Afzinken op zee8200964Hollands specialisme toegepast in de Busan Geoje Fixed Link in Zuid-KoreaAfzinken op zeeDe Busan Geoje Fixed Link in Zuid-Korea is een spectaculair infrastructuurproject vanwereldformaat, met tevens ongekende risico's. Met een oer-Hollands specialisme wordtsinds begin 2008 aan dit unieke project gewerkt en worden 18 tunnelelementen (180 mlang per stuk!) op de bodem van de zee afgezonken (foto 1). Bijzonder zijn de maritiemeomstandigheden ter plaatse en de grote diepte (maximaal 48 m !) waarop de tunnelele-menten op de zeebodem moeten worden geplaatst.Afzinken op zee 82009 6521 Afzinken van een tunnelelement2 Overzicht projectHet project is gesitueerd aan de zuidoostkust van Zuid-Korea.De Busan Geoje Fixed Link is een ruim acht kilometer langeverbinding dwars door de Jinhae baai tussen de stad Busan enhet schiereiland Geoje (fig. 2). De verbinding bestaat uit tweekolossale tuibruggen en een afgezonken verkeerstunnel.De nieuwe verbinding maakt het mogelijk een vierbaans snelwegaan te leggen tussen het eiland Geoje en de havenstad Busan. Debetreffende regio is economisch van groot belang voor Zuid-Korea.Busan (met een agglomeratie van 4,6 miljoen inwoners na Seoul detweede stad) is de belangrijkste haven van het land en Geojeherbergt ??n van de grootste scheepswerven van het land. Met deauto kost het nu nog ruim drie uur om die te bereiken, straks kanhet in veertig minuten.Afzinken in Zuid-KoreaDe techniek van het afzinken van tunnels is in Zuid-Korea nieteerder toegepast en wereldwijd zijn de schaal en complexiteitonge?venaard. De keuze voor de afzinktechniek in dit projectstelde de hoofdaannemer zodoende voor een aantal vraagstuk-ken, waarvoor in het ontwerptraject internationale expertise isingezet. Voor de uitvoering van de afzinkoperatie zocht menNederlandse hulp.De zinktunnel bestaat uit achttien tunnelelementen van 180 m,waarmee een totale lengte van 3,2 km wordt gerealiseerd. Demaximale diepte die wordt bereikt is 48 m onder de zeespiegel.De tunnelelementen worden per vier of vijf in een enormbouwdok gebouwd (foto 3). Het dok ligt in een beschutte baai,die bescherming biedt tegen de hevige zomerse stormen(tyfoons). Zo kan de fabricage van de betonnen kolossen (ca.48 000 ton per stuk) continu doorgaan.Als de tunneldelen klaar zijn, wordt het dok onder water gezeten kunnen de elementen worden opgedreven en naar de nabij-gelegen parkeerlocatie getransporteerd. Daar worden ze voor-bereid voor de transport- en afzinkoperatie. Na het transportworden de tunnelelementen afgezonken in een vooraf gebag-gerde sleuf waarin een grindbed is aangebracht.Wind en golvenHet ontwerp van het tunnelelement en de gehele afzinkconfi-guratie van pontons en lieren kennen bepaalde grenzen metbetrekking tot de effecten van wind en golven. Als gevolg vande genoemde tyfoons is een gelimiteerd deel van het jaar, van1ir. Erik Jille en ir. Dani?lle de GrootStrukton Afzinktechnieken/MERGORAfzinken op zee82009663legd en `gevangen' om een goede uitlijning te krijgen.Om te kunnen bepalen of de omstandigheden geschikt zijn omveilig te kunnen afzinken is voor de betreffende regio eennauwkeurig golfvoorspellingsmodel ontwikkeld. Dit modelgeeft maximaal vijf dagen vooruit op basis van meteorologischegegevens een voorspelling van de windgolfhoogte (fig. 5) en deswell-golfhoogte en bijbehorende richting en periode. De resul-taten van het model worden gebruikt voor een procedure meteen aantal beslismomenten voorafgaand aan een geplandeafzinkoperatie, waarmee uiteindelijk de definitieve momentenvan transport en afzinken worden vastgesteld.Als de weersvoorspellingen gunstig zijn wordt vervolgens hetspecialistische team uit Nederland ingevlogen om de afzink-operatie uit te voeren en te begeleiden.AfzinksysteemVanwege de zeeomstandigheden is het tunnelelement andersingespannen dan gebruikelijk en spelen de bewegingen van hetelement een veel grotere rol. De tunnelelementen worden afge-zonken door middel van twee pontons. Voordat een element optransport gaat worden de pontons over het element gevaren,verbonden met de hijspunten en op het tunnelelement vastge-trokken. Wanneer de combinatie aankomt op de afzinklocatiewordt het geheel ingespannen (fig. 7).De pontons worden elk met vier draden (M1 t.m. M8) veran-kerd met behulp van vooraf aangebrachte ankers. Het elementoktober tot mei, geschikt voor het uitvoeren van een afzinkope-ratie. Tijdens de tyfoons kunnen de golfhoogtes namelijkoplopen tot 10 m.Voor de tunnelelementen is naast de golfhoogte ook de golfperi-ode van belang. Tijdens het transport en de start van het afzin-ken zijn zowel de kortere windgolven (periode < 5 s) als delangere golven (`swell'-golven met een periode van circa 10 s) vaninvloed. Op grotere diepte is het tunnelelement vooral gevoeligvoor swell-golven. Om de randvoorwaarden met betrekking totde invloed van golfhoogte, golfperiode en getijdestroming op hetgehele systeem te bepalen is uitgebreid modelonderzoek uitge-voerd bij onder meer Marin in Wageningen (foto 6).Hiertoe is een schaalmodel van de configuratie in een golfbas-sin getest onder diverse combinaties van korte en lange golven.Met de uitkomst van deze tests is een computermodel gekali-breerd waarna nog duizenden computersimulaties uitgevoerdzijn. Hieruit zijn weer grafieken samengesteld waarmee kanworden bepaald of onder de voorspelde golfomstandighedenop een veilige manier kan worden afgezonken. Een voorbeeldvan een grafiek is te zien in figuur 4.De modeltesten zijn uitgevoerd voor twee situaties. In deeerste situatie is een element net onder het wateroppervlakgetest. Hier is de invloed van de golven nog groot en wordende draden maximaal belast. Daarnaast is getest hoe hetsysteem zich gedraagt in de buurt van de bodem, waar vooralde bewegingen van het element maatgevend zijn. Hetelement moet dan tegen het vorige element worden aange-Afzinken op zee 82009 673 De tunnelelementen worden in een enormbouwdok gebouwd4 Voorbeeld beslisgrafiek voor swell-golvenvan 0,3 m hoog en met een periode van 9 s5 Voorspelling golfhoogte6 Modelproeven Marinzelf wordt met zes draden in positie gehouden. Om te kunnenpositioneren in langsrichting wordt aan de voor- en achterzijdevan het element een draad aangebracht (L1 en L2). De draadwordt vanaf het anker via het dek van het tunnelelement naareen lier op het ponton geleid. Hetzelfde geldt voor de vierdraden om het element in horizontale richting in bedwang tehouden (C1 t.m. C4). Als laatste is het element met vier hijs-punten aan het ponton verbonden om het element naar debodem te kunnen laten zakken.Toegankelijkheid element tijdens afzinkenDe eerste elementen zijn afgezonken met de gebruikelijketoegangsschacht op het dak waarmee de toegang van hetelement gedurende de hele afzinkoperatie is gewaarborgd.Omdat op grotere diepte een toegangsschacht niet meertoepasbaar is, zijn alle systemen in het element op afstandbedienbaar gemaakt. Alle kleppen van het ballastwaterleiding-systeem zijn voorzien van actuatoren om ze open en dicht tekunnen zetten. In de ballasttanks is een niveaumeter aange-bracht en in het element zijn diverse camera's aangebracht omde tunnel visueel te kunnen inspecteren. Alle signalen van dezesystemen worden door middel van een navelstreng via hetkopschot aan de achterzijde van het element naar het comman-docentrum op een van de pontons geleid. In het commando-centrum komen, naast de signalen uit het element, ook degegevens binnen van de krachten in de lieren.Wanneer het toch noodzakelijk zou zijn om binnen in detunnel werkzaamheden uit te voeren, wordt er gebruikgemaaktvan een SPDB (Self Propelled Diving Bell) die kan wordengekoppeld aan de sparing voor de toegangsschacht (foto 8).Extern Positionering Systeem (EPS)Vanwege de golfomstandigheden zal het tunnelelement meerbewegen, ook wanneer het in de buurt komt van de bodem. Omte voorkomen dat het element tegen het vorige aanbotst en om ineen latere fase het element gemakkelijk in de juiste positie tekunnen brengen, is het Extern Positionering Systeem (EPS)ontwikkeld (fig. 9). Het EPS bestaat uit twee grote portalen diemet behulp van de pontons over het tunnelelement wordengeplaatst en met de hijspunten op het dek verbonden. De porta-len zijn voorzien van grote hydraulische vijzels en voeten die opde zeebodem kunnen worden neergezet. Onder het elementdoor loopt een staalkabel om de beide voeten te verbinden zodatze niet weg glijden bij grote horizontale belastingen.Voordeel van het EPS is dat het element op ongeveer een halvemeter van het vorige element op de bodem kan worden gelegd.tunnelelement op 0,5 m boven het grindbedwaterdiepte 23,0 mstroming - vc= 0,8 m/s vanuit zuidenswell - Hs = 0,3 m, Tp= 9,0 s vanuit zuidenwind vanuit noordwesten0,80 0 0 0 1 2 20,70 0 0 0 1 1 20,60 0 0 0 1 1 20,50 0 0 0 1 20,40 0 0 X 0 1 10,30 0 0 0 1 10,20 0 0 0 0 1 1Hs / 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,001Tp0,800,600,400,200,0000:002009-10-14 10-15 10-16 10-17 10-18 10-1900:00 00:00 00:00 00:00 00:00tijdstipmsignificant wave height (m)swell height (m)swell peak direction (deg)wind-sea height (m)measured swell wave height (m)model response swell height (m)now (-)456Afzinken op zee82009687 Afzinkconfiguratie van een tunnelelement8 Voor werkzaamheden in de tunnel wordt gebruik-gemaakt van een SPDB (Self Propelled Diving Bell)9 EPS dat over de tunnel wordt geplaatstHiermee wordt voorkomen dat het element door de golfbewe-gingen tegen het voorgaande element aan botst en daarmee kanbeschadigen. Na het neerzetten worden aantrekvijzels op hetdak aangebracht. Het element wordt met behulp van het EPSopgetild en kan zo, zonder wrijving met de ondergrond, gecon-troleerd naar het vorige element worden toegetrokken.Het EPS heeft naast bovengenoemde nog een belangrijkefunctie tijdens het afzinken: het kwispelen. Traditioneel wordenin de zinkvoeg, tussen het element en het vorige element, vijzels15? 10?M1 M2C1M3M4M5M6M7M8C3C4 C2L2aL2bL2 L1PE SE25?YZXYcontractionsuspensionlongitudinalmooringaangebracht om de achterzijde van het element in dwarsrichtingte kunnen corrigeren. In de voeten van het EPS zijn horizontalevijzels ge?ntegreerd. Het element wordt opgetild waarna de hori-zontale vijzels het element zijdelings in positie brengen en hetelement weer op het grindbed wordt afgelaten. Indien nodig kanhet EPS zijn voeten verzetten, zodat nog eenzelfde horizontalestap van het element kan worden gemaakt.AfzinkmeetsysteemTraditioneel wordt de positie van een element tijdens het afzinkenbepaald door meetpunten aan te brengen op de toegangsschachten de meetmast. Vanuit een positie op de wal worden dezepunten ingemeten. Deze methode is toegepast voor de eerste vierelementen, mede om het nieuwe meetsysteem te kunnen testen.Bij de dieper liggende elementen is het niet meer mogelijk metvoldoende nauwkeurigheid te meten met een schacht en eenmeetmast. Daarnaast wordt de afstand vanaf de wal naar het7882009 69Afzinken op zeebediend en kan de onderlinge afstand tussen de elementen op0,1 mm nauwkeurig worden gemeten. Uiteindelijk wordthiermee ook aan de achterzijde van het element een nauwkeu-righeid van minder dan een centimeter bereikt. In combinatiemet het EPS kan het element binnen de gevraagde tolerantiesvan 3,5 cm geplaatst worden.Behalve de nieuwe meetsystemen voor het afzinken, is tevensde Geocon 3D-Viewer ontwikkeld. Met dit programma kaniedere ge?nteresseerde online www.geocon3d.com de vorderingvan het afzinkproces volgen. Daarnaast kan men op dezewebsite live webcambeelden van de afzinkoperatie bekijken.Stand van zakenSinds januari 2008 zijn dertien tunnelelementen met succes enbinnen de vastgestelde toleranties afgezonken, waaronder hetdiepst gelegen element. Het afzinken van de laatste vijf elementenis gepland in de periode tot het voorjaar van 2010.Daarbij kan worden vastgesteld dat het toegepaste weers- engolfhoogtevoorspellingsmodel van grote waarde is geweest bijhet vaststellen van de geschikte weervensters. Mede dankzij debetrouwbare werking van dit model liggen de werkzaamhedengoed op schema.De toegepaste afzinkmeetsystemen en het EPS hebben even-eens hun waarde bewezen, want dankzij deze hulpmiddelenliggen de dertien elementen keurig binnen tolerantie op hunpositie. Daarbij is met name de EPS zeer nuttig geweest bij hetuitvoeren van de gewenste correcties. element te groot voor een nauwkeurige meting. Om dezeredenen is een alternatieve meetmethode ontwikkeld.In het nieuwe systeem wordt gebruikgemaakt van tweevolwaardige en onafhankelijke meetmethoden die de positievan de voorzijde van het element kunnen bepalen. Als ??n vande systemen zou uitvallen, is er altijd een back-up vanuit hetandere systeem. Ook deze gegevens komen via de navelstrengnaar boven in het commandocentrum.Het hoofdsysteem maakt gebruik van een `tautwire', een appa-raat dat werkt met een draad die altijd onder spanning staat.Door te registreren hoe lang de draad is en onder welke hoekde draad staat is de positie van het element bekend. De tautwirewordt bevestigd op het kopschot van het af te zinken element,waarna de draad wordt afgewikkeld en verbonden met hetkopschot van het element dat al op de bodem ligt.Het back-up systeem maakt gebruik van SSBL (Super ShortBaseline-navigatie). Op het dak van het af te zinken element iseen `transducer' gemonteerd. Deze bestaat uit een zender eneen ontvanger. Op het dek van de reeds afgezonken tunnelworden transponders geplaatst die het geluidssignaal vanuit detransducer terugkaatsen. De transducer registreert de hoek enhet tijdsverschil waarmee het signaal weer terugkomt, waar-door de positie van het element op enkele centimeters nauw-keurig is te bepalen.Beide systemen werken met een plaatsbepaling ten opzichtevan het vorig afgezonken element en dus niet met een absoluteplaatsbepaling. De systemen worden nauwkeuriger als hetelement dichter bij het element komt waartegen moet wordenaangesloten. Om ook de maatvoering aan de achterzijde vanhet element te kennen, worden gyrokompassen gebruikt.In de laatste fase van het afzinken, als het element op de bodemligt, wordt een nog nauwkeuriger meetsysteem ingeschakeld:de afstandsensoren. Afstandsensoren bestaan uit een staafje dathydraulisch tegen het vorige element aan wordt gedrukt, enworden op de vier hoekpunten van het kopschot aangebracht.Vanaf het commandocentrum kunnen de sensoren worden proJEctGEGEvEnshoofdaannemer Daewoo E&C als representant vanGK Fixed Link Construction Consortiumconstructief ontwerp COWI (DK) / Daewoo E&C (KOR)met ondersteuning van TEC (NL) voor het afzinkenuitvoering afzinken Strukton Afzinktechnieken9