Bijzondere uitvoeringstechnieken in de Noorderlijn Nieuwe tramverbinding verbindt noorden van de stad met centrum van Antwerpen 1 Links de opgehangen tunnel, boven de prefab dakbalken, rechts gegroefde plaatjes in de wand van de beschoeide sleuven 1 6? CEMENT 5 20 21 Als niets vermoedende bezoeker in Antwerpen heb je het niet direct door, maar onder de straten van de stad bevinden zich de nodige bijzondere bouwwerken: oude stadswallen, toegangspoorten en bruggen uit de 16e eeuw. Ook de Antwerpse ruien, de ondergrondse stads- grachten die oorspronkelijk als open riole- ring fungeerden, werden destijds overkluisd met grote gemetselde gewelven, zodat de stad er bovenop verder kon worden gebouwd. In de jaren 70 werd in de stad een ondergronds netwerk van metrotunnels en stations g erealiseerd. Het werd de premetro genoemd, omdat men in eerste instantie alleen trams wilde laten rijden en het pas later zou worden doorontwikkeld voor metro - verkeer. Bij de opening van de het eerste ondergrondse station in 1975 was het plan v oor die metro reeds verlaten en tot op de dag van vandaag rijden er trams door de tunnel. Project Noorderlijn Recent werd het premetronetwerk uitge- breid met de Noorderlijn, een project dat zorgt voor een verbetering van traminfra - structuur tussen het centrum, het noorden van de stad en de wijk Het Eilandje, via een extra aftakking (fig. 2). Onderdeel van het project was ook het volledig reconstrueren van de aangrenzende wegen, hetgeen veel impact had op de drukke stad. Het meest ingrijpende ? en tevens technisch meest uitdagende ? onderdeel van het project was echter de bouw van de nieuwe tramtunnel, een nieuwe autotunnel, een drielaagse ondergrondse parkeergarage en een extra metrostation. Dat alles in een druk gebied van de stad: onder de Leien (een reeks stra- ten in het centrum), vlak voor het bekende Operagebouw, in de buurt van het Centraal Station en het belangrijke winkelgebied rondom de Meir. De bouw startte in 2016 en de meeste deelprojecten zijn inmiddels geopend en in gebruik genomen. Projectgebied Operaplein Het project Noorderlijn kent diverse project- gebieden waarvan het Operaplein technisch het meest comple x is. Hier ligt ook het reeds bestaande premetrostation Opera, dat in de nieuwe plannen moest worden geïntegreerd. Behalve aanpassing van dit station en de aanleg van de nieuwe tramtunnel, zijn hier een autotunnel, een drielaagse ondergrondse parking en een fietsenstalling aangelegd. Het bestaande premetrostation werd in de jaren 70 gebouwd als kruisstation (fig. 3). Het was destijds de bedoeling hier een station te realiseren voor zowel de noord-zuidrichting als, een bouwlaag dieper, de oost-westrichting. Dit plan is destijds echter niet volledig gerea - liseerd ? alleen het station in oost-westrichting is af gebouwd. Maar er werden wel diverse voorbereidingen op uitbreiding van het pre - metrostelsel getroffen. Het tramstation in oost-westrichting bevond zich op niveau -2 en op niveau -1 bevond zich de lokettenhal en de looptunnel onder de Leien. Ter voorbereiding werd op niveau -3 wel al het noord-zuidstation in ruwbouw gebouwd. Gelijktijdig werden op datzelfde niveau -3 en alvast twee tunnelko- kers voor een autotunnel in noord-zuidrich- ting aangelegd, ter voorbereiding op de ondertunneling van het Operaplein en de Leien. ING. RICHARD VENEKAMP Integraal ontwerpmanager BAM Infraconsult IR. WIM VAN DE VOORDE Ontwerpleider Operaplein ondergrond BAM Contractors / Vadum Consulting auteurs PROJECTGEGEVENS project Noorderlijn Antwerpen opdrachtgever Stad Antwerpen, De Lijn, AWV opdrachtnemer TramContractrs (BAM Contractors, BAM Rail, Fabricom) engineering / constructieadvies TPF Engineering leverancier dakbalken Ergon Recent is het Antwerpse 'premetronetwerk' uitgebreid met de Noorderlijn. In het project moesten de in de ondergrond aanwezige stadswallen, bruggen, ruien en bestaande metrostations worden geïntegreerd. Door deze bestaande bebouwing moest een aantal bijzondere oplossingen worden toegepast, zoals beschoeide sleuven en een opgehangen tunnel. CEMENT 5 2021 ?7 Voor het nieuwe project moest het bestaande premetrostation worden gereconstrueerd en daadwerkelijk als kruisstation gaan func- tioneren. Daartoe werd vanaf het zuiden richting het noorden een nieuwe tramtunnel aangelegd tot aan de reeds bestaande ruw- bouw van station -3. Dit station is afgewerkt tot een volwaardig station. Het aansluiten van de in de jaren 70 aangelegde tunnelkokers op niveau -3 zou een te grote impact hebben op de inmiddels verder ontwikkelde huidige stedelijke omge - ving. Om vanaf nivo -3 tot op maaiveld te komen zou een veel te grote lengte nodig zijn. D aarom werd besloten deze kokers om te bouwen tot een van de lagen van de nieuwe parkeergarage. Vervolgens werd een nieuwe autotunnel aangelegd op niveau -1. De nieuwe tunnelbuizen voor de nieuwe tramtunnel zijn onder de oude gemetselde pijlers van de be - staande 16e eeuwse Kipdorpbrug doorgevoerd ( foto 4). Hier is een archeologische tuin ge - creëerd: de brug is in het zicht gekomen en een deel van de oude stadsomwalling is geïn - tegreerd in een van de tunnelwanden. Het is een pr achtig resultaat van integratie van oude en nieuwe bouwtechnieken. Bijzondere constructies Naast de bijzondere integratie van archeolo- gische bouwwerken in het project, zijn er nog een aantal bijzonderheden te benoe- men. De drie verdiepingen diepe parking met geïntegreerde autotunnel is gebouwd met de wanden-dakmethode. Daarbij is de be- schoeide-sleuventechniek toegepast en wer- den lange prefab-betonbalken gebruikt. Aan die balken werd vervolgens een deel van de tunnel opgehangen zodat deze in de parking zweeft en er meer ruimte in de parking ontstaat. Wanden-dakmethode De aanleg van de tunnel en de parkeergarage, alsmede het aansluiten op de reeds bestaande bouwwerken van het premetrostation, had 2 Overzichtskaart Noorderlijn 3 Impressie kruisstation Opera 1975 2 3 8? CEMENT 5 20 21 een enorme impact op de stedelijke omge- ving. De Leien moesten worden afgesloten om de bouw mogelijk te maken en de bouw- put van bijna 200 m lang en 45 m breed zou het gebied voor het Operagebouw langdurig stremmen. Om de hinder zoveel mogelijk te beperken werd er gebouwd met de wanden- dakmethode, waarbij eerst de wanden (onder- gronds) worden gerealiseerd, waarop, op maaiveldniveau, een dak wordt gebouwd en afgewerkt. Vervolgens is het maaiveld weer beschikbaar. Gelijktijdig wordt onder het dak de grond ontgraven. Dankzij deze me- thode kon, terwijl aan de onderzijde van de dakplaat werd ontgraven naar niveau -3, aan de bovenkant van de dakplaat al worden begonnen met de afwerking van het dak en inrichting van het plein. Beschoeide sleuven Vaak worden de wanden voor dergelijk grote bouwputten gebouwd met diepwanden, combipalen of andere technieken om te boren of te heien. In dit project moesten de wanden op maximaal enkele meters van de bestaande gebouwen worden gemaakt. In hetzelfde gebied moesten kabels en leidin- gen en huisaansluitingen in stand worden gehouden. Bovendien moest het verkeer op de Leien zo lang mogelijk doorgang vinden. Hierdoor was er zeer beperkte werkruimte beschikbaar. Om deze reden is gebruikgemaakt van de beschoeide-sleuventechniek. Deze arbeidsin- tensieve techniek, die van oorsprong uit de mijnbou w komt, bestaat uit het stapsgewijs handmatig ontgraven van een sleuf, met de breedte van de benodigde wanddikte, in dit geval circa 0,9 m. Deze sleuf wordt gestem - peld met prefab-betonplaatjes (circa 150 cm x 4 0 cm x 5 cm met lichte wapening en tralie - liggertjes) aan weerszijden van de sleuf, die met stalen stempels worden gesteund (foto 5). Op deze manier wordt steeds een stuk van circa 40 cm diep ontgraven en gestempeld tot de gewenste diepte is bereikt. Voor het project Noorderlijn moesten sleuven worden uitgegraven tot gemiddeld 15 tot 16 m onder het maaiveld, met uit- schieters naar 23 m. De wanden van beschoeide sleuven zijn berekend als traditioneel grondkerende wand volgens EN 1992-1-1 (en EN-1997-1 voor geotechniek), waarop de dakbalken werden opgelegd. Deze dakbalken fungeerden bij de ontgraving van de parkeergarage ook als horizontaal stempel voor de wanden. Trillingsvrij? Een belangrijk voordeel van beschoeide sleu ven ten opzichte van bij- voorbeeld damwanden of traditioneel diep- wandsysteem is dat het 100% trillingsvrij is. Daarnaast kan vanwege het vele handwerk voorzichtig en dus dichtbij bestaande Om de hinder bij de aanleg van de tunnel en de parkeergarage zoveel mogelijk te beperken, is gebruikgemaakt van de wanden- dakmethode 4 4 16e eeuwse Kipdorpbrug opgevangen door tunneldak, tunnelwand met groene akoestische beplating CEMENT 5 2021 ?9 5 DAKBALKEN Enkele kerngetallen aangaande de langste dakbalken: ? Lengte: maximaal 44,13 m met een totaal gewicht van 111,5 ton ? Betosterkteklasse C50/60 ? 40 strengen T12 (A s = 93 mm² voorspankracht per streng 131 kN) ? Naspanning (voorspanning met nagerekt staal): 4 kabels met telkens 15 strengen T15S (A s = 150 mm²) (spankracht per kabel: 1808 kN; voorspanverlie- zen: 22%), naargelang de posi- tie werden de balken éénzijdig of tweezijdig nagespannen (van- wege beperkte ruimte was het niet altijd mogelijk de balken aan beide uiteinden gelijktijdig na te spannen) kabels en leidingen worden gewerkt zonder deze te hoeven verleggen. Overlappingen wapening? Een nadeel van deze methode was dat, door de aanwezig- heid van vele horizontale stempels (hart op hart 1,0 m) ? de staaflengte van de horizon- tale verdeelwapeningstaven (Ø12 mm) moest worden beperkt tot circa 2,40 m (fig. 6). Tot deze lengtes konden de staven nog verticaal naar beneden worden gestoken en daarna tussen de stempels horizontaal worden ge- bracht. Daarnaast was de mootlengte van één betonstort beperkt tot 6,10 m (een prak- tische maat als veelvoud (4) van 150 cm plus tussenruimte). Hierdoor waren veel overlap- pingen nodig in de horizontale wapening. De verticale wapening (Ø25 tot Ø32 mm) kon onbeperkt naar beneden worden gestoken met behulp van een katrol. Op de segmentovergang kon gemakke- lijk voegband worden aangebracht én ge- controleerd bij het uitgraven van het aan- sluitende segment. Ter plaatse van de segmentovergangen is zoals gebruikelijk een vertanding gerealiseerd, waarmee verschil - vervormingen tussen de segmenten onder- ling worden geminimaliseerd (fig. 6). Uitvoering? Na het wapenen zijn de wanden segment per segment gestort. Het beton (sterkteklasse C30/37 en milieuklasse EE1 (=XC2)) werd met een betonpomp gestort om de valhoogte te beperken. Na uitharding wordt het aansluitende segment uitgegraven en gestort. Omwille van de bouwsnelheid zijn de segmenten veelal niet aansluitend gegraven maar om-en-om, waarna in de vol- gende fase de tussenliggende elementen zijn ontgraven en beschoeid. Verdere vereisten bij deze techniek waren dat er geen grondwater aanwezig is en er mag geen veengrond zijn vanwege de stabiliteit en vanwege de rottingsgassen die daarbij vrijkomen, die de werknemers op grotere diepte zouden kunnen bedwelmen. Omdat de grondwaterstand in het verleden vaker en voor lange tijd werd verlaagd had de benodigde grondwaterverlaging geen im- pact op de bebouwing. 5 Volledig beschoeide sleuf waarin verticale wapening in grote lengtes naar de voet van de sleuf wordt gebracht 10? CEMENT 5 20 21 Bestaande slibwand normale sleufplaatjes 265 170 30 30 90 edletsrednoreVesnaapS eitisop wand 200 365 90 min 7 gegroefde sleufplaatjes normale sleufplaatjes Kopbalk (fase 2) Eerste architectonisch plaatje (fase 1)min. 15cm in beton (fase 1) Beschoeide sleuven (fase 1) 1860 min 15 Gewoon plaatje (fase1), bij uitvoering (fase 2) vervangen door architectonisch plaatje Betonnage (fase 1) peil (var) Aanzet Beschoeide sleuf (fase 1) peil (var) Zaagsnede (var) Architectonisch plaatje van 80cm met dubbele tralieligger onderaan bijplaatsen (fase 2) 100 sleufwand 57.5 00.51- liep peil 0.00 BS10 Afwerking? Omdat de ruimte tussen de wan - den na het aanbrengen van de dakconstruc- tie wordt ontgraven, komt de ruwe betonzijde v an de beschoeide sleuven in het zicht in de parking en tunnel. Bijzonder in dit project is dat deze ruwe binnenzijde van de wand geen afwerking nodig had. Conform het door de architect gewenste beeld werden de prefab plaatjes in de fabriek voorzien van een ge - groefd profiel en gladde afwerking in plaats v an het standaard 'ruwe beton'. Uiteraard werden alleen die plaatjes van deze profile - ring voorzien die in het zicht kwamen (foto 8). Dak De dakplaat, die rust op de beschoeide sleu- ven, heeft een vrije overspanning van ge- middeld 40 m. Direct hieronder bevindt zich de eerste laag van de parking. De bovenbe- lasting bestaat uit een tramlijn, een ventweg en een autoluw plein dat geschikt is voor pu- blieksevenementen. Daarbij is het plein ten behoeve van afschot voor de afwatering uit- gevuld met zand, zodat een patroon van kol- ken en leidingen kon worden aangelegd. Aan de dakplaat is over een lengte van circa 152 m de constructie voor de wegtunnel op- gehangen. Hierdoor ontstond een 'zweven- de' tunnel. Om de vrijdragende dakplaat met deze belastingen te kunnen realiseren, is deze uitgevoerd met prefab-betonnen balken die in het werk zijn nagespannen. De balken zijn 2,1 m hoog en maximaal 42,60 m lang en liggen hart op hart 1,83 m. Op de balken is een druklaag met een afschat van 0,5% en gemiddeld 30 cm dikte gestort (6400 m 2, in meerdere storts gefaseerd). De balken hebben niet alleen een dra- gende functie, ook een architectonische. Daarom zijn ze in spievorm gemaakt, met een smallere onderzijde (fig. 9). De benodigde installaties voor verlichting, brandbestrijding en dergelijken zijn aan de balken bevestigd via ingestorte ankerrails. De ruimte aan de kopse zijde tussen de balken heeft ook een functie in de rook- gasafvoer bij calamiteiten. In de oostelijke kopwand zijn rookluiken aangebracht (fig. 10). Achter de wand is het rookgasafvoerkanaal 6 7 8 Vanwege de beperkte werkruimte zijn de wanden uitgevoerd met de trillingsvrije beschoeide- sleuventechniek, waarbij een sleuf stapsgewijs handmatig wordt uitgegraven en gestempeld 6 Wapeningstekening segment beschoeide sleuf. Maximale lengte horizontale wapening 2,40 m, vertanding tussen de segmenten onderling 7 Doorsnede: gegroefde plaatjes alleen aan de zichtzijde in de parking. Onder de vloerplaten en aan de grondzijde normale sleufplaatjes 8 Zicht op de parking met rechts de geprofileerde plaatjes CEMENT 5 2021 ?11 gebouwd waar met ventilatoren een onder- druk kon worden gecreëerd en rook uit de tunnel of parking, via de ruimte tussen de balken kan worden afgevoerd. Transport dakbalken? Los van de later aan- brachte naspanning, zijn de balken voorge- spannen ten behoeve van het transport van de fabriek naar de projectlocatie. Bovendien werd de esthetische spievorm uitgebreid met een extra verzwaring aan de bovenzijde om kippen van de balken tijdens transport te voorkomen. Iedere balk is met uitzonderlijk vervoer in de nachtelijke uren de stad in gereden. Omdat de opstelruimte voor de uitzonderlijke transporten ter hoogte van de werfzone beperkt was, werd het aantal transporten per nacht beperkt tot drie. In totaal werden op deze manier 89 balken naar het project getransporteerd en ingehesen met een 800 tons kraan. Plaatsing en afmontage dakbalken? De dakliggers rusten op de beschoeide sleuven. Hiertoe werd bovenaan de sleuven een ver- bindingsbalk (kopbalk) gestort met hierop de sokkels voor de oplegblokken. Na de montage van de balken op de opleggingen moesten ze worden nagespannen. De dak- balken werken ook gebruikt als drukschoor tussen de grondkerende wanden in, zodra de bouwput werd ontgraven. Voor de uitvoering was het nodig zo snel mogelijk ná plaatsing ? dus voor het aanbrengen van de voorspanning ? te begin- nen met de uitgraving onder deze balken. Daarom werd er een tijdelijk steunpunt voor de drukkracht gecreëerd tussen dakbalken en grondkerende wanden (fig. 11), zodat de De autotunnel is gedeeltelijk opgehangen aan de onderzijde van de dakplaat en bestaat uit een vloerplaat, die is opgehangen aan een centrale betonnen wand en trekstangen 9 10 11 9 Doorsnede prefab betonbalken 10 3D-model met sparingen voor de rookluiken tussen de balken 11 Doorsnede kopbalk, scheenmuur en tijdelijk steunpunt 12? CEMENT 5 20 21 tijdelijk 'laaggelegen' drukpunt scheenmuur definitief 'centraal' drukpunt kopbalkdakplaat einddwarsdrager tijdelijk 'laaggelegen' drukpunt scheenmuur definitief 'centraal' drukpunt kopbalkdakplaat einddwarsdrager stempelkracht al kon worden gemobiliseerd en er ruimte bleef voor de latere plaatsing van de naspanvijzels. Dat tijdelijk steunpunt is gerealiseerd met platte vijzels die onderaan de eindblok- ken van de dakbalken de kracht afdragen op de scheenmuur (wand opgestort op de be- schoeide sleuf met grondkerende functie). Op deze wijze werd de bovenzijde van de dakbalken vrijgehouden en kon de druk- kracht 'ingeleid' worden vanuit de wanden tussen de dakbalken naar de scheenmuur. De tijdelijke vijzels konden worden weggenomen na realisatie van het definitieve drukpunt. Aangezien de beschoeide sleuven het vloeiend verloop van de tunnel en parking volgen, was er geen haaks vlak voor kracht- overdracht van de balken op de wand. Daar- om kreeg de scheenmuur een zaagtandpro- fiel zodat bij elke balk het voorvlak van de scheenmuur parallel kwam te liggen met het balkuiteinde (fig. 12). Opgehangen tunnel Zoals gezegd is een deel van de tunnel opge- hangen aan de onderzijde van de dakplaat. Deze opgehangen tunnel bestaat uit een vloerplaat ? fungerend als rijweg ? en een centrale betonnen wand, beide in het werk gestort. Hierdoor ontstaat een omgekeerde T (fig. 14, foto 18). De centrale wand heeft meerdere functies. Naast een constructieve functie ? het overbrengen van de verkeerslasten naar de dakbalken ? is de wand over een groot ge - deelte van de opgehangen tunnel onderdeel v an een vluchtgang. Daarom is de wand in twee gescheiden delen uitgevoerd, zodat ertussen een vluchtweg kon worden gereali- seerd. 12 13 14 12 Bovenaanzicht met verspringende scheenmuur 13 Balken geplaatst, kopbalken gestort. Operagebouw op de achtergrond 14 3D-model omgekeerde T als hangende tunnel CEMENT 5 2021 ?13 Daarnaast heeft de wand een functie om krachten te verdelen tussen de opvolgende dakbalken, bijvoorbeeld wanneer bij een evenement een sterk ongelijkmatige belas- ting op het plein ontstaat. Om de ongelijkmatige en incidentele belastingen uit de tunnel zelf op te kunnen vangen, zijn aan de T-vorm stalen trekstan- gen bevestigd, de 'trekkers' (fig. 15). Deze trekkers, hart op hart 1,83 m (overeenkom- stig de h.o.h.-afstand van de balken), dragen de krachten via horizontale ankerstangen over aan de dakbalken. De ankerstangen werden bevestigd aan in de prefab balken ingestorte ankerhulzen (fig. 16). Omdat het horizontaal alignement van de tunnel een aantal bogen bevat, grepen de ankerstangen bij elke balk op een ander punt aan. Door dit voortijdig in het 3D-model te verwerken kon elke afzonderlijke ankerhuls op elke indivi- duele balk op de juiste positie worden inge- stort bij de prefabricage. 15 17 16 15 Doorsnede omgekeerde T, stalen 'trekkers', nagespannen dakbalken opgelegd op wanden van beschoeide sleuven 16 Dwarsdoorsnede over twee balken met trekstang (trekker) op horizontale ankerstang en ingestorte hulzen in de prefab balken 17 3D-model met zicht vanuit parking richting dakbalken; de trekstangen zijn verbonden met de horizontaal verspringende ankerstangen aangrijpend op de dakbalken 14? CEMENT 5 20 21 Tot slot De stad Antwerpen heeft de afgelopen jaren een aantal mooie functionele toevoegingen in het centrum gekregen. Een van de spre- kende voorbeelden is een autoluw Opera- plein met daaronder tramstations, een parkeergarage, een fietsenstalling en auto- tunnels, geïntegreerd in één 'gebouw'. Naast functioneel is het ook bijzonder. Onder ande- re vanwege de grote vrije overspanningen van het dak en de opgehangen tunnel, maar zeker ook vanwege de integratie van archeo- logische constructies uit de 16e eeuw. Dit heeft gezorgd voor een aantal flinke techni- sche uitdagingen in het ontwerp en de uit- voering. Nu ook de laatste werkzaamheden aan het bovengrondse busstation Roosevelt- plaats zijn verricht, is er een project afge- rond waar we trots op kunnen zijn. 19 18 18 Wapenen en bekisten middenwand opgehangen tunnel 19 Rijstrook opgehangen tunnel; links stalen trekankers naar de dakbalken en matglazen wand naar parking, rechts middenwand met akoestisch dempende beplating Tekeningen en modellen door Bart van Doorselaere en Evy Lonkce CEMENT 5 2021 ?15