Vorschub von vier verschiedenen Brücken mithilfe eines flexiblen Hydrauliksystems

Die neue Ringstraße um Teruel in Spanien wird von Ingenieuren gebaut. Diese entwickelten zusammen mit dem Spezialunternehmen Enerpac ein flexibles hydraulisches Vorschubsystem, das für den Aufwärts- und Abwärts-Vorschub von allen vier Brücken in der 16,6 km langen neuen Umgehung der Autobahn zwischen Valencia und Zaragoza angepasst werden kann.

Die neue Umgehung ist Teil der Autobahn Valencia-Zaragoza, die zurzeit gebaut wird. Der Bau dieser Autobahn besteht zum größten Teil aus der Aufrüstung der vorhandenen einspurigen Straße auf Autobahnstandards, aber in Teruel, wo die Straße durch das Stadtzentrum geht, war eine Umgehung erforderlich.

Als einzelne Bauwerke würden die vier neuen Brücken, die Teil der Umgehung um Teruel im Nordosten von Spanien sind, nicht als Kandidaten für einen schrittweisen Vorschub betrachtet werden. Sie sind alle von moderatem Ausmaß – die längste ist nur 325 m lang – auch wenn beide Doppel-Viadukte darstellen, eines für jede Fahrrichtung.

Obwohl sie ähnlich sind, sind sie nicht identisch. Der Hauptunterschied besteht in ihrer Steigung, ihrem Quergefälle und ihrer Krümmung im Grundriss. Aber dennoch hat sich der Bauunternehmer Dragados entschieden, sie mithilfe eines schrittweisen Vorschubs zu bauen, und hat mit Enerpac, dem Spezialisten bei integrierten Hydrauliksystemen für das Bauwesen, zusammengearbeitet, um ein einfaches und flexibles System zu entwickeln, das für die Verwendung an allen vier Bauwerken angepasst werden kann.

Wie Carlos Polimon, der für den Vorschub Verantwortliche von Drace (Dragados Construccione Especiales), erklärt, ist das Gebiet um Teruel etwas hügelig, was zur Notwendigkeit so vieler Brücken führt – es gibt insgesamt fünf Brücken, obwohl nur vier für den Vorschub konstruiert sind – ganz zu schweigen von den Umlaufkanälen, Über- und Unterführungen.

Aufwärts- und Abwärts-Brückenvorschub

Die vier vorgeschobenen Brücken, die jeweils aus zwei Bauwerken bestehen, also acht Brückendecken insgesamt, die vorgeschoben werden müssen, wurden so ähnlich wie möglich konstruiert, damit die Vorschubgeräte möglichst problemlos von einer zur anderen transportiert werden können. Sie haben Segmente mit demselben Querschnitt und der Abstand zwischen den Pfeilern ist mit 52 bei jeder Brücke gleich.

Es gibt aber auch Unterschiede. Polimon sagt, diese mögen auf den ersten Blick nicht als besonders groß erscheinen, aber wenn es darum geht, die Gussteile und den Vorschub zu planen, erwiesen sie sich als ziemlich wichtig. Brücke Nr. 1 ist im Grundriss gerade, mit einem Längsgefälle von 4% und einem Quergefälle von 2% von der Innenkante zur Außenkante jeder Fahrbahn. Brücke Nr. 2 ist im Grundriss gebogen, mit einem Radius von 3200 m, während Nr. 3 und Nr. 4 mit einem Radius von 5000 m gebogen sind. Bei diesen Brücken ist das Längsgefälle mit 1,3% identisch, aber zwei von ihnen werden entgegen dem Gefälle vorgeschoben, so dass die Dritte „abwärts“ vorgeschoben wird. Das Quergefälle bei Brücke Nr. 2 ist 2,7% bei beiden Fahrbahnen, die zur Mitte der Kurve abfallen. Nr. 3 und Nr. 4 sind ähnlich, jedoch ist hier das Quergefälle nur 2%.

Folglich wurde von Drace und dem Spezialunternehmen Enerpac ein System entwickelt, das bei allen vier Brücken verwendet werden kann. Die gesamte Fertigung – der Gießplatz sowie die Vorschubausrüstung – werden nach Fertigstellung der jeweiligen Brücke zur nächsten gebracht. Es wurden zwei Ausrüstungssätze hergestellt, so dass die zwei Fahrbahnen jeder Brücke gleichzeitig gebaut und vorgeschoben werden können. Beim Bau der letzten beiden Brücken, die praktisch nebeneinander liegen, wird wegen der Platzbeschränkungen an den Endauflagern nur jeweils eine Fahrbahn gleichzeitig gebaut.

Hydraulisches Schiebe- und Bremssystem

Platz ist neben den schlechten Bodenbedingungen an den Endauflagern der Haupteinschränkungsfaktor, der verhindert, dass Dragados die Aufgabe durch Vorschieben aller Brücken entgegen dem Gefälle vereinfacht. Polimon sagt zwar, dass er bereits früher an Konzepten mitgearbeitet habe, wo ein Abwärts-Vorschieben erforderlich war, dies war jedoch nur über eine kurze Strecke und immer zu Beginn eines Aufwärts-Vorschubs. Die Anforderung für ein System, dass sowohl Abwärts-Vorschieben als auch die übliche Aufwärts-Methode bewältigen konnte, führte zur Entwicklung eines „positiveren“ Systems mit Bremshebern sowie Schiebehebern. Jedes der Segmente ist 26 m lang und die Art und Weise, wie die Fahrbahn mit dem Vorschubsystem verbunden ist, ist sehr einfach. Jedes Segment wird mit temporären Löchern in den oberen und unteren Teilen der Kastenträger gegossen, durch die zwei speziell gefertigte Stahlständer für den Vorschub gesteckt werden. Der untere Teil des Stahlständers, der sich bis unter das Segment erstreckt, wird mit den Vorschubhebern über eine Reihe von hochbeanspruchbaren Stahlstangen mit einem Durchmesser von 60 Millimetern und einer Länge von 6 m in Reihe verbunden. Bei einem üblichen Aufwärts-Vorschub werden die Heber – bis zu vier Hochdruckheber mit einer Kapazität von 150 Tonnen und einem Hub von 600 mm, die die erforderliche Kraft liefern – an den Endauflagern hinter einem speziell entwickelten „Stützblock“ platziert. Zwei provisorische Stützen werden zwischen den Endauflagern und der Gusszelle aufgestellt, auf die Gleitplatten gelegt werden. Oben auf den Pfeilern werden Stahlabdeckungen über den Kapsellagern installiert, die für den Vorschub fixiert werden. Wenn die Brücke fertig ist, wird die Fahrbahn hochgehoben, diese Platten werden entfernt und die Lager für den normalen Betrieb gelöst.

Vor dem Vorschub berechnen die Ingenieure das Gesamtgewicht, das bewegt werden muss – aus der entsprechenden Anzahl der Segmente plus Vorschubsteg – sowie die Reibung, die überwunden werden muss. Diese Werte ermöglichen es den Ingenieuren, festzustellen, wie viel Last sie für den Vorschub in den Hebern benötigen. Bis zu 600 Tonnen können von den vier Hebern an jedem Vorschubsystem zur Verfügung gestellt werden, das Team schätzt jedoch, dass sie höchstens 440 Tonnen benötigen.

Ein Höchstwert und ein Mindestwert werden für jeden Vorschub festgelegt und in die SPS-Steuerungseinheit für das Hydrauliksystem einprogrammiert. Der Höchstwert ist genauso wichtig wie der Mindestwert, auch beim Aufwärts-Vorschub, da, wenn zu viel Last erforderlich ist, dies ein Hinweis darauf sein kann, dass etwas nicht stimmt. Das System ist so programmiert, dass es bei einem Überschreiten des Höchstwerts automatisch stoppt und die Ingenieure auffordert, zu überprüfen, ob alles nach Plan verläuft.

Oben an jedem Pfeiler befindet sich ein Paar Seitenführungen, die zur korrekten Ausrichtung beim Vorschub verwendet werden. Die Auswirkung der Reibung von den Stützen und der ungleichmäßige Hub der Heber kann dazu führen, dass sich die Fahrbahn bis zu 60 mm von der geplanten Richtung entfernt. Carlos Polimon erklärt, dass das Team das System sehr benutzerfreundlich fand und sie den Vorschub eines Segments pro Woche bei jeder Fahrbahn erreichen – das sind 52 m Fahrbahn insgesamt. Der Vorschub findet jeweils am Montag statt, das Gießen des Betons für das nächste Segment am darauf folgenden Mittwoch und Freitag. Es wird eine Vorschubgeschwindigkeit von 10 m/Std. erreicht, was gegenüber früheren Projekten sehr günstig ist, wo die besten Vorschubraten bei 4,5 m/Std. lagen.

Hinter den Endauflagern jeder Brücke wird ein Gießplatz eingerichtet, in dem jeweils ein Satz Verschalungen für das Gießen der 26 m langen Segmente vorhanden ist. Ein Turmkran ist jeweils für einen Verschalungssatz zuständig, da der Einsatz eines Turmkrans für zwei Verschalungssätze nicht genug Flexibilität geboten hätte. Selbst die Verschalung – vom Hersteller Peri – wurde so konstruiert, dass sie bei allen Brücken trotz der unterschiedlichen Krümmungen im Grundriss wiederverwendet werden kann. Die Verschalung besteht aus drei Modulen, um die gesamte Länge des Segments abzudecken, mit verschiedenen Verbindungselementen, die die Krümmungen berücksichtigen. Die Effizienz des Vorgangs wird dadurch erreicht, dass das Auftreffen automatisiert ist – die äußere Verschalung klappt nach außen auf die hydraulischen Heber, die sie stützen, und die innere Verschalung kann auf einem kleinen Wagen, der entlang einer temporären Schiene in der Mitte des Segments läuft, aus dem Segment transportiert werden. Der Gussvorgang wird dadurch verkompliziert, dass eine externe Nachspannung erforderlich ist, was die Anpassung der inneren Verschalung notwendig macht.

Der Bau der ersten Brücke dient als Probelauf für die Fahrbahn, die abwärts vorgeschoben werden muss. Die Mitarbeiter auf der Baustelle haben die Möglichkeit, sich mit allen anderen Teilen des Konstruktionsvorgangs vertraut zu machen, bevor sie das geänderte Vorschubverfahren einsetzen müssen. Für diesen Teil der Arbeiten war klar, dass eine positive Bremskraft erforderlich war, statt sich beim Abbremsen der Einheit nur auf die Reibung zu verlassen.

Daher werden die Heber neu angeordnet, wobei zwei wie beim üblichen Vorschubverfahren am Endauflager bleiben und die anderen beiden an der Rückseite des vorzuschiebenden Segments platziert werden. Diese beiden fungieren als Bremsheber und die Stahlstangen werden von den Vorwärtshebern über diese Heber und wieder zurück zu den Lastübertragungshebern hinter den Bremshebern geführt. Die Lastübertragungsheber werden eingesetzt, um die Segmente zu fixieren, wenn die anderen Heber vollständig ausgefahren sind. Sie müssen zum Zurückziehen gelöst werden.

Stegaufnahmesystem

Neben dem Vorschubsystem wird auch die Hydraulikausrüstung von Enerpac am Vorschubsteg installiert. Zwei Heber mit einer Kapazität von 40 Tonnen und einem Hub von 400 mm korrigieren die Abweichung von ungefähr 300 mm, wenn der Steg der Brückendecke die Pfeiler erreicht. Diese Abweichung wird durch die relativ lange Spannweite von 52 m zwischen den Pfeilern verursacht.

Systemintegration – geniale Lösungen und praktische Fertigkeiten

Das Teruel-Ringstraßenprojekt zeigt sich als eindrucksvolles Beispiel einer leistungsstarken Kombination, bei der Bauingenieure und Spezialisten für Hochdruckhydraulik geniale Lösungen finden. Jede der vier Brücken mit ihren Doppelfahrbahnen hat andere Eigenschaften, zum Beispiel Gefälle, Quergefälle und Krümmung, die Integration des Hydrauliksystems ist aber flexibel genug, um sich an diese Unterschiede anzupassen und sie zu bewältigen.