Broløsninger. Fagnotat, fase 1. Ny forbindelse Storstrømmen

Transkript

1 Broløsninger Fagnotat, fase 1 Ny forbindelse Storstrømmen

2 PROJEKTNR. A DOKUMENTNR. A VERSION 2.0 UDGIVELSESDATO UDARBEJDET JGIM KONTROLLERET TVE GODKENDT LHE Ny forbindelse Storstrømmen ISBN: Banedanmark Anlægsudvikling Amerika Plads København Ø

3 Broløsninger Indhold Side 1 Indledning Baggrund Introduktion til broløsninger 5 2 Undersøgte broløsninger Linjeføring Valg af spændvidder, tilslutningsfag Gennemsejlingsfag Undersøgte tværsnit Valg af løsninger Optagelse af vandrette kræfter Bropiller Fundering Statiske beregninger 15 3 Konstruktionsprincipper Tilslutningsfag Gennemsejlingsfag Præfabrikationsplads 20 4 Mængder 21 5 Trinvis udbygning 22 Bilag Bilag A Brotegninger Bilag B De 5 scenarier på grafisk form Ny forbindelse Storstrømmen 3

4 1 Indledning 1.1 Baggrund Som forberedelse af Femernforbindelsen planlagde man en hovedistandsættelse af Storstrømsbroen. I den forbindelse viste særeftersyn og omfattende undersøgelser, at jernbanebroen ikke kunne leve op til kravene, når Femernforbindelsen åbner i Der var derfor behov for en undersøgelse af, hvorledes vej og banetrafikken kan opretholdes på den mest samfundsøkonomiske måde, bl.a. i forhold til prognoserne for udviklingen i jernbanetrafikken. Folketinget igangsatte derfor i november 2011 en forundersøgelse af handlemuligheder vedrørende Storstrømsbroen. Undersøgelsen er blevet udført med henblik på at udarbejde et beslutningsgrundlag, som medio 2012 skal danne grundlag for en politisk beslutning om forbindelsen ved Storstrømmen. Forundersøgelsen er afgrænset til at omfatte følgende fem scenarier: Scenarie 1: Broen forstærkes og bevares som jernbane og vejbro. Scenarie 2: Broen forstærkes og bevares som jernbanebro. I scenariet undersøges muligheden for nedlæggelse af vejforbindelsen på den eksisterende bro i lyset af, at vejtrafikken er begrænset, og istandsættelse vil være dyr. Scenarie 3: Ny jernbanebro og opretholdelse af vej på den eksisterende bro. Scenarie 4: Ny kombineret vej og jernbanebro. I scenariet indgår nedrivning af den eksisterende bro. Scenarie 5: Ny jernbanebro og nedlæggelse af vejforbindelsen. I scenariet indgår nedrivning af den eksisterende bro. En grafisk fremstilling af de fem scenarier indgår som sidste bilag, Bilag B. I scenarierne med nye anlæg undersøges både enkelt og dobbeltsporede løsninger. I den indledende undersøgelse er det kortlagt, at en tunnel ikke er en ønskværdig løsning, og der arbejdes derfor kun med en ny forbindelse i form af en bro. Forundersøgelsen belyser de tekniske muligheder for etablering af en ny forbindelse og forstærkning af den eksisterende. Undersøgelsen belyser desuden anlægs og vedligeholdelsesomkostninger, levetiden af bygværkerne, miljøkonsekvenser samt risikoforhold. Ny forbindelse Storstrømmen 4

5 Banedanmark analyserer i samarbejde med Vejdirektoratet de samfundsøkonomiske og trafikale effekter ved de fem scenarier. 1.2 Introduktion til broløsninger Nærværende fagnotat beskriver de broløsninger, det er valgt at undersøge Fagnotatet er baseret på følgende fagnotater udarbejdet af COWI: Projektgrundlag, fagnotat, fase 1 Linjeføring, fagnotat, fase 1. Endvidere er der foretaget en koordineret æstetisk bearbejdning af broløsningerne i samarbejde med Dissing+Weitling. Dette gælder samtlige broløsninger på det overordnede plan, men ikke detaljer så som rækværker, autoværn og endevederlag. Overgangene mellem bro og landanlæg har endvidere været drøftet med landskabsarkitekterne Hasløv & Kjærsgaard. Ny forbindelse Storstrømmen 5

6 2 Undersøgte broløsninger 2.1 Linjeføring Dette fagnotat er baseret på en linjeføring med en konstant radius på 6200 m over vand. Længdeprofilet anvender 12,5 stigning i henhold til de danske normalregler for jernbane med 200 km/time som maksimum hastighed. Valget af 12,5 stigning er truffet, da det viste sig at føre til en yderst beskeden merudgift (ca. 5 millioner kroner på grund af længere bropiller) i forhold til udnyttelse af særreglen med 15,6 stigning. 12,5 stigning er valgt på begge tilslutningsbroer, hvilket bestemmer placeringen af gennemsejlingsfagene. Valget af en konstant horisontal radius, lange strækninger med en konstant gradient og en konstant dragerhøjde muliggør, at entreprenøren kan vælge at bygge tilslutningsbroerne inde på land og skubbe dem frem ("Taktschiebe verfahren"), hvilket kan forekomme som den optimale løsning for nogle entreprenører, som er vant til denne fremgangsmåde, se også afsnit 3.1. Derudover er den horisontale linjeføring begrundet i ønske om størst mulig afstand til Masnedø Fortet og æstetiske vurderinger. 2.2 Valg af spændvidder, tilslutningsfag Funderingsforholdene er ifølge DSB rapport fra 1937 mindre gunstige ved en vestlig linjeføring end ved den eksisterende Storstrømsbro. Der er dog intet, der tyder på specielt vanskelige forhold ved den nye bro, idet skrivekridtet forventes normalt at forefindes i en dybde på 1020 m under havbunden overlejret af moræneler og sand. Ifølge eksisterende kort er der enkelte forekomster af gytje i brolinjen med en forventet maksimal dybde på 5 m under havbunden. Det forventedes på forhånd, at der skal anvendes pæle fundering for ca. 10 % af understøtningslinjerne, mens resten af bropillerne kan funderes direkte ca. 24 m under havbunden på ler med kohæsion c u 120 kpa eller eventuelt sand med friktionsvinkel φ 36 o. De seismiske undersøgelser, der er foretaget af GEO i februar 2012, har dog ikke identificeret noget område med svage aflejringer, så de tidligere skønnede pælefunderinger er flyttet fra anlægsbudget til risiko og mængden er øget til 20 %. Der er stadig en risiko for nødvendighed af pælefundering i enkelte områder, da den seismiske undersøgelse ikke har kunnet foretages på mindre end 34 m vanddybde og da moræneleret lokalt kan have en mindre styrke end forudsat. Med de gunstige funderingsforhold skønnes det, at den optimale spændvidde er omkring 80 m, hvilket er anvendt som udgangspunkt. Mulige besparelser ved at gå til 70 m spænd har været undersøgt, men besparelsen var forsvindende, under 10 millioner kroner pr. bro, hvorfor de 80 m spænd er Ny forbindelse Storstrømmen 6

7 bibeholdt af hensyn til miljø (gennemstrømning og sedimentspild fra udgravning for fundamenter) og æstetik. Arkitekterne foretrækker samme dragerhøjde i midten af hovedfagene som i tilslutningsfagene, hvilket ikke helt kan opnås med 80 m tilslutningsfag, men forholdet ville blive forværret med kortere tilslutningsfag og deraf følgende lavere dragerhøjde her, idet hovedfagenes dragerhøjde ikke kan reduceres. 2.3 Gennemsejlingsfag I den eksisterende Storstrømsbro udnyttes to af de tre buefag med 136 og 102 m spænd som ensrettede gennemsejlingsfag. Ud fra de til rådighed værende oplysninger om skibstrafikken (AIS 1 data) skønnes det, at 136 m faget er omtrent tilstrækkeligt, mens 102 mfaget er for lille. Den nye bro skal så vidt muligt forløbe vinkelret på sejlretningen (som er defineret af den eksisterende bro), men dette er ikke helt muligt på grund af ønsker om en kort længde til tilslutninger til eksisterende jernbane, hensyn til Masnedøfortet og æstetisk tiltalende linjeføring. Alternativet til en vinkelret skæring med sejlretningen er ifølge Søfartsstyrelsen markering af sejlbredden med radar reflektorer og "Point of best passage" på broen, ligesom det er anvendt på Øresundsbroen over Flinterenden. Det skønnes forsvarligt med hensyn til skibstrafik at anvende to gennemsejlingsfag på hver 160 m. Dette kan med den valgte linjeføring tilfredsstille kravet i "Projektgrundlag" om en gennemsejlingsbredde på 142 m. Der er anvendt en linjeføring med en konstant radius på 6200 m over hele brolængden, hvilket dels giver et harmonisk forløb, dels bringer broen længere væk fra det fredede Masnedøfort. I samme forbindelse er linje føringen indrettet, så den passer til den nye jernbanebro over Masnedsund. Kyst til kyst forbindelsens længde var 3,63 km i den indledende screening, men den er nu øget til 3,876 m hvilket skyldes tre ændringer: Hensyn til Masnedø Fortet har flyttet endevederlaget på Masnedø 170 m. Dæmningshøjden på Falster siden samt krav til servicevej rundt om endevederlaget har flyttet broenden på Falster 14 m ind mod land. Den krumme horisontale linjeføring medfører en forlængelse på 62 m. Hovedparten af den øgede brolængde forekommer inde ved land, hvor udgifterne til underbygningen er mindre end normalt (større vanddybder og større skibsstød øger prisen), hvorfor den næsten 7 % forøgelse af bro længden estimeres at have øget prisen per bro med 5 %. Ved broenden på Falster siden er jernbanen i kote 17,5, hvilket giver en meget høj dæmning. Det vurderes dog at være en billigere løsning end at fortsætte broen. Hverken Dissing + Weitling eller Hasløv & Kjærsgaard har indvendinger mod den høje dæmning. I det lavvandede område, hvor 1 Automatic Identification System Ny forbindelse Storstrømmen 7

8 dæmningen er placeret, er der fundet bløde aflejringer, hvorfor anlægs overslagene inkluderer bortgravning af m³ jord under dæmningen. Den fri gennemsejlingshøjde fastsættes til 26 m som anvendt i den eksisterende Storstrømsbro og Farøbroen. 2.4 Undersøgte tværsnit Med de krævede gennemsejlingsåbninger er en bjælkebro den klart økonomisk optimale løsning. En skråstagsbro, der spænder over hele sejl renden på 2 gange 142 m vil være betydeligt dyrere. Erfaringsmæssigt er prisen pr. m² bro mindst dobbelt så stor for en skråstagsbro som for en bjælkebro med den halve spændvidde. En skråstagsbro kan derfor kun komme på tale, såfremt søfartsmyndighederne skulle kræve én stor gennemsejlingsåbning som ved Farø broen i stedet for to adskilte åbninger som ved den eksisterende Storstrømsbro. De mange 80 m tilslutningsfag foreslås udført med konstant dragerhøjde på 4,0 m, mens gennemsejlingsfagene udføres med varierende dragerhøjde, størst ved bropillerne. Overgangen til gennemsejlingsfag udføres i et 110 m fag med dragerhøjde 4,0 m stigende til 5,0 m over hovedparten af længden og videre til 13,0 m på det sidste stykke hen mod gennemsejlingsfagets bropille. I de to gennemsejlingsfag er der valgt en dragerhøjde på 5,0 m på den centrale del stigende til 13,0 m på de sidste 40 m hen mod bropillerne. Varierende dragerhøjde foreslås af arkitekterne etableret retlinjet. Konstant dragerhøjde i tilslutningsfagene er aftalt med arkitekterne; fordelen er at det muliggør flere forskellige udførelsesmetoder end variabel dragerhøjde. Valget af spændvidder og længdeprofil medfører et mindre problem med adgangskanalen til Orehoved Havn, idet en bropille er placeret midt i kanalen. I anlægsoverslagene er medregnet en uddybning af kanalen, så den flyttes ind i nabofaget mod nord. I en senere fase bør det overvejes at undgå denne ekstra udgravning, hvilket kan gøres ved enten at flytte længdeprofilets toppunkt 40 m eller ændre lidt på tilslutningsbroernes spændvidde (til 77,5 eller 82,5 m). Den fri højde over adgangskanalen er kun 17 m, hvilket muligvis kan føre til krav om uddybning af en ny kanal ud til sejlrenden uden krydsning af den nye bro. Indledningsvis blev der arbejdet med kassedragere med lodrette kroppe, men efter ønske fra arkitekterne er dette ændret til let skrånende kroppe, hvor bundbredden er 4,5 m ved en dragerhøjde på 4 m svarende til normale 80 m fag aftagende til 2,0 m ved den maksimale dragerhøjde på 13 m i gennem sejlingsfagene. Denne variation gælder både den dobbeltsporede jernbanebro og vejbroen, idet den medfører gunstige understøtningsforhold for kasse dragerens overflange i forhold til de dominerende laste. For den enkeltsporede jernbanebro er variationen mindre udtalt: Fra 2,5 m ved 4 m dragerhøjde til 1,5 m ved 13 m dragerhøjde. Den fri højde på 26 m skønnes at være krævet på en bredde af hvert gennemsejlingsfag på ca. 90 m, mens det ikke skønnes at genere skibene, Ny forbindelse Storstrømmen 8

9 hvis den fri højde reduceres til ca. 20 m ved yderkanterne af gennemsejlings bredden. Herved ligger forøgelsen af dragerhøjden hen mod bropillen udenfor det krævede fritrumsprofil til skibene. Den reducerede fri højde ved yder kanten af gennemsejlingsbredden medfører ingen alvorlig risiko ved stød mod broen fra skibes overbygning, da broen dimensioneres for et skibsstød mod overbygningen på 15 MN, hvilket svarer til den kraft, der vil ødelægge skibets øvre dæk. Opstalt af gennemsejlingsfagene gældende for alle undersøgte broløsninger er vist nedenfor. Såfremt den reducerede fri højde hen mod pillerne findes at være et problem for skibsfarten, kan vouternes vandrette udstrækning reduceres til 2530 m og/eller længdeprofilet kan hæves. Den fri højde under broen er 27 m i de centrale 80 m af faget aftagende til 26 m over de næste 5 m, således at den krævede højde på 26 m findes over en bredde på 90 m. Figur 2.1: Opstalt Hovedfag: Figur 2.2: Gennemsejlingsfag: 2.5 Valg af løsninger Med en brolængde på 3,876 km udgør gennemsejlings plus overgangsfagene kun 14 % af brolængden, hvorfor det er afgørende at optimere tilslutnings fagene. Det vurderes, at det er tilstrækkeligt at have fire ekspansionsfuger på broen, en på hvert endevederlag og en på hver side af hovedfagene. Bevægelserne bliver af størrelsesordenen ±400 mm, hvilket er acceptabelt for en toghastighed på 200 km/time. Med denne løsning fås kun fire endefag, hvor antallet af indre tilslutningsfag er 38, hvorfor optimeringen er koncentreret om de indre fag. Først er der foretaget en meget grov vurdering af mængder for et indre 80 m fag med dobbeltsporet jernbane, 12,1 m mellem rækværker. Bredden for den Ny forbindelse Storstrømmen 9

10 undersøgte bro er siden denne vurdering øget til 13,0 m, idet afstanden fra spormidte til forkant nødfortov er øget fra 3,05 m til 3,50 m. Dette har dog ingen betydning for sammenligningen mellem forskellige brotyper. De undersøgte løsninger er: Overbygning, enkeltcellet kassedrager i forspændt beton. Overbygning, kompositløsning: 300 mm betonplade og enkelt stålkassedrager. Sammenligningen mellem de to løsninger gav følgende resultat for et 80 m fag: Tabel 2.1: Beton+ og stålmængder Betonmængde m³ Stålmængde ton Betonløsning 720 Kompositløsning Med realistiske forudsætninger om de relative priser på stål, beton og forspændingsstål bliver kompositløsningens overbygning mindst 50 % dyrere end betonløsningens. Denne store prisforskel kan ikke opvejes af besparelsen i underbygningen på grund af den lavere vægt. Med de relativt begrænsede spændvidder skønnes en ren stålløsning at være uøkonomisk i forhold til en kompositløsning. For alle typer af bjælkebroer vil prisen stige med voksende spændvidde, da spændvidde 80 m er fundet at være marginalt over den optimale spændvidde. Prisstigningen vil være mest udtalt for betonløsningen, mindst for stålløsningen. Ud fra ovenstående sammenligning er komposit og stålløsninger valgt fra. De små, optimale spændvidder medfører også, at det ikke er interessant at undersøge toetagers løsninger. For de øvrige løsninger (enkeltsporet jernbane, jernbanebroer med redningsvej og 9 m vej med eller uden cykelsti) forventes lignende forhold som beskrevet for den tosporede jernbanebro, hvorfor undersøgelserne baseres på anvendelse af en enkeltcellet betonkassedrager med samme dragerhøjder som angivet ovenfor, selv om dragerhøjden for en ren vejbro ville kunne reduceres lidt. Der forventes ingen besparelser ved at samle jernbane og vejdrageren i en overbygning, hvorimod der påregnes anvendt et fælles fundament for de to broer, især af hensyn til optagelse af skibsstød. Den vigtigste grund til valget af to separate overbygninger er, at hvert brofag får en vægt, der muliggør transport til brostedet med en eksisterende flydekran, som også påregnes anvendt til transport af caissoner med en lignende vægt. Afstanden mellem jernbane og vejdrager fastlægges i samarbejde med beredskabsmyndighederne ud fra hensyn til minimering af gener for vejtrafikken fra togene og anvendelse af vejen som redningsvej i tilfælde af uheld på jernbanen. Som udgangspunkt antages samme afstand som anvendt på Storebælts Vestbro 1,35 m frit mellem de to broers kantbjælker. Mellemrummet er forudsat dækket med en varmforzinket elefantrist. Ny forbindelse Storstrømmen 10

11 Tværsnit i de undersøgte broløsninger er vist nedenfor. Der er anvendt hævede nødfortove på jernbanebroerne. Disse udføres med en afsporings sikring som på Øresundsbroens skråstagsbro, dimensioneret for en enkeltkraft på 300 kn fra et afsporet tog. Figur 2.3 og Figur 2.4 viser jernbanebroer i Scenarie 3 og 5 (uden vejbro ved siden af). Rednings og servicevej påregnes udført ensidigt med en bredde på 3,5 m og dimensioneret for et 260 kn køretøj som anført i "Projektgrundlag". Figur 2.5 viser vejbroen og Figur 2.6 og Figur 2.7 viser jernbanebroer i Scenarie 4 (med vejbro ved siden af). I mellemrummet mellem skottet, der begrænser ballasten, og afsporingsværnet kan der placeres et støjværn, hvor dette findes ønskeligt af hensyn til boliger. Figur 2.3: Tværsnit i tilslutningsfag + dobbeltsporet jernbanebro, Scenarie 3 og 5 Ny forbindelse Storstrømmen 11

12 Figur 2.4: Tværsnit i tilslutningsfag + enkeltsporet jernbanebro, Scenarie 3 og 5: Figur 2.5: Tværsnit i tilslutningsfag + 9 m vejbro, Scenarie 4: Ny forbindelse Storstrømmen 12

13 Figur 2.6: Tværsnit i tilslutningsfag + dobbeltsporet jernbanebro uden redningsvej, Scenarie 4: Figur 2.7: Tværsnit i tilslutningsfag + enkeltsporet jernbanebro uden redningsvej, Scenarie 4: For vejbroen, Scenarie 4, er merprisen for tilføjelse af to cykel og gangstier à 2,0 m bredde undersøgt. Denne løsning er vist nedenfor. Ny forbindelse Storstrømmen 13

14 Figur 2.8: Tværsnit i tilslutningsfag + 9 m vejbro med to cykel+ og gangstier, Scenarie 4 + Option: Broen er vist med normalt broautoværn mellem kørebane og cykel og gangsti, hvilket er den anbefalede løsning for beskyttelse af de bløde trafikanter. 2.6 Optagelse af vandrette kræfter Optagelse af tværgående vandrette kræfter sker ved alle bropiller; i normalfag via et leje, der er fastholdt i tværretningen, i gennemsejlingsfag ved bøjning i pillen. I de tilfælde, hvor broens overbygning skal kunne optage et skibsstød på 15 MN skønnes det uøkonomisk at dimensionere lejerne for denne kraft. I stedet optages den store stødkraft som kontakttryk mellem en plint på søjletoppen og en tilsvarende udsparing i overbygningens underside. Disse to elementer kan udføres med få mm tolerance, så bevægelsen fra et skibsstød ikke fører til uacceptabel risiko for afsporing af tog på broen. Detaljen skal tillade langsgående bevægelser fra temperaturændringer med mere. Langsgående vandrette kræfter (bremse og accelerationskræfter) optages ved bøjning i hovedfagenes tre bropiller, der er monolitisk forbundne med overbygningen. I tilslutningsfagene på hver side heraf optages de ved faste lejer på tre bropiller (i alt 6 bropiller). Løsningen er valgt, da den giver rimelig armering i bropiller, der medvirker til optagelse af langsgående kræfter samtidig med, at temperaturændringer af overbygningen ikke giver generende tvangspåvirkninger. De dominerende vandrette kræfter på underbygningen er skibsstød, som helt problemfrit kan optages af et fælles fundament for jernbanebro og vejbro (Scenarie 4), mens de fører til øgede dimensioner i underbygningen i Scenarie 3 og 5, især i tilfældet med en enkeltsporet jernbanebro. Ny forbindelse Storstrømmen 14

15 2.7 Bropiller Bropillerne i tilslutningsfagene er foroven rektangulære, men ændres gradvist nedefter til et rombeformet tværsnit under vandgangssnittet. Ændringen afstedkommes ved 8 plane, trekantformede flader. Tværsnitsvariationen er i alt væsentligt begrundet i æstetiske ønsker fra arkitekterne, men kan dog også begrundes med følgende forhold: Tværsnittet er størst ved toppen, hvor der er behov for plads til lejer og donkrafte, Tværsnittet ved vandgangssnittet er strømlinjet, hvilket reducerer islast. Bropillerne i de to gennemsejlingsfag (i alt 3 stk.) er for oven ottekantede, men ender med at blive rektangulære under vandgangssnittet. Et meget karakteristisk træk ved broen er, at disse piller fortsætter op på ydersiden af overbygningen og derved bryder den store plane kroppladeflade. De arkitektonisk begrundede udformninger af bropillerne medfører ikke ekstra mængder beton, men noget mere kompliceret forskallingsarbejde og armeringsarbejde (al vandret armering i pillerne får variabel geometri, mens lodret armering ikke kompliceres). 2.8 Fundering Generelt forventes, at broen kan funderes 24 m under havbunden på moræneler med rimelig styrke. Tilslutningsbroernes fundamenter skal have en grundflade på ca. 200 m², hvor der ikke er risiko for skibsstød (under 2 m vanddybde), hvorfor de mest rimeligt udføres som massive betonplader med ribber til at lede kræfterne op i bropillen. I Scenarie 4 anvendes et fælles fundament for vej og jernbanebro ligeledes som en massiv betonplade. Denne har den fornødne kapacitet til at kunne optage skibsstød. Fundamenter til enkeltstående jernbanebropiller udsat for skibsstød på 25 MN bliver væsentligt større, hvorfor de udformes som hule caissoner fyldt med ballastbeton. Gennemsejlingsfagenes fundamenter udføres med samme principielle udformning som beskrevet for tilslutningsbroer med skibsstød. 2.9 Statiske beregninger Det bemærkes, at den dobbeltsporede jernbanebro har et problem med at overholde komfort kriteriet for vinkeldrejning ved de to ekspansionsfuger op til gennemsejlingsfagene: Hver brodrager får en vinkeldrejning på 0,3 % fra det tunge UIC 71 tog inklusive α faktoren på 1,33. Kravet er 0,4 %, som kun er opfyldt for de to ekspansionsfuger på endevederlagene. Skinnerne kan dog gives en opbøjning på 0,1 % ved de to andre ekspansionsfuger, hvorved Ny forbindelse Storstrømmen 15

16 kravet er opfyldt, idet: 20,3 % 20,1 % = 0,4 %. Dette var også nødvendigt på Øresundsbroen. Mermængderne for rednings og servicevej på jernbanebroer og for cykel og gangstier på vejbro er vurderet særskilt. Typiske tegninger for de tre hovedforslag (enkeltsporet og dobbeltsporet jernbanebro samt vejbro) er indsat som Bilag A. Ny forbindelse Storstrømmen 16

17 3 Konstruktionsprincipper 3.1 Tilslutningsfag Pæleramning, hvor dette måtte være påkrævet, forudsættes udført fra en forankret flåde. En tilsvarende flåde med påmonteret gravemaskine påregnes anvendt til udgravning for adgangskanaler og fundamenter samt etablering af gruspuder. Fundamenter på vand inklusive pilleskafter op til kote +4,0 påregnes præfabrikerede og transporteret med en flydekran (eller mellem to pramme) til brostedet. Ballastbeton i caissoner udstøbes på stedet efter endelig placering. Den resterende del af pilleskafterne kan præfabrikeres i et stykke eller støbes på stedet med klatreforskalling (45 m løft pr. støbning). I tidsplan og anlægsoverslag er det forudsat at pilleskafterne støbes på stedet. Dette er valgt dels på grund af de relativt beskedne pillehøjder, dels på grund af kvalitetsmæssig vanskelig udstøbning af fugen mellem et præfabrikeret fundament og en præfabrikeret pille. Støbning af bropillerne på stedet er den dyreste, men sikreste metode. Fundamenter på land (endevederlag plus et fundament på Masnedø) påregnes støbt på stedet. Et typisk fundament for en dobbeltsporet jernbanebro med skibsstød er vist nedenfor. Ny forbindelse Storstrømmen 17

18 Figur 3.1: Fundament, 80 m+fag: Overbygningen kan fabrikeres og monteres på forskellige måder, der alle kan give samme kvalitet af det færdige produkt. Endefagene på Masnedø påregnes støbt in situ på traditionelt stillads. Broens simple geometri muliggør, at resten af overbygningen kan støbes på land og skubbes frem ("Taktschiebeverfahren") indtil gennemsejlingsfagene. En anden metode er at præfabrikere faglange elementer, der transporteres til brostedet på en pram, så de blot skal sænkes ned på plads. I dette tilfælde Ny forbindelse Storstrømmen 18

19 påregnes samlingen mellem to elementer at ske i femtedelspunktet i faget, hvor bøjningsmomentet er mindst muligt, så antallet af kontinuitets forspændingskabler kan reduceres mest muligt. Det nye element fastholdes mod det foregående element på en stålkonsol under udstøbning af fugen og etablering af forspænding. Det bemærkes, at hvert brofag vejer mindre end 1/3 af et brofag på Storebælts Vestbro, hvorfor en løsning med "Svanen" eller en lignende flydekran virker overdimensioneret, mens en mindre flydekran med en løftekapacitet på omkring 3000 tons, for eksempel "Rambiz" eller "Asian Hercules II" er realistiske muligheder. Tidsplan og anlægsoverslag er baseret på denne metode. En tredje metode kunne være at præfabrikere overbygningen i 34 m sektioner, som køres ud på den allerede færdiggjorte del af broen og monteres ved anvendelse af en stållanceringsdrager, der spænder fra pille til pille. Samtlige elementer til et brofag monteres, limes sammen med epoxy og forspændes inden lanceringsdrageren skydes frem til næste fag. Afhængigt af den valgte byggemetode kan det være fordelagtigt at udføre den centrale kassedrager fagvist retlinet og lade udkragningernes bredde variere, så kantbjælkerne får den korrekte horisontale krumning. Det anbefales at tillade dette. Der bliver sandsynligvis tale om en udstrakt anvendelse af præfabrikerede elementer. Egnede produktionssteder kan findes i nærområdet. Det skal nærmere vurderes i VVM forberedelsen, om bygherren skal vælge et egnet produktionssted, eller om valget kan træffes af entreprenøren. 3.2 Gennemsejlingsfag Gennemsejlingsfagene påregnes udført ved fri frembygning fra pillerne, der udføres med tilstrækkelige dimensioner til at klare den manglende balance fra udstøbning eller montage af et 34 m langt segment. Tidsplan og anlægs overslag er baseret på in situ støbning af overbygningen, hvilket medfører en højere enhedspris for beton og armering end ved præfabrikation, men til gengæld spares limfuger og man undgår krav om tryk over hele tværsnittet i støbeskel, hvorved der spares forspændingsstål. Uanset valget mellem in situ støbning eller præfabrikation er det enkelt at følge den horisontale krumning i stålformen, hvilket anbefales stillet som et krav. Valget mellem ovennævnte metoder for både tilslutningsbroer og gennem sejlingsfag bør overlades til entreprenøren, da de alle med korrekt udførelse kan give den krævede kvalitet af den færdige bro og eventuelle prisforskelle afhænger helt af entreprenørens foretrukne metode. Det kan derfor anbefales at anvende "Detailed Design and Construct"udbud som kendt fra blandt andet Øresundsbroen. Fordelene ved denne udbudsform er: Kortere projekterings plus anlægsperiode, idet udbudsprojekt kan udføres hurtigere end detailprojekt, og entreprenørens detailprojekt behøver ikke Ny forbindelse Storstrømmen 19

20 at sinke arbejdet, da det udføres sideløbende med mobilisering og indretning af præfabrikationsplads. En del af tidsbesparelsen inden udbud sættes til i form af længere tilbudsperiode, da entreprenøren skal have lavet et tilbudsprojekt med sikre mængder. Såfremt udbud baseres på detailprojekt stilles den entreprenør, der ønsker en anden udførelsesmetode, end den der ligger til grund for detailprojektet, dårligere end den entreprenør, der ønsker at bruge den forudsatte udførelsesmetode. Større sikkerhed for at tilbudsprisen holder, da ekstra mængder under detailprojekteringen bliver et forhold mellem entreprenøren og dennes rådgiver. I modsætning til et "Design & Construct" udbud alene baseret på funktionskrav bevarer bygherren kontrollen med anlæggets æstetiske udformning, idet alle synlige dimensioner angives som faste mål eller tilladte intervaller på "Definition Drawings", som skal overholdes i entreprenørens detailprojekt. Det bør i den forbindelse overvejes at give entreprenøren visse frihedsgrader i valg af spændvidder. Ligesom man ved Øresundsbroen kunne vælge frit mellem spændvidderne 100, 120 eller 140 m i tilslutningsfagene, kunne man give valgfrihed mellem 60, 70, 80 eller 90 m spændvidder i tilslutnings broerne. Selvom prisgevinsten bedømt ud fra mængderne er forsvindende, kan der være entreprenører, der har det nødvendige udstyr til 60 m spænd, men skal ud og købe/leje grej til længere spænd og derfor finder en væsentlig besparelse ved korte spænd. Specielt for entreprenører, der foretrækker "Taktschiebeverfahren", kan der være væsentlige fordele ved kortere spænd, der giver mulighed for undladelse af midlertidige understøtninger mellem de permanente søjler. 3.3 Præfabrikationsplads Tidsplanen forudsætter, at der arbejdes samtidigt på 4 normale fundamenter henholdsvis 2 fundamenter til gennemsejlingsfag og på 6 faglange over bygninger til tilslutningsbroerne. Det skønnes, at et normalt fundament kan præfabrikeres i løbet af 1 måned, så 4 produktionspladser muliggør færdiggørelse af 1 fundament pr. uge, i alt 1 års produktionstid. En faglang brooverbygning skønnes at kunne præfabrikeres i løbet af 2 måneder, hvilket giver 1½ års produktionstid. Disse produktionstider indeholder et bidrag til oplæring, idet de første 4 fundamenter og 6 overbygninger er forudsat udført på den dobbelte tid i forhold til normalt. Ovennævnte tidsplan skønnes at kræve en præfabrikationsplads på m², såfremt der skal bygges en bro og det dobbelte, hvis der skal bygges to broer samtidigt. Forskellen i pladsbehov for enkeltsporet og dobbeltsporet jernbanebro er ubetydelig. Ny forbindelse Storstrømmen 20

21 4 Mængder Anlægsomkostningerne er vurderet ud fra hovedmængderne og ved sammenligning med tilsvarende broer, Storebælts Vestbro og Vejlefjord Broen. Hovedmængderne fremgår af fagnotat Tidsplan og anlægsoverslag, hvor de er opstillet i "Tilbudslister" med skønnede enhedspriser. Ny forbindelse Storstrømmen 21

22 5 Trinvis udbygning Forslaget til en enkeltsporet jernbanebro er ikke specielt velegnet til senere udbygning til to spor, hvilket med den valgte løsning vil kræve en ny parallelbro. Såfremt den enkeltsporede jernbanebro påregnes udbygget til dobbeltspor, vil det være fordelagtigt at forberede den for udbygningen på følgende punkter: Alle fundamenter udføres med tilstrækkelige dimensioner til både den initiale og den udbyggede situation. Fundamenterne præfabrikeres inklusive den nederste del af søjlen indtil kote 2,0 for den senere bro. Toppen af søjlestumpen forsynes med rustfri armeringskoblinger. Kantbjælken modificeres, så beton udenfor rækværket undgås, hvorved afstanden mellem de to spor kan minimeres. Der foreslås en fri afstand mellem de to broers kantbjælker på 0,5 m, hvorved centerlinje afstanden mellem de to spor bliver 6,5 m. Mellemrummet overdækkes med en elefantrist. Ved udbygningen i anden etape påregnes væsentligt forøgede omkostninger på grund af arbejder nær spor i drift og på grund af tørholdelse under udstøbning af søjlebund. Den enkeltsporede jernbanebro uden vejbro får mange, store fundamenter på grund af skibsstød på 25 MN. Disse fundamenter kan uden videre bære vægten af nummer 2 bro, hvorfor der er væsentlige besparelser ved nummer to bro i dette tilfælde, også fordi den anden bro ikke skal have en separat rednings og servicevej. Dette er ikke tilfældet, hvis der er en vejbro ved siden af, da det fælles fundament bliver fuldt udnyttet, hvorfor det skal være suppleret. En løsning, der kunne udbygges trinvist uden ændring af underbygningen, ville være at udføre den centrale kassedrager fra den dobbeltsporede bro med små udkragninger, så udbygningen kunne foregå ved nedbrydning af kant bjælkerne og påstøbning af længere udkragninger. Denne løsning skønnes dog uøkonomisk, da den første etape kun får en ganske begrænset besparelse, mens den senere udbygning er betydeligt kompliceret, især hvis togdriften på det første spor skal opretholdes i et vist omfang i hele anlægsperioden. Ny forbindelse Storstrømmen 22

23 Bilag A Brotegninger Tegning 101: Hovedtegning, Længdesnit Tegning 111: Overbygning, Gennemsejlingsfag Tegning 112: Overbygning, Tilslutningsfag, Tegning 121: Søjle og fundament, Gennemsejlingsfag Tegning 122: Søjle og fundament, Tilslutningsfag uden skibsstød Tegning 123: Søjle og fundament, Tilslutningsfag med skibsstød Ny forbindelse Storstrømmen

24

25

26

27

28

29

30 Bilag B De 5 scenarier på grafisk form Ny forbindelse Storstrømmen Broløsninger, fase 1