Замыкание арки Подольского моста
То, что давно уже ждали, наконец, случилось в этом году! В течение последнего полугодия происходило замыкание арки Подольского моста. Хотя физически замыкание происходит в течение одной ночи и многие ждали именно этого момента, тем не менее - это очень растянутый по времени процесс, который занял промежуток времени с января по май. Сейчас все работы по замыканию уже позади, на арке практически демонтированы шпренгели и частично срезаны временные опоры, поэтому настало время подробно рассказать о том, как происходило замыкание. Тем более, что многие детали совершенно не очевидны и вы наверняка о них даже не догадываетесь :)
Сегодня вы увидите поистине исторические и эксклюзивные кадры, ведь замыкание арки - это самый сложный и ответственный этап строительства арочного моста (да, по некоторым позициям сложнее чем связи и многое др). Сложный еще и потому, что наш арочный мост - один из крупнейших в Европе и, само собой разумеется, что величина арки и нагрузки на нее напрямую влияет на сложность расчетов и самого замыкания. Это то, про что стоит рассказывать на каналах уровня Discovery. И это то, чем мы можем гордиться, ведь расчеты и работы проведены не забугорными, а отечественными специалистами.
Все это было бы невозможно без слаженной работы команды монтажников, многократных проверок и расчетов, многочасовой безостановочной работы в день замыкания, чтобы снизить и без того большой риск, ведь даже малейшая ошибка могла стать критичной. Все рабочие посты были заблаговременно проверены, а роли каждого участника действа заранее отрепетированы. На случай малейших отклонений от плана были предусмотрены запасные «игроки» и дежурные службы поддержки (электрики, геодезисты, инженеры ОТК и техники безопасности)… Чтобы описать все подготовительные работы к замыканию, понадобится отдельная книга. При этом замыкание арки происходит всего один раз, а учитывая особенности технологического процесса, ошибиться и переиграть заново практически невозможно. Если же вспомнить, что замыкание подвязано еще и под определенные погодные условия, которые никак не зависят от человека... Ладно, обо всем по-порядку :)
Это, кстати, и самый сложный для меня пост по мосту: очень тяжело описать простым языком то количество тонкостей, которые сопровождают замыкание. Отчасти поэтому он так растянулся по времени. И именно поэтому он будет весьма длинным. Так что запасайтесь двумя-тремя чашечками кофе, усаживайтесь поудобнее и давайте разбираться в замыкании :)
Начнем с небольшого теоретического ликбеза. Замыкание - это процесс, присущий не только аркам, и не только мостам. Эта такая штука, которая применяется, как правило, в сводчатых конструкциях и в каждом конкретном случае применение замыкания преследует свои цели. Для чего нужно замыкание на арке Подольского моста (кроме банальщины - соединить арку в единое целое)? Собранная арка зажата между берегами и при увеличении температуры воздуха поднимается вверх за счет теплового расширения. Учитывая огромность арки Подольского моста (тысячи тонн металла) и внушительную площадь нагрева от солнца, перемещение вверх-вниз только в течение суток измеряется сантиметрами, а разница между наиболее холодными зимними днями и наиболее жаркими летними - будет составлять уже десятки сантиметров. Можете себе представить силу, которая должна воздействовать на арку, чтобы приподнять железяку весом свыше 5000 тонн?
В этой силе кроется главная сложность строительства арки: замыкание сегментов арки между собой это стыковка тысячетонных кусков металла, длиной по 150-200 м, которые ежеминутно перемещаются между собой. При этом замыкание занимает несколько недель, которые уходят на сварку всех швов и внутренние болтовые соединения. Поэтому нельзя просто взять и сварить все швы: пока вы будете выполнять монтаж, тепловое расширение быстро достигнет такой силы, что все швы просто разорвет.
Чтобы нагляднее увидеть величину смещения незамкнутых сегментов арки Подольского моста между собой, посмотрите этот небольшой таймлапс. За какие-то четыре часа температура поднялась на 10 градусов и соседние сегменты сместились сразу на несколько сантиметров (да еще и в разных плоскостях). Ниже вы увидите, в какой точке было снято это видео.
Click to viewНедооценка сил, которые несет в себе тепловое расширение, может дорого обойтись проектировщикам и строителям. В 1974 году из-за внезапной грозы произошла авария во время закрепления торца балки в береговом устое Северного (Московского) моста. Стремительное охлаждение металла на 10-15 градусов вырвало временные фиксаторы, которые на тот момент были установлены еще не полностью. Авария была ликвидирована в тот же день.
Чтобы решить инженерную проблему теплового расширения арки, используют простой ход. Пока разные части арки лежат отдельно друг от друга, тепловое расширение их лишь удлиняет или укорачивает. Той мощной силы, которая заставляет подниматься собранную арку, не возникает до тех пор, пока она не расперта одновременно в оба берега. Поэтому пока арка не замкнута, то есть состоит из хотя бы двух отдельных частей, к ней можно прикручивать сколько угодно новых секций (что и происходило раньше, когда арка находилась в процессе сборки) практически любым способом монтажа. Как только вы устанавливаете последний "кирпичик" в замковый стык, арка мгновенно зажимается между двух берегов и начинает подниматься при нагреве или наоборот: опускаться и давить на все, что окажется под ней. Поэтому вся сложность решаемой задачи сводится к тому, как смонтировать замковый стык.
Внешне замковый стык после завершения всех работ выглядит точно так же, как и остальная арка. Когда арку полностью покрасят, вы не сможете увидеть, где находился замковый стык. И чтобы его закончить, нужно приварить множество листов металла, которые станут единым телом арки. Однако, как я уже говорил выше, на это уходит несколько недель даже при одновременной работе четырех постов сварщиков. Больше тупо не влазит физически (народ и так на четвереньках внутри арки вынужден корячиться). В арке же есть такие листы металла, толщина которых составляет 50 мм. Понятно, что такие толстенные швы быстро не сваришь. Даже за сутки не сваришь. И чтобы варить металл на замковом стыке нужно сначала зафиксировать обе секции арки между собой, то есть фактически замкнуть арку по какой-то временной схеме, а все капитальные детали прикрутить позже. А чтобы замкнуть арку, требуется нечто, что позволит сделать это крайне быстро и сможет принять на себя нагрузку от теплового расширения порядка 1450 тонн (это как поднять за раз 1000 легковых машин).
Таким «нечто» выступает специальная фиксирующая вставка (которую из-за своей формы называют также «рыбкой»). Она устанавливается на болтах в замковый стык и на ее фиксацию требуется значительно меньше времени, чем на чистовую сборку всего замкового стыка. Рыбка может взять на себя нагрузку от теплового расширения арки, но ее недостаточно, чтобы подвешивать мост на арку. Поэтому после установки рыбки в замковый стык монтируются и привариваются все необходимые ребра и стенки арки, после чего, как я уже говорил выше, внешне вы не сможете отличить это место от остальной арки.
Ладно, как зафиксировать арку, разобрались. Но ведь для установки фиксирующих вставок все равно требуется несколько часов, в течение которых арка будет менять форму за счет нагрева и только что установленные болты может с легкостью вырвать с корнями. Тут тоже есть своя хитрость: как правило, в ночное время (примерно с полуночи и до рассвета) температурные колебания минимальны и в течение нескольких часов арка лишь незначительно меняет свою форму. Отверстия под болты на «рыбках» делаются с люфтом 5 мм, что соответствует 2 градусам теплового расширения арки. Соответственно, если правильно подобрать ночь, когда перепад температуры не будет превышать 2 градуса, то при таких условиях можно безбоязненно проводить монтаж. Бинго! :)
На этом, правда, погодные танцы с бубном не заканчиваются. Температурный тренд должен иметь еще две составляющие: во-первых, ночное температурное окно должно быть как можно длиннее. Количество болтов, которыми необходимо связать арки между собой, более трех с половиной тысяч. При этом каждый болт затягивается в два этапа на расчетное усилие и, если была допущена ошибка, то повторно болт затягивать нельзя. Во-вторых, сразу после установки фиксирующих вставок температура должна постепенно расти, а не наоборот. Это необходимо для того, чтобы арка стремилась приподняться над временными опорами. Если же она за счет понижения температуры начнет давить на временные опоры, это закончится переломом арки в местах соприкосновения с опорами и/или падением опор. По статистике наиболее благоприятным месяцем для такого погодного тренда является май, однако это «в среднем по больнице», замыкание напрямую не привязано к конкретному периоду года и фактически было проведено в марте.
Чтобы спрогнозировать наилучшую ночь для замыкания, в течение года с помощью хитроумной геодезии строились графики движения более 100 точек на теле арки, а последние 4 месяца перед замыканием снимались показания и с самодельных «приборов» (по 3 раза днем и 3 раза ночью). Ночь для замыкания, кстати, пришлось переносить два раза для более уверенного температурного прогноза.
Учитывая все эти вводные, замыкание арки Подольского монтажа, является одним из сложнейших в мире. Можно ли было обойтись без такой сложной процедуры? Давайте разбираться! На картинке ниже - та схема монтажа арки, которая была принята как рабочая. Временные опоры, крупноблочные сегменты - все, что вы и так видели и знаете.
Альтернативных способов сборки арки вообще довольно много. Мир все больше тяготеет к крупноблочному монтажу на земле, поэтому все чаще можно увидеть, как на забугорных мостах арка полностью собирается рядом с мостом на берегу и перевозится на понтонах на свое место. Но, учитывая конструкцию и огромность Подольского моста, я сомневаюсь, что такой вариант был бы вообще применим для Киева. А вот на следующей картинке вариант, который реально рассматривался для Подольского моста: навесной монтаж с временными пилонами, на которые подвешиваются сегменты арки до замыкания. Довольно таки классическая схема монтажа арки, особенно там, где невозможно соорудить промежуточные временные опоры. Основной недостаток: дороговизна временных подвесных сооружений, на которых будет подвешиваться арка до замыкания. В конечном счете, для Подольского моста был выбран вариант с промежуточными временными опорами и монтажом арки крупными блоками.
Это лишь краткий ликбез по замыканию. На деле, конечно, все намного и намного сложнее. Давайте же, наконец, смотреть в картинках, как все происходило.
1. Итак, замковый стык. Полутораметровый разрыв между разными сегментами арок. Там, где он располагался, по понятным причинам пропеллерные фермы связей сразу не устанавливались. Однако недостающие фермы были заранее собраны на определенную температуру, предварительно рассчитанную по графикам. Их монтаж мог быть выполнен только после замыкания и достижения заданной температуры, иначе бы они просто не стали на свои места.
2. Как думаете, с чего начинается замыкание?
3. Началось оно с регулировки положения арки в пространстве. Точные измерения показали, что перед замыканием оси арок были смещены на 27 мм относительно друг друга. Что такое 27 мм для моста длиной в 350 000 мм? Вроде немного, но это больше половины толщины стенки арки и подобное смещение недопустимо. Год назад перед началом монтажа связей эти смещения были еще больше и также регулировались. В этом году пришлось регулировать повторно, так как северная часть временных опор просела под весом связей и благодаря постоянному раскачиванию от температурных изменений.
При регулировке арка сначала сдвигается на необходимое расстояние домкратами, а затем происходит установка новых временных подкладок, чтобы зафиксировать арку в нужном положении.
4. Наступает время установки фиксирующих вставок. Для простоты их называют «рыбками» и на этом фото хорошо видно почему :)
5. «Хвост» рыбки изготовлен со значительным запасом и подрезается непосредственно перед установкой. Величина, на которую обрезается хвост, зависит от температуры, при которой предполагается замыкать арку. То есть, если после установки рыбок не выполнить вовремя замыкание, то рыбки придется демонтировать и либо ждать необходимой температуры через полгода, либо подрезать заново. Почему так, вы сможете понять по следующим фото.
6. Монтаж рыбок происходит довольно быстро, но с ним тоже есть хитрости. Дело в том, что расстояние между краями арки меньше, чем длина рыбки, и приходится ее аккуратно ставить под определенным углом.
7. Рыбка ныряет в арку :)
8.
9. Поначалу рыбка подвешивается между арками с помощью четырех временных швеллеров.
10. Такое решение необходимо для того, чтобы спозиционировать рыбку относительно арки, прежде чем она будет закреплена штатными пластинами и болтами. Также при тепловом расширении арок рыбка будет свободно скользить между ними на швелерах.
11. Установленная нижняя рыбка между арками.
12. Обе рыбки на месте. Непривычный вид на замковый стык, да? :)
13. Далее рыбки соединяются между собой дополнительными вертикальными пластинами, которые требуются для придания жесткости конструкции.
14.
15. Перед замыканием рыбки закрепляются пластинами к одной из арок, другой же конец рыбок остается свободным и фактически именно на нем будет происходить замыкание. Тут также хорошо видно, что все места соединений предварительно отпескоструены, а красные торцы болтов говорят о том, что они затянуты динамометрическим ключом и готовы принимать нагрузку, которая ляжет на них после замыкания.
16. Противоположный конец рыбок, как я уже писал выше, остается свободным. Но если соединение арки и рыбки на предыдущем фото можно сделать не спеша и почти в любой момент, то соединение этого конца рыбки со второй частью арки и является замыканием. Поэтому его необходимо выполнить максимально быстро и только в тот момент, когда прогноз погоды будет соответствовать всем необходимым критериям. Кроме того, стальные пластины, которыми с этой стороны будет соединяться арка с рыбкой, также сверлятся в расчете на определенный прогноз погоды. Хотя диаметр отверстий превышает диаметр болтов на 5 мм, это все равно требует максимального точного попадания в прогноз по температуре, иначе отверстия на пластинах, на арке и на рыбке просто не сойдутся между собой.
Кстати, как вы уже наверняка догадались, видео с линейкой было снято именно на этом стыке :)
17. На этом фото хорошо видно, почему рыбки пригодны лишь к определенной температуре: зазор между рыбкой и соседним сегментом арки крайне мал и при повышении температуры арки просто упрутся друг в друга. Также незадолго до замыкания все поверхности пескоструятся. Пескоструйка - небыстрый процесс, а воздух в начале весны довольно влажный. Поэтому эта операция делается не более чем за сутки до замыкания, максимально быстро и одновременно на обеих арках. До начала замыкания очищенные стыки были защищены пленкой от коррозии.
18. Аналогично пескоструятся и пластины, которыми будет соединена арка с рыбками.
19. Правый край пластин оставлен широким и свободным, т.к. отверстия по одной из сторон сверлятся из расчета на определенный температурный прогноз незадолго до замыкания. В общем, как видите, для замыкания много чего подгоняется по месту.
20. Из-за изменения прогноза погоды в изначально выбранную ночь замыкания арки, пластины пришлось сверлить по два раза. Погрешность в пару миллиметров здесь недопустима и поговорка про «семь раз отмерь» сюда подходит как нельзя лучше.
Наконец, наступила долгожданная ночь замыкания арки. На этот раз прогноз погоды полностью соответствовал необходимым критериям: температура воздуха ночью опустилась до необходимого значения, которое практически не будет меняться с полуночи и до утра (фактически получилось даже с хорошим запасом и температура оставалась одинаковой практически 12 часов подряд), а также есть небольшой тренд на повышение на следующий день.
21. Почти полночь, тишина и ночной город вокруг. Народ еще собирается на самую необычную ночную смену в истории моста и в воздухе витает магическое ощущение, будто находишься на границе смены эпох. Вроде понимаешь, что сегодня арка должна быть замкнута и самый долгожданный и ответственный этап строительства моста станет историей, но к этому шли настолько долго, что мозг еще не до конца верит тому, что это произойдет всего через считанные часы.
22. Если бы вы в тот момент оказались неподалеку от моста, то удивились бы обилию света на замковом стыке :)
23. Соединение арки с рыбкой происходит с помощью малых (вертикальных) и больших (горизонтальных) пластин. Сначала на свои места распределяются малые пластины.
24. Пространства внутри замкового стыка не то чтобы мало, его очень мало.
25. Малые пластины тут же ставятся на свои места.
26.
27. Как видите, с каждой стороны от рыбки и ребер арки ставится по две пластины, чтобы обеспечить необходимую прочность конструкции.
28. Устанавливается по четыре ряда болтов со стороны рыбки и со стороны арки. Избыточные отверстия, которые видно справа, просто не используются. Часть из них была выполнена на заводе про запас, часть оказалась лишней после переноса даты замыкания.
29.
30.
31. На первом этапе все болты закручиваются гайковертом. Финальная затяжка динамометрическим ключом будет проводится после установки всех пластин.
32. Работы на каждой арке ведутся независимо друг от друга, но, безусловно, важно, чтобы после начала повышения температуры утром, все пластины и болты были установлены и затянуты на обеих арках.
33. Наступает черёд больших пластин.
34. Закидывать их наверх - это адский труд, ведь пластины весят десятки килограмм.
35. И опять таки: очень мало места, что еще больше усложняет работу.
36. Суммарное количество таких пластин на каждой арке - 24, из них три четверти нужно закинуть на верхние уровни замкового стыка.
37.
38. Если у вас успело сложиться впечатление, что самое тяжелое - закинуть пластины наверх, то это не так. Самое тяжелое - поставить пластины на место. Как вы помните, пластины ставятся по две с каждой стороны от тела рыбки. Верхние пластины просто кладутся плашмя на рыбку и совмещаются с отверстиями на ней. А вот две нижних нужно поднять одновременно вверх, прижать к рыбке и при этом точно совместить все отверстия, чтобы попасть в них болтами. А ведь вес двух широких пластин вместе около 150 кг (!!!). Ах да, не забудьте к этому добавить ограниченное время на все эти «упражнения».
39. Чтобы проще попадать в отверстия на рыбке, в ход идет смекалка в виде веревок, которые заранее продевают в нужные отверстия на всех пластинах.
40. Подготовка к установке очередной пачки пластин.
41.
42. На широких пластинах повторяется операция с болтами и гайковертом.
43. Тем временем начинается такой нежеланный сегодня рассвет (кстати, было очень красиво).
44. Гонка со временем приближается к финишной прямой.
45. Но, как я уже говорил, прогноз погоды был выбран с запасом и повышение температуры начнется значительно позже. Поэтому пока еще есть несколько часов для завершения всех работ.
46.
47.
48. Количество кадров с подъемом пластин вам, наверное, уже кажется бесконечным... Но в ту ночь количество самих пластин казалось именно бесконечным и никакие фото не смогут передать количество усилий, которое было приложено, чтобы замкнуть арку и успеть поставить все болты.
49. Наконец все болты на своих местах и начинается второй этап закрутки: затяжка динамометрическим ключом.
50. Если вы никогда не сталкивались с таким ключом, то его суть очень проста: на ключе закреплен микрометр, который фактически показывает усилие, с которым затягиваются болты. Гайки на болтах нужно затянуть с определенным усилием, иначе такое соединение не будет достаточно надежным. Также важно не перестараться и не перетянуть болты.
51.
52. Красота! После затяжки каждый затянутый болт будет помечен красной краской, чтобы не путать полностью готовые болты с другими.
53. Что ж, все пластины и болты на месте, то есть арка уже представляет единое целое и физически замыкание завершено. Можно было бы вздохнуть с облегчением, если бы не одно но: крепления к временным опорам. Кроме того, прогноз погоды на ближайшую ночь и последующие дни показывал понижение температуры, а это уже означало, что арку начнет с невероятной силой прижимать к временным опорам, что ничем хорошим не закончится. В лучшем случае сломаются временные опоры, в худшем - переломиться сама арка в точках контакта с временными опорами. Поэтому первое, что нужно сделать после замыкания - срочно срезать лишние крепления и освободить арку.
54. Работа закипела сразу на всех возможных точках. Временных опор, на которых лежала арка, было восемь, а количество точек крепления арки к опорам еще больше. Важно успеть до ночи освободить арку, чтобы не дать ей остыть и упереться в опоры.
55. Погода в середине дня начала портиться: то снег, то солнце. Этот день, как и ночь замыкания, были самыми нервными за последние годы.
56.
57. Учитывая массивность арки, ей нужны соответствующие массивные крепления. Поэтому крепления просто взять и срезать нельзя, приходится это делать мелкими шагами, отрезая мелкими кусочками пластины металла.
58. В 23:30 последние работы, наконец, завершаются... Арка освобождена и больше не закреплена на временных опорах. Самый ответственный кусочек истории Подольского моста занял немногим более суток. Некоторые добровольцы даже не ушли утром на пересменку и остались до ночи срезать крепления, так как все принимавшие участие в замыкании понимали, что от них в этот день как никогда прежде зависит результат многолетней работы по строительству моста. Кстати, когда замыкался один из самых больших китайских арочных мостов, из-за ошибки в расчетах работы растянулись почти на два месяца.
59. По мере освобождения от креплений арку, кстати, очень хорошо водило по несколько сантиметров из стороны в сторону. Это неудивительно: опоры освобождаются от веса арки, сама арка перераспределяет нагрузку и начинает нести сама себя. После срезания креплений арка приблизилась к опорам на 120 мм, что превысило проектные расчеты на 50 мм. Авторам проекта и технологам пришлось изрядно понервничать в течение последующей ночи, пока на утро не выяснилось, что разница набежала из-за привставших опор (35 мм) и более низкой температуры воздуха, чем ожидалось (еще 15 мм).
60. Срезанные крепления.
61. Можно оценить насколько сильно сместилась арка в сторону относительно временной опоры.
62.
63. С большого расстояния, конечно, кажется, что с аркой ничего не изменилось. Но это уже не так :)
Чтобы наглядно посмотреть, насколько поднимается арка при нагреве, вот вам еще два небольших таймлапса, отснятых пару месяцев назад в первой половине дня на этой же самой точкпе. Самое поразительное видно на втором видео: арка при нагреве смещается в ту сторону, откуда светит солнце! Это совершенно не очевидный факт, когда разговор заходит о тепловом расширении арки.
64. Итак, арка фактически замкнута, все сегменты надежно зафиксированы между собой, и пора провести окончательную сборку коробки замкового стыка. В первую очереди на болты устанавливаются внутренние ребра жесткости. Затем снимаются размеры под «крышку» и «дно»: это толстые стальные плиты (толщина 50 мм), которые привариваются снизу и сверху арки. Их размер на заводе выполнен с запасом, и, как и многие другие детали замкового стыка, они подрезаются под окончательный размер уже на месте.
65. Установленная «крышка» собственной персоной. Но впереди еще несколько недель работы со стыком.
66. А так варят стыки между «дном» и аркой. Это еще не самые тесные условия.
67. Приваренная «крышка».
68. Все сварные швы (а их тут километры) тщательно проверяются ультразвуком.
69. Ребра, установленные ранее, также привариваются к крышке.
70. Следующий этап: боковые стенки.
71.
72. Незадолго до завершения сварочных работ были установлены недостающие пропеллерные фермы. Они были заранее собраны на определенную температуру монтажа и ждать окончания сборки замкового стыка уже не было возможности, т.к. с апреля температура стабильно пошла на сильное повышение.
73. Особая сложность с этими фермами в том, что все посадочные места под них были сделаны еще при монтаже соседних связей (то есть за несколько месяцев до замыкания) и подогнать их по месту уже было нельзя. То есть, кроме правильного попадания в температуру на замковом стыке, важно было еще и добиться правильного расположения в пространстве всех точек установки под пропеллерные фермы (а их здесь сразу восемь). Чтобы убедиться в правильности сборки ферм и всех расчетов, эти пропеллерные фермы два раза «примерялись» на арку (до ночи замыкания и после) без закрепления на ней, а затем опускались обратно.
74. При установке пропеллерной фермы с ней сразу начинает работать восемь сварщиков. Больше просто не куда ставить.
75. Пожалуй, пора заводить рубрику «Подольский мост в лицах». Эти люди ее заслужили.
76.
77. Все, арка замкнута и полностью собрана! По графику все работы должны были быть завершены до середины июня, но график был опережен примерно на месяц. Одновременно на замковых стыках работало четыре сварщика без выходных и в праздники.
78. Финальные штрихи :)
79. Параллельно замыканию начался демонтаж малых временных опор. Во-первых, они попросту стали не нужны Во-вторых, они мешали установке недостающих тротуарных консолей.
80.
81. Но про демонтаж, консоли и шпренгели в следующий раз :) А на сегодня всё. Спасибо всем, кто дочитал до конца :)
См. также:
Монтаж связей "от и до" на видео
Монтаж связей на Подольском мосту в 2019 году
Подольский мост в 2018 году
Монтаж связей на Подольском мосту. Октябрь-декабрь
Монтаж связей на Подольском мосту. Август-сентябрь
Все о связях
Другие публикации по строительству Подольского моста
P.S. Остроумные комментарии на тему политики и падающих мостов буду нещадно баниться вместе с авторами. Я предупредил.