Zvedání těžkých břemen pomocí tyčových nebo lanových závěsů

Moderní technologie výstavby inženýrských konstrukcí velmi často vyvolávají potřebu vertikální nebo horizontální manipulace s břemeny o hmotnosti v řádu stovek tun na značné vzdálenosti. Tato skutečnost dala vzniknout celému oboru stavebních prací souhrnně nazývanému těžké zvedání neboli heavy lifting.

Zvedání těžkých břemen  pomocí tyčových nebo lanových závěsů

Touto technologií se zpravidla zabývají specializované firmy disponující příslušným strojním zařízením a vysoce kvalifikovaným personálem. Jednou z takových firem je i Freyssinet CS. Na příkladu dvou akcí realizovaných touto firmou se pokusím srovnat dva základní způsoby vertikálního transportu těžkých břemen. Jedná se o zvedání břemen na tyčových nebo lanových závěsech. Pro srovnání jsem vybral dva projekty realizované v poslední době a to montáž železobetonových střech kruhových nádrží v Loukově a manipulaci s elektrárenskými kotli při obnově tří bloků Elektrárny EPRU II.

Zastřešení nádrží Loukov
Zastřešení čtyř nádrží je provedeno železobetonovou monolitickou skořepinou o tloušťce 250 mm s patním dodatečně předepnutým věncem rozměru cca 1000 x 1000 mm. Skořepina o hmotnosti téměř 1500 t má tvar kulové plochy průměru více než 47 m a plochu srovnatelnou s velikostí poloviny fotbalového hřiště. Každá skořepina byla vybetonována na dně základové desky uvnitř nádrže a následně, po předepnutí obvodového věnce, vyzdvižena do definitivní polohy ve výšce 20 m nad podlahou a připnuta ke konzolám stěn.

Po porovnání několika technologických variant, které přicházely v úvahu, bylo rozhodnuto zvednout střechu pomocí celozávitových předpínacích tyčí a dutých hydraulických válců. Potom bylo třeba vyřešit několik zásadních technických problémů jako například způsob průchodu spojek tyčí hydraulickými válci, dostatečnou kapacitu a tlak čerpadel, sledování geometrie konstrukce a jejího pohybu během zvedání a ještě celou řadu dalších. Výsledný postup zvedání byl navržen tak, že na každé z 18 konzol rozmístěných po obvodě nádrže byly umístěny dvě zvedací závitové tyče WR Ø 36 mm z oceli pevnosti 1050 MPa, každá únosnosti cca 1000 kN. Na konzolu byla pro každou dvojici tyčí smontována ocelová konstrukce s převázkami a se stoličkami pro pobírání jednotlivých kroků zdvihání. Pro průchod spojky tyčí byly navrženy a zkonstruovány speciální dělené roznášecí desky. Tyče byly rozděleny z montážních důvodů na tři díly délky asi 6 m, spodní část tyče byla zakotvena do věnce skořepiny a zůstává v konstrukci pro definitivní připnutí střechy ke stěně. Hydraulický systém zdvihání tvořily tři uzavřené a navzájem propojené okruhy vždy s jedním čerpadlem a 12 dutými válci o nosnosti 600 kN na 6 konzolách. Z uvedených únosností je patrno, že tyče byly teoreticky vyžity asi na 42 % únosnosti, hydraulické válce na 70 %. Pracovní tlak v okruhu nepřevýšil 530 barů.

Vlastní zdvihání probíhalo po jednotlivých krocích velikosti až 150 mm, po kterých bylo nutno vždy pobrat konstrukci na maticích ve stoličkách. Po vyjetí celé tyče i se spojkou nad převázku byla tyč pomocí věžového jeřábu demontována. Průměrná rychlost zvedání dosahovala 1 m/hod, jednu skořepinu bylo možno zvednout včetně všech doprovodných činností za 4 – 5 dní. Změny tvaru střešní skořepiny byly sledovány v 18 bodech pod každou konzolou laserovým dálkoměrem a dále ještě ve 3 bodech ve třetinách obvodu pomocí lankového snímače propojeného s PC. V průběhu zvedání se maximální absolutní odchylky od roviny skořepiny pohybovaly do 20 mm, což bylo sice výrazně více, než předpokládaly konzervativní odhady, nutno však dodat, že značnou část z této deformace zapříčinilo nerovnoměrné oteplení skořepiny a závěsů a lokální imperfekce konstrukce skořepiny. Během zdvihání však v žádném případě nedošlo k jakémukoliv porušení konstrukce střechy.

Spouštění a zvedání kotlů při obnově Elektrárny EPRU II
Nejnáročnější a technicky nejzajímavější prací na obnově Elektrárny je demontáž a následná montáž tří elektrárenských parních kotlů v objektu kotelny. Každý kotel představuje obrovský technologický celek s půdorysnými rozměry 12 x 30 m a hmotností téměř 4000 tun, který je zavěšen na pomocném ocelovém roštu a soustavě nosných tyčí v téměř 70m výšce nad podlahou kotelny. Každý z těchto tří kotlů byl před demontáží rozdělen na dvě části a potom postupně spouštěn pomocí 26 závěsů vytvořených ze svazků předpínacích lan a hydraulických válců na podlahu kotelny, kde byl postupně demontován a odvážen do šrotu. Práce Freyssinetu CS započaly na sklonku léta 2012 na základě projektové dokumentace pro spouštění a zvedání kotlů, ve které byly uvedeny předpokládané síly v jednotlivých závěsech a kterou předal Metrostav. Společně s firmou Hebetec, která je ve skupině Freyssinet a která se specializuje manipulace s těžkými břemeny, navrhl Freyssinet CS celou sestavu hydraulických zařízení pro spouštění a zvedání kotlů a byly nadimenzovány jednotlivé závěsy. Pro závěsy byly použity svazky předpínacích lan 15,3 mm pevnosti 1860 MPa v celkovém množství přesahujícím 100 tun, neboli více než 90 km lana. Každé jednotlivé lano v závěsu je schopno přenést sílu velikosti 100 kN při zachování bezpečnostního součinitele 2,2. Jako zdvihací a spouštěcí zařízení jsou použity hydraulické lisy pro svazky od 4 do 37 lan a tomu odpovídající síly od 400 do 4 000 kN. Na takto připravené závěsy byla celá konstrukce kotlů včetně závěsného roštu převěšena a poté postupně spouštěna a na podlaze kotelny demontována. Hydraulické lisy jsou vybaveny dvojím systémem kotevních čelistí a postupným pobíráním lan je dosaženo spouštění či zvedání břemene. V některých případech pracovalo současně až 20 lisů na jednom břemeni a tato sestava lisů musela být ovládána synchronně tak, aby se celé břemeno neodchylovalo od své polohy a jeho pohyb byl pouze svislý. To je zajištěno čerpadly s elektronickou regulací výkonu a pečlivým sledováním posunů v jednotlivých závěsných bodech. Celá demontáž probíhala u všech tří kotlů současně a trvala celkem čtyři měsíce, což je považováno všemi zúčastněnými za velmi krátkou dobu. Práce probíhaly takřka nepřetržitě a během této doby bylo nutno vyřešit nejeden složitý technický či organizační problém.

Po snesení a demontáži kotlů bylo nutno celý prostor kotelny vyklidit od zbytků nepotřebných konstrukcí a technologických zařízení a upravit nosné konstrukce roštu pro zavěšení nových kotlů. Na konci února začala druhá etapa prací, která spočívá v postupné montáži a zvedání nových kotlů do stejné výšky jako byly kotle původní, to je do výšky 67 metrů nad podlahou. Pro zvedání jsou použity stejné závěsy i hydraulická zařízení a i zde budou v některých závěsech síly přesahující 3000 kN. Přitom je třeba dbát na vysokou přesnost polohy břemene tak, aby mohli montéři připojovat na spodní části zavěšené konstrukce další díly kotle. Celá tato akce, která je v Čechách svým rozsahem, množstvím nasazeného zařízení i technologií provádění unikátní, je rozplánována do konce letošního roku, kdy by měly být všechny tři kotle zavěšeny opět na tyčích v definitivní poloze pod střechou kotelny.

Porovnání obou technologií
Z předložených příkladů je patrné, že každá technologie těžkého zvedání je něčím specifická a každá má své přednosti a nedostatky a je třeba správně volit nejvhodnější metodu pro dané zadání.

Zvedání na tyčích je vhodné tam, kde se nejedná o příliš velký výškový rozdíl, ideální je tam, kde lze využít jednu délku tyčí bez spojek, tj. asi do 12 m. Strojní hydraulická zařízení jsou jednodušší a lehčí, maximální síla v jednom závěsu je však daná únosností tyče s příslušnou bezpečností a kapacitou hydraulického lisu. V praxi to bývá zpravidla do 60 tun. Je nutno vyřešit způsob montáže a odebírání tyčí stejně tak jako prostor pro průchod tyče nad zdvihacím zařízením (např. průchod střechou, pokud se jedná o zdvihání v uzavřených objektech).

Oproti tomu zdvihání na lanových závěsech je omezeno pouze kapacitou zdvihacích jednotek a tedy počtem předpínacích lan, které je možno do jednotky zapojit. Běžná kapacita závěsů je do 400 tun, ale existují i zařízení a závěsy několikanásobně mohutnější. Výhodou je prakticky neomezená délka závěsu a tím i výška zdvihu. Není nutno řešit odebírání závěsu nad zdvihacím zařízením, většinou postačí zkonstruovat vedení pro závěs, který se přes toto vedení otáčí do požadovaného směru a natáčí se na karusel nebo se postupně odřezává. Hydraulická zařízení jsou u tohoto způsobu složitější a i ovládání hydrauliky bývá sofistikovanější. Obecně lze konstatovat, že u lanových závěsů je poněkud složitější manipulace při jemných pohybech než u závěsů tyčových.

Oba způsoby zvedání lze rovněž doplnit zařízením pro synchronní zvedání, kde posuny jednotlivých závěsů, ať tyčových či lanových, jsou automaticky ovládány přes řídící počítač na základě sledovaných skutečných pohybů konstrukce.
Technologie manipulací s konstrukcemi pomocí hydraulických zařízení je poměrně mladým a dynamicky se rozvíjejícím odvětvím, které stále znovu udivuje technickými možnostmi s ohledem na hmotnost přesouvaných konstrukcí, přesnost a velikost posunů. Je využívána v inženýrském i mostním stavitelství ale i při výstavbě vrtných plošin, stavbě námořních plavidel i v jiných odvětvích průmyslu.

Ing. Miloš Šimler

Freyssinet CS, a. s.
Zápy 267, 250 01 Brandýs n/L
tel.: +420 326 377 900, fax: +420 326 377 901
e-mail: freyssinet@freyssinet.cz , www.freyssinet.cz

Freyssinet CS, a. s.
organizačná zložka
Janka Krála 11, 974 01 Banská Bystrica
tel.: +421 484 142 622, fax: +421 484 148 359
e-mail: freyssinet@freyssinet.sk

Vyhledávač stavebních pojmů

Nechte si zasílat měsíční newsletter

Na facebooku

NAŠI PARTNEŘI Další partneři