C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBoor tunnelscement 2004 1 59O n t w e r pAlvorens te kunnen ontwerpen isde bestaande spanningstoestandvan de grond rondom de toekom-stige dwarsverbindingen inge-schat. Deze grond is immersonderhevig aan spanningsveran-deringen door het boorproces vanbeide tunnelbuizen en het aan-brengen van de lekwaterschacht.De invloed van het boren van deeerste (zuidelijke) en de tweede(noordelijke) tunnelbuis op deomringende grond is met deeindige-elementenmethode bere-kend. Dit resulteerde in een span-ningstoename naast de bovenstehelft van de tunnelbuizen en eenafname naast de onderste helft.De grond wordt tijdens uitgravinggestabiliseerd door bevriezing,-20 C bij de lekwaterschacht en-10 C ter plaatse van dwarsver-binding 2. Na uitgraven van debevroren grond wordt een tijde-lijke constructie van 350 mm dikspuitbeton aangebracht, berekendop de totale grond- en waterdrukom de vriesinstallatie na verhar-ding van het spuitbeton te kunnenuitzetten.Nadespuitbetonconstructiewordtde definitieve betonconstructievan ter plaatse gestort gewapendbeton B 45 aangebracht. Deze de-finitieve betonconstructie moetniet alleen gedimensioneerd zijnop de grond- en waterdrukken,maar moet bovendien in staat zijnde normaalkrachten uit de door-gezaagde tunnellining op te ne-men. De 1,40 m brede opening inde tunnelbuizen wordt gereali-seerd door een deel van de beton-nen segmenten weg te zagen enwordt gecentreerd op een ring-voeg,zodatuitde1,80mlangeseg-menten 0,70 m beton wordt ver-wijderd. De normaalkracht uitdeze segmenten wordt via trek-banden (wapening) en betondruk-schoren in de zwaar gewapendeaanvangszone (de kraag) van dedwarsverbinding ingeleid.Ter plaatse van dwarsverbinding1 gaat de kraag over in een relatiefkort stuk traditionele dwarsver-binding, die vervolgens `koud'tegen de lekwaterschacht wordtaangestort. Hierdoor kunnen deschacht en de tunnelbuizen onaf-hankelijk van elkaar bewegen,waarbij extra aandacht moestworden besteed aan het detail vanhet waterdichtingsprofiel.Ter plaatse van dwarsverbinding2 is aan beide uiteinden tussen dekraagstukken en het middendeelvan de dwarsverbinding een stort-voeg met onderbroken wapeningen rubber voegprofiel voorzienom beide tunnelbuizen enigszinsvrij te kunnen laten bewegen.Uit veiligheidsoverwegingenwerd tijdens het ontwerp hetvrieslichaam niet voldoende sterkgeacht om de doorgesneden tun-nelringen volledig te ondersteu-nen, waardoor de ringen zichonderling te veel zouden kunnenverplaatsen, met schade in denokverbindingen tot gevolg. Uithet rekenmodel bleek dat er eenDwarsverbindingen tunnel Pannerdensch KanaalOpen vriessysteem voldoeting. L.T.C. Tuunter, ARCADIS Infraing. H. Mortier, Comol TunnelbouwDe tunnel onder het Pannerdensch Kanaal heeft twee geboorde buizen van1640 m lengte en twee dwarsverbindingen1), waarmee wordt voldaan aan demaximale tussenafstand van 600 m. De eerste is gesitueerd ter plaatse van delekwaterschacht op het diepste punt van de tunnel, 28 m onder maaiveld(fig. 1). De lekwaterschacht is een betonnen schacht met een inwendige dia-meter van 7 m, die na realisering op het maaiveld door een verticale boring totop het vereiste peil wordt afgezonken. Na het boorproces van beide tunnel-buizen worden vanuit deze schacht twee korte dwarsverbindingen naar debuizen gemaakt. De tweede dwarsverbinding is een traditionele dwarsverbin-ding op een diepte van 20 m (fig. 2).1) De plaats van de dwarsverbindingen is aangegeven op het lengteprofiel van de tunnel onder het PannerdenschKanaal op pagina 36 van dit nummer van Cement.2 | Dwarsverbinding 21 | Dwarsverbinding 1 terplaatse van lekwater-schachtC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBoor tunnelscement 2004 160relatief zware stempeling nodigwasomdevervormingvandetun-nelbuizen tijdens het ontgravenvan de dwarsverbindingen op tevangen.Ter plaatse van dwarsverbinding1 worden de stempels tussen delekwaterschacht en de tunnelli-ning geplaatst en in de definitievebetonlaag opgenomen (fig. 3).Bij dwarsverbinding 2 werd eencirkelvormig stempelraam in detunnelbuis ontworpen (fig. 4), datna montage met vijzels met eendusdanige kracht uit elkaargedrukt (opgespannen) moetworden, dat de langsvoegen vande segmenten van elkaar begin-nen te wijken. Op deze wijze wasgegarandeerd dat het stempel-raam alle radiale en tangenti?lesnedekrachten uit de lining hadovergenomen. Het cirkelvormigestempelraam, bestaande uit zesstalen ringen, wordt na het vijze-len op zodanige wijze door tweeverticale schoren en ??n horizon-tale schoor gefixeerd, dat passagevan materieel in de tunnel moge-lijkblijft.Destalenringenwordenaan de bovenzijde onderlinggekoppeld door horizontalekokerprofielen en strippen alsdiagonalen. Na verharding van dedefinitieve betonlaag van dedwarsverbinding worden destempelramen ontspannen enverwijderd.U i t v o e r i n gVanuit de lekwaterschachtwerden aan weerszijden 36 door-voeropeningen geboord voor hetplaatsen van vrieslansen, tempe-ratuurlansen en een ontwate-ringspijp. Foto 5 toont de boor-machine met aan de bovenzijdede geleidingsconstructie voor deboorlansen. Een doorvoerope-ning (fig. 6) bestaat uit twee ver-schillende boordiameters, ??nvoor de RVS-doorvoerpijp voor devrieslans en een grotere voor deflens van de doorvoerpijp en dehierop aan te sluiten flens van deRVS-standpijp. De doorvoerpijpis voorzien van een opgelastespiraal voor een goede hechtingmet de groutomhulling. Aan destandpijp zijn de benodigdeafsluiters gemonteerd, alsmedehet afsluitingsrubber voor hetwaterdicht aansluiten van deboormachine. Door deze door-voeropeningenwerden3mlange,dubbelwandige vrieslansen tottegen de tunnelbuizen geboord.Na afloop van de werkzaamhedenzijn de flenzen van de doorvoer-pijpen afgedekt met een RVS-plaat en zijn de sparingen dicht-gemaakt.Vervolgens werd aan beide zijdende omringende grond bevrorendoor vloeibaar stikstof met eentemperatuur van -196 ?C in devrieslansen rond te pompen. Degrondwaterdruk binnen de bevro-ren ring werd met een afsluitergereduceerd.Bij dwarsverbinding 2 zijn vanuitde zuidelijke tunnelbuis 33 door-voeropeningen geboord. Hier-doorzijn9mlangevrieslansentottegen de andere tunnelbuisgeboord, waarna de grond opdezelfde wijze is bevroren.Bij beide dwarsverbindingen isgebruikgemaakt van een openvriessysteem. De afvoer naarmaaiveld had plaats via de lekwa-terschacht bij dwarsverbinding 1en via de tunnelbuis bij dwars-verbinding 2.Na het wegzagen van een deelvan de wand van de lekwater-schacht is begonnen met hethandmatig ontgraven van debevroren grond. Na ontgravenvan de bovenste 1,5 m is met eenhouten stempelmal (op waregrootte) nagegaan of het prak-tisch mogelijk was de zware3 | Stempels tussen lek-waterschacht en tunnelsbij dwarsverbinding 1wandlekwaterschachttunnelsegmentenrekensensorenrekensensorenrekensensorenrekensensorenrekensensorenR=4325rekensensorenrekensensorenrekensensorenrekensensoren4 |Ringstempeling intunnels bij dwars-verbinding 2C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBoor tunnelscement 2004 1 61stalen stempels daadwerkelijk opde definitieve plaats tussen deschacht en de tunnelbuis aan tebrengen, gezien de beperkteruimte. Nadat dit was aange-toond, zijn de twee bovenstestalen HEB 220 stempels aange-bracht, waarna het ontgravenkon worden voortgezet. Na hetaanbrengen van de volgendetwee stempels is de eerste laagspuitbeton van 120 mm dikteaangebracht, waarna voorge-vormde wapeningsbogen wer-den aangebracht en vervolgensde tweede, 230 mm dikke laagspuitbeton. Tijdens het aanbren-gen van de eerste laag spuitbetonbleek het mengsel niet goed ophet vrieslichaam te hechten,waarschijnlijk omdat het vriesli-chaam een dusdanig lage tempe-ratuur had dat het water in hetbetonmengsel direct bevroor.Om dit tegen te gaan is een extraisolatielaag op het vrieslichaamaangebracht, waarna het spuit-beton wel hechtte. Op dezemanier is stapsgewijs het gehelestempelraam aangebracht.Na verharden van het spuitbetonis hiertegen een dubbele water-dichte afsluiting gerealiseerd.Deze bestaat uit een dubbel aan-gebrachte PVC-folie. De eerstelaag folie met een dikte van 5 mmis met schietpluggen bevestigdaan het reeds verharde spuitbe-ton. De tweede laag, 2 mm dik,wordt door verhitting vastgezetop de reeds ingebrachte schiet-pluggen. Tussen de twee lagenfolie blijft een injecteerbareruimte over. Ter plaatsen van deaansluitingen van de foliecon-structie aan de tunnel en delekwaterschacht zijn drie water-stop-injectiebuizen aangebracht(fig. 7). Na het aanbrengen van defolieconstructie is deze tienminuten lang op een luchtdrukvan 2 bar gezet om eventuele lek-kages op te sporen en te repare-ren. Na de succesvolle test is hetdefinitieve constructiebeton aan-gebracht met een zelfverdich-tend betonmengsel.Ter plaatse van dwarsverbinding2 is aan de noordzijde gestart methet wegzagen van een deel van detunnelelementen en het ontgra-ven van de bevroren grond. Hetvrieslichaam bleek zo hard dathet niet mogelijk was met degeplande handgraafmachines teontgraven. Uiteindelijk is eenkleine machine met pneumati-sche hamer ingezet en de losge-hakte grond met de hand verwij-derd (foto's 8 t.m. 10).M o n i t o r i n gMet in de grond geboorde tempe-ratuursensoren werd de tempera-tuur van de grond geregistreerd.Na twaalf dagen vriezen werd terplaatse van dwarsverbinding 1 devereiste-20 Cbereikt.Aandebui-tenzijde van de 1,40 m dikke ijs-schil werd op dat moment eenwaarde van -2 C genoteerd. Voordwarsverbinding 2 werd na zevendagen vriezen al de vereiste-10 C,afnemendtot-2 C,bereikt.Om de invloed van de werkzaam-heden op het tunnelgedrag tekunnen nagaan, werden van24 ringen, tweemaal per dag, deinwendige diameters gemeten.De grootste verplaatsingenwerden uiteraard gemeten bij deringen ter plaatse van de dwars-verbindingen: een toename vande horizontale diameter met7 mm, gecombineerd met eenafname van de verticale diametermet 6 mm. De tunnel ging hori-zontaal ovaliseren. Bij dwars-verbinding2zijnindezelfderich-tingen waarden gemeten van 9 en8 mm.Tijdens het ontgraven ter plaatsevan dwarsverbinding 1 bleek dehorizontale afstand tussen de lek-waterschacht en de tunnelbuizenmet maximaal 4 mm te zijn afge-nomen. Ter plaatse van dwarsver-binding 2 was dit bijna 10 mm.Het verschil is te verklaren uit hetfeit dat de tunnelsegmenten terplaatse van de lekwaterschachtpas werden doorgezaagd na hetaanbrengen van het definitieve6 |Detail doorvoer-constructie5 | Boormachine voor devrieslansendoorvoerpijpstandpijpRVSRVSt.b.v. wateronttrekkingafsluiterafsluiterin te boren vrieslansafdichtingsrubberspiraalopgelastegroutC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBoor tunnelscement 2004 162constructiebeton. De onderlingeverplaatsing tussen twee tunnel-ringen ten opzichte van elkaar(stepping) bedroeg 4 mm terplaatse van dwarsverbinding 1 en6 mm ter plaatse van dwarsver-binding 2, terwijl in het prestatie-bestek maximaal 10 mm was toe-gestaan.L e e r m o m e n tOm de optredende snedekrach-ten in de staalprofielen in kaart tekunnen brengen en te kunnenvergelijken met de ontwerpwaar-den, werden de stalen stempelra-men bij beide dwarsverbindingenvan rekstrookjes voorzien. Eenvan de twee stempelramen terplaatse van de lekwaterschachtwerd uitgerust met dertien rek-sensoren (zie fig. 3). Uit degemeten waarden bleek dat deoptredende snedekrachten 20 tot80% kleiner waren dan de bere-kende krachten.De stempelramen ter plaatse vandwarsverbinding 2 werden ge-volgd met zeven reksensoren. Infiguur 4 zijn zes sensoren aange-geven, de zevende is geplaatst opde diagonaal direct naast deopening in de segmenten. Hetbleekdatdetunnelringenaanveelkleinere krachten werden bloot-gesteld dan aanvankelijk in hetontwerp was aangenomen. Destempels in de stalen ringenbleken zelfs nagenoeg span-ningsloos te blijven. Een voordeelwas dat de spanningsloze stem-pels eerder weggehaald kondenworden dan in de ontwerpplan-ning was voorzien.De vrieslichamen waren vermoe-delijk in werkelijkheid veel stijveren vertoonden ook veel minderkruipverschijnselen dan in hetontwerp was verwacht. L i t e r a t u u r1. Banon,A.,J.Payet,A.Mirabile,A. Fernex de Mongex,A. Abdelmoula, Tunnel Pan-nerdensch Kanaal - Construc-tion des galeries de connexion.Rapportd'activit?,ComolTun-nelbouw, juni 2003.9 |Afvoer bevroren grondmet transportband10| Ringstempeling bijdwarsverbinding 2: driestempels aan weerszij-den van de opening,koppeling ringstempelsdoor kokerbalken endiagonale strippen7 | Verticale doorsnede overwaterdichte aansluitingtegen tunnelsegmentankerplugdrievoudige injectieslangepoxymastiekafdichtingsrubberstaalplaatPVC folie dik 2 mminjecteerbare ruimtePVC folie dik 5 mmgeotextielsegmentvoeg opgevuld met8 |Uithakken bevrorengrond