C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBouwputtencement 2005 1 49De bouwput als overgang van deconventionele naar de boortunnelmoet een aantal functies vervul-len:? fungeren als startschacht voorde TBM, waarbij de grote afzet-krachten via deze bouwput naarde ondergrond moeten wordenafgedragen;? vormen van doorvoerpunt voorlogistiek ten behoeve van boor-proces;? mogelijk maken van de bouwvan de conventionele tunnel;? beschermen tegen ongelijkma-tige zettingen van een directnaast de bouwput gelegenonderstation van Prorail, infunctie zijnde ten behoeve vande naastgelegen spoorlijn Rot-terdam-Gouda;? opnemen van grote verticalebelastingen vanuit de TBM-logistiek (bijvoorbeeld opslagsegmenten);? verzekeren waterdichtheidtussen conventionele en boor-tunnelDeze functies, gecombineerd meteen benodigde ontgraving vancirca 17 m, volgend uit de beno-digde gronddekking van de aan-sluitende geboorde tunnel,hebben geleid tot de keuze vaneen bouwput met afmetingen vancirca 22 ? 69 m2. Dit is inclusiefhet dichtblok met een lengte van11,2 m. De bouwput van de start-schacht wordt uitgevoerd als pol-derconstructie, bestaande uit diep-wanden met een dikte van 1,2 men een betonsterkteklasse B 25 totin de laag van Kedichem (NAP?39,0 m) en drie stempellagen(fig. 2). Het dichtblok, bestaandeuit lagesterktemortel (B 5) met eenzandaanvulling, kent een natte uit-voeringsmethode met ??n stem-pellaag.Van de drie stempelniveaus wordthet onderste stempel verwijderd,in verband met de benodigderuimte voor de TBM, nadat op ont-gravingniveau de hulpvloer is aan-gebracht. Voor deze hulpvloer(helling 1:22,2) is gedeeltelijkgrondverbetering benodigd voorzover deze niet direct gedragen isdoor het Pleistoceen.Van de gewapende kopdiepwandvan de startschacht wordt eengedeelte gesloopt ten behoeve vande doorvoer van de TBM. De kop-diepwand van het dichtblok bevatwapeningsvrije zones. Om dezegedeeltelijk ongewapende diep-wand mogelijk te maken zijn deontgravings- en aanvullingsfase-ring van het dichtblok en de naast-gelegen `zandbak' (grondverbete-ring voor de boortunnel) nauw opelkaar afgestemd.Door de benodigde ruimte naasten onder de TBM zijn de diepwan-den en de hulpvloer niet ge?nte-greerd in de conventionele tunnel.V e r t r e k T B M ?k r a c h t e n s p e lBij vertrek van de TBM vanuit destartschacht zet deze zich af tegeneen op de hulpvloer geplaatstebokconstructie. Uitgegaan is vaneen rekenwaarde van de afzet-kracht van 20 000 kN ten gevolgeBouwputten en conventioneletunnel Sint Franciscus Driehoekir. E. Taffijn en ing. H.M.J. de Waard, Projectbureau RandstadRail RotterdamOp de locatie `Sint Franciscus Driehoek' (SFD) wordt een conventioneel te bou-wen tunnel gerealiseerd, die de verbinding gaat vormen tussen de boortun-nels en het bestaande spoor van de Hofpleinlijn. De tunnelboormachine zalvoor beide tunnels vanuit de op deze locatie geplande startschacht vertrek-ken. In dit artikel wordt het ontwerp van de bouwputten en de conventioneletunnelconstructie toegelicht.1 |Situatieschets SintFranciscus DriehoekNoorderkanaalVoorburgstraatGgordelwstartschachtonderstation ProRailrijksweg A20NS sporen Rotterdam - GoudaziekenhuisNSsporenHofpleinlijnSintGasthuisFranciscusr.e.t.Kleiwegboortunnels RandstadrailconventioneleRandstadrailtunnelC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBouwputtencement 2005 150van gronddrukken en wrijving. Infiguur 3 is de krachtswerking vande afzet-/ bokconstructie weerge-geven en de wijze waarop dezeconstructie aan de hulpvloer isbevestigd.De afzetbelasting in combinatiemet de resterende gronddrukkenop de kopwand van het dichtblokmoet in langsrichting wordenafgedragen. Ten tijde van de startvan het boorproces is de kopwandtussen startschacht en debouwput met onderwaterbetonnamelijk verwijderd. De belastingwordt afgedragen via het systeemvan hulpvloer, diepwanden enwrijving tussen grond en diep-wanden. Omdat als uitgangspuntis gehanteerd dat er geen wrijvingaanwezig is tussen de diepwand-panelen onderling, zijn de diep-wanden - ten behoeve van desamenwerking in langsrichting -aan de bovenzijde gekoppeld viaeen betonnen sloof. De hulpvloer,ook fungerend als stempeling, isvia stekken en wrijving gekoppeldmet de diepwand.Het systeem is doorgerekend alseen raamwerkmodel, met de wrij-ving grond-diepwand geschemati-seerd volgens de methodegenoemd in CUR-rapport 166. Deresultaten van dit model hebbenertoe geleid dat ook de zijdiepwan-den van het dichtblok moestenworden gemobiliseerd. Deze zijndaartoe ook tot NAP ?39,0 m aan-gebracht.S t a r t s c h a c h t ,u i t v o e r i n g s a s p e c t e nIn de uitvoering van de diepwan-den zijn in relatie tot het besteks-ontwerp enkele karakteristieke ele-menten te onderkennen. Zo is inhet ontwerp uitgegaan van de toe-passing van stalen voegprofielenbij de realisering van de diepwan-den. Op dit punt is door de aanne-mer een alternatief ingediend,omdat de vrees bestond dat doorde lengte van de diepwanden,circa 40 m, de stalen voegprofielenniet of zeer moeizaam te trekkenzouden zijn. Het alternatiefbestond uit een gekoppeld prefabgewapend betonnen voegprofiel.Twee redenen hebben ertoe geleiddat toch gekozen is voor stalenvoegprofielen. Ten eerste kon nietworden aangetoond dat dezebetonnen voegen in deze lengtenooit succesvol zijn toegepast. Tentweede werd het voor de wape-ningskorven beschikbare opper-vlak te zeer beperkt, waardoor devoegprofielen op zichzelf zwaargewapend zouden moetenworden, wat niet aantrekkelijkbleek te zijn. Het trekken van devoegprofielen is uiteindelijk, afge-zien van de soms wat langer beno-digde tijd, goed gelukt (fig. 4).Een ander aspect was de stortsnel-heid van het beton. Deze lagvanuit de gestelde eisen in hetbereik van 3-7 m/h. Door de voort-varende betonaanvoer was dewens van de aannemer om de3 |Krachtswerking afzet-constructie, verankering`trekpoot' en `drukpoot'2 |Bouwput startschacht/dichtblok24064startschacht 57550 11200m. v. -1,500laag van Kedichem ca. -32,0-39,000diepwand dik 1200helling 1:22,22Pleistocene zandgrondverbeteringca. -16,5bs = -11,987RF 04b.s.-11,000-6,500s3s2RF 03 RF 02bs = -14,552RF 01hulpvloerPleistocene zandca. -16,7conventionele tunnelkm.2,751750+0,500N.A.P.-0,750s1boortunnelszandbakdichtblokkm.2,693LangsdoorsnedeTT3263,59F45 max KFTH28F3990790H459H7909HH45277020002000PlattegrondC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBouwputtencement 2005 1 51stortsnelheid te mogen vergroten,praktisch gezien niet mogelijk bijde kleinere panelen. Met name destabiliteit van de minder draag-krachtige lagen en de hoeveelheidverbruikt beton in relatie met detheoretisch benodigde hoeveelheidspeelde daarbij een belangrijkerol. Uiteindelijk is daaruit voortge-komen dat een verhoging moge-lijk was ter plaatse van de lagenvan Kedichem en het Pleistoceen;ter plaatse van de Holocene lagenslechts een beperkte verhogingindien dit aangetoond kon wordenvia betonverbruik en weerstandslappe lagen. Overigens is een ver-hoging van de stortsnelheid terplaatse van de kleine panelendirect naast het onderstation vanProRail niet toegestaan.Bij de wapening van de diepwan-den is ook een aantal aspectennaar voren gekomen. In het ont-werp was uitgegaan van het optwee niveaus lassen van de circa40 m lange wapeningskorven; hetlassen op zichzelf via een overlap.Vanuit logistieke aspecten bleekechter de toepassing van 20 mlange korven de voorkeur van deaannemer te hebben. Dit heeftuiteindelijk geresulteerd in detoepassing van twee circa 20 mlange deelkorven en lassen via debajonetoplossing (fig. 5); ditlaatste om redelijke doorstroom-openingen voor het storten tehebben. Afhankelijk van degrootte van de panelen, van 3 tot8 m, zijn ??n tot drie wapenings-korven per paneel naast elkaartoegepast.O n d e r s t a t i o n P r o R a i lVanwege de gevoeligheid van hetonderstation van ProRail voor hetuitvoeringsaspect grondverplaat-singen zijn in en naast de diep-wanden hierlangs inclinometersaangebracht. Deze hebben eentwee- ledig doel. Ten eerste hetmonitoren van de horizontalegrondverplaatsingen ten gevolgevan het aanbrengen van een voor-belasting, (kalk)cementkolommenen de diepwand. De voorbelastingen de (kalk)cementkolommen zijnaangebracht als mitigerende maat-regel tussen onderstation en diep-wand. Ten tweede het monitorenvan de diepwandverplaatsing en4 |Trekken voegprofiel5 |Koppeling betonstaal-korvenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBouwputtenhet toetsen van deze verplaatsingaan de vervormingsuitgangspun-ten.Uit de tot nu toe uitgevoerde me-tingen blijkt dat de grondver-plaatsingen door het aanbrengenvan de voorbelasting en de(kalk)cementkolommen elk circa40 mm bedragen; die door hetstorten van de diepwandpanelencirca 20 ? 30 mm, in de richtingvan het onderstation.De gecumuleerde verplaatsingenblijven dan toch nog onder devoorspelde, indien geen (kalk)ce-mentkolommen zouden zijn toe-gepast.Als aanvullende maatregel ter be-scherming van het onderstation isstempellaag S1 op stempeluitvalgedimensioneerd.O n t w e r p o v e r i g eb o u w p u t t e nVolgend op de startschacht is ereen bouwput toegepast bestaandeuit combiwanden en onderwater-beton met trekpalen. Een bijkom-stigheid hierbij is de aanwezigheidvan een op houten palen gefun-deerde betonnen duiker. Zowel deopbouw van de duiker als (gedeel-telijk) de palen worden via decut&cover-methode gesloopt. Hetnieuwe palenplan wordt vervol-gens eventueel aangepast aan depositie van de achtergebleven paal-gedeelten.Op een BS-niveau van ?8,7 m gaatde combiwand over in damwanden vanaf een BS-niveau van?4,6 m en hoger wordt een openbouwputmethode toegepast.Samenvattend is de gehele bouw-put voor het conventionele tunnel-deel Sint Franciscus Driehoekopgebouwd uit:? startschacht als polderconstruc-tie met diepwanden en hulp-vloer (l = 58 m);? bouwput met onderwaterbetonen combiwanden (l = 75 m);? bouwput met onderwaterbetonen damwanden (l = 90 m);? open bouwput met damwanden(l = 91 m).Bij de uitvoering van deze laatstebouwput, gelegen direct naast debestaande Hofpleinlijn waaropwordt aangesloten, zijn specialemaatregelen genomen. Zo wordtde oostelijke damwand, het dichtstgelegen nabij de aardebaan van deHofpleinlijn, ingedrukt om onge-wenste (ongelijkmatige) zakkin-gen van de in exploitatie zijndeNS-sporen zoveel mogelijk te voor-komen. Zakkingen die, tijdens deuitvoering van de werkzaamhedentot een afstand van 20 m uit deaardebaan, via permanente inme-tingen van het spoor worden ver-taald naar verkanting, scheluwte,shift en ligging. Bij het overschrij-den van afgesproken signaal- dan-wel interventiewaarden wordendan maatregelen genomen, waar-onder het eventueel onderstoppenvan het spoor.C o n v e n t i o n e l e t u n n e lDe conventioneel gebouwdetunnel in de Sint Franciscus Drie-hoek (betonsterkteklasse B 35)heeft een lengte van circa 315 m(fig 6). De tunnel is verdeeld in 21tunnelmoten met een lengte vancirca 15 m die zijn gescheidendoor dilatatievoegen. Ter plaatsevan de aansluiting op de geboordetunnels zijn de afmetingen en dediepteligging van de tunnel medebepaald door randvoorwaardenvanuit het boorproces. De breedtevan de tunnel volgt onder meer uitde benodigde tussenafstand en dediepteligging is bepaald door debenodigde gronddekking op de ge-boorde tunnels. Aan de diepe zijdebedraagt het BS-niveau NAP?14,6 m. De afstand tussen desporen is hier circa 12,9 m, bij eenuitwendige tunnelbreedte van17,6 m. Om de lengte van de tun-nel zoveel mogelijk te beperken isgekozen voor een (steile) hellingvan 4,5% (1:22,2). Naarmate detunnel omhoog komt, komen ookde spoorassen dichter bij elkaar,waardoor de breedte van de tunnelgeleidelijk afneemt tot 12,6 m.In verband met de breedteafme-tingen van de tunnel en de forsegronddekking aan de diepe zijde,is om constructieve redenen eenmiddenwand opgenomen. Dezemiddenwand is over de gehelelengte van de conventioneletunnel doorgezet, zodat een com-partimentering is ontstaan die ingeval van brand ??n helft van detunnel rookvrij houdt. Om de viermoten (circa 60 m) is in de mid-denwand een vluchtdeur opgeno-men, zodat men het andere com-6 |Langsdoorsnededamwand, open damwand, OWBconventionele tunnel Sint Franciscus driehoekRF 19RF 21 RF 20onderwaterbetonRF 18 RF 17 RF 16 RF 15 RF 12RF 14 RF 13 RFRFb.k. wand - 0,500+ 4,230bs = - 1,229rt=3240,000 m helling 1:22,22+ 1,054cement 2005 152C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBouwputtenpartiment kan bereiken. Aan dediepe zijde van de tunnel, directaansluitend aan de geboordetunnels, is een noodtrappenhuisvoorzien dat de hulpdiensten eendirecte toegang tot de tunnel biedtin geval van calamiteiten.F u n d e r i n gDe tunnel is in de startschachtgefundeerd op een circa 0,5 mdikke laag gestabiliseerd zand.Deze laag wordt aangebracht opde hulpvloer, die op haar beurtweer is opgelegd op de Pleistocenezandlaag dan wel op een grondver-betering.In de op de startschacht aanslui-tende bouwputten is de tunnelvanaf een BS-niveau van NAP?12,0 m tot NAP ?4,6 m opgelegdop een onderwaterbetonvloer,gefundeerd op vibro-combinatie-palen (fig 7). De tunnelmoten zijnmet stekken aan de onderwaterbe-tonvloer verbonden. De diepstgele-gen tunnelmoot in dit gedeeltesteekt over de diepwand, tot 0,5 min de startschacht. Om te voorko-men dat er aan een zijde van demoot een `harde' oplegging ont-staat is de moot vrijgehouden vande diepwand. Ook de hulpvloer isaan deze zijde niet vast (met stek-ken) verbonden met de diepwand.Vanaf een BS-niveau van NAP?4,6 m tot de tunnelmond is deconstructie gefundeerd op prefabbetonnen heipalen.O v e r i g e f u n c t i e sVanaf moot RF10 tot moot RF12 isop de tunnel een bovengrondsgelegen technische ruimte opge-nomen. Het dak van deze techni-sche ruimte loopt over in het dakvan de tunnel op het punt waardeze bovengronds komt.Mede in verband met de helling inhet spoor en problemen die kun-nen optreden indien hierop blade-ren en/of sneeuw terecht kunnenkomen, is ervoor gekozen het dakvan de tunnel door te zetten overde volledige lengte van het boven-gronds gelegen gedeelte. Hier isdus niet gekozen voor het toepas-sen van een `open bak' construc-tie, gecombineerd met lichtbre-kingsbalken zoals vaker wordttoegepast op het einde van tunnel-constructies bij de Rotterdamsemetro. Om toch bij het in- en uit-rijden van de tunnel een geleide-lijke overgang te realiseren vanlicht naar donker, zijn de beidebuitenwanden van de boven-gronds gelegen tunnelmoten ver-vangen door per moot drie kolom-men. Door de onderzijde van dekolommen op ??n niveau te hand-haven en de bovenzijde van dekolommen mee te laten lopen methet variabele niveau van het dak,ontstaan openingen in de tunnel-wanden die kleiner worden naar-mate de tunnel dieper komt teliggen. Pleistocene zand ca. -16.5m.v.RF16 - RF21prefab heipalenb.sN.A.P.laag van Kedichem ca. -32.0RF10 - RF15RF05 - RF09RF01 - RF04vibrocombina-tiepalenachterblijvendeonderwater-beton opbuispalendiepwandhulpvloerstartschacht, diepwanden, hulpvloercombiwanden, OWBRF 10F 11F 11 RF 09 RF 08 RF 07 RF 06 RF 03RF 05 RF 04 RF 02 RF 01technische ruimtenoodtrappenhuisbsm. v. -1,500slooplijn b.k. diepwand 2500- m.v.helling 1:22,2 bs = - 14,552cement 2005 1 537 |Doorsneden eindsituatie