Ein großartiges neues Werk der französischen Baukunst und der spanisch/amerikanischen Hydrauliktechnologie

Im Juni 2002 erhielt Enerpac (Hydraulic Technology) den Vertrag zur Lieferung des Hydrauliksystems für das Heben der temporären Pfeiler und das Schieben der Brückendecks für das Millau-Viadukt-Projekts. Die Errichtung der höchsten Brücke der Welt begann im Oktober 2001. Der Bau dauerte 39 Monate und endete im Januar 2005. Im Januar 2004 wurden sechs temporäre Zwischenpfeiler abgeschlossen.
Nach Abwägung verschiedener Verlaufsoptionen wählte das CETE (Center for Technical Equipment Studies1) von Aix-en-Provence den „mittleren“ Verlauf, der östlich von Millau über den Fluss Tarn geht. Die „hohe Lösung“ beinhaltete ein großartiges Viadukt, das das Tarn-Tal überspannen würde, ohne in es hinabzuführen, wodurch kein Tunnel erforderlich war. Dies war seit 1991 die bevorzugte Lösung, da sie die Umwelt am wenigsten beeinträchtigt und bessere Sicherheit als die anderen Optionen bietet. Die Detailuntersuchungen begannen 1993 und 1994 wurde ein eingeschränkter Wettbewerb durchgeführt, an dem fünf Architektenteams teilnahmen. Es gewann der Beitrag eines Teams aus den französischen Ingenieuren Sogelerg, EEG, SERF und Foster, der im Jahr 1996 eingereicht wurde.

Vom Entwurf zum Bau

Fosters Entwurf, der durch seine Ästhetik und Größe beeindruckte, war ohne Kostenprobleme nicht ganz leicht zu realisieren. Gestützt von zwei Endauflagern und sieben Pfeilern verläuft die Brücke 2460 m über dem Tarn-Tal mit einer Höhe von 245 in der Mitte und 204 m langen Feldern zwischen den Endauflagern und dem ersten und dem letzten Pfeiler und 342 langen Feldern zwischen den restlichen Pfeilern, deren Höhe von 70 m am ersten bis 340 m am dritten Pfeiler reicht. Die Konstruktion ist mehrfach verstrebt mit vertikalen Hohlbetonelementen in Form von Stimmgabeln, die die zwei Fahrbahnen von der Mitte aus stützen. Die Fahrbahnen haben eine Gesamtbreite von 27,35 m, die für drei Spuren in jede Richtung (von denen zu Beginn nur zwei in Betrieb genommen werden) und Sicherheitsstreifen an beiden Seiten ausreichen. Aus Sicht des Fahrers weist das Viadukt eine leichte Steigung (3,035% vom Norden nach Süden) und eine leichte Kurve (Radius 20.000 m) auf. Es hat in der Mitte einen Abstand von 270 m zum Boden, wobei der mittlere Pfeiler mit seinen Streben eine Höhe von 340 m übersteigt, das heißt, es ist 14% höher als der Eiffelturm.

Für die Brückendecke wurden zwei Möglichkeiten in Erwägung gezogen: Beton oder Stahl. Die Entscheidung fiel auf letztere, da diese schlanker sein würde, was nicht nur zu einem besseren Aussehen (Beton hätte eine Höhe von 4,6 m erfordert), sondern auch zu mehr Sicherheit, sowohl während des Baus als auch im Betrieb, führen würde.

27.000 Kubikmeter Beton, 19.000 Tonnen Armierungsstahl und 5000 Tonnen Stahl für Seile und Abdeckungen waren für den Bau erforderlich. Es wurde entschieden, B60-Hochleistungsbeton für die Pfeiler und formveränderliche Selbstkletter-Metallschalung zu verwenden.

Nachdem die Entscheidung über die endgültige Konfiguration der Arbeiten am 9. Juli 1996 getroffen wurde, musste noch festgelegt werden, wer dies und auf welche Weise ausführen sollte. Mehrere Unternehmen nahmen an der Ausschreibung für die Konzession teil, jedoch entschied sich das französische Ministerium für Verkehr und Öffentliche Bauvorhaben für die Eiffage Group TP (das drittgrößte Unternehmen dieser Art in Frankreich und das fünftgrößte in Europa), die speziell für diese Aufgabe ein neues Unternehmen, die Compagnie Eiffage du viaduc de Millau, gründete. Dieses Unternehmen erhielt eine Betriebskonzession über 75 Jahre für die Finanzierung der Arbeiten, deren Kosten (zu Beginn des Baus) auf 300 Millionen Euro plus weitere 20 Millionen für eine Mautstation 6 km weiter nördlich geschätzt wurden.

Der Bau ist so konzipiert, dass er den extremsten seismologischen und meteorologischen Bedingungen standhält und sein störungsfreier Betrieb mindestens 120 Jahre garantiert ist. Die größten Konstruktionsprobleme ergaben sich bei der Erstellung der Brückendecke mit einer Masse von 36.000 Tonnen, die von beiden Richtungen aus zur Mitte vorgeschoben wird. Die Elemente werden an den Standorten Eiffel, Lauterbourg und Fos-sur-Mer vorgefertigt und 64 Hydraulikheber werden für den Vorschub eingesetzt. Die „Vorschubbewegung“ jedes der sechs mittleren Felder von jeweils 342 m machte die Installation von fünf temporären Pfeilern nötig, für deren Bau der spanische Unternehmensbereich von Enerpac engagiert wurde.

Hydrauliksystem hebt temporäre Zwischenpfeiler

Als das Millau-Viadukt entworfen wurde, schätzte Eiffel, eine Tochtergesellschaft der Eiffage Group, die sich speziell mit Stahlbau beschäftigte, dass sieben temporäre Zwischenpfeiler zwischen den endgültigen Pfeilern nötig wären, um die Brückendecke während des Baus vorzuschieben.

Nach Heben der Pfeiler werden alle Maschinen einschließlich Hydrauliksystem zerlegt und zum Ort der Installation des nächsten Pfeilers transportiert.

Teleskopsystem hebt temporäre Pfeiler.

Das Teleskopsystem besteht aus zwei Teilen: Erstens einer kubischen Struktur mit 12 m großen Bodenplatten, die das gesamte System enthält und mit „Zahnstangen“ ausgestattet ist, an deren Scheitelpunkten sich eine Meter-Skala befindet. Zweitens den Hydraulikzylindern und dem hydraulischen Steuerungssystem, das den Hebemechanismus bildet. Die Hydraulikzylinder werden an den vier Scheitelpunkten des Kubus installiert und an den Stützen verankert, die mit der Zahnstange verbunden sind und die, dank des sukzessiven Einschiebens der Sperrkeile in die Zahnstange, die vertikale Verschiebung sowohl der Pfeilerstrukturen als auch der Hydraulikmaschinen nach Maßgabe der Maschinenstruktur erlauben.

Hebeschritte von 1000 mm

Das Verfahren ist einfach: Die Stützen für die Zylinder werden in den Zahnstangen mithilfe von Keilen befestigt, während die die Struktur des Pfeilers frei ist. Die Bediener beginnt, mithilfe von Steuerungen, die mit umfassender Software ausgestattet sind, die alle Arten von Sicherheitsoptionen enthält, mit dem Pumpen von Öl zu den Zylindern, wodurch die Druckkolben gehoben werden, die gegen die Struktur der Pfeiler drücken. So heben die Zylinder die Struktur des Pfeilers bis zur nächsten Einkerbung der Zahnstange.
Die Zylinder haben einen Hub von 1100 mm und die „Zahnstange“ hat alle 1000 mm Kerben, so dass 100 mm als Kompensation bei möglichen unvorgesehenen Umständen zur Verfügung stehen.

Jeder Hydraulikzylinder hat seine eigene Steuerung mit der Möglichkeit der sofortigen Sperrung sowie Sensoren aller Art, um unvorhergesehene Umstände (Wind, Temperatur usw.) zu erkennen, die eine Anpassung beim Heben der Pfeilerstruktur erfordern. Jeder Zylinder wird dabei unabhängig gehoben. Sobald die gewünschte Höhe erreicht ist, wird die Struktur der Pfeiler mit Keilen fixiert und die Zylinderstützkeile gelöst. Die Druckkolben werden zurückgezogen und die Gehäuse der Zylinder werden zusammen mit ihren Stützen auf die direkt darüber liegende Einkerbung der Zahnstange gehoben, wo sie dann mit ihren Keilen fixiert werden. So werden sowohl die Struktur des Pfeilers als auch die Hydraulikmaschinen um 1 m gehoben. Der Vorgang wird dann wiederholt, bis das erste Element über die Struktur der Maschine hinausgeht, die darunter fixiert wird.

Sobald es ihre Funktion abgeschlossen hat, und da es jetzt weniger wiegt, wird das Hydrauliksystem vom Kran zur unteren Position gesenkt. Sobald es sich am Boden befindet, wird ein zweites Element des Stützpfeilers daran angebracht und es wird genauso vorgegangen, bis der gesamte temporäre Pfeiler fertig ist. Dann kann die Brückendecke über den neuen Pfeiler geschoben werden.

Steuerung des Vorgangs

Das hydraulische Steigsystem; Steiggenauigkeit 3 mm Der Hebevorgang muss sehr streng kontrolliert werden und deshalb sind die Hydraulikzylinder mit einem internen Positionssensor ausgestattet. Genauso haben die Druckleitungen Drucksensoren, die sich alle im Inneren befinden, so dass sie vor rauem Wetter, Schmutz, Feuchtigkeit usw. geschützt sind. Alle Informationen werden am Bedienfeld zusammengebracht, das mittels einer SPS die Daten verwaltet und Befehle an die Elektroventile sendet. Die Zylinder werden so mithilfe eines festgelegten Programms angehoben.

Das Bedienfeld informiert die Bediener ständig über die Last und Position der einzelnen Zylinder und ermöglicht es ihnen, falls nötig, die weitere Bewegungen zu stoppen, wenn eine der Systemvariablen die festgelegten Höchstwerte überschreitet.

Das System wurde so konzipiert, dass es keine Abweichung über 3 mm in der Höhe oder eine maximale Lastdifferenz von 5% zwischen den einzelnen Zylindern erlaubt.

Jeder Zylinder hat seine eigene Hydraulikpumpe, so dass jeder Zylinder, falls nötig, einzeln betätigt werden kann, immer vorausgesetzt, dass ein umfassendes Anforderungsprotokoll erstellt und die Genehmigung von der Zentralanwendung gewährt wird.

Die Bediener, die sich an beiden Enden der Struktur befinden, haben Steuerungen, die mit der Zentralsteuerung verbunden sind. Über diese prüfen sie während des Vorgangs ständig das Einfügen oder Herausnehmen der Keile. Sobald das Signal empfangen wurde, gibt die Person an der Zentralsteuerung den Befehl, den Vorgang fortzusetzen.

Daneben gibt es Ölpegel- und Temperaturüberwachungsgeräte und Alarme, die die weitere Bewegung bei unvorhergesehenen Umständen stoppen, beispielsweise einem Druckabfall, Kabelbruch usw.

Technische Daten

Der Hydraulikteil der Maschine umfasst vier Zylinder, die jeweils von einer eigenen Pumpe versorgt werden und alle am zentralen Bedienfeld angeschlossen sind. Jede Baugruppe hat eine Schubkapazität von 511 Tonnen, das heißt alle zusammen haben eine Schubkapazität von 2044 Tonnen. Bei normalen Betriebszyklen sollten 420 Tonnen nicht überschritten werden, d.h. die Baugruppe wurde mit einer großzügigen Sicherheitsmarge ausgelegt. Der Nenndruck beträgt 700 Bar und der Hub der Zylinder ist, wie bereits erwähnt, 1100 mm. Bei ausgefahrenem Druckkolben ist eine Überlast von 675 Tonnen und bei zurückgezogenem Druckkolben von 1500 Tonnen akzeptabel.

Das gesamte Steuerungssystem (Verkabelung, Bedienfeld, visuelle Anzeigegeräte usw.) ist vor den Elementen und elektromagnetischen Störungen sowie vor Unfällen und möglichen Stößen während der Installation und des Betriebs geschützt.

Enerpac, ein Unternehmensbereich des US-amerikanischen Actuant-Konzerns, hat seit Beginn der Fertigung von Wasserpumpen für den legendären Ford T eine lange Erfolgsgeschichte auf dem Gebiet der Fertigung aller Arten von hydraulischen Hochdruckgeräten und -systemen für Industrie und Konstruktion vorzuweisen.