Binnenkort wordt de nieuwe, derde tunnel onder de Tyne geopend voor verkeer in de ringweg van Newcastle. De New Tyne Tunnel is een gewone afzinktunnel als vele andere. Toch is hij door lokale omstandigheden in veel opzichten uniek is. Voor een afzinktunnel werd gekozen om de steile en lange toeritten te vermijden die vanwege de diepe ligging bij de bestaande, geboorde tunnel nodig waren. Ook de kosten en risico’s waren bepalend voor de keuze.
themaAfzinktunnel New Tyne Crossing7201032themaAfzinktunnelNew Tyne CrossingBinnenkort wordt de nieuwe, derde tunnel onder de Tynegeopend voor verkeer in de ringweg van Newcastle. DeNew Tyne Tunnel is een gewone afzinktunnel als vele andere.Toch is hij door lokale omstandigheden in veel opzichtenuniek is. Voor een afzinktunnel werd gekozen om de steile enlange toeritten te vermijden die vanwege de diepe ligging bijde bestaande, geboorde tunnel nodig waren. Ook de kostenen risico's waren bepalend voor de keuze.1Algemeen ontwerpIn dwarsdoorsnede bestaat de tunnel uit een verkeersbuis(geschikt voor twee rijstroken) en een vluchtbuis met erboveneen kabelkoker (fig. 2). De vluchtbuis en kabelkoker zijn dooreen tussenwand gescheiden van de verkeersbuis. Alle dikteszijn geminimaliseerd, om de diepgang in drijvende toestand tebeperken. De hoeken in het dak en onder de tenen zijn omdezelfde reden afgeschuind. De oostwand en tussenwand zijnextreem dun, om scheefstand van de tunnelelementen in drij-Begin jaren negentig toonden twee Cross Tyne Studies denoodzaak aan van een nieuwe tunnel om de toenemendeverkeersdrukte op de vele oeververbindingen die Newcastle rijkis, het hoofd te bieden. Als locatie werd de rondweg oostelijkvan de stad aangewezen, direct naast de in 1967 geboordeverkeerstunnel en de fietstunnel, die in 1951 nog door mijn-werkers was uitgehakt. Een brug was minder gewenst ommilieutechnische redenen; passerende schepen zouden eendoorvaarthoogte vereisen van minimaal 60 m.Afzinktunnel New Tyne Crossing 72010 33643650 1500 1025450 10050149606431367593755025 50257900 10753950highway control lineescapepassagecarriagewayc/l10752150 21509009008786612751210008512271520025007622vende toestand te voorkomen. Het eveneens zeer dunne tussen-vloertje heeft constructief een stempelfunctie. De teencon-structies dienen voor mobilisatie van grondgewicht in de eind-situatie ten behoeve van de weerstand tegen opdrijven.BouwdokDe vier tunnelelementen van elk 90 m lang, 15 m breed en8,5 m hoog werden gebouwd in een oud scheepsdok in Walker(foto 3). Tussen en rondom de elementen was er niet meer dan1 m ruimte. Twee rijdende torenkranen naast het dok zorgdenvoor aanvoer van materiaal en materieel. In het dok zelf was ergeen ruimte voor middelgroot tot groot materieel.Op de betonnen vloer van het dok werd een grindlaag aange-bracht die de verticale kromming van de tunnelelementenvolgde. Gezien de beperkte diepte van het dok en de grote diep-gang van de tunnelelementen, moest de dikte van het grindbedbeperkt blijven tot plaatselijk niet meer dan 0,2 m. In het grind-bed werden uit voorzorg buizen opgenomen, waardoorheenwater kon worden gepompt als de permeabiliteit van het grindna inundatie zou blijken tegen te vallen, of ingeval door slib-vorming het water niet voldoende onder de tunnelelementenzou kunnen komen om het opdrijven mogelijk te maken. Ophet grindbed werd multiplex gelegd als werkvloer. Dit hadtevens de functie te voorkomen dat cementwater in de pori?nvan het grind terecht zou komen.Uitvoering betonwerkHet betonwerk startte eind 2008. Om tegemoet te komen aan deeis van 120 jaar levensduur, werd in de betoncentrale hoog-ovenslak bijgemengd bij het portlandcement (70% om 30%),hetgeen voor Engelse begrippen zeer uitzonderlijk is (NB InEngeland kent men geen hoogovencement). De water-cement-factor mocht niet hoger zijn dan 0,4, eveneens in verband metduurzaamheid. Intensief onderzoek in samenwerking met debetonleverancier was nodig om de verwerkbaarheid acceptabelir. Nhut Quang NguyenBAM Infraconsult bv1 Tunnelelement met toegangsschacht, meettoren, catamaran en evenaar2 In dwarsdoorsnede bestaat de tunnel uit eenverkeersbuis en een vluchtbuis met erboveneen kabelkokerPublic Private PartnershipHet omvangrijke ppp-project betreft de financiering, de renovatie van de tweebestaande tunnels, de bouw van de nieuwe tunnel en het onderhouden vanalle drie tunnels, tot en met het realiseren en onderhouden van de aansluitin-gen. Het project is in handen van TT2, een consortium van Bouygues, HSBC enHBOS. Opdrachtgever is de Tyne and Wear Passenger Transport Authority.Hoofdaannemer Bouygues Travaux Publics besteedde de bouw en het afzinkenvan de tunnelelementen uit aan Volker Stevin Marine (VSM), een combinatievan Volker Stevin Construction Europe bv, Volker Stevin Ltd en BAM Civiel bv.Het ontwerp werd verzorgd door het Britse High-Point Rendel (HPR). VSMontwierp de tijdelijke werken.Afzinktunnel New Tyne Crossing7201034themaven. De zinkvoegen werden uitgevoerd conform het wijdver-spreide principe met een omega- en een gina-profiel. Zowel desegmentvoegen als zinkvoegen werden voorzien van tandverbin-dingen in wanden, dak en vloer voor het overdragen van verti-cale en horizontale dwarskrachten. In de relatief dunne oost-wand was er naast de waterafdichting geen plaats voor een tand-verbinding. Deze kwam derhalve in de tussenwand.De hoofddraagconstructie van de kopschotten werd gevormddoor Universal beams (Engelse H-balken). 250 mm dik betonmoest zorgen voor de waterafdichting en het samen met deUniversal beams opnemen van de waterdruk. In de 1,5 m bredevluchtkoker bevonden zich geen Universal beams. Daar werdhet betonnen kopschot enkel ondersteund door de tussenwand,het tussenvloertje en de aansluiting met de buitenwand, vloeren dak van het tunnelelement. Het beton had daar een diktevan 350 mm.Voorbereiding afzinkenElk tunnelelement werd voorzien van vijf ballasttanks, tweegrote in de verkeersbuis en drie kleine in de vluchtbuis (fig. 4).Hierdoor kon tijdens de operaties niet alleen de massa wordengeregeld, maar kon ook worden getrimd in lengterichting zowelals dwarsrichting. De tanks werden gevormd door wandenopgebouwd uit stalen H-balken, baddinghout, multiplex enpvc-sheets.te houden. De geringe dikte van de tussenwand in combinatiemet de grote hoeveelheden wapening, inkassingen en sparingenmaakte de uitdaging compleet. Een proefwand was nodig omproblemen vooraf te signaleren en op te lossen.De tunnelelementen werden elk in vier segmenten gebouwd.Daarbij werd steeds eerst de vloer separaat gestort. De driewanden en het dak vormden samen ??n stort, waarbij gebruikwerd gemaakt van een houten tunnelkist die over de reedsgestorte vloeren reed. Doordat de verhardingskrimp werdverhinderd door de reeds verharde vloer, was er in de wandenkoeling nodig om scheurvorming te beperken. Hoewel niet meerweg te denken uit de Nederlandse bouwpraktijk, is betonkoelingin Engeland nog zeer innovatief. Het tussenvloertje maakte deeluit van de afbouw in het dok. Stekkenbakken (eveneens innova-tief in Engeland) zorgden voor de verankering in de wanden.In de stortnaden tussen vloer en buitenwanden moesten tweezwelbanden en een injectieslang worden toegepast. VoorNederlandse begrippen overdreven, maar door de Engelseontwerper noodzakelijk bevonden, wellicht ingegeven door demindere kwaliteitsbeheersing bij stortnaden die men daargewend is. De slangen zijn later nooit ge?njecteerd, omdat denaden perfect waterdicht bleken.De segmentvoegen werden voorzien van een voegenband. Integenstelling tot andere afzinktunnels, waarbij beton tegen betonwordt gestort, werd hier tussen opeenvolgende tunnelsegmenten13 mm ge?mpregneerd kurkmateriaal in de voegen voorgeschre-3Afzinktunnel New Tyne Crossing 72010 35-70-50-30-101030507016-2-20100:0016-2-20106:0016-2-201012:0016-2-201018:0017-2-20100:000,00,51,01,52,02,53,03,54,04,55,0secondaryend floats30 cm keel clearance above cillcurrent[cm/s]time-70-50-30-101030507016-2-20100:0016-2-20106:0016-2-201012:0016-2-201018:0017-2-20100:000,00,51,01,52,02,53,03,54,04,55,0current velocitywater levelprimaryend floatssecondaryend floats30 cm keel clearance above cillcurrent[cm/s]time3 De vier tunnelelementen werden gebouwd ineen oud scheepsdok in Walker4 Elk tunnelelement werd voorzien van vijfballasttanks5 Lokale waterstanden en stroomsnelheden6 Positionering tunnelelementen en sleepbotenverschil in diepgang. De rivierafvoer op locatie werd voorspelddoor op internet actuele waterstanden van bovenstroomsgelegen meetpunten op te vragen. Ook was er nauw contactmet hydrologen van het Kielder reservoir over debieten diewerden doorgelaten (fig. 5).AfzinkprocedureWanneer de waterstand voldoende hoog was en de stroming inde rivier voldoende laag, werd het tunnelelement uit het dokgesleept door een sleepboot met een capaciteit van circa 40 ton(fig. 6). Aan de achterzijde reguleerde een remlier de snelheid.Wrijfhout en fenders boden bescherming tegen zijdelingsebotsingen. De drijvende kraan Dina-M stond klaar om in gevalvan toenemende stroming door rivierafvoer met zijn lieren hettunnelelement in bedwang te houden, wanneer het dwars in derivier stak. Voor het vastmaken van de draden waren 50-tonsen 100-tons bolders op het tunneldak bevestigd via ingestorteM64-ankers van 800 mm lang.V??r inundatie van het dok werden de vier segmenten van elktunnelelement aan elkaar voorgespannen om de langsmomen-ten in het tunnelelement op te nemen die tijdens transport,afzinken en onderspoelen optreden en in opeenvolgende fasenwisselen in grootte en richting. Tijdens het spannen van devoorspankabels werd door middel van scheurmeters de vernau-wing van de segmentvoegen gemeten. Daarmee kon wordenbevestigd, dat de wrijving van de ondergrond was overwonnendoor de voorspankrachten.Het eerste element, TE1, werd op 3 januari 2010 uitgevaren,gebruikmakend van het springtij van 17:04 u. Alleen bij spring-tij (eens in de veertien dagen) was er gedurende circa twee uurvoldoende hoog water om een tunnelelement met een `keelclearance' van meer dan 0,3 m het dok uit te slepen. Daarbijmoesten alle tanks leeg zijn. Om de diepgang verder te beper-ken, mocht het tunnelelement niet scheef drijven. Tijdens debouw waren alle wapeninghoeveelheden, betonvolumes ensoortelijk gewichten nauwkeurig bijgehouden. Het veel hogerewapeningspercentage in de relatief dunne oost- en tussenwandwas gecompenseerd door in het tunnelelement een strook trim-ballastbeton langs de westwand te storten.Leidend voor de planning waren beschikbare getijdentabellenvoor North Shield. Eigen metingen over langere periode haddenuitgewezen dat de waterstand ter plaatse van het dok niet veelafweek van North Shield. De dagen voorafgaand aan iedereoperatie werd de rivier nauwgezet gevolgd. Vanwege de grotebreedte van de rivier ter plaatse en de kleine afstand tot de Noord-zee, zijn afwijkingen van het getij vooral het gevolg van opstu-wing. Voorspellingen van daaruit voortvloeiende afwijkingen vanhet getij waren circa twee dagen vooruit online beschikbaar.De invloed van de rivierafvoer op de waterstand is verwaar-loosbaar. Wel is deze belangrijk voor de stroomsnelheid en hetzoutgehalte. Bij lage rivierafvoer is er vrijwel geen stroming bijkentering (wanneer het water hoog genoeg is om het tunnelele-ment uit te varen), waardoor het tunnelelement veilig dwars inde rivier kan steken. Het water in de rivier kan veranderen vanvolledig zout bij opkomend tij tot volledig zoet bij afgaand tij incombinatie met hoge rivierafvoer. Voor een drijvend tunnelele-ment kan dat een verschil betekenen van meer dan 0,2 m4567201036themaPunten op de meettoren en toegangsschacht werden continugemeten. In de commandokamer was op een computerscherm tezien hoeveel afstand er in elke richting nog te gaan was tot deeindpositie. Over de portofoon werden instructies gegeven aanlierbedieners en kraanmachinisten. Het tunnelelement kon inlengterichting worden bewogen door middel van twee landlierenmet draden in het verlengde van het tunnelelement. Positione-ring en fixatie in dwarsrichting gebeurde met vier lierpontons.Wanneer het tunnelelement de eindpositie naderde, viel depenconstructie (foto 10) in de vang van het voorgaande tunnel-element. Beide zijn v??r afzinken op het dak van het betref-fende tunnelelement gemonteerd en geleidden het tunnelele-ment naar de juiste positie in dwarsrichting met een nauwkeu-righeid van enkele millimeters ten opzichte van het vorigetunnelelement. Het tunnelelement kwam aanvankelijk via viervijzelpennen op tegelfundaties van 4 x 4,5 x 1 m3te staan die ophet land waren gemaakt en enkele dagen v??r de afzinkoperatieop de bodem zijn neergelaten.Vervolgens werd door middel van een 100-tons trekcilinder hettunnelelement tegen zijn voorganger aan getrokken, waardoorhet gina-profiel enigszins werd ingedrukt. Door het openenvan kleppen in het kopschot, stroomde het water dat zichtussen de kopschotten van beide elementen bevond het tunnel-Met twee sleepboten voor en ??n achter werd het tunnelelementover 3 km naar Howdon versleept (fig. 7), waar het een weeklater werd afgezonken bij dood tij met bijbehorende lage stroom-snelheden. De afmeerconstructie bestond uit stalen palen?1220 mm en drijvende pontons die de optredende getijdenbe-wegingen van bijna 6 m konden volgen (fig. 8). Hier werd hetelement klaargemaakt voor afzinken. Dit behelsde ondermeerhet plaatsen van de toegangsschacht en de meettoren.Het afzinken gebeurde door inlaten van ballastwater viakleppen in de kopschotten. Eenmaal onder water hing hettunnelelement aan de primaire zijde aan de catamaran (tweegrote pontons met daartussen twee dwarsbalken en lieren) enaan de secundaire zijde aan de 300-tons drijvende kraanDina-M. Hoewel een tunnelelement circa 9500 ton woog, hinger slechts 2 x 50 ton aan de catamaran en 100 ton aan de drij-vende kraan, zijnde het verschil tussen massa tunnelelement enopwaartse kracht van het water. Dit kleine verschil (2%) tussentwee immense getallen stelt eisen aan de nauwkeurigheid in deberekening, maar ook tijdens de bouw van de tunnelelementenen de handelingen tijdens afzinken, die voor civieltechnischebegrippen ongekend zijn. Extra voorzichtigheid was gebodenvanwege de zouttong die bij opkomend tij landinwaarts naar deoppervlakte bewoog.7 89Afzinktunnel New Tyne Crossing 72010 377 Sleeproute naar Howden8 Stalen palen van de afmeerconstructie9 De definitieve fundatie werd gevormd doorzandonderspoeling10 De penconstructie van het tunnelelement valtin de vang van het voorgaande tunnelelement11 Sluitvoegpanelen opgetastDe definitieve fundatie werd gevormd door zandonderspoeling(foto 9). Vanaf het land werd zand met water gemengd en metvooraf bepaalde snelheid naar beneden gepompt door een flexi-bele leiding die was aangesloten op een in de tunnelvloer inge-storte pvc-buis. Via deze buis kwam het zandmengsel onder devloer. De dichtheid van het mengsel en stroomsnelheid in deleiding waren zodanig afgestemd, dat de leidingen niet kondenverzanden. Vooraf was door soundings van de baggersleuf voor-speld hoeveel zand er per punt moest worden verpompt. Eentweede stopcriterium waren de vijzelkrachten. Als de ruimteonder de vloer goed gevuld begon te raken, duwde het zandtegen de vloer. Via een draadloze verbinding in de commandoca-bine kon dan worden afgelezen dat de vijzelkrachten afnamen.Ter bevestiging werd een duiker naar beneden gestuurd. Na hetonderspoelen werden de pennen ingetrokken, zodat het tunnel-element volledig op het zandbed kwam te liggen.De sluitvoeg van 1,5 m lang is gebouwd tussen de tunnelelemen-ten TE3 en TE4. Met stalen panelen voorzien van rubberafdich-tingen is deze ruimte rondom afgedicht (foto 11). Vervolgens ishet water uit de afgesloten ruimte verwijderd door het openenvan kleppen in de kopschotten van TE3 en TE4. Om te voorko-men dat door het wegvallen van de waterdruk in de sluitvoeg detunnelelementen zouden verschuiven en de gina-profielen in deelementvoegen ontspannen, is de sluitvoeg ter plaatse van debuitenwanden uitgevuld met stalen wigconstructies en vulplaten,alvorens de voeg rondom af te dichten.AfrondingNa het cre?ren van de doorgang heeft bouwcombinatie VSM inmaart 2010 de tunnel overgedragen aan hoofdaannemer Bouy-gues. Inmiddels is er naast en boven de tunnel aangevuld, zijnde omegaprofielen aangebracht en de zinkvoegen met bijbeho-rende tandverbindingen afgebouwd. Ook het betonwerk in desluitvoeg is uitgevoerd. Het ballastwater is uitgewisseld voor 60cm permanent ballastbeton op de tunnelvloer en de kopschot-ten zijn gesloopt. Het duurt niet lang meer voordat de tweedeafzinktunnel van Engeland in gebruik wordt genomen. element in. Omdat er door de gina slechts beperkt rivierwaterkon toestromen, viel de druk weg, waardoor het tunnelelementdoor de druk op het secundaire kopschot harder tegen zijnvoorganger aan werd gedrukt. Als gevolg werd de gina verdersamengedrukt en volledig waterdicht.Door vanuit het tunnelelement de vijzels te bedienen (uitduwenof innemen van de vijzelpennen), kon het tunnelelement totenkele millimeters nauwkeurig in hoogte worden gepositioneerd.Afwijkingen in dwarsrichting van het secundaire einde werdengecorrigeerd door het zogenoemde `kwispelen'. Daarbij werddoor middel van vijzels het gina-profiel langs ??n wand weer ietsuitgeduwd, waardoor het tunnelelement enigszins roteerde omzijn primaire einde met als gevolg dat het secundaire eindzijwaarts in de gewenste richting bewoog.De vijzels, pennen en fundatietegels zijn berekend op een capa-citeit van 200 ton. Na afzinken werd extra ballastwater ingeno-men ten behoeve van weerstand tegen stroming, overvarendeschepen en fluctuaties in zoutgehalte van het water. Hiervoormoest er 4 x 150 ton op de pennen komen te staan. Er was perpen dus nog 50 ton over om kanteling van het tunnelelementdoor scheepsgolven of stroming tegen te gaan.1011
Reacties