O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBouwtechniekcement 2002 770Hetafstudeeronderzoek[1]isont-staan uit de opdracht een innova-tieve bouwmethode te bedenkenvoor het maken van ondergrond-se bouwwerken*). Een literatuur-onderzoekmoetdaninzichtgevenin al bestaande bouwmethoden.Aanelkebouwmethodeklevenzo-wel voor- als nadelen, afhankelijkvaneisenenrandvoorwaardendieaan een bouwproject worden ge-steld. Gedurende het onderzoekis het afstudeerproces beperkt totde realisering van tunnels meteen bouwmethode gekenmerktdoor een combinatie van kunst-stof luchtkussens en een con-structieve werkvloer, de kussen-framemethode [1].D e k u s s e n f r a m e m e t h o d eDe kussenframemethode is geba-seerd op de conventionele afzink-methode en kan worden toege-past in gebieden met een hooggrondwaterpeil ten opzichte vanhet maaiveld. Bij deze nieuwebouwmethode wordt gebruikge-maakt van luchtkussens in com-partimenten van een demontabelruimtelijk frame, het zogenoem-dekussenframe(fig.1).Dezecom-binatievormteendrijvendlichaam,dat als bouwplaats fungeert. Inbinnenstedelijk gebied moet ge-bruik worden gemaakt van eenbouwkuip.Op het in de bouwkuip drijvendekussenframe (fig. 2) kan een tun-nelelement worden vervaardigdvan in het werk gestort beton. Ominstabiliteit van het kussenframete voorkomen wordt gewerkt mettwee stortfronten, de vloer wordtgestort vanuit het midden. Ge-lijktijdig met het storten wordtlucht in de luchtkamers gebrachtmet behulp van een niveaurege-lingssysteem, waarvoor vloeistof-niveaumeters aan het kussenfra-me worden bevestigd. Het dek zalhierdoor op een constant peilblijven ten opzichte van het wa-terpeil in de bouwkuip.Indien de vloer voldoende sterkis, kunnen de wanden van hettunnelelement worden gebouwd(fig. 3). Aan de kopzijden van hettunnelelement worden kopschot-tengeplaatst(fig.4).Omdedieptevan de bouwkuip beperkt tehouden, wordt het dak in een laterstadium aangebracht, nadat hetkussenframe is verwijderd.Voordat het kussenframe wordtafgezonken, worden op de con-structievloer van het tunnelele-ment waterballasttanks geplaatst,die het element na het afzinkenvan het kussenframe in stabielevenwicht houden. Door de ven-tielenteopenenontsnaptluchtuitde meerkamerkussens en zinkthet kussenframe naar de bodemvan de bouwkuip, waarbij het zichlosmaakt van de onderzijde vanhet tunnelelement, dat een eigendrijfvermogen bezit (fig. 5). Hetdrijvende tunnelelement wordtverplaatst naast het kussenframeomvoltooidteworden.Doorluchtin de bovenste kamers van hetmeerkamerkussentepompen,zalNieuwe bouwmethode voor het maken van tunnelsBouwen op luchtir. H.J. Bossong, Delphi Engineering, Veldhovenprof.ir. C.S. Kleinman, TU Eindhoven, faculteit Bouwkunde, capaciteitsgroep Constructief Ontwerpen*) De afstudeerbegeleidingscommissie bestond namens de TU Eindhoven uitprof.ir. C.S. Kleinman, Constructief ontwerpen beton, ir. H.J. Fijneman,Betonconstructies, dr. D.A. Overdijk, Wiskunde en namens Ballast Nedamuit ing. A.H.F. Vos.In de laatste decennia is ondergronds bouwen volop in de belangstellingkomen te staan, vooral door de toename van het wegverkeer. Er wordt steedsmeer waarde gehecht aan het minimaliseren van de verstoring van het (open-bare) leven door grootschalige bouwprojecten. Traditionele bouwmethodenveroorzaken over het algemeen geluidsoverlast en hinderen het verkeer in deomgeving van de bouwplaats. Daarnaast kunnen milieu en nabije bebouwingschade ondervinden van de bouwwerkzaamheden, bijvoorbeeld door bema-ling en het heien van damwanden. Voor veel van deze bezwaren zijn oplos-singen gevonden. Maar het is niet ondenkbaar dat deze technieken in de toe-komst niet meer mogen worden toegepast in een gevoelige omgeving.1 | Kussenframe2 | Kussenframe drijvend inde bouwkuipO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB ouwtechniekcement 2002 7 71het kussenframe naar het water-oppervlakvandebouwkuipstijgenen kan gereed worden gemaaktvoor de bouw van het volgendetunnelelement (fig. 6).De toeritten moeten in den drogeworden gebouwd omdat de toe-ritelementen niet op het kussen-frame vervaardigd kunnen wor-den wegens drijfinstabiliteit vanhet frame door de asymmetrischevorm van de toeritelementen.Wanneer bij een open bouwkuipgeen bemaling mag worden toe-gepast zal een bodemafsluitingnodig zijn van onderwaterbeton.Door damwanden dwars over debouwkuip wordt deze verdeeld indrie delen, voor de twee toerittenen het gesloten gedeelte. Na hetaanbrengen van de damwandenwordt de bouwkuip over de vollelengteontgraven.Hetwaterpeilinde bouwkuip komt gelijk te staanmet dat van de omgeving. Er kannu gestart worden met de bouwvan de toerit die het verst van hetkussenframeisverwijderd(fig.7).In de kopwand van de toerit wordteen stalen kopschot geplaatst. Deruimte tussen dit kopschot en dedamwand dwars over de bouw-kuip wordt volgepompt met watertotdat het peil gelijk staat met hetpeil aan de andere zijde van dedamwand. Na verwijderen van dedwarsdamwand kan het gereed-staande tunnelelement tegen detoerit worden afgezonken (fig. 8).Deze procedure van afzinkenwordt herhaald tot het laatste tun-nelelement.Nadat het voorlaatste tunnelele-mentisafgezonken,wordtgestartmet de bouw van het laatste tun-nelelement op het kussenframe(fig. 9). Het is mogelijk het kus-senframe onder dit laatste tun-nelelement te verwijderen, voormogelijk hergebruik. De toerit bijde afzinkplaats wordt vervaardigdzonder kopwand. Wanneer deconstructievloer en de wandenvan toerit 2 zijn uitgehard, wordtdetoeritvolgepomptmetwatertothet peil in de bouwkuip van hetgesloten gedeelte. De dwarsdam-wandtussendeafzinkplaatsendetoerit kan worden verwijderd enhet tunnelelement wordt tussende wanden van de toerit verplaatst(fig. 10). Door de kussens vol tepompen stijgt het kussenframenaar het wateroppervlak van debouwkuip en kan het verwijderdworden. Ter plaatse van de af-3 | Tunnelelement opkussenframe4 | Tunnelelement metkopschotten5 | Afzinken kussenframeO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBouwtechniekcement 2002 772zinkplaats van het kussenframewordt de bodem aangevuld. Hettunnelelement wordt boven zijndefinitieve afzinkplaats gevarenzodat het dak vervaardigd kanworden. Nadat het tunnelelementisafgezonkenopdestelplatenkande aansluiting met de toerit wor-den gerealiseerd. De aansluitingen de kopwand van de toerit kun-nen in den droge worden uitge-voerd met behulp van een inge-storte schermwand in het laatstetunnelelement,damplankeninderesterende openingen en onder-waterbeton (fig. 11). Tenslottewordt de tunnel onderspoeld metzand.Indien er op de bouwplaats vol-doende ruimte is, kan het kus-senframe in een bredere bouw-kuip zijwaarts onder het tunnel-elementverplaatstwordenomhette verwijderen.O n t w e r pOm een beter inzicht te krijgenin de kussenframemethode is eenontwerp uitgewerkt, waarvoor eenaantal randvoorwaarden is opge-steld:? het toepassen van een bema-ling moet vermeden worden;? de lengte van de tunnel moetzodanig zijn dat het projecteconomisch haalbaar is;? er moet vanaf het maaiveldgewerkt kunnen worden(ondiepe tunnel);? er moet voldoende ruimte vooreen bouwkuip aanwezig zijn.Eriseenprojectdataandezevoor-waarden voldoet, namelijk eenondergrondse autoweg in Har-lingen. Een aantal jaren geledenishiervoordoorBallastNedam,insamenwerking met een aantal ad-viesbureaus, een studie gemaakt.Wegens financieringsproblemenis dit plan nog niet uitgevoerd.Van de situatie in Harlingen zijneen planning en een kostenver-gelijking gemaakt. De dimensiesvan het kussenframe en de te re-aliseren tunnelelementen zijnnauwkeurig uitgewerkt, zowelmet handberekeningen als metcomputermodellen. Om relatiefbetrouwbare dimensies aan deonderdelen van het kussenframete geven, is het frame in een 3D-raamwerkenpakket ingevoerd engetoetst aan de normen.T e n s l o t t eDe kussenframemethode zal ge-6 | Vervaardigen dak7 | Realisering toerit8 | Afzinken tunnelelementbruikt kunnen worden op locatieswaar geen bemaling mag wordentoegepast, zoals in natuurgebie-denofbinnenstedelijkegebieden.De benodigde ruimte voor het re-aliseren van een bouwwerk be-perkt zich tot het te bebouwengebied (bouwen tussen de dam-wanden). Vooral in binnenstede-lijk gebied speelt bouwruimte eencruciale rol. Doordat de damwan-den van de bouwkuip geen water-kerende functie hebben, kunnenze lichter worden uitgevoerd. Nade realisering van het bouwwerkkunnen ze worden getrokken enhergebruikt.Met behulp van een projectont-werpiseenbouwmethodeontwik-keld voor het maken van tunnels.Gedurende het ontwikkelings-proces is een aantal voorwaardengesteld, aan de hand waarvan di-mensies zijn bepaald. Op de af-metingen van het tunnelelementis het kussenframe gedimensio-neerd. De berekeningen voor hetproject in Harlingen tonen aandat het toepassen van de kussen-framemethode mogelijk is.Devraagisofdemethodeookmo-gelijk is in geval van een hoger,langer of breder tunnelelement.De afmetingen van het kussen-frame zijn immers afhankelijkvan de afmetingen van het tun-nelelement dat hierop wordt ver-vaardigd.Naast de consequenties van de di-mensies van het bouwwerk voorhet kussenframe, zijn de risico'seen vermeldenswaardig punt.Tijdens overleg met partijen diemogelijk een tunnel willen ofkunnen bouwen, rezen bezwarenvanwege het toepassen van lucht-kussens. De mogelijkheid bestaatdat door vandalisme of menselij-ke fouten de consequenties niet teoverzien zijn. Overwogen moetworden of deze risico's aanvaard-baar zijn.Als laatste het kostenaspect.Voor een tunnel in Harlingen iseen kostenvergelijking gemaakt.De conclusie was dat bij langetunnels de kussenframemethodeeconomischer is dan de wandenen dakmethode, waarbij er welmeer dan ??n kussenframe nodigis om de tunnel binnen een be-paald tijdsbestek te realiseren.In de kostenvergelijking zijn dekussenframes op ??n werk afge-schreven. Bij korte tunnels is debouwmethode niet rendabel, om-dat de startkosten te hoog zijndoor de aanschaf van de kussen-frames.AanbevelingenEr zal een uitgebreid onderzoekmoeten worden verricht naar dehaalbaarheid van de kussenfra-memethode. De diepgang van dekostenvergelijking moet wordenuitgebreid, zodat exact kan wor-den aangetoond welke economi-sche voor- en nadelen de kussen-framemethode heeft ten opzichtevan de wanden en dakmethode.Ook zal een risicoanalyse opge-steld moeten worden om eenbeter inzicht te krijgen in debouwmethode en de daaraan ver-bondenrisico's.Hetkussenframezoals nu is ontworpen, is eengoede basis, maar zal nog verdermoeten worden ontwikkeld tenaanzien van onder meer:? het realiseren van een modu-lair systeem van het frame,zodat bouwwerken onafhanke-lijk van de afmeting op hetkussenframe kunnen wordengerealiseerd. De individueleframes kunnen met dit modu-lair systeem eenvoudig aanelkaar worden gekoppeld toteen groter geheel;? bevestiging van het meerkamer-kussen aan het kussenframe;? testen van het niveauregelings-systeem aan de hand van eenprototype. L i t e r a t u u r1. Bossong, H.J., Ontwikkelenvan een bouwmethode voortunnels en kelders in deutiliteitsbouw met behulpvan drijvende luchtkussens.Afstudeerverslag TU Eind-hoven, faculteit bouwkunde,capaciteitsgroep constructiefontwerpen, november 2001.O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB ouwtechniekcement 2002 7 739 | Laatste tunnelelement10 | Verplaatsen laatste tunnelelement11 | Aansluiten laatste tunnelelement