REFACEREA UNUI PODEŢ EXISTE SUB PROTECŢIA UNEI ... - CFDP

CONSTRUCŢII SUBTERANE
REFACEREA UNUI PODEŢ EXISTENT SUB
PROTECŢIA UNEI UMBRELE DE ŢEVI BĂTUTE
UNDERGROUND CONSTRUCTIONS
REHABILITATION OF AN EXISTING CULVERT
USING PIPE JACKING PROTECTION SYSTEM
Mircea Sofian – SC SOPMET SA Teodor Iftimie – UTCB Dan Sevastre – SC SOPMET SA
1. Introducere
Reabilitarea liniei de cale ferată Bucureşti – Braşov,
componentă a coridorului IV Pan European, intervalul Bucureşti
– Câmpina, a necesitat şi refacerea unui număr mare de podeţe
care prezentau o stare tehnică necorespunzatoare.
Aceste podeţe au fost construite în perioada 1910 – 1915 şi
prelungite în 1940. Durata mare de funcţionare, prezenţa
permanentă a apei în unele dintre ele, natura materialelor din
care au fost realizate ( caramidă, piatră sau beton) şi lipsa unei
întreţineri corespunzatoare au condus la degradarea stării
tehnice a acestora. Majoritatea sunt colmatate, având reduceri
ale secţiunilor de scurgere de până la 100% şi prezentând
diverse defecte: fisuri, desprinderi de material din bolţi,
eroziuni ale elevaţiilor, desprinderi şi exfolieri ale moloanelor,
precum şi radiere degradate. Starea tehnică a podeţelor şi
mărimea debitelor au impus refacerea şi redimensionarea
acestora cu secţiuni de scurgere mai mari decât cele existente.
Având în vedere faptul că lucrările de reabilitare a liniei
impun închiderea circulaţiei pe un fir pe intervalele dintre staţii,
ca înalţimea mare a terasamentului în unele zone necesită
introducerea de poduri provizorii foarte mari pe ambele fire cu
afectarea terasamentului pe o zonă considerabilă şi deasemenea
luând în considerare şi prezenţa pe unele podeţe a aparatelor de
cale, s-a stabilit ca refacerea să se execute prin tehnologia
neconvenţională a tuburilor împinse ( pipe – jacking).
Caracterul special al acestor lucrări a determinat crearea
unui lot special, LOTUL 2 – PODEŢE FORATE, al carui
antreprenor general a fost SC SOPMET SA – Bucureşti.
Unul dintre podeţele aparţinând acestui lot şi anume cel de
la km 32+910, a prezentat o situaţie specială care a necesitat
adoptarea unei soluţii noi, în premieră pentru calea ferată.
2. Prezentarea situatiei existente
Podeţul existent la km 32+910, boltit, cu
lumina de 2,0 m şi o secţiune de circa 4 mp, era
construit din două tronsoane astfel :
- în aval pe o lungime de 28,2 m , zidărie de
piatră în elevaţie şi zidărie de cărămidă în boltă;
-în amonte pe o lungime de circa 5,3 m zidărie
din moloane de piatră (bolta şi picioarele drepte).
Lungimea totală a podeţului era 33,5 m iar
terasamentul deasupra bolţii avea grosimea de 8m.
Raluca Forrai – SC CONSIS PROIECT SRL
1. Introduction
Rehabilitation of Bucharest – Brasov railway line, part of
IV Pan-European Transport Corridor, Bucharest – Campina
section, has implied the rehabilitation of numerous culverts that
were in poor operating condition.
They were built between 1910-1915 and extended in 1940.
Their prolonged useful life and the permanent presence of water
in some of them, the nature of construction materials used
(brick, stone or concrete) and the maintenance faults have lead
to degradation in their condition. Most of them are clogged up,
their outlet sections are eroded up to 100 percent and have
various defaults: cracks, arch dislodgement, elevation erosion,
ashlar stone dislodgement and erosion, as well as damaged
inverts.
The technical state of culverts and water flow volumes have
required their rehabilitation and redimensioning with increased
outlet sections.
Given that railway line rehabilitation works require singleline
inter station closures for traffic use, and high elevation of
railway embankment in some areas requires construction of
temporary large size bridges for both directions affecting the
railway embankment in a large area, and also taking into
account the presence on some culverts of railway switches, one
has decided to use the non-conventional pipe jacking
technology for rehabilitation.
The special nature of the above works has lead to the
establishment of a special group, GROUP 2 – DRILLED
CULVERTS, whose general contractor was SC SOPMET SA –
Bucharest. One of the culverts, part of this package, a culvert
located at Km 32+910, has made necessary adoption of a new
technical approach, a first-time approach for the railways.
2. Presentation of current situation
The arched culvert located at Km 32+910, with
a 2.0 m span and a 4 sq. m section, was built on two
components, as follows:
- downstream, a 28.2 m, elevated stone
masonry and arched brick masonry;
– upstream, 5.3 m ashlar stone masonry (arched
and lateral lining elements).
Total culvert length was 33.5 m, whereas the
railway bed was 8 m wide above the arch.
Fig.1 Podeţ existent
Existing culvert
Diversele tipuri de degradări ( desprinderi de cărămizi din Diverse defects types (brick dislodgement from the arch,
boltă , rosturi degradate la zidăria din piatra) au fost consemnate eroded joints in the stone masonry) have been noted upon
la relevarea podeţului şi au impus soluţia executării unui nou mapping and made necessary the construction of a new culvert
podeţ în acelaşi amplasament. Decizia adoptării unei secţiuni on the same location. The decision of constructing a larger
mai mari a fost impusă de necesitatea asigurării scurgerii unui section has been imposed by the necessity of providing a 27.2
debit de 27,2 mc/s, podeţul existent producând dese inundaţii în m
amonte. Secţiunea rezultată pe baza calculelor hidraulice este de
11.75 mp şi prezintă o formă boltită cu lumina de 4.6 mp şi
înalţimea liberă în podeţ de 3.00 m.
3 /s water flow; often upstream flooding occurred due to the
existing culvert. Based on hydraulic calculation, the resulting
section was 11.75 m 2 and had a 4.6 m 2 arched size span and a
3.00 m vertical clearance.
Număr Special 2005
Special Issue 30

CONSTRUCŢII SUBTERANE
3. Descrierea noii soluţii
Secţiunea noului podeţ are următoarea alcătuire;
• umbrela de ţevi (Ø 270 mm) la extradosul noii structuri şi
în contact cu terasamentul;
• susţinere provizorie pe perioada execuţiei realizată din
cintre metalice compuse din profile cornier şi tole metalice
sudate între acestea;
• hidroizolaţie intermediară din membrană bituminoasă;
structura de rezistenţă cu forma boltită (Ri=2.30m) şi radier
drept, realizată din beton armat cu grosimea de 55 cm;
Fig. 2 Dispoziţie generală şi seţiune transversală podeţ nou
Podeţul proiectat şi realizat are lungimea totală de 34,00 m
şi este alcătuit din două tronsoane de capăt cu lungimea de 2,00
m şi cinci tronsoane curente cu lungimea 6,00 m fiecare.
Realizarea unei astfel de secţiuni cu metoda clasică ar fi
necesitat poduri provizorii cu deschideri mari (21,00 m ) pe
ambele fire , închideri de linii, costuri mari. Noua soluţie
adoptată elimină toate aceste dezavantaje, prin utilizarea unei
tehnologii specifice construcţiilor subterane, posibilă prin
realizarea prealabilă a unei umbre de ţevi.
Descrierea tehnologiei de execuţie
Ordinea de execuţie a lucrărilor este următoarea:
Etapa 1.- Realizarea bolţii din ţevi bătute orizontal
• Se execută dispozitivul de batere şi se bat ţevile 7 ' - 0 – 7
de o parte şi de alta a axului podeţului existent (Fig.3);
• Se execută sapatura în faţa şi în spatele timpanului existent
amonte;
3. Description of new solution
UNDERGROUND CONSTRUCTIONS
The cross-section of the new culvert consists in:
• pipes umbrella( Φ=270 mm) at the the back of arch of the
cuvert and in contact with the railway bed
• temporary support with steel framework with end plates
welded in between.
• waterproofing of bituminous membrane
• vaulted structure (Ri=2.30m) and plane invert, made of
reinforced concret 55cm thickness
Figure 2. General lay-out and cross-section of the new culvert
This new culvert is 34 m length and consist in: 2 end sections of
2 meters length and 5 intermediary sections of 6 m length.
Performance of this kind of section with the traditional methods
would have supposed: temporary bridges with spans of 21
meters length, , closure of railway traffic and major costs. The
new adopted technology expel all the above mentioned
disadvantages, by using a specific undergroun constructions
solution.
Technology description
The execution order of the works is as follows:
Stage 1. The performance of the horizontal pipes arch.
• the driving device is performed and the pipes no.7-0-7’ are
pushed on both sides of the existing culvert.
• excavation is performed in front of and at the back of the
existing upstream tympan.
Număr Special 2005
Special Issue 31

CONSTRUCŢII SUBTERANE
Fig. 3 Diagramă batere ţevi, baterea primei ţevi şi situaţia
finală
Se demolează parţial timpanul pentru a putea continua baterea
ţevilor 17' – 8 'si 8 – 17;
• Se execută sapatura la cotele din proiect şi se toarnă betonul
de egalizare 15 cm grosime , între fundaşiile podeţului
existent;
Etapa 2.- Execuţia radierului tronsonului de capăt ( timpan)
L= 2, 00 m
• Se demolează structura existenta pe 2,50 m şi se sprijină
provizoriu bolta existentă în front cu cintre metalice;
Fig. 4 Execuţie radier tronson de capăt
• Se execută sapatura la cotele din proiect pentru execuţia
radierului pe 2,00 m;
• Se montează cintrul metalic aferent următorului tronson;
• Se completează betonul de egalizare de 15 cm grosime;
• Se armează, se cofrează şi se betonează radierul;
Etapa 3 – Execuţia elevaţiei tronsonului de capat L= 2,00 m
şi a primului tronson de radier al inelului 1, L = 3,00 m
• Se montează armatura, se cofrează şi se betonează elevaţia
tronsonului de capăt ( timpan);
• Se execută hidroizolaţia la extradosul tronsonului de capat;
• Se demolează structura existentă pe 3,50 m şi se sprijină
provizoriu bolta în front cu cintre demontabile;
• Se execută săpatura la cotele din proiect pentru realizarea
radierului pe 3,00 m;
• Se montează cintrele metalice pierdute la intradosul ţevilor;
UNDERGROUND CONSTRUCTIONS
Figure 3 Pipe jacking diagram, first pipejacking and final
situation
• existing tympan is partially demolished in order to continue
the driving of pipes no17’-8-17
• the excavation is performed based on the blueprint, a 15 cm
layer of levelling concrete is poured in between the
foundations of the existing culvert;
Stage 2. Construction of the 2 m end section element
• existing structure is demolished on a 2.50 m length and the
existing arch is temporarily supported by steel frameworks
Figure 4 Construction of end section invert
• A 2 m-long excavation is performed based on the blueprint
in order to construct the invert
• steel framework is installed, to be used for next section;
• the levelling concrete is completed up to a 15 cm width;
• invert is reinforced, encased and concreted.
Stage 3 – Construction of the end section elevation L = 2.00
m and the first invert section of the ring 1 L = 3.00 m
• reinforcement and encasement are performed, then the end
section element elevation is concreted;
• waterproofing is performed at the end section back arch;
• existing structure is demolished on a 3.50 m length and the
existing arch is supported by removable frame steelworks
• excavation is performed based on blueprint in order to
construct the invert on a 3 m length
• frame steelworks are put in place at the pipes’ intrados
Număr Special 2005
Special Issue 32

CONSTRUCŢII SUBTERANE
• Se montează tolele metalice sudate de cintre;
• Se completeză betonul de egalizare de 15 cm;
• Se realizează rostul total cu 2 foi de carton bitumat, între
tronsonul de capat si cel curent;
• Se execută hidroizolaţia şi se petrece cu cea din etapa
anterioară;
• Se armează, se cofrează şi se betonează radierul pe 3,00 m;
Fig.5 Armare timpan şi cofraj metalic mobil pentru betonare
Etapa 4 – Execuţia primului tronson de boltă L = 2,00 m şi a
celui de al doilea tronson de radier cu L = 3,00 m
• Se armează, se cofrează şi se betonează primul tronson de
bolta de 2,00 m;
• Se demolează structura existentă pe 3,5 m şi se sprijină
provizoriu bolta existentă în front , cu cintre demontabile;
Se execută săpatura la cotele din proiect pentru realizarea
radierului L= 3,00m;
Fig.6 Faze de execuţie ine1 şi imagine montare cintre.
• Se montează cintrele metalice pierdute la intradosul ţevilor;
• Se montează tolele metalice sudate de cintre pe tronsonul
pe care s-a betonat radierul;
• Se execută hidroizolaţia şi se petrece cu cea executată în
etapa anterioară;
• Se completează betonul de egalizare de 15 cm grosime;
• Se armează, se cofrează şi se betonează radierul pe o
UNDERGROUND CONSTRUCTIONS
• end plates are welded in between the frame steelworks
• the levelling concrete is completed up to a 15 cm width
• the total joint is made using 2 asphalt board sheets, between
the end section and the current section.
• waterproofing is performed and meets the one performed
during the previous stage.
• invert section 1 of the next ring is reinforced, cased and
concreted on a 3 m length.
Fig.5. Reinforcement of the tympan and mobile metallic casing
for concreting.
Stage 4-Construction of the first arch section, L=2m, and
the second invert section, L=3.00m.
• reinforcement and encasement are performed, then the first
arch section is concreted;
• existing structure is demolished on a 3.50 m length and the
existing arch is temporarily supported by removable frame
steelworks.
An excavation is performed based on the blueprint in order to
construct the invert on a 3.0 m length
Fig. 6 Stages of construction of the ring 1 and installing of
frame steelworks
• frame steelworks are put in place at the pipes’ intrados
• metallic end plates welded on frame steelworks are
installed in the section where the invert was concreted
• waterproofing is performed and meets the one performed
during the previous stage
• the levelling concrete is completed up to a 15 cm thickness;
• invert is reinforced, encased and concreted on a 3.00
Număr Special 2005
Special Issue 33

CONSTRUCŢII SUBTERANE
lungime de 3,00 m;
Etapa 5 – Execuţia celui de al doilea tronson de boltă L=
2,00 m şi a primului tronson de radier L= 3,00 m pentru un
inel nou
• Se armează, se cofrează şi se betonează al doilea tronson de
boltă de 2,00 m al primului inel;
• Se demolează structura existentă pe 3,50 m şi se sprijină
provizoriu bolta existenta în front, cu cintre demontabile;
• Se execută sapatura la cotele din proiect pentru realizarea
radierului pe o lungime de 3,0m;
• Se montează cintrele metalice pierdute la extradosul ţevilor;
• Se montează tolele metalice sudate de cintre pe tronsonul
pe care s-a betonat radierul;
• Se realizează rostul total cu 2 foi de carton bitumat între
bolţari la nivelul radierului;
Fig. 7 Armare şi betonare boltă.
• Se execută hidroizolaţia şi se petrece cu cea executată în
etapa anterioară;
• Se completează betonul de egalizare de 15 cm grosime;
• Se armează, se cofrează şi se betonează tronsonul 1 de
radier al urmatorului inel;
Etapa 6 – Execuţia ultimului tronson de bolta al inelului 1
• Se armează, se cofreaza şi se betonează al treilea tronson de
2,00 m, al primului inel;
• Se realizează rostul total cu 2 foi de carton bitumat între
inele la nivelul bolţii;
Se repetă etapele 2,3,4,5 si 6, pana se finalizează podeţul
Fig. 8 Imagini finale timpan aval şi amonte
meters length
UNDERGROUND CONSTRUCTIONS
Stage 5- Construction of the second arch section, L=2m, and
the first invert section, L=3.00m for a new ring.
• reinforcement and encasement are performed, then the
second arch section L=2.00 m of the first ring is concreted;
• existing structure is demolished on a 3.50 m length and the
existing arch is temporarily supported by removable frame
steelworks
• an excavation is performed based on the blueprint in order
to construct the invert on a 3.0 m length
• frame steelworks are put in place at the pipes’ intrados
• metallic end plates welded on frame steelworks are
installed in the section where the invert was concreted
• total joint is made using 2 asphalt board sheets in between
the lining segments at the invert level.
Figure 7 Arch reinforcement and concreting
• waterproofing is performed and meets the one performed
during the previous stage
• the levelling concrete is completed up to a 15 cm thickness
• invert section 1 of the next ring is reinforced, cased and
concreted.
Stage 6 – Construction of last arch section of ring 1
• reinforcement and encasement are performed, then the third
arch section of 2 m length of the first ring is concreted;
• total joint is made using 2 asphalt board sheets in between
the rings at the arch level
Stages 2, 3, 4, 5 and 6 are repeated until the culvert is completed
Fig. 8 Final images end element upstream and downstream
Număr Special 2005
Special Issue 34

CONSTRUCŢII SUBTERANE
4. Concluzii
Utilizarea noii tehnologii de refacere a unui podeţ, sub un
terasament înalt, prin utilizarea unei umbrele de ţevi a constituit
un succes deplin atât prin calitatea noii lucrări cât şi prin
avantajele incontestabile faţă de tehnologia clasică cu săpătură
deschisă şi poduri provizorii.
Aceste avantaje sunt:
- reducerea totală a tasărilor;
- eliminarea închiderilor de circulaţie şi a perturbării
traficului;
- scurtarea duratei de execuţie;
- reducerea costului;
Avantajele enumerate mai sus, nivelul calitativ al noii
lucrări şi experienţa câştigată sunt argumente importante în
favoarea utilizării noii tehnologii şi în alte situaţii similare.
4. Conclusions
UNDERGROUND CONSTRUCTIONS
The use of new culvert rehabilitation technology, under a high
railway bed, using pipe jacking protection system has been an
outright success in terms of both quality of the new construction
and certain advantages towards the classic “cut-and-cover” and
temporary bridge technology.
These advantages are:
• eradication of sagging
• fewer traffic closures and decreased perturbation of
traffic
• shorter construction time
• reduced costs
The above advantages, combined with the high quality
standards of the new work as well as the expertise earned
throughout the construction process are important factors that
plead for the use of new technology in similar situations.
Număr Special 2005
Special Issue 35