cement 2001 150C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gZinktunnelDe Calandtunnel (fig. 1) is eenonderdeel van het MaRiCor-project. Dit project betreft deverbetering van de corridor vande Maasvlakte tot Ridderkerk.Ook de Dintelhavenbruggen zijnonderdeel van dit project. In hetCalandkanaal heeft de scheep-vaart voorrang. Gevolg daarvan isdat de brug ongeveer achtduizendkeer per jaar opengaat, wat neer-komt op ieder uur gemiddeld eenkwartier.Behalve de A15 gaat ook dehavenspoorlijn over de brug.Samen met de eveneens beweeg-bare Botlekbrug, circa 10 kmoostelijk in hetzelfde baanvak,vormt de Calandbrug ook voor dehavenspoorlijn een knelpunt.Dit knelpunt wordt door deaanleg van de Botlekspoortunnelechter voor een belangrijk deelopgelost. De noodzaak van eenonbelemmerde kruising van hetCalandkanaal is daardoor minder.Afgezet tegen de extra kosten dievooreengecombineerdeverkeers-en spoortunnel nodig zoudenzijn, is door de NS besloten omvooralsnog geen spoortunnel aante leggen. Wel is gesteld dat doorde aanleg van de verkeerstunneleen eventuele toekomstige bouwvan de spoortunnel met dezelfdebouwmethode niet onmogelijkmag worden gemaakt.W a a r o m e e na f z i n k t u n n e l ?Door Rijkswaterstaat zijn diversealternatieven beschouwd, waar-onder een hoge vaste brug, eengeboorde tunnel en een af-gezonken tunnel. Uitgangspuntwas dat de nieuwe kruisinggeschikt moest worden gemaaktvoor een autosnelweg met tweekeer drie rijstroken.Het alternatief met een vaste hogebrug, met een doorvaarthoogtevan50m,vielafgeziendenadelenvoor het vrachtverkeer (wind-hinder, brandstofverbruik) en dezeer lange opritten die nodigzouden zijn.Een geboorde tunnel lijkt aantrek-kelijk, gezien de krappe situatiewaarin moet worden gebouwd,maar levert niet de meest eco-nomische oplossing. Voor degewenste dwarsdoorsnede zoueen zeer grote diameter nodigzijn. Een boortunnel vereistbovendien een gronddekkingboven de tunnel die ongeveergelijk is aan de diameter van detunnel. Verder is het kanaalrelatief smal en diep. De boor-tunnel zou inclusief toerittenongeveer 2,5 km lang worden,terwijl het kanaal slechts 200 mbreed is.Een afgezonken tunnel verdientdaarom vanwege economischeredenen de voorkeur. Dit geldtoverigens niet alleen in dezesituatie, maar in zijn algemeen-heid voor een kruising van eenautosnelweg met een smallevaarweg. De afzinktechniek heeftdan ook, naast de boortunnel-techniek, zeker toekomst.Uitgaande van een kruising vanhet kanaal met de afzinkmethoderesteert nog een aantal ontwerp-afwegingen, waaronder de lengteen de constructie van het af-gezonken gedeelte en de bouw-methode voor de toeritten.De Calandtunnel: voor deverandering een afzinktunnelir. R. van Limbergen, TEC *)*) Tunnel Engineering Consultants (TEC) bestaat uit: DHV Milieu en Infrastructuur BV, HASKONING Ingenieurs- en architecten-bureau BV, Witteveen + Bos BVHet verkeersaanbod op Rijksweg A15 in het Europoortgebied zal de komendejaren, mede in verband met de ontwikkeling van de Tweede Maasvlakte,naar verwachting sterk toenemen. Een van de huidige knelpunten voor hetautoverkeer is de hefbrug over het Calandkanaal, even ten zuidwesten vanRozenburg. Naast deze brug wordt momenteel een afzinktunnel, deCalandtunnel, aangelegd.1 | Situatieschetscement 2001 1 51C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gZinktunnelL e n g t e a f g e z o n k e n d e e lDe kanaalbodem ligt op NAP?14 m en het omliggende terreinop NAP +6 m (hoogwatervrij).Indien alleen het kanaalgedeelte,met een lengte van slechts 200 m,als zinktunnel zou worden uit-gevoerd, dan zouden op beideoevers droge bouwputten moetenworden gemaakt tot een dieptevan NAP ?23 m, met een kerendehoogte derhalve van 29 m.Dit vereist zeer zware grond-kerende en bodemafsluitendeconstructies. Zo ontstond hetidee de zinktunnel ook een stukin de oevers door te zetten.De complicatie hierbij vormtevenwel de krappe situatie.De ruimte is te beperkt om in-hammen in de oevers te baggerenmet natuurlijke taluds. Voor hetcre?ren van een zinksleuf in deoevers zouden grondkerendeconstructies nodig zijn.Om de lengte van de inhammente kunnen vaststellen zijn dekosten bepaald van een zink-tunnel, inclusief grondkerendeconstructies, en van een terplaatse gebouwde tunnel in eendroge bouwput. De kosten zijnafhankelijk van de diepteliggingvan de tunnel. Uit figuur 2 blijktdat de zinktunnel tot een dieptevan het wegdekniveau van circaNAP ?6 m goedkoper is dan eenin-situ tunnel. Bij deze diepte ligthet dak van de tunnel echterzodanig hoog, dat het bij laag-water niet meer mogelijk is eenelement in te varen en af tezinken. Gekozen is derhalve omde maximaal haalbare lengte alszinktunnel uit te voeren, watresulteert in een lengte van ietsminder dan 700 m (fig. 3).A a n v u l l e n z i n k s l e u f i no e v e rHetlijktlogischdezinksleuveninde oevers na het afzinken van deelementen weer aan te vullen enzo de oorspronkelijke situatie teherstellen. Dit zou echter eenmaximale gronddekking van zo'n20 m op de tunnelelementenbetekenen. Een dergelijke boven-belasting levert constructieveproblemenop,zowelindevoegenals voor de dwarsdoorsnede.Bedacht moet worden dat de over-spanning van het dak en de vloerper tunnelbuis 15,5 m bedraagt(fig. 4) en dat de dikte-afmetingengelimiteerd zijn, omdat de tunnelnog wel moet kunnen drijven.Een aantal maatregelen is be-schouwd waarmee het aanvulleneventueel wel mogelijk is, zoalslicht aanvulmateriaal, dwarsvoor-spanning in vloer en dak eneenhogebetonsterkteklasse.Lichtaanvulmateriaal,bijvoorbeeldflug-sand, argex of schuimbeton is ergduur. De andere maatregelenkennen naast financi?le ook tech-nische bezwaren (hierover latermeer). Zowel de vaarwegbeheer-der van het Calandkanaal (hetGemeentelijk Havenbedrijf Rot-terdam) als Rijkswaterstaat kon-den er uiteindelijk mee instem-men de zinksleuven niet meervolledig aan te vullen. De aanvul-lingvindtplaatstoteenniveauvan1 m boven het tunneldak.Randvoorwaarde was wel datde kruisende infrastructuur ?wegen,kabelsenleidingen?weerop zijn plaats moest terugkomen.Daarom wordt een aantal over-kluizingen, die voor de bouwfaseal nodig waren, nu als perma-nente constructies uitgevoerd.Ook de grondkerende construc-ties van de zinksleuf, bestaandeuit gestempelde stalen combi-wanden(buispalenmetdamwand-planken ertussen) krijgen eenpermanent karakter. De kosten-consequenties hiervan zijn be-perkt. Omdat de zinktunnel opstaal is gefundeerd levert het2 | Kostenvergelijking3 | Langsdoorsnedetunneltrac?cement 2001 152trekken van de buispalen een tegroot zettingsrisico op. Ook alsde zinksleuven weer zouden zijnaangevuld, zouden de buispalenzijn blijven zitten.D w a r s v o o r s p a n n i n gz i n k t u n n e lDezinksleuvenindeoeverswordenniettothetoorspronkelijkeniveauaangevuld. Desondanks levert decombinatie van de uitwendigewaterbelasting, de overspanningvan 15,5 m en de ? in verband methet drijfvermogen ? gelimiteerdeconstructiedikten een relatiefhoog wapeningspercentage op(tot ca. 180 kg/m3). Voor de buig-wapening zijn op veel plaatsendrie netten op elkaar nodig enbovendien moet in een groot deelvan de vloer en het dak dwars-krachtwapening worden aan-gebracht.Onderzocht is of toepassing vandwarsvoorspanning in de vloeren het dak voordelen kan bieden.Er is hierbij uitgegaan van hetprincipe van gedeeltelijk voor-gespannen beton. Dit betekentdat de voorspanbelasting een deelvan de uitwendige belastingencompenseert,zodanigdat(vrijwel)geen dwarskrachtwapening meernodig is en dat de resterendebuigende momenten met zacht-staalwapening kunnen wordenopgenomen.De vraag is echter in welke bouw-fase de voorspanbelasting moetworden aangebracht, omdat deuitwendige waterdruk de over-heersende belasting is. De gemid-delde kanaalwaterstand is circaNAP. De maatgevende hoogwa-terstand bedraagt NAP +5,80 m.Uit oogpunt van krachtswerkingis het niet aan te bevelen de voor-spanning geheel in het bouw-dok aan te brengen. Er zoudendan te grote tegengesteldgerichtemomenten optreden. Door devoorspanning binnen de kern tehouden kan hieraan wordentegemoetgekomen, maar dit isniet effectief en economisch.Daarom is uitgegaan van eensysteem waarbij wordt nagespan-nen na afzinken. Dit betekent datereenverankeringaandebinnen-zijde van de tunnel moet zijn(fig. 5).Omdatmoetwordennagespannenkunnen de voorspankanalen nietin het bouwdok worden ge?n-jecteerd. Nadeel hiervan is hetrisico van lekkage van de kanalentijdens transport en afzinken metals gevolg een corrosierisico voorhet voorspanstaal. Verder leverende inkassingen voor de veranke-ringeneenverzwakkingopvandebetreffende doorsnede, met alsresultaat plaatselijk zeer hoge enongewenste wapeningsconcen-traties. Om deze reden is ook eensysteem beschouwd waarbij dedwarsvoorspanning geheel in hetbouwdok wordt aangebracht.Hierbij liggen de spanveranke-ringen in de buitenhoeken van detunnel en worden de voorspan-kanalen in het bouwdok ge?n-jecteerd.Er zijn verschillende variantenvoor de voorspangraad van dwars-voorspanning bekeken. Daarbij isook de betonsterkteklasse geva-rieerd. De hoogst beschouwdebetonsterkte is B 65. Voor betonmet een nog hogere sterkte geldtdat de brandwerendheid terug-loopt, wat in een tunnel zonderaanvullende voorzieningen niettoelaatbaar is. De varianten zijnop kwaliteit en kosten vergelekenmet een traditionele gewapendetunnel in B 35. Deze oplossingverdiende uiteindelijk toch devoorkeur.B o u w m e t h o d e t o e r i t t e nOp de overgang tussen de zink-tunnel en de ter plaatse te bouwen4 | Dwarsdoorsnede zink-tunnel; rechts t.p.v.ventilatie5 | Locatie dwarsvoor-spanningC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gZinktunnelcement 2001 1 53C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gZinktunneltunnel ligt de tunnel nog vrij diepten opzichte van het maaiveld.De eerste 209 m van de in-situtunnel op elke oever wordendaarom nog als gesloten tunneluitgevoerd. Aan het uiteindevan de gesloten tunnel zijn dedienstengebouwen gesitueerd.Daarna resteren nog circa 200 men 300 m open toerit. Zowel de in-situ tunneldelen als het grootstedeel van de toeritten worden uit-gevoerd als een betonconstructiein een tijdelijke bouwkuip.De ruimte voor de bouw op deoevers is zeer beperkt. Op deoostoever ligt het tunneltrac?ingeklemd tussen de havenspoor-lijn en de N15 aan de noordzijdeen bedrijfsterreinen aan de zuid-zijde. Op de westoever ligt hettrac? tussen de N15 en de Neckar-haven ingeklemd. Gezien debeperkte ruimte en het feit datzowel de N15 als de kruisendelokale wegen te allen tijde ingebruik moeten blijven, wordt debouwopdeoeversindiversefasenuitgevoerd.Op de westoever is alleen voorhet hoogste deel van de toeritiets meer ruimte beschikbaar.Deze ruimte wordt benut doorhet toepassen van een polder-constructie met een waterdichtefolie en groene taluds. Dit isde goedkoopste bouwmethode.Tijdens de aanleg wordt eenbeperkte bemaling toegepast,zodat het vlies in den droge kanworden aangebracht.K r u i s i n g w i n d s c h e r mOp de westoever van het Caland-kanaal staat een betonnen wind-scherm. Dit scherm is in 1985gebouwd ter verbetering van depassage van hoge windgevoeligecontainerschepen door de nauweopeningvandehefbrug.Depijlersvan de brug werden voorheenregelmatig aangevaren.Het scherm is onderverdeeld indrie secties. Het noordelijke deelbestaatuitbetonnenplatenopeendijk. Het middenscherm bestaatuit halve cilindrische schalen meteen diameter van 4 m en eenhoogte van 20 m. Het zuidelijkedeel bestaat uit evenhoge half-ronde schalen, met een diametervan 18 m. Het tunneltrac? kruisthet middenscherm en het uit-einde van het zuidscherm.Z u i d s c h e r mDe schalen van het zuidschermzijngefundeerdopverticalebeton-palen tot NAP ?15 m. De meestnoordelijke schaal kraagt in deeindsituatie circa 4 m over in dezinksleuf.Omdathetheienvandecombiwand van de zinksleuf envervolgens het baggeren van dezinksleuf de paalfundering be?n-vloedt, is de schaal vooraf geheelop een nieuwe ? diepere ? funde-ring gezet (paalpuntniveau NAP -33,5 m). De werkvolgorde is alsvolgt:? lokale ontgraving totonderkant fundering;? aanbrengen nieuwe palen(Tubex-systeem);? aanbrengen van poeren opdeze palen;? aanbrengen van vijzels tussendeze poeren en de onderkantvan de schaal;? op spanning brengen vande nieuwe paalfunderingdoor vijzelen;? heien combiwand zinksleuf,waarbij twee buispalen directter weerszijden van de schaalworden geheid;? aanbrengen betonnendeksloof op de combiwand,waarop ook de schaal komtte rusten;? aanbrengen van een jet-groutscherm tussen de tweeeerder genoemde buispalen;? ontgraven van de zinksleuf;? afzinken van de tunnel;? aanbrengen van een prefabschort tussen de onderkantvan de schaal en het water-niveau van de zinksleuf(om esthetische redenen).In de eindsituatie rust de schaalop nieuwe funderingspalen en opde combiwand van de zinksleuf.M i d d e n s c h e r mTer plaatse van het tunneltrac?staan tien schalen van hetmiddenscherm. De schalen staanop poeren die op palen zijngefundeerd. De schalen die in deweg staan, zijn verwijderd doordeze af te zagen juist boven defundering. De schalen zijn meteen speciaal hijsframe verplaatstnaar een tijdelijke positie 10 mverderop (foto 6). Door de schalen6 | Windscherm in tijdelijkesituatiefoto: Aerocamera,Michel Hofmeestercement 2001 154C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gZinktunnelin een verticale positie neer tezetten, afgesteund tegen stalenbuispalen, doen ze in dezesituatie dienst als tijdelijk wind-scherm. Hiermee wordt tegelijkvoldaan aan de eis van de vaar-wegbeheerder om een tijdelijkscherm aan te brengen.Na het afzagen van de schalen isdefunderinggesloopt.Deschalendie direct naast het tunneltrac?blijven staan zijn op een nieuwepaalfundering gezet, omdat debestaande fundering werd be?n-vloed door het heien en ontgravenvan de zinksleuf.De volgende actie betrof het heienvandecombiwandenvoordezink-sleuf.Opdezecombiwandenwerdvervolgens een betonnen kokergestort, met een overspanningvan 35 m en een hoogte van 6 m(fig. 7). Deze koker vormt eenoverkluizing over de toekomstigezinksleuf. De schalen worden opdeze kokerbalk teruggeplaatst.Dit gebeurt door onderin deschalen gaten te boren en hierinstalen doken te verankeren.De schalen worden vervolgens opde kokerligger geplaatst, waarbijde doken in vooraf vrijgehoudensparingeninde bovenflens vandekokerligger vallen. Hierna wordende sparingen met gietmortelgevuld, zodat schaal en koker-ligger aan elkaar worden veran-kerd. Onder de overkluizing kande zinksleuf worden gebaggerden de tunnel worden afgezonken.In de eindsituatie resteert eenspleetvormige opening tussen dekokerbalk en het waterniveau.Omdat op deze hoogte destempels van de combiwandenhangen, wordt de wind hier vol-doende geremd en is het nietnodig om de opening af tedichten.B o u w d o k V e r o l m eAanvankelijk was het de be-doeling de afzinkelementen inhet bouwdok te Barendrecht tebouwen. Dit dok was echter voor-afgaand aan de bouw van deCalandtunnel al in gebruikvoor de Tweede Beneluxtunnel.Het dok zou dientengevolge ietslater ter beschikking komen danvoor de planning van de Caland-tunnelwenselijkwas.Daarbijkwamdat het dok al was gereserveerdvoor de bouw van de HSL-zink-tunnels onder de Oude Maas ende Dordtsche Kil. De resterendebeschikbare tijd was onvoldoendevoor de elementen van de Caland-tunnel. Daarom is gezocht naaralternatieven.Bouw van de tunnelelementenin ??n van de toeritten was opzichzelfeconomischaantrekkelijk,maar vormde planmatig een pro-bleem. De toerit kan in dat gevalimmers pas worden gebouwd na-dat de elementen zijn afgezon-ken. Ook onderzocht zijn tijde-lijkebouwdoklocatiesopdeMaas-vlakte, het bouwen op pontons enhet gebruiken van een bestaanddok van de scheepsreparatiewerfvan Verolme Botlek. Deze laatstemogelijkheidbleekhetmeesteco-nomisch.De werf van Verolme ligt aan deNieuwe Waterweg en is daarmeegunstig in verband met het trans-port van de elementen naar delocatie. Het beschikbare dok(dok 6) is 275 m lang en 40 mbreed. Hiermee is met de leng-te van de zinktunnel en hetaantal elementen, naast eerdergenoemde aspecten, rekeninggehouden. De zinktunnel bestaatuit zes elementen van ieder 114 mlang. Elk element is weer op-gebouwd uit vijf stortmoten van22,80 m. Het dok is geschikt voorde bouw van twee elemententegelijkertijd (foto 8). Er wordentwee bouwstromen toegepast endus ook twee tunnelkisten in-gezet. De overblijvende ruimte isvoldoende om aan de uiteindenvan elk element de tunnelkist, terlengte van een stortmoot, uit hetelement te schuiven en met dekraan uit het dok te tillen.T r a n s p o r tOmdat er maar twee elemententegelijkertijd kunnen wordengebouwd, moet het dok driekeer na elkaar worden gebruikt.Het dok is hiertoe gehuurd vanjanuari2000totenmetseptember2001, ofwel een periode van driekeer zeven maanden. Als er tweeelementen klaar zijn wordt hetdok in ??n dag ge?nundeerd enwordendeelementenopgedrevenen het dok uitgevaren. De eerstevier elementen worden per tweeeerst geparkeerd aan een kade bijVerolme, waar de tijdelijke langs-voorspanning wordt ge?njecteerden de elementen worden getrimden transportgereed gemaakt.VoorhettransportrichtingNoord-zee wordt gebruikgemaakt vanafnemend tij. Nadat de Storm-vloedkering is gepasseerd vindtbijdoodtijderondingbijdeSchei-dingsdam plaats. Daarna voert deroute verder over het Caland-7 | Passage zinktunnel t.p.v.middenschermcement 2001 1 55C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gZinktunnelkanaal naar een parkeerlocatie inde 7ePetroleumhaven, vlakbij deuiteindelijke locatie (fig. 9).Delaatstetweeelementenwordenniet geparkeerd, maar direct oplocatie afgezonken. Het afzinkenzalvolgensplanninginoktoberennovember 2001 plaatsvinden. sProjectgegevensprincipaal:Rijkswaterstaat Directie Zuid-Hollandopdrachtgever tunnel:Bouwdienst Rijkswaterstaatontwerp:TECarchitect:Quist Wintermans Architecten BVuitvoering:Combinatie Caland Tunnel (CCT)bestaande uit:Ballast Nedam Beton en Waterbouw BVStrukton Betonbouw BVVan Oord ACZBallast Nedam Baggeren8 | Werksituatie inbouwdokfoto: Aerocamera,Michel Hofmeester9 | Vaarweg tunnel-elementen in beeldTunnelbekistingVoor de Calandtunnel is de tunnelbekisting gesplitst in een tafel- en een wandbekisting. Deze wordenafzonderlijk van elkaar verplaatst. De wand is een niet-dragend onderdeel en kan eerder wordenontkist dan het dek. Zodoende kan de wandbekisting worden schoongemaakt, geolied, van de brand-werende bekleding worden voorzien en naar voren gereden, voordat het dek voldoende is verhard. Decyclustijd wordt zo met een dag verkort.Beide bekistingsdelen worden hydraulisch verplaatst met een duwvijzel en een vijzelbalk. Dit werktsnel, veilig en is nauwkeurig te sturen. Via een geleidingsprofiel op de betonvloer zijn ook de hori-zontale bochten van de tunnel te volgen.parkeerlocatieverolmecalandtunnel