C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBoor tunnelsEen grote concentratie van ge-bouwen bevindt zich rond het Ko-ningin Astridplein, bij het Cen-traal Station. De Antwerpsenoord-zuidverbinding loopt on-der dit plein door en kruist hetpremetro(tram)station Astrid.Verder loopt het onder het AstridPark Plazahotel, diverse winkelsen de parkeergarage door. Nadienworden ook nog de premetroko-ker Astrid-Elisabeth en een aantalstraten doorkruist (foto 1, fig. 2,tabel 1).Bij het tunnelboren moest op vol-doende diepte worden begonnenom een stabiel boorfront tekunnen ontwikkelen (fig. 3). Ditgebeurde in 2002 vanuit een ver-trekschacht, die voor de Ant-werpse noord-zuidverbinding ligtaan de Vis?straat ten noorden vanhet centrum. Bij het be?indigenvan de boring kwam het schildaan in een andere ontvangst-schacht, hier gelegen onder hetpremetrostation Astrid. Hetboren gebeurde van noord naarzuid, omdat aan de vertrekzijdeveel meer plaats nodig was, en dieruimte was niet beschikbaar bijhet Koningin Astridplein.B e s c h e r m i n g s m a a t r e g e l e np a n d e n V i s ? s t r a a tBij de vertrekschacht moesten depanden aan de Vis?straat ? SintJobstraat effici?nt worden bevei-ligd. Dit huizenblok bestaat uitoudere eengezinswoningen, ge-fundeerd op staal met een funde-ringsdiepte van + 2,5 m (foto 4).Tijdens de haalbaarheidsstudiewerden verschillende mogelijk-heden onderzocht, zoals:? ondervangen van funderingen;? gewelven met ge?njecteerdegrond;? gewelven door middel vanVHP-grouting;? onteigeningen of aankoop;? bevriezing van de grond onderde funderingen;? grouting van een gewelf vanuitde schildmachine;? buizenscherm tussen te borentunnel en funderingen.Een ondervanging van de funde-ringen zou hinder teweegbren-gen in de huizen zelf. Vanwegede geringe gronddekking van deschildtunnels in de zone Vis?-straat moest de zone tussen deschildtunnels en de huisfunde-ringen worden beveiligd. Vol-gens het haalbare lengteprofielwerd de tussenafstand tussenfunderingen en schildmachinetot 4,5 m beperkt.Al gauw bleven twee opties over:VHP-grouting en buizendak.Voor- en nadelen van beide mo-gelijkheden werden tegen elkaarafgewogen.Nadelen van VHP-grouting? werkputten moesten tot onderde as van de tunnel reiken;? werkputten vielen binnen hetprofiel van de schildtunnels enmoesten weer aangevuld wor-den bij het verwijderen van debeschoeiing voordat het schildkon doorboren;? gevaar voor verlies van grou-tingspecie in de bovenliggendekelders;cement 2004 258Hogesnelheidslijn in Antwerpen tussen stations Centraal en DamBuizendakmethode beveiligthuizenblok in volkswijkir. M. Christiaens en ir. R. Detheux, TUC RAIL NVir. E. Hemerijckx en J. Binnemans, Centrale Studiedienst VVM DE LIJNDe aanleg van de noord-zuidverbinding tussen de stations Antwerpen-Centraalen Antwerpen-Dam is een kleine schakel van 1200 m in de grote ketting vanrealisatie van hogesnelheidslijnen in Belgi?, in totaal 314 km spoor. Net als in deAmsterdamsebinnenstadmoestookinAntwerpenondereendichtbebouwdenbewoond oud stadsgedeelte worden geboord. Op het traject bevinden zich 300huizen, die op twee na konden blijven staan. De Scheldestad is namelijk niet ophouten palen gebouwd en kent een stevige ondergrond. Na een studie vandiverse mogelijkheden werd een deel van de huizen beschermd door gebruik temaken van de buizendakmethode. Voor de nooduitgangen en dwarsverbindin-gen viel de keuze op een klassieke doorpersing.Dit verhaal - de combinatie van de uitvoering met de schildmethode, ondersteund door bijzondere techniekenzoals de buizendakmethode - wordt tevens gepresenteerd op het ITA-AITES-congres te Singapore van 22 tot 27mei 2004.1 | Luchtfoto ondergrondstrac? noord-zuidverbin-ding AntwerpenTabel 1 | Het trac?situering opvatting lengteKoningin Astridplein aankomstcomplex schildenvak Astridplein ? Vis?straat enkelsporige schildtunnel 1225 m x 2Vis?straat vertrekschacht schilden inwendige lengte 30 mvak tussen vertrekschacht nabij Vis?straat gesloten gedeelte dubbel spoor 140 men noordelijke gevellijn DampleinC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBoor tunnels? kostprijs lag hoger bij totale on-derdoorgang van het huizen-blok;? optische controle was niet mo-gelijk bij VHP-grouting, zodatgeen garanties konden wordengeboden voor de homogeniteitvan het gewelf.Voordelen buizendak? ruime ervaring opgebouwd;? pers- en ontvangstputten kwa-men niet in het profiel van detunnelboring;? mogelijkheid tot na-injectie natunnelboring;? ondergrondse hindernissenkonden worden gedetecteerd;? rekenen met de werkelijke dia-metervandebuizendievolgensde behoeften konden wordengewapend.Nadeel buizendak? mogelijke cumulatie van de zet-tingen tijdens de buisdoorper-singen, veroorzaakt door deschildmethode.Uiteindelijk werd gekozen voorde buizendakmethode (fig. 5).Beperking zettingenTeneinde de totaliteit van de zet-tingen te beperken voorzag destudie in de volgende maatrege-len bij de buisdoorpersingen:? uitvoeren van de boringen metgrote zorg en nauwkeurigheid;? degelijke injectie (primaire ensecundaire) rond de buizen on-middellijk na be?indiging vande boring;? respecteren van de opgelegdevolgorde van het boren der bui-zen, waarbij geen buizen wer-den geboord voordat bij denaastliggende was ge?njecteerden beton gestort;? geen twee boringen gelijktijdiglangs weerszijden van een reedsgeboorde buis beginnen (ver-mijdt doorbreken gewelf in degrond).Bij de tunnelboring waren tweezettingfenomenen bekend; ener-zijds de onmiddellijke zetting aanhetfrontdoordeontspanningvande grond en anderzijds de nazet-ting hiervan, samen met dezetting achteraan het schild, doorde `overbreedte` van de schild-mantel ten opzichte van de tun-nelwand.Voor het beperken van de zettingaan het front werden twee moge-lijkheden onderzocht.? Injectiemogelijkheid vanuit ge-perste buizenTechnisch kon dit worden verwe-zenlijkt door het inbrengen vaneeninjectiebuis(type`tube?man-chette') in de geperste buizen vanhet buizenscherm. Bij toepassingvan een eventuele injectie warenvooral het tijdstip van injecteren,de plaats en de injectiedruk zeerbelangrijk. Het streven was de in-jectie uit te voeren op het tijdstipdat de zetting optreedt, dus juistv??r het boorfront. Injecteren opdeze plaats op dit tijdstip hieldvanwege de beperkte hoogtetussen onderkant buizenschermen bovenkant schild een re?elgevaar in, namelijk het brekenvan de grondmassa boven hetschild zodat deze mee wordt af-gegraven door de schildmachine.Bovendien moest de injectie pre-cies voor het front gebeuren enook continu en nauwgezet deschildvooruitgangvolgen.Ditwastheoretisch te verwezenlijken viade`tubes?manchette'.Omdathetbreken van de grondmassa moestworden vermeden, werd de injec-tie eigenlijk beperkt tot het vullenvan de eventuele ontstane holtetussen grondmassa en onderkantbuizen.De praktische uitvoering van de-ze oplossing was echter proble-matisch vanwege de bepaling encontrolevandeinjectiedrukendemoeilijke opvolging van plaats entijdstip van de injectie. Daaromviel uitvoering in deze vorm af.? Toepassen verhoogde front-steundrukUit ervaring was bekend dat hettoepassen van een verhoogdefrontsteundruk de zettingen doordefrontuitgravingtotnulkonher-cement 2004 2 59RangeerstationZooAntwerpen-CentraalCarnotstraatGemeentestraatKoninginAstridPleinLange BeeldekenstraatVanSchoonhovenstraatMuizenstraatDambruggestraatSpoorstraatSint-ElisabethstraatNachtegaalstraatRichardstraatDiepestraatSint-GrummarustraatVan KerckhovenstraatGeraniumstr.EveraerstraatBiekorfstraatOranjestraatTrapstraatOudesteenwegSint-Jobstr.Sint LazarusstrVisestraatViaductdamViaductdamDamplein2 | Trac? in plattegrondC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBoor tunnelsleiden. Deze verhoogde front-steundruk was echter niet overaltoepasbaar gezien het `blow-out'gevaar. De aanwezigheid van hethorizontaal buizenscherm boodde mogelijkheid er onderdoor teboren met verhoogde frontsteun-druk zonder `blow-out' risico,zodat de zettingen aan het fronttot een minimum werden her-leid.Ook voor het beperken van nazet-tingen achteraan het schild warener twee mogelijkheden.? Toepassen van verhoogde mor-telinjectiedruk ter hoogte vanstaartschildDit vereiste controle van de even-tuele overbelasting van de staart-voeg. Alleen dan kon de injectierondom de tunnelelementen metverhoogde druk worden uitge-voerd. Het effect hiervan moestworden gerelativeerd, omdat dedrukken bij dergelijke mortelin-jectie op geringe afstand na depomp sterk terugvallen.? Injectiemogelijkheid vanuit degeperste buizenDeze techniek was wel toepas-baar, omdat het gevaar om degrond tot in de graafkamer tedrukken hier niet bestond, zodatde injectiedruk niet beperkthoefde te worden. Bij de opmaakvan het aanbestedingsdossierwerd de bestudeerde injectietech-niek met `tubes ? manchette'vanuit de geperste buizen nietgekozen vanwege een problema-tische praktische uitvoering. De`tubes ? manchette' moestenworden ge?njecteerd vanuit eenwerkput die, qua inplanting enplanning, onverenigbaar was metde onderdoorgang met de tunnel-boormachine. Daarom werd ge-kozen voor een injectie tot tegenhet buizendak vanuit de reeds ge-boorde tunnel.E f f e c t i e v e u i t v o e r i n gBij het uitwerken van de uitvoe-ringsplannen werden om diverseredenen aanpassingen aan hetconcept doorgevoerd. Om tege-moet te komen aan de opmerkin-genvandebuurtbewonerswerddepersput iets verder van de buizenvan de Vis?straat ingeplant, zodatdeze straat en ook de garages degehele tijd bereikbaar waren (foto6). Tevens werd de toegankelijk-heid van de Sint-Jobstraat en degarages zoveel mogelijk verzekerddoor de ontvangstput af te dekkenmet prefab-betonplaten (foto 7).Deze werden slechts weggeno-menomhetmicroboorschildoptehalen, wat een operatie van be-perkte duur was.Verder werden voor de uitvoeringvan de ontvangstput de geplandewanden volgens de Berlijnse me-thode vervangen door een uitvoe-cement 2004 260AntwerpenCentraalAntwerpen(Dam)stationAstridplein-2-30.000.00 -1-20.00-10.00+5.00ZUIDdwarsverbindingnooduitgangbuizendakevacuatiecomplexpremetrokokerNachtegaalstraatAstrid-Elisabethdwarsverbinding PompputVis?straat+ventilatiegebouwFormatie van BoomFormatie van Lillo of KattendijkKwartair Formatie van Berchem-30.000.00-20.00-10.00+5.00DampleinNOORDaankomstcomplexAstridpremetrostationAstridbouwen van tunnels Astridplein - DampleinSint-Jobstraat Vis?straattijdelijkeontvangstputtijdelijkepersputgewapende betonbuizen als bescherminggerealiseerde tunnelkokertunnelboormachine5 | LangsdoorsnedeVis?straat3 | Lengteprofiel4 |Luchtfoto onderdoorganghuizenblok Vis?straatC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBoor tunnelsring met secanspalen (foto 8).Deze methode werkte sneller enhad minder zettingen tot gevolg.De ontvangstwand werd uitge-voerd met een grout van geringeweerstand zodat de boormachinezonder oponthoud door de grout-wand tot in de ontvangstput konboren, wat eveneens, gezien decontinu?teit van het boorproces,de zettingen boven de buizen be-perkte.Hetuitvoeringsdossiervanhetvei-ligheidsbuizenscherm had de vol-gende kenmerken (foto 9):? 21 parallelle doorpersingenmet een gemiddelde tussenaf-stand van 0,3 m;? uitvoering met de gesloten-frontmethode, lasergestuurd;? gemiddelde lengte per doorper-sing bedroeg 70 m;? doorpersbuizen van het typegewapend beton, sterktereeks135, met losse stalen mof, dia-meter 1000 x 1216 mm, buis-lengte 3 m. Er werd gekozenvoor betonnen buizen in plaatsvan stalen buizen. Dit kwam destijfheid ten goede en er waseenbeteretoegankelijkheidvandedoorpersingentijdensdeuit-voering, zonder de aanwezig-heid van inwendige verstij-vingsribben;? uitvoeringsvolgorde: 1 - 5 - 9 -13 - 17 - 21, daarna 3 - 7 - 11 - 15- 19, ten slotte 2 - 4 - 6 - 8 - 10 -12 - 14 - 16 - 18 - 20;? vier vooraf gemaakte injectie-gaten per doorpersbuis, voorprimaire en secundaire na-in-jectie;? vooraf gemaakte doorvoergatenvoorgrondstoppenindebuizenelke 40 cm op ashoogte in alleeven genummerde buizen.Doordat het boorrad zowellinks-alsrechtsomkondraaien,kon verrolling van de doorper-sing onder controle worden ge-houden,zodatdegrondstoppenop de juiste plaats kondenworden aangebracht;? injectiegaten voor blokkeerin-jectie elke 3 m in de vier meestnabij de tunnelboring gelegendoorpersingen. De injectiega-ten werden voor het betonstorten voorzien van een ge-nummerd systeem van voorafingestorte injectieleidingen, totaanhetmaaiveldnaarbovenge-bracht. Deze werkwijze had alsvoordeel dat de blokkeerinjec-ties heel snel op de tunnelbo-ring konden volgen, zodat on-middellijk ontstane zettingenwerden gecompenseerd.Aanvankelijk traden problemenop met de perskrachten. Dezeliepen zeer snel op. Reden hier-voor was de te kleine `overcut' ophet boorschildje, die werd opge-legd om zettingen te vermijden(foto 10). Na overleg werd de over-snijding vergroot tot de voor dezeboortechniek gebruikelijke waar-den. Om de door de oversnijdingontstane ringruimte te onder-steunen, werd intensief bentonietge?njecteerd via de injectiegatenin de buizen. Op deze wijzekonden de zettingen tot eenminimum worden herleid.Bijtweedoorpersingenwerdhouten metselwerk aangetroffen, ver-moedelijk afkomstig van een ge-dempte waterput in de achtertuinvan ??n van de woningen. Dit wasbelangrijke informatie met hetoog op het voorkomen van `blow-outs'bijdelateretunnelboringen.De put werd daarom tijdens depersing van de buis eerst opge-vuld, waardoor drukverliezen aanhet boorfront van de TBM werdenvoorkomen.Er werd een nauwgezet logistiekschema gevolgd voor het boren,de na-injecties, het maken van degrondstoppen en het wapenen enbetonneren van de doorpersin-gen. Het persen van de buizen iszonder problemen verlopen meteen ritme van maximaal tweebuizen per week, waarbij de per-singen continu werden uitge-voerd vanaf aanvang persing totinjectie rond de buis.Het veiligheidsbuizenscherm(plaatoppervlakte ca. 70 x 30 m =2100 m2) werd uiteindelijk onge-veer een maand sneller voltooiddan voorzien. De methode vandoorpersen met gesloten frontmaakte het mogelijk tunnelbo-ringen uit te voeren zonderschade aan de bestaande bebou-wing. De zettingen waren perfectonder controle (fig. 11 t.m. 13).N o o d u i t g a n g e n e n d w a r s -v e r b i n d i n g e nUitveiligheidsoverwegingenwor-den op het hsl-vak tussen Dam-cement 2004 2 616 |Persput Vis?straat7 | Sint-Jobstraat: toeganke-lijkheid bewoners verze-kerd8 |Uitvoering met secans-palen9 |Geperste buizen10 | MicroschildC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBoor tunnelsplein en Astridplein drie nood-uitgangen gecre?erd: bij de ver-trekschacht aan de Vis?straat, ??nhalverwege het trac? bij de Nach-tegaalstraat en een derde in hetaankomstcomplex Astridplein. Deinplanting van de nooduitgangenisge?nspireerdopdeAmerikaansenorm MFPA 30.Daarnaastwerdenooktweedwars-verbindingen gepland (fig. 14)voor de hulpdiensten en voor hetonderbrengen van de nodige elek-tromechanische uitrustingen voorde spoorexploitatie van de tunnel.In de ontwerpfase werden ver-schillende uitvoeringsmethodenonderzocht, zoals:? maken van een dwarsgalerij, aldannietonderbeschermingvanbevriezing of een beschermendhorizontaal scherm van grou-ting en ter plaatse storten vanbeton voor wanden en dak;? maken van een uitgraving bin-nenin een volledig bevrorengrondmassief;? maken van een uitgraving on-der bescherming van een voor-afgaand met grouting gemaakthorizontaal grondmassief;? horizontaal inpersen van eenbuis met grote diameter, al danniet onder bescherming van be-vriezing of van een horizontaalgroutscherm.Rekening houdendmetdekennisvan de Antwerpse ondergrondwerd uiteindelijk gekozen vooreen klassieke doorpersing metverlaging van het grondwaterpeil.De persingen werden uitgevoerdmet gewapend betonnen buizenmet stalen kern (inwendig?3,20 m, wanddikte = 260 mm,lengte ca. 2,5 m). De lengte van dedwarsverbindingen bedraagt cir-ca 6 m voor de Lange Beeldekens-straat en ongeveer 10 m voor deSint-Norbertusstraat.UitvoeringZoals gezegd vereiste de uitvoe-ring van de persingen een verla-ging van het grondwater. Daarwaar mogelijk, rekening hou-cement 2004 262N o o r d - z u i d v e r b i n d i n gIn september 2003 bereikte het boorschild voor de tweede spoortunnelreeds Antwerpen-Centraal aan het Koningin Astridplein, met belangrij-ke voorsprong op het schema. De eerste tunnelkoker werd tussen oktober2002 en februari 2003 afgerond. De werken aan de noord-zuidverbin-ding begonnen in mei 1998 tussen de stations Antwerpen-Berchem enAntwerpen-Centraal. De complete noord-zuidverbinding is het nieuwespoor tussen de stations Antwerpen-Berchem en Antwerpen-Luchtbal,met een 3,8 km lange spoortunnel tussen Antwerpen-Berchem en hetDamplein. Niveau ?2 van de noord-zuidverbinding is klaar eind 2006en niveau ?1 najaar 2007. Het Centraal Station telt dan veertien spo-ren verdeeld over drie treinniveaus. Ook de treinen naar deNoorderkempen en Nederland zullen deze verbinding gebruiken. Denadelen van het Centraal Station als kopstation vervallen, omdat in denieuwe configuratie de hsl ondergronds rechtstreeks aansluit op de lijnnaar Nederland.11 | Absolute zettingen nahet buizendak12 | Absolute zettingen bui-zendak + tunnel B13 | Absolute zettingen bui-zendak + tunnels A + B16 14 12 10 8 6 40 mm 2 mm 2 mm 1 mm 1 mm 1 mm 1 mm1 mm2 mm3 mm1 mmMVgevelmeetpuntenstraatmeetpunten16 14 12 10 8 6 42 mm 7 mm 8 mm 5 mm 3 mm 2 mm 1 mm1 mm3 mm6 mm3 mmMVgevelmeetpuntenstraatmeetpunten8 m-7.704spoor B13,11m16 14 12 10 8 6 41 mm 6 mm10 mm 11 mm 10 mm 3 mm 1 mm2 mm7 mm15 mm3 mmMVgevelmeetpuntenstraatmeetpunten8 m-7.704spoor B13,11m0,35-7.716spoor AC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBoor tunnelsdendemetdeliggingvandedwars-verbinding, werden de bemalings-bronnen geboord vanaf het maai-veld.Voordedwarsverbindingonderdehuizen werd de bemaling ge?n-stalleerd in de reeds geboordespoortunnels. Hier werd de tech-niek van `sasboringen' toegepast,om door betonwanden te kunnenboren die onderworpen zijn aanhoge waterdrukken.Na verlaging van het grondwaterwerd de vertrekopening uitge-brand, echter niet nadat de tunneleerst werd verstevigd door een af-stutconstructie die ervoor zorgdedat de tunnel niet vervormd werdbij het maken van de openingen.Ook aan de aankomstopeningwerd een afstutconstructie aange-bracht.De persing zelf was een open-frontpersing met horizontaletussenplaat (fig. 15, foto 16). Depersingen werden continu uitge-voerd vanaf de uitbraak van devertrekopening in tunnel B tot dewaterdichte aansluiting op beidetunnels en de aansluitende injec-tie rondom de persing.Ter hoogte van de vertrek- en aan-komstopening in beide spoortun-nels werd de tunnel in plaats vanmet de klassiek gebruikte beton-nen segmenten, uitgevoerd metstalen segmenten. Deze maaktenhet eenvoudiger de vertrek- enaankomstopeningen te maken.Ook werd het hierdoor mogelijkzowel de snijschoen als demetalen binnenmantel van depersbuizen met lassen waterdichtmet de tunnel te verbinden.Na het aflassen van de persbuisaan de stalen segmenten van detunnel en van de stalen binnen-mantel ter hoogte van de voegentussen de persbuizen, ontstondeen waterdichte constructie. Hetgeheel werd verder afgewerkt metbeton in de verbindingsknooptussen persbuizen en tunnel, hetmet beton vullen van de stalensegmenten tot het profiel van debinnendiameter van de tunnel enhet storten van een vlakke vloer inde persbuizen.C o n c l u s i eDe buizendakmethode is een bij-zondere ondergrondse methodeom met beperkte hinder onderhuisfunderingen door te werken.In het kader van het project As-tridplein - Damplein werd ze metsucces toegepast als middel omveiligincombinatiemetdeschild-methode op beperkte diepte on-der een omvangrijk huizenblok tewerken. cement 2004 2 63spoor Bspoor Adwarsverbinding tunnelbuizenR=4000320035014 | Dwarsverbinding tun-nelbuizen15 | Principe van de uitvoe-ring16 | Doorbraak in de tunnel-lining