koncepce spřažené ocelobetonové mostovky komorového typu, bez zbytečných tvarových složitostí. Technologie a metoda výstavby jsou přirozeně přizpůsobené místním podmínkám při vědomí finančního a časového rámce projektu. Během naší práce se projevila důsledná snaha projektanta o optimalizaci profilů a plné využití všech materiálů v průřezu.

Obr. 3 Dokončený most Queensferry Crossing

Výjimečný rozsah a technická náročnost stavby se promítla i do rozsahu práce na kontrole projektu a na řízení těchto prací – jen na kontrole a plně nezávislých statických přepočtech pracovalo tři roky souběžně několik desítek inženýrů v několika kancelářích tří projektových firem.

Pojmenování nového mostu Queensferry Crossing bylo vybráno na základě internetového hlasování. 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 pro poutníky. Pod tímto jménem se tento pozoruhodný most dne 4. září 2017 otevřel veřejnosti.

The Queensferry Crossing opened to traffic

The Queensferry Crossing is a bridge engineering icon of the twenty-first century. It is the UK’s tallest bridge and the world’s longest three-tower, cable-stayed bridge. Linking Edinburgh with the North Scotland it stands proud across the Firth of Forth alongside its famous neighbours, the world glorious railway bridge and the road bridge.

TEXT: Ing. Milan Kalný s použitím materiálů a fotografií z archivu firmy Pontex, s. r. o.
Milan Kalný je jednatel – technický ředitel společnosti Pontex, s. r. o.

Článek byl uveřejněn v časopisu Inžinierske stavby / Inženýrské stavby 06/2017.