ir.Th.J.F.Smeeleprojectleider van demetro/sneltram Coolhaven-Ommoord-Westte RotterdamMetrobouw in RotterdamDe schalentunnel, een nieuwebouwmethode bij de Rotter-damse metrobouwA. Keuze van de bouwmethodeInleidingDe schalentunnel is een onderdeel van de op dit moment in uitvoeririg zijnde metro/sneltramlijnCoolhaven-Ommoord-West.Om een en ander te plaatsen in het geheel van de Rotterd?mse metrobouw nu eerst aan dehand van de kaart van Rotterdam een korte opfrisser van het geheugen (tig.' 1). In 1959 beslootde Rotterdamse gemeenteraad tot de aanleg van een metro. Daar de Maas de stad in twee ge-deelten verdeelt, bestond de meeste behoefte aan een goede verbinding van beide oevers doormiddel van openbaar vervoer. Begonnen werd dan ook met de aanleg van de noord-zuidlijn tus-sen het Centraal Station en het Zuidplein. Dit gedeelte wer?:t in 1968 in exploitatie genomen, ge-volgd door de uitbreiding naar station Slinge in 1970 en de doortrekking naar Hoogvliet in 1974.Op de rechter'Maasoever en het riviergedeelte werd de metro uitgevoerd als tunnel met behulpvan de zinkmethode; op de linker Maasoever rijdt de metro op een viaduct of een aardebaan._ Bestaande lijn ? __ ? In aanJ.eg zijnde lijn ..... Mogelijke uitbreiqingCement XXX (1978) nr. 7 3052De 's-Gravenweg; pand uit 17283Waar geen ruimte is, wordt deze gemaakt;speciale voorzorgen bij een ruim 100-jarigebeukCement XXX (1978) nr. 7In 1973 werd begonnen met de aanleg van de oost-westiijn op de rechter Maasoever. De lijn isruim 14 km lang en kan globaal gesplitst worden in het grotendeels ondergronds gelegen me-trogedeelte Coolhaven-Capelsebrug en het geheel bovengronds gelegen sneltramgedeelteCapelsebrug-Ommoord-West. Op dit laatste gedeelte wordt het overige verkeer gelijkvloersgekruist, terwijl de stations eenvoudig van karakter zijn.Volgens het vigerende tijdschema wordt het traject Coolhaven-Capelsebrug in 1982 in exploita-tie genomen en het traject Capelsebrug-Ommoord-West in 1983.De kosten van de civieltechnische werken bedragen f 582 miljoen, exclusief BTW, prijsbasismedio 1977.In westelijke en oostelijke richting zijn mogelijke uitbreidingen gepland naar Spijkenisse, Mar-coniplein, Schiedam, Capelle a.d. Ijssel en Zevenkamp.Motivering en beschrijving bouwwijze schalentunnelUit hoofde van zijn karakter zal een metrolijn grotendeels gelegen zijn in een dichtbebouwd endichtbevolkt gebied. Dit houdt in dat de aanleg ervan zal plaatsvinden tussen de mensen en dusmet grote overlast gepaard kan gaan. Met de groeiende milieubewustheid in het algemeen ende bewustheid ten aanzien van de woonomgeving in het bijzonder, groeide bij Gemeentewer-ken Rotterdam reeds in de tweede helft van de zestiger jaren het besef dat ter beperking van deoverlast bij de bouw van een tunnel in een open bouwput geheel nieuwe wegen bewandelddienden te worden. Immers, de toen nog op stapel staande centrum-oostlijn zou grotendeels inden droge worden gebouwd. Tevens zou daardoor de kans om de metro in oost-westrichtingverder uit te bouwen sterk worden vergroot.In dit kader werd direct na het gereedkomen van het eerste metrotrac?, wij schrijven 1968, doorir.Plantema een nieuwe tunnelbouwmethode ge?nitieerd, die de beperking van overlast als uit-gangspunt had: de schalentunnel. De bouwmethode werd in dat vroege stadium reeds in prin-cipe uitgewerkt, zodat erover beschikt kon worden zodra daar behoefte aan zou zijn. En dat washet geval bij de aanleg van de oost-westlijn door Kralingen. Een speciale studiecommissie heefttoen de draad weer opgepakt en de methode ge?nt op de lokale omstandigheden. Het resultaatwordt in deze serie van vier artikelen nader belicht.De plaats van handeling is de 's-Gravenweg, waar op dit moment de ruim 1000 meter lange me-trotunnel tussen de stations Voorschoterlaan en Kralingse Zoom volgens de schalenmethodewordt uitgevoerd.De 's-Gravenweg heeft een specifiek karakter door zijn waardevolle bebouwing en mooiegroenaanleg. Reden waarom voor een tunnelbouwmethode is gekozen die de omgeving - endaarbij tevens de omwonenden - zoveel mogelijk ontziet(fig. 2 en 3). Dit bepaalt de eisen waar-aan de bouwmethode dient te voldoen:a. de mate waarin overlast wordt veroorzaakt dient zo gering mogelijk te zijn;b. de overlast dient in tijd zoveel mogelijk te worden beperkt;c. de uitvoering moet mogelijk zijn zonder b.ouwterrein naast de bouwsleuf.De ontwikkelde bouwmethode voldoet geheel aan de gestelde eisen:ad. a. de beperkihg van de mate van overlastDeze wordt beperkt door de wanden en het dak van de tunnel te prefabriceren, waardoor het be-langrijkste deel van de overlastgevende betonwerkzaamheden naar elders wordt verplaatst.De elementen, 348 in getal, zijn schaalvormig en vormen elk drie meter wanden en dak. De diktebedraagt 350 mm en het gewicht 37 ton. De elementen worden -op voorstel van de'aannemer-3064Overzichtproduktieterrein te Kats5De bouwtrein_ voortganglrichttng bouwtrein _Cement XXX (1978) nr. 71..lew.._kGppen InIIlIftbtkisting .........tDrten.vervaardigd te Kats in Zeeland, op hetzelfde terrein waar destijds de elementen voor de Zee-landbrug zijn vervaardigd (fig. 4). Na transport per schip naar Rotterdam en per as naar hetbouwterrein volgt het monteren van de elementen in de sleuf.Door deze werkwijze worden bekisten, vlechten, betonstorten, verdichten en ontkisten vanwanden en dak- met de daarbij behorende vele transporten - vervangen dooreen veel geringeraantal op zichzelf eenvoudige transporten en handelingen.ad. b. de beperking in tijd van de overlastOm dit onderwerp te behandelen voeren we het begrip 'bouwtrein' in, waaronder we dan ver-staan de aaneengeschakelde bouwactiviteiten (fig. 5 en 6). Als voornaamste noemen we:damwand heien, palen heien, bemaling aanbrengen, in fasen ontgraven en stempelen, vloerstorten, schalen monteren, voegen maken, aanvullen en damwand trekken.De tijdsduur van de overlast wordt op twee manieren beperkt. De schalenmethode maakt eenuitgekiende organisatie mogelijk waardoor de zeer hoge snelheid van de bouwtrein van 30 m'per week gehaald kan worden. Daarnaast kan door deze organisatie de bouwtreinlengte be-perkt blijven tot ruim 500 meter. Een en ander houdt in dat de re?le bouwtijd van de 1000 meterlange tunnel beperkt blijft tot ca. ??n jaar, terwijl de passagetijd van de bouwtrein per punt mini-maal is, namelijk ca. 4 maanden.I! UUlk -- *~ lilllliiJ,.._-*kr~- ? drmwond t...w.nI,_I''''''' j3076Bouwtr~in van aaneengeschakelde bouwac-tiviteiten7AI het materieel is opgesteld boven debouwsleut8Bouw- c.q. ventweg langs de bouwsleut9De geluidmantel die bij het heien in Rotter-dam wordt toegepastCement XXX (1978) nr. 7In dit verband is het belangrijk op ie merken dat de schalenmethode weinig vorstgevoelig is,waardoor een grote zekerheid verkregen wordt ten aanzien van het behalen van het hoge bouw-tempo. Enerzijds kan de aanvoer van schalen veilig worden gesteld door fabriekmatige fabri-.cage en voorraadvorming. Anderzijds kunnen de meest weersgevoelige handelingen in de sleuf- vloerenfabricage en het maken van de voegen - op eenvoudige wijze worden afgeschermd.,ad. c. de beperking van het bouwterrein .Dit wordt bereikt door al het bouwmaterieel op traversen boven de sleuf te plaatsen (tig. 7). Ditgeldt ook voor de zware kraan die de elementen plaatst. Hierdoor zijn slechts aan- en afvoerwe-gen nodig, die tevens gebruikt worden door het plaatselijk verkeer (tig. 8) .Vooruitlopend op de eigenlijke tunnelbouwwerkzaamheden dienen de bestrating te worden op-genomen en de kabels en de leidingen te worden omgelegd. Na het trekken van de damwandwordt een en ander weer hersteld. In verband met het uitgangspunt, de overlast tot een mini-mum te beperken, is het van het grootste belang dat deze werkzaamheden zo dicht mogelijkaansluiten aan de voor- en achterzijde van de eerder genoemde bouwtrein.Ten aanzien van de geluidoverlast kan nog het volgende worden opgemerkt. De maximaal toe-gestane geluidproduktie van het toegepaste materieel is voorgeschreven in het bestek. De hei-werken worden zoals gebruikelijk bij de Rotterdamse metrobouw in dichtbebouwd gebied, uit-gevoerd met de inmiddels bekende geluidmantels (tig. 9). De toepassing van dergelijke mantelszien wij als een voorwaarde voor heiwerken in een dichtbevolkt gebied. Het is dan ook teleurstel-lend dat door het ontbreken van voorschriften de toepassing tot nu toe beperkt bleef tot de me-trobouw in Rotterdam.30810Overslag van de schalen van schip naarwegtransportfoto's: Gemeentewerken Rotterdam, CentraleFoto-micro Afdelingir.A.M.MeskersGemeentewerken Rotterdam,Ing.bureau Constructie en ResearchCement XXX (1978) nr. 7KostenDe bouwkosten van de schalentunnel zijn gelijk aan die van een geheel ter plaatse gestorte tun-nel, uiteraard onder dezelfde omstandigheden en met dezelfde uitgangspunten. De kosten be-dragen ca. f 18500 per m' tunnel, exclusief de kosten van bestratingen, kabels en leidingen,groen, geluidmaatregelen in de tunnel, honorarium en BTW.Op de 's-Gravenweg is de schalentunnel toegepast vanwege de omwonenden, en de waarde-volle bebouwing en begroeiing. Het zal na het voorafgaande duidelijk zijn dat deze bouwme-thode uitermate geschikt is voor het geval gebrek aan ruimte gepaard gaat met een florerendewinkelstand. Ik doel hiermede op de Schiedamseweg, onderdeel van de mogelijke doortrekkingvan de metrolijn in westelijke richting.B. Constructieve aspecten van de schalentunnelInleidingVoor het ontwerp en de uitvoering van de metrotunnel vanaf het station Voorschoterlaan tot hetstation Kralingse Zoom is gekozen voor een bijzondere conceptie. Het waarom en hoe is be-schreven door ir.Smeeie. In deze bijdrage zal nader worden ingegaan op de constructieve as-pecten van deze conceptie. Deze wordt in hoofdzaak gekenmerkt door het feit dat de vloer vande tunnel op de gebruikelijke wijze ter plaatse wordt gestort, terwijl de wanden en het dak eldersworden geprefabriceerd. Deze elementen, schalen genoemd, worden op de vloer gesteldwaarna schalen en vloer tot een gesloten doorsnede worden samengesteld.? De doorsnede moet in staat zijn de belastingen te dragen uit eigen gewicht, de metrorijtuigen,grond en water en een bovenbelasting, bij voorbeeld ten" gevolge van een verkeersbelasting.? De tunnel moet waterdicht worden uitgevoerd, wat eisen stelt aan de horizontale voeg tussen deschalen en de vloer en de verticale voegen tussen de schalen onderling.? De vormgeving van de schalen en de voegen dient zodanig te zijn dat deze passen in de voor deonderhavige uitvoeringswijze gekozen voortgangssnelheid van 30 m tunnel per week, te reali-seren in een beperkte bouwtreinlengte van ca. 500 m. Onder bouwtrein wordt verstaan de aan-eenschakeling van activiteiten vanaf het heien van de damwand voor de bouwsleuf tot aan hettrekken van deze damwand na realisatie van de tunnel.? De tunnel moet vanwege het ruimtegebrek ter plaatse worden gerealiseerd in een afgeheidebouwsleuf van minimale afmetingen.DwarsdoorsnedeDe methode van prefabricage van wanden en dak laten een doorsnede toe die afwijkend kanzijn van de gebruikelijke doorsnede voor een conventionele tunnel. De ideale vorm zou eenboogvorm zijn waarbij onder invloed van een symmetrische belasting, wat onder normale om-standigheden hier het geval is, de buigende momenten tot een minimum worden gereduceerd.Bepalend voor de dwarsdoorsnede is tevens het vereiste profiel van vrije ruimte voor de metro-rijtuigen, de eis dat normaliter op de tunnel een gronddekking van minimaal 1,75 m aanwezigmoet zijn voor het onderbrengen van de kabels, leidingen en buizen en de eis dat de benotligde3091Dwarsdoorsnede schalentunnel2Perspectieftekening schalentunnelCement XXX (1978) nr. 7118488900...bouwsleuf qua afmetingen voor wat betreft breedte en diepte minimaal moet zijn. Op grond vandeze eisen is gekozen voor een afgeplatte boogvorm met een dikte van wanden en dak van350 mm (fig."1).De fundering bestaat uit geprefabriceerde voorgespannen betonpalen van 380 x 450 mm meteen grensdraagvermogen van 2100 kNo In de normale belastingsituatie en rekening houdendmet een lage grondwaterstand van 1,10 m onder het maaiveld, bedraagt de paalbelasting ca.1000 kN; wanneer de grondwaterstand onder invloed van een bemaling verlaagd wordt tot deonderkant van de. vloer, bedraagt de paalbelasting ca. 1500 kNoDe palen worden geheid onder toepassing van een geluidmantel. Ten gevolge hiervan moet deminimale afstand van hart paal tot binnenkant damwand 1,50 m bedragen. Vanwege deze eisen gegeven de minimale bouwsleufbreedte staan de palen niet centrisch onder de wanden. Hetgevolg is een iets hoger maximaal negatief veldmomerit in de vloer.De vloerdikte bedraagt 750 mm met wapeningspercentages van 0,4% voor het maximale nega-tieve moment en 0,3% voor het maximale positieve moment.De schalen zijn uitgewerkt met een staafwerkenprogramma waarbij de schalen aan de voetscharnierend en ingeklemd zijn aangenomen. Op basis hiervan zijn maximale momentlijnen endwarskrachtenlijnen vastgesteld. Voor het maximale positieve moment is een wapeningsper-centage van 0,8% en voor het maximale negatieve moment is een wapeningspercentage van0,63% vereist.Door het overschrijden van de toelaatbare schuifspanning is dwarskrachtwapening vereist nabijde overgang van het horizontale gedeelte naar de eerste schuine tak. Hiertoe is een gedeeltevan de veldwapening opgebogen.LangsdoorsnedeDe totale lengte van de tunnel bedraagt ca. 1000 m.De afstand tussen de door de vloer en de schalen doorgaande dilatatievoegen bedraagt 30 m(fig. 2). Deze lengte is het dubbele van wat doorgaans gebruikelijk is voor conventionele, terplaatse gestorte tunnels en werd mede bepaald door de gekozen voortgangssnelheid van 30 mtunnel per week. Omdat in dit geval de vloer ter plaatse wordt gestort en de wanden en het dakworden geprefabriceerd, is deze afstand tussen de dilatatievoegen aanvaardbaar.De voegen tussen de schalen zijn uitgevoerd als constructieve voegen, waardoor het samenstelvan vloeren schalen is te beschouwen als een doorgaande ligger op verende ondersteuningen,namelijk de palen. Door een lichte conc~ntratie van de palen ter plaatse van de dilatatievoegentreedt in de ligger altijd een positief moment op met druk in de bovenregel van de schaal. Voor debovenbelasting is aangehouden een verkeersbelasting klasse 60 volgens de VOSB.VoegenZoals reeds is gesteld, moet de tunnel waterdicht worden uitgevoerd, wat in dit geval wil zeggendat de voegen bestand moeten zijn tegen een waterdruk van 12 m waterkolom. Hierbij is een1,5-voudige zekerheid in acht genomen.De uitvoering van de voegen moet ingepast kunnen worden in een voortgangssnelheid van30 m tunnel per week, te realiseren in een beperkte bouwtreinlengte. Bovendien moeten devoegen een voldoende duurzaamheid bezitten en bestand zijn tegen brand en mechanischebeschadiging.In de schalentunnel kan een drietal voegen worden onderscheiden:? de horizontale voegen tussen de vloer en de schalen;? de verticale voegen tussen de schalen onderling;"IJ'" ' ? de dilatatievoegen die doorgaand zijn door de vloer en de schalen en om de 30 m voorkomen.In het volgende zal nader op de vormgeving van deze voegen en de te gebruiken materialenworden ingegaan.3103Horizontale voeg4Het aangieten van de horizontale wegCement XXX (1978) nr. 735Horizontale voegDeze voeg is uitgevoerd als een starre voeg, zodanig dat momenten, dwarskrachten en langs-krachten kunnen worden opgenomen.De geprefabriceerde schalen worden in de gootvormige constructie van de vloer geplaatst. Na-dat alle schalen voor een tunnelmoot zijn geplaatst, wordt de voeg met een ontwikkelde lengtevan ? 100 cm en een breedte van 5 cm aangegoten (fig. 3). Hiervoor kan een grout of een giet-mortel worden gebruikt.Om een keuze uit de twee genoemde materialen te kunnen maken zijn door Gemeentewerkeneen aantal proeven verricht om de materialen te testen op waterindringing, verwerkbaarheid enwaterdichtheid van de voeg. Van beide materialen zijn kubussen gemaakt waarop waterindrin-gingsproeven werden verricht.Vervolgens zijn kubusmallen voor de helft gevuld met beton en na verharding hiervan voor derest gevuld met grout of gietmortel. De stortvlakken zijn eveneens beproefd op waterindringing.De beproeving op waterindringing had voor beide materialen een gunstig resultaat.Daarna zijn de materialen grout en gietmortel toegepast in een voeg op ware grootte en be-proefd op verwerkbaarheid en waterdichtheid van de voeg. De samenstelling van de grout was:? 50 kg Portlandcement klasse A;? 87,5 kg zand;? 1% tricosal (betrokken op het cementgewicht) als plastificeerder.De hoeveelheid water werd bepaald door de verwerkbaarheid, die zodanig moest zijn dat devoeg vanaf ??n zijde gevuld kan worden en de grout aan de andere zijde voldoende opstijgt,waarbij geen luchtopsluitingen mogen voorkomen. In de proefnemingen varieerde de water-cementfactor tussen de 0,6 en de 0,65.Van de vijf proefstukken bleken twee exemplaren een waterkolom van 20 m te kunnen keren,maar de overige exemplaren vertoonden bij 5 m waterkolom een blijvend? lekkage.De grondstoffen voor de gietmortels zijn betrokken van de fabrikant. Ze zijn samengesteld opeen cementbasis waarbij onder meer een plastificeerder is toegevoegd om bij een minimalehoeveelheid aanmaakwater toch een goede vloeimaat te verkrijgen. Bovendien is een zweImid-del toegevoegd om de krimpverkortingen te nivelleren. De zwelling van het materiaal onder in-vloed hiervan isca. 0,3%.De drie beproefde voegen op ware grootte bleken een waterdruk van 20 m waterkolom te kun-nen weerstaan.Ondanks de hoge kosten van de gietmortel ten opzichte van de grout is op grond van de beproe-vingsresuitaten gekozen voor de gietmortel.Ter verbetering van de kwaliteit van de voeg wqrden de voet van de schaal en de binnenzijdevan de gootconstructie ontdaan van de cementhuid. Dit gebeurt door de bekisting voor het stor-ten te bestrijken met een vertrager. Na het ontkisten kan de dan nog zachte cementhuid met eenkrachtige waterstraal worden verwijderd. De schalen worden gesteld met behulp van oplegstoe-Ien die aan de binnenzijde aan de schaal worden vastgebout en die komen te rusten op de op-staande rand van de goot. De gehele voeg is nu vrij en kan probleemloos en zonder het optredenvan luchtinsluitingen worden onderspoeld. De voeglengte van 30 m wordt in ??n arbeidsgangvan de binnenzijde uit onderspoeld (fig. 4).Verticale voegen tussen de schalen.Door Gemeentewerken zijn in het ontwerpstadium een aantal voegoplossingen uitgewerkt enzo nodig beproefd. Uitgangspunten voor het ontwerp en de beoordeling waren:? de vereiste waterdichtheid van de voeg bij een waterdruk van 12 m waterkolom;? duurzaamheid van de constructie;? bestendigheid tegen brand en mechanische beschadiging;? eenvoud van de constructie, passend in een voortgangssnelheid van 30 m per week met eenbeperkte bouwtreinlengte.De onderzochte voegconstructies kunnen worden onderscheiden in flexibele en starre voegen.Bij de eerstgenoemde moeten de verplaatsingen en hoekverdraaiingen tussen de schalen on-3115Verticale voegCement XXX (1978) nr. 7derling vrij kunnen optreden. De starre voegen moeten momenten, normaalkrachten en dwars-krachten kunnen overbrengen.Voor wat betreft de flexibele voegen zijn een drietal varianten overwogen:a. Een voegconstructie waarbij tussen de kopvlakken van de schalen tijdens het plaatsen eenmassief rubber profiel wordt geklemd. De contactdruk tussen beton en rubber moet voldoendezijn om blijvend een waterdichtheid te garanderen.b. Een voegconstructie waarbij tussen de kopvlakken van de schalen na het plaatsen een hol rub-ber profiel wordt aangebracht. Daarna wordt dit profiel ge?njecteerd met bij voorbeeld een groutof volgeschuimd met een polyurethaan dat na uitharding elastisch blijft; ook hier moet tussenbeton en rubber blijvend een contactdruk aanwezig zijn.c. Als derde variant is overwogen de voeg tussen de schalen, die slechts enkele centimeters zoubedragen, na het plaatsen van de schalen te vullen met een kunstharscompound die na uithar-ding elastisch blijft. De waterdichtheid moet worden verkregen door de aanhechting van dekunsthars aan het beton.Uiteraard geldt voor deze voegen dat niet alleen de voeg zelf waterdicht moet zijn, maar dat ookeen waterdichte aansluiting met de horizontale voeg gerealiseerd moet worden. Bovendienmoet rekening worden gehouden met maattoleranties bij de fabricage van de schalen, maatto-leranties tijdens het stellen en vervormingen die nog op kunnen treden ten gevolge van krimp,temperatuurinvloeden en zettingsverschillen in de fundering.Beproeven van bovenomschreven voegen en overwegingen met betrekking tot de duurzaam-heid, bescherming tegen brand en mechanische beschadiging en uitvoeringstechnische aspec-ten hebben niet geleid tot een aanvaardbare oplossing.Daarna is de toepasbaarheid van een half flexibele voeg onderzocht. De kopkanten van deschaal zouden daarbij als 'hol en dol' worden uitgevoerd (om dwarskrachten te kunnen over-brengen). De kleine voeg tussen de schalen onderling zou ge?njecteerd worden met een grout.Onder invloed van krimp en temperatuur en ten gevolge van hoekverdraaiingen kan in de voegeen spleet ontstaan waardoorwater naar binnen kan treden. Ten aanzien van de waterdichtheidmoeten derhalve aanvullende voorzieningen worden getroffen. Gedacht werd hierbij aan hetafplakken van de voegen.Daar waar tunnels worden bekleed ten behoeve van de waterdichtheid gebeurt dit doorgaansdoor middel van membranen die het gehele tunnelprofiel omsluiten. Be?indigingen en/of aan-sluitingen worden uitgevoerd met klemstroken. Door Gemeentewerken Rotterdam zijn proevengedaan met betrekking tot de aanhechting van plakstroken aan relatief jong beton. Hieruit bleekdat de aanhechting onvoldoende was om de vereiste waterdichtheid te verzekeren. Het met eengesloten membraan bekleden van de tunnel is niet in overweging genomen.Nadat de in het voorgaande beschreven voegconstructies niet toepasbaar bleken, is de volledigstarre voeg onderzocht (tig. 5). De voeg tussen de schalen wordt gevuld met ter plaatse gestortbeton. In de voeg is een doorgaande wapening aanwezig, bestaande uit elkaar overlappendestekwapening. De stekken zijn uitgevoerd.in verzinkte wapening 01 0-1 0, kwaliteit FeB 400. Destortvlakken van de schalen zijn ontdaan van de cementhuid. De stortnaden worden niet afge-plakt. .40De schalen worden aan ??n zijde uitgevoerd met een tandconstructie die als binnenbekistingvoor de voeg fungeert. De buitenbekisting kan een eenvoudige prefab-bekisting zijn die tegende schaal wordt geklemd door een stempeling tussen damwand en bekisting.Bovenomschreven voeg is in combinatie met de horizontale voeg op ware grootte beproefd metgoed resultaat.Het aantal voegen wordt bepaald door de lengte van de schalen, die bepaald is op 3 meter, opgrond van de volgende overwegingen:? Het gewicht van de schalen dient zodanig te zijn dat ze met gangbare apparatuur opgepakt envervoerd kunnen worden. Gegeven de schaaldikte van 350 mm en de uitvoering in normaal be-ton leidt een lengte van 3 m tot een gewicht per schaal van 37 ton.? Het transport naar de bouwsleuf moet zo mogelijk in normale uren kunnen plaatsvinden. Hetrechtstandig transport van schalen van 3 m kan, zij het met pOlitiebegeleiding, in normale uren,uitgezonderd de spitsuren, plaatsvinden.? De stempelafstand van het bovenstempelraam van de bouwsleuf bedraagt 6 m. Door het toe-passen van schalen met een lengte van 3 m behoeven tijdens het plaatsen van de schalen geenstempels te worden overgenomen.3126Dilatatievoeg7Vlechten van de wapening in de dilatatievoegir.E.HorvatGemeentewerken Rotterdam,afdeling GrondmechanicaCement XXX (1978) nr. 737 40DilatatievoegDeze voeg wordt uitgevoerd met het gebruikelijke voegbandprofiel met bandstaal met een to-tale breedte van 400 mm (fig. 6). Het voegband wordt ingestort in de vloer. Van het plaatsen vande schaal bij de voeg wordt het voegband door ter plaatse aangebrachte lassen eindloos ge-maakt, waarna het voegband wordt opgenomen in de ter plaatse te storten voeg. Door de bo-venomschreven keuze van de voegen kan de vormgeving van alle schalen identiek zijn.Betontechnologische aspectenDe kwaliteit van het betonmengsel moet voldoen aan de kwaliteit B 22,5, met dien verstande datvoldoende sterkte aanwezig moet zijn wanneer de schaal wordt ontkist en vervoerd naar het op-slagterrein. Gekozen is voor een mengsel met 300 kg hoogovencement klasse B waaraan 20 kgtras is toegevoegd om te voldoen aan de eis van voldoende fijn materiaal. De water-cementfac-tor is beperkt tot O,S. Voor een versnelde verharding in verband met de cyclustijd van de bekis-ting wordt zonodig gestort met verwarmd aanmaakwater en worden eisen gesteld aan de omge-vingstemperatuur van de bekisting tijdens het verharden. Een optimale verdichting van het be-ton wordt bereikt door het toepassen van bekistingstrillers. Het toevoegen van een plastificeer-der ten behoeve van de verwerkbaarheid is niet noodzakelijk.Voor de ter plaatse gestorte voegen wordt in principe hetzelfde betonmengsel gekozen. Tenbehoeve van de verwerkbaarheid moet aan de specie nu echter wel een plastificeerder wordentoegevoegd waardoor de zetmaat wordt verhoogd tot ca. 100 mmoC. Grondmechanische aspectenInleidingGezien het feit dat nog niet zo lang geleden verslag werd uitgebracht over de geotechnische as-pecten bij de aanleg van de metro in Rotterdam (zie Cement nr. 10/1977), wordt dit artikel be-perkt tot het in het kort bespreken van een viertalgrondmechanische aspecten van het onder-havige werk, waarvan drie direct in verband staan met de bijzondere uitvoeringswijze (schalen-tunnel).PaalfunderingBij de fundering van de schalentunnel worden aan beide kanten van de dilatatievoeg extra palenbijgezet ten einde te voorkomen dat er door zettingsverschil van de palen ter plaatse van de ove-rige voegen excessieve trekspanningen optreden.De palen worden normaal berekend op een grensdraagvermogen van 2100 kN, rekening hou-dend met een nuttige belasting die afhankelijk van de omstandigheden tussen de 1050 en1600 kN varieert (normaal ca. 1250 kN). Uit statistische verwerking van de resultaten van diep-sonderingen en kalenderingen blijkt, dat men (wat het draagvermogen en de belasting-defor-matiekarakteristiek aangaat) met een spreiding van 10% naar beneden en 30% naar boven re-kening moet houden (fig. 1). Deze verschillen in belasting-deformatiekarakter worden over hetalgemeen gec?rrigeerd door de interactie fundering-constructie, wat bij de schalentunnel in ex-cessieve trekspanningen ter plaatse van de voegen zou kunnen resulteren.Door het met ca. 50 % verhogen van het draagvermogen van de fundering aan de twee uiteindenvan de uit schalen samengestelde 'ligger', zullen de schalen onder de gegeven omstandighe-den aan de bovenkant altijd tegen elkaar aangedrukt zijn (fig. 2).313paal belasting in tt. - - - -203040zetting in1Belasting-deformatiekarakter van de funde-ringspalen met de uit de statistische analysebepaalde mogelijke spreiding11111111111111 Cf3Randvoorwaarden bij het analyseren van dehorizontale stabiliteit van de schaalconstructie4Invloed bovenbelasting (110 kN/m2) op deverticale grondspanningCement XXX (1978) nr. 7PN2Paalfundering van de uit schalen samenge-stelde tunnelbuisHorizontale stabiliteit schaalconstructieEen andere omstandigheid die tot excessieve spanningen in de voegen zou kunnen leiden, ishet geval van de asymmetrische bovenbelasting, zeker die met plaatselijk, tijdelijk of variabelkarakter.Daar de sterkte en het karakter van de onderhavige constructie horizontale deformaties van en-kele millimeters zonder beperkingen toelaat, is een asymmetrische bovenbelasting van45 kN/m2 zonder beperkingen toelaatbaar(fig. 3). Dit betekent dat een (asymmetrische) opho-ging van 2,5 m zand of een 2 m diepe ontgraving zonder voorwaarden toelaatbaar is. Bij hogereasymmetrische belastingen, die mogelijk toelaatbaar zijn, zullen de consequenties per gevalmoeten worden bekeken.;passievezijde............................Xp = 0.9" ,,~a=04actieve---~10----r---_...LO-----'5r----l?O-- zijdeDEFORMATIE IN mm.Conclusie: bij een onzekerheidsfactor van 1,3is C. = 4.5 tI. Int.,. toelaatbaarDamwandenBij de prefab-schaal bouwmethode moet in een bepaalde fase van de uitvoering met een bo-venbelasting van 110 kN/m2 naast de bouwsleuf (werkend over een oppervlakte 1 m breed,twee maal 4,5 m lang, 1 m vanaf de damwand) rekening worden gehouden als gevolg van hettransport en het plaatsen van de schalen. De consequenties van deze relatief hoge bovenbelas-ting blijven beperkt tot een geringe verzwaring van de bovenstempels en de bovengording, mitsmet de spreiding van de bovenbelasting en de beperkte invloed hiervan op de pori?nwaterdruk-ken (fig. 4) rekening wordt gehouden.De damwanden worden behalve op hun kerende functie eveneens berekend op een verticalebelasting als gevolg van de op de damwanden rijdende kraan. Uit de resultaten van de bereke-ningen bleek, dat het draagvermogen van de damwand zoals die nodig was voor de kerendefunctie, ruimschoots voldoende is voor de 300 kN verticale bovenbelasting (puntlast). De zet-tingen bij het aanbrengen van de belasting vari?ren tussen 2 en 8 mm (meestal tussen 2 en 5mm), zoals uit metingen blijkt(fig. 5). De invloed van deze verticale belasting op de momenten isverwaarloosbaar, gezien de geringe deformatie van de damwanden.Verticale stabiliteit bouwsleufDe opbouw van de ondergrond langs het onderhavige trac?gedeelte is zeer heterogeen, waar-3145Belasting-deformatiegedrag van de dam-wand, verticaal belast door de kraan6Lengte- en dwarsdoorsneden ten behoevevan de analyse van de verticale stabiliteit vande bouwsleufAOPGEBRACHTE GRONO20 40?f----+----f_'belasting (tt/m') - - - - - - 1..._50 60L 24m.v. =1.50m-N.A.P.ontgraving =9.00m-NAP.zand =15.00m- NAP.= 20.50n?N.AP.door de maatregelen ten behoeve van de verticale stabiliteit binnen korte afstanden sterk wisse-len (fig. 6).Bij doorsnede 0 bestaan de maatregelen uit een aangepaste bemaling, waarbij door het toe-passen van een relatief groot aantal lage capaciteit bronnen (vacuumdrainage met filters op 5 mh.o.h.) binnen de damwandsleuf de potentiaalverlaging (6,5 m- NAP binnen de damwandsleuf)langs de sleuf niet dieper reikt dan de to~laatbaar geachte 6 m - NAP (fig. 7).Bij doorsnede C wordt alleen in de tussenzandlaag gemalen, maar door de beperkte dikte vande kleilaag onder de bouwputbodem bestaat de mogelijkheid dat de potentiaalverlaging tot hetniveau van de bouwputbodem, namelijk tot 9 m - NAP, moet reiken. Bij het dimensioneren vande bemaling werd rekening gehouden met een eventuele lekkage door de diepe kleilaag en/ofdoor de damwand.Bij de doorsneden A en B werd, mede in verband met de directe nabijheid van kwalitatief vrijslechte bebouwing, een injectielaag aangebracht. De bronnen tussen de injectielaag en de klei-8 o .________ "-'"Cllvld-----------+-----~~~-~----4-----------_+-~-----_t'~I-~-~-~~======~~~=9"oo-! c/ I I _';00 { . ?r-~_=-~~iRi;0~,.T=P=====~:.r=~=-~?~-~--0' ;.~w==--I--===---=-=---::r--;-::::::::::::-=----_-:--==--=-.--t.",arA B C 02050/.", :.,,;: tJz~~~~[~..!~.,:-s.._ : i .,.,_""-"'~;--..'~_..;.~;;,......~doorsnede ACement XXX (1978) nr. 7 315-N.A.P.f.doorsnede D7Invloed aangepaste bemaling op de omge~vinging.A.J.Bruynj?Bedrijfsdirecteur Stevin Bouw,Van Hatlum & Blankevoort BV,BeverwijkCement XXX (1978) nr. 7laag werken als ontlastbronnen, terwijl bij eventuele lekkage door de injectielaag of de dam-wand het lekwater met deze bronnen wordt weggepompt.Als gevolg van de bemaling bij de doorsneden C en 0 wordt de stijghoogte van het grondwater inde nabijheid van de bouwsleuf verlaagd, zoals op de isohypsenkaart (fig.? 7) staat aangegeven.De verlaging van de stijghoogte van het grondwater in het diepe zand reikt ter plaatse van debebouwing niet dieper dan vroeger reeds het geval was (ca. 6 m - NAP), waardoor de conse-quenties van de bemaling op de bebouwing alleszins aanvaardbaar zijn. Sinds de aanvang vande aanleg van de lijn Coolhaven-Ommoord-West werd er bemaling toegepast over een totalesleuflengte van 2035 m (over 10 trac?gedeelten) met een gemiddelde bemalingsduur van 10maanden per trac?gedeelte. De gevolgen van deze bemaling werden gevolgd met behulp vanwaterspanningsmeters, waarnemingsfilters en 810 meetpunten, aangebracht in ca. 200 kwali-tatief overwegend slechte panden. De ervaringen en de meetresultaten van de afgelopen driejaar bevestigen dat het bemalen volgens het principe 'niet dieper en niet langer malen dan reedseerder het geval was' technisch verantwoord is.Een goede beoordeling van de situatie en de consequenties, alsmede het rekening houden meteventualiteiten is? hierbij uiteraard zeer essentieel.D. Uitvoering schalentunnelInleidingVoor de aannemer van het werk tunnel 's-Gravenweg, Van Hattum & Blankevoort BV, was eenvan de vragen die moest worden beantwoord, w??r de tunnelelementen te prefabriceren. In hetbestek was de oplossing gegeven de schalen in Rotterdam zelf te prefabriceren, hoewel dit nietbindend was voorgeschreven zodat elders prefabriceren ook mogelijk was.Het meest voor de hand liggend was het elders prefabriceren van de schalen, namelijk bij de be-tonfabriek van de Combinatie Oosterschelde te Kats. Hier zijn door Van Hattum & Blankevoortal veel grote elementen gemaakt, zoals bij voorbeeld voor de Oosterscheldebrug, de brug overde Brielse Maas, het Kleinpolderplein en het Terbregseplein. Vooral de laatste twee werkenhebben de nodige ervaring opgeleverd voor wat betreft het transport en de overslag van zwareelementen van Kats naar Rotterdam.316Fabrieksterrein te Kats2De schaalelementen in opslag bij de fabriekte KatsCement XXX (1978) nr. 7De voornaamste voordelen om de schalen in Kats te prefabriceren, zijn:? de aanwezigheid van een compleet geoutilleerde fabriek met ervaren technisch personeel;? de beschikbaarheid van technische know-how op het gebied van zware elementen;? de grote opslagmogelijkheid;? de capaciteit om te laden op pontons.Een nadeel vormt de lange transportweg en de extra overslag.Indien de elementen in Rotterdam zouden worden gemaakt, diende een volledige fabriek teworden opgezet, waarbij het toegewezen terrein te klein was om een buffervoorraad te forme-ren.Omdat het elders prefabriceren van de schalen de opdrachtgever een besparing van f 100 000zou opleveren, werd besloten om de schalen in Kats te maken.De complete aanneemsom van het werk met in Rotterdam vervaardigde schalen bedroegf 14600000 (excl. BTW) en met in Kats gemaakte schalen f 14620000.PrefabricageVooral de aanwezige capaciteit aan personeel en materieel zorgden ervoor dat vrij snel met deproduktie kon worden begonnen.In totaal moeten 348 schalen worden gemaakt, onderverdeeld in drie typen, namelijk 277 stukstype 'A', 37 stuks type 'B' en 34 stuks type 'C'. Deze typen verschillen van elkaar in afmeting engewicht.Er worden twee elementen per dag gemaakt, wat een bestekeis is in verband met de produk-tiesnelheid van 30 m tunnel per week.De elementen worden gemaakt in een hal waarvan het dak kan worden verwijderd. Voor de pro-duktie van twee elementen per dag zijn zes bekistingen gemaakt. Deze bestaan uit stalen fra-mes die bekleed zijn met baddinghout en bekistingsplaten. De prijs van de zes houten bekistin-gen ligtop hetzelfde niveau als die van twee complete stalen kisten. Er is voor het zestal houtenbekistingen gekozen ten einde een cyclustijd van drie dagen per kist te krijgen, zodat de elemen-ten pas na twee en een halve dag verharding behoeven te worden gehesen. De op dat momentvereiste sterkte van 18 N/mm2 wordt bereikt door de betonspecie een temperatuur te geven van15?C, terwijl ook de temperatuur in de hal op 15?C wordt gehouden.Zou er met twee stalen kisten worden gewerkt, dan dienen de elementen al na 16 uur te wordengehesen. Om dan de vereiste sterkte te bereiken, zouden de elementen flink gestoomd moetenworden.3173Schaa/e/ement in de kante/stoel4Het laden van de schaa/e/ementen op eenponton5Overs/ag in Rotterdam met behulp van eendrijvende bokCement XXX (1978) nr. 7Een bijbehorende bestekseis was dat de elementen nog enkele dagen in een geconditioneerderuimte geplaatst dienen te worden, zodat ze slechts langzaam afkoelen. Een groot gevaar vanstomen zou nu namelijk bij te snelle afkoeling opduiken in de vorm van scheurvorming, waar-door de elementen niet meer waterdicht zouden zijn.Aan de zijkant van ieder element bevindt zich een 30 cm lange, dunne neus, die in het werkdienst doet als binnenbekisting voor de voeg tussen twee elementen. Door nu de elementen ophun kant te storten, komt dit neusje aan de onderzijde waardoor de vorm hiervoor in de bodem-bekisting kan worden verwerkt. Op deze manier is tevens een goede verdichting van het neusjemogelijk. Consequentie van deze produktiewijze is wel dat de elementen na enkele weken moe-ten wdrden gekanteld.Op de produktieplaats wordt 's morgens eerst hetvorige element uit de kist getild. Vervolgenswordt de kist schoongemaakt en geolied. Daarna wordt de in een vlechtmal geprefabriceerdewapeningskorf in de bekisting geplaatst en wordt de kist gesloten. De centering wordt onder enboven het element aangebracht omdat in verband met de waterdichtheid niet door het betonmag worden gecenterd. Daarna wordt het element gestort en verdicht door middel van trilmoto-ren aan de wandbekisting. Na twee en een halve dag wordt het element ontkist. Met behulp vaneen 300-tons traverse met een speciaal hijsframe wordt het element uit de bekisting gehesen enin opslag geplaatst.Na enkele weken wordt het element met dezelfde hijsframe in de kantelstoel geplaatst en ge-kanteld in de juiste positie. Met behulp van een zogenaamde C-haak wordt het element vanuitde kantelstoel wederom in opslag geplaatst en als het moment daar is op een ponton geladen.3186Met behulp van de kraan op de damwandenworden de schaalelementen in het werk ge-bracht7-8Twee opnamen tijdens de uitvoering van deschalentunnelCement XXX (1978) nr. 7TransportE?n keer per week wordt een ponton met tien elementen met behulp van een sleepboot naarRotterdam gevaren. Op het ponton is een speciale hulpconstructie aangebracht voor het opleg-gen van de schalen.Aan de Maasboulevard heeft de overslag plaats. Hiervoor is een drijvende bok aanwezig dieeveneens van een speciale hijshaak is voorzien. De schalen worden geplaatst op een diepladeren onder politiebegeleiding naar het werk gereden.MontageOp het werk loopt op de damwand een zware kraan die de elementen van de wagen hijst en inhet werk brengt. Dezelfde kraan is ook gebruikt bij de bouw van het Terbregseplein en het Klein-polderplein.Het plaatsen van de schalen houdt in dat ze met van te voren aan de schalen aangebrachte con-soles op een platte vijzel worden gesteld. Hierdoor kunnen nog eventuele hoogtecorrectiesworden uitgevoerd.Totnu toe is het gelukt om elke week tien elementen, dus 30 m tunnel, te monteren. Het laden inKats neemt ??n dag in beslag, evenals het varen naar Rotterdam. Bij de overslag moet rekeningworden gehouden met de beperking dat v??r 's ochtends 09.00 uur en na 16.30 uur in de mid-dag niet met de dieplader mag worden gereden. Toch is het vanaf de eerste reis gelukt om in ??ndag de schalen te lossen, te transporteren en te monteren in de bouwput, alles volgens eenstrak uitgewerkt schema.Nadat de schalen definitief zijn gesteld, worden de langsvoegen volgegoten met gietmortel enworden de dwarsvoegen voorzien van wapeningsstaal, bekisting en vervolgens aangestort.Ondanks het feit dat dit een nieuw systeem is, waarbij natuurlijk kinderziektes zijn opgetreden,is het, zij het met veel inspanning, toch gelukt om de geplande produktie te realiseren. Gesteldkan dan ook worden d?it dit nieuwe ontwerp van de Gemeente Rotterdam een succes is.319