Ingenieurskunst: Eine Brücke, vier Abbruchmethoden

Die 3,5 km lange Champlain Bridge im kanadischen Montreal besteht aus vier einzelnen Bauteilen, einer davon ist der Sankt-Lorenz-Seeweg. (FOTO: Delsan-AIM)

Die Champlain Bridge verbindet die Insel Montreal mit dem kanadischen Festland, ist 3,5 Kilometer lang und umfasst insgesamt 50 Brückenfelder.

Da 30 dieser Brücken über den St. Lawrence River führen – ein Naturschutzgebiet für die Tierwelt und eine Trinkwasserquelle für Millionen von Menschen – war der Abriss der Champlain Bridge aus den 1950er-Jahren eine ingenieurstechnische Herausforderung wie keine andere.

Da vier verschiedene Abbruchmethoden erforderlich waren - jede für sich ein Wunderwerk - und die Fertigstellung fast 40 Monate dauerte, „war es eine der größten beruflichen Herausforderungen, die ich je bewältigen musste“, sagt Simon Hébert, Leiter der Tiefbauarbeiten und Projektdirektor bei Delsan-AIM.

Simon Hébert, Bauleiter und Projektdirektor bei Delsan-AIM. (Foto: Delsan-AIM)

Planung für den Abriss

Nachdem 2019 eine Ersatzbrücke eröffnet wurde, beauftragten Jacques Cartier und Champlain Bridges Incorporated (JCCBI) das Joint Venture Nouvel Horizon Saint-Laurent (NHSL) – bei dem Delsan-AIM Environmental Services der Hauptpartner war – mit der Planung, Konstruktion und Demontage der ursprünglichen Champlain Bridge.

„Allein die Planung nahm ein Viertel der gesamten Projektzeit in Anspruch“, sagt Simon, und bei jedem Aspekt des Brückenabrisses standen die Umweltaspekte im Mittelpunkt.

Von Anfang an hat das JCCBI Standards vorgeschrieben, die weit über die für eine Netto-Null-Bewertung erforderlichen hinausgehen. Die oberste Priorität bestand darin, sicherzustellen, dass das Ökosystem des St. Lawrence River weder während noch nach den Arbeiten geschädigt wird.

Dies bedeutete, dass der Einsatz von Sprengstoffen keine Option war und dass Delsan-AIM außerdem sicherstellen musste, dass keine Trümmer in den Fluss fielen.

Unter Berücksichtigung der Baustruktur und des schlechten Zustands der Brücke, an der seit den 1990er Jahren umfangreiche Verstärkungsarbeiten durchgeführt wurden, entwickelten Simon und sein Team einen Abrissplan für jedes einzelne Bauteil der Brücke und teilten die Projektarbeiten in vier Abschnitte auf.

Für die Arbeiten wurden die Maschinen mit Hammer- und Pulverisierer-Aufsätzen ausgestattet. (FOTO: Delsan-AIM)

Mechanische Demontage

Der erste Abschnitt begann auf der Montreal Island am westlichen Ende der Brücke und war etwa 400 m lang. Er bestand aus Spannbeton-Doppel-T-Trägern und Betonpfeilern, die eine nachträglich mit Asphalt bedeckte Fahrbahnplatte aus Spannbeton stützten.

Da dieser Teil des Flusses zu seicht war, um Schiffe aufzunehmen, musste Abschnitt eins mit herkömmlichen Methoden entfernt werden. Delsan-AIM musste jedoch zunächst einen 0,5 km langen provisorischen Anlegesteg bauen, der bis in den St. Lawrence River reichte, um die für die Arbeiten benötigte Ausrüstung unterzubringen.

„Durch den Bau der Mole würden wir allerdings den Wasserfluss einschränken und die gesamte Hydrologie des Flusses verändern“, sagt Simon.

„Das Problem dabei war, dass in der Nähe wichtiger Fischhabitate ein Gebiet mit ‚totem Wasser‘ entstehen würde.“

Um eine Schädigung des Lebensraums zu verhindern, arbeitete Delsan-AIM sowohl mit Meeresbiologen als auch mit Universitäten zusammen, um das Problem zu lösen.

„Wir mussten zunächst viel recherchieren, um sicherzustellen, dass wir weder den Fischen noch den anderen Tieren in diesem Mikrokosmos schaden.

„Schließlich bauten wir den Steg mit zwei Wanderkorridoren und installierten zehn Unterwasserkameras und Sensoren, um die Anzahl der Fische zu zählen, ihre Wanderrichtung zu überwachen und ihre Größe zu messen.“

Während die Planung und Installation des Stegs die größte Herausforderung für diesen Teil des Abrisses darstellte, sagt Simon: „Alle waren wirklich beeindruckt. Zum ersten Mal in der Geschichte des Flusses konnten die Universität und die Öffentlichkeit echte Daten über die im St. Lawrence River lebenden Fischarten erhalten.“

Abbrucharbeiten auf See

Die zweite technische Meisterleistung, die Delsan-AIM zu vollbringen hatte, war der Abbau von 30 Brückenfeldern mit einer Gesamtlänge von 1,6 km, die über dem St. Lawrence River lagen.

Der aus ingenieurtechnischer Sicht vielleicht technisch schwierigste Teil des gesamten Projekts, der Abbau des Mittelteils der Champlain-Brücke, wurde mithilfe der Hebe- und Verschiebemethode durchgeführt.

Beim Abbau wurden die Brückenpfeiler und Brückenpfeiler jeweils um 53,7 m abgetrennt und anschließend mit dem Hebesystem auf den Katamaran abgesenkt. (FOTO: Delsan-AIM)

Jede der 30 im Fluss verlaufenden Brücken war 53,7 m lang und 24,1 m breit. Sie bestanden aus Stahlfachwerken auf Stahlbetonpfeilern, deren Höhe je nach Tiefe des Flusses zwischen 8 und 1,5 m variierte.

Die Fahrbahndecke jedes Abschnitts bestand aus einer befestigten Spannbetonkonstruktion mit sieben vorgefertigten Spannbetonträgern, die seitlich mit Hilfe von nachgespannten, leicht verstärkten Quermembranen aus Beton verbunden waren.

Delsan-AIM plante und konstruierte den vollständigen Abbau jedes 2.000 t schweren Abschnitts mittels eines einzigen Hebevorgangs, bei dem vier Schlepper, vier Hilfsschiffe und ein 2.900 m² großer und 7.000 t tragfähiger Katamaran mit sechs darauf montierten Hebetürmen mit je 800 t Tragkraft zum Einsatz kamen.

Die Hebetürme wurden durch drei Stahlhohlkastenträger miteinander verbunden. Auf den Trägern wurde dann eine Stahlplattform errichtet, die als Überbrückung für die Türme diente, eine Stützstruktur für die anzuhebende Spanne und einen Arbeitsbereich für Abbrucharbeiten und Materialtransport, nachdem jede Spanne abgesenkt worden war.

Laut Delsan-AIM betrug das Gesamtgewicht der gesamten Trägerkonstruktion und der Spannweiten 4.800 t.

Simon sagt: „Im Frühjahr 2021 haben wir mit der Montage und Mobilisierung sämtlicher Systeme auf dem Lastkahn begonnen.

„Es war tatsächlich eine ziemliche Herausforderung. Die meisten Geräte, die wir brauchten, befanden sich in anderen Teilen der Welt, und aufgrund der Covid-19-Pandemie erwies sich der Transport nach Kanada als sehr langwieriger Prozess.“

Simon fügt hinzu: „Es gab viele Verzögerungen bei der Beschaffung, Montage und Mobilisierung.

„Letztendlich begannen wir mit dem Entfernen der Spannweiten zweieinhalb Monate später als erwartet.“

Beim Abbau wurden die Brückenpfeiler jeweils um 53,7 m herausgeschnitten und anschließend mithilfe des Hebesystems auf das Katamaranschiff abgesenkt.

„Der Hebevorgang für jede Spanne dauerte drei Tage. Danach wurde der Abschnitt auf dem Schiff demontiert – das dauerte weitere drei Tage, wobei der Beton auf ein zweites Schiff evakuiert wurde.

„Nachdem ein Abschnitt abgerissen war, wurden die verbleibenden Materialien auf die Stützschiffe umgeladen und zu einem provisorischen Kai transportiert.

„Je nach Wetterlage verschwand also alle sechs bis sieben Tage ein Abschnitt der Brücke.“

Jeder der 53,7 m langen Brückenabschnitte wog rund 2.000 t. (FOTO: Delsan-AIM)

Während sich das Katamaranschiff dann zum nächsten Abschnitt bewegt, rücken zwei weitere Schiffsstationen an, um die Überreste der Betonpfeiler abzureißen, auf denen sich der entfernte Abschnitt befunden hatte.

„Für den Abbruch der teilweise 20 m hohen Pfeiler nutzten wir unsere Großbagger, die auf einer Lastkahnplatte standen“, erklärt Simon.

„Dann haben wir ein zweites Schiff mobilisiert, um einen Fangedamm um die Fundamente zu bauen, und haben die restlichen Betonpfeiler aus dem Wasser geholt.

„Aber wir haben das Wasser nicht abgelassen“, fügt er hinzu. „Stattdessen haben wir unter Wasser mit einem GPS-System gearbeitet, während der Maschinenbediener an einem Computerbildschirm arbeitete.“

Nachdem der Bauunternehmer das gesamte Pfeilermaterial entfernt hatte, verlegte er zusätzliche Steine, um das Flussbett wiederherzustellen.

Auftrieb und Verdrängung

Das dritte technische Wunderwerk des Projekts ereignete sich, als Delsan-AIM mit dem Abbau der 2.500 t schweren freitragenden Brücke über dem Sankt-Lorenz-Seeweg beauftragt wurde.

„Der Sankt-Lorenz-Seeweg ist ein internationaler Schifffahrtskanal. Die größte Schwierigkeit bestand darin, dass er für Schiffe nicht gesperrt werden konnte, außer während einer dreitägigen Wartungszeit während der Weihnachtszeit, in der der Kanal für Inspektionen entleert wurde“, erklärt Simon.

„Wir haben sechs Litzenheber mit fast 300 Stahldrähten installiert und den gesamten Abschnitt auf ein Schiff herabgelassen. Es dauerte 18 Stunden, um die Spannweite 33 m auf das Schiff herabzulassen. Da der Seeweg wieder geöffnet werden musste und es mitten im Winter keinen Zugang gab, mussten wir es so weit wie möglich flussaufwärts schieben, wo wir es den ganzen Winter über lassen konnten.“

Kontrollierter Fall

Die letzte Herausforderung dieses riesigen Projekts war der Abbau des 528 m langen, landeinwärts gelegenen östlichen Abschnitts der Brücke.

Zum Abbruch der vier Brückenfelder dieses Abschnitts wurden mechanische Mittel eingesetzt. Die Aufgabe wurde jedoch dadurch erschwert, dass direkt darunter eine achtspurige Autobahn verlief und für die Fertigstellung der Arbeiten ein striktes Zeitfenster von 50 Stunden vorgegeben war.

ASI Engineering führte 3D-Modellierung und Analyse für den Abriss des letzten Brückenabschnitts durch. (FOTO: Delsan-AIM)

Um sicherzustellen, dass die Brückenfelder sicher und ohne Verzögerung abgebaut werden konnten, erstellte ASI Engineering eine digitale Modellierung der geplanten Arbeiten. Dabei wurden zunächst die ersten beiden Träger auf jeder Seite des Felds entfernt und anschließend der verbleibende Träger in einem Arbeitsgang mithilfe von an Baggern montierten Hydraulikscheren kontrolliert abgebaut.

Eine Flotte aus 20 Baggern, drei High-Reach-Maschinen, sechs 40-t-Muldenkippern, drei Radladern und einer Planierraupe hat den letzten Abschnitt planmäßig im Oktober 2022 niedergerissen.

Nachdem der letzte Abschnitt der Champlain Bridge abgerissen war, sagte Simon: „Die nächsten sechs Monate verbrachten wir damit, alle provisorischen Bauwerke zu entfernen, darunter auch den Anlegesteg. Anschließend stellten wir das gesamte Land wieder her, sodass es aussah, als hätte dort nie eine Brücke gestanden.“

Um noch mehr Einblicke in das Champlain Bridge-Projekt zu erhalten, achten Sie in Kürze auf unser ausführliches Interview mit Simon .