ir.V.L.MolenaarBos Kalis Westminster Groep Het afzinken van de tunnelEen afgezonken tunnel is een oeververbinding, samengesteld uit gescheiden van elkaar afge-zonken elementen, die onder water tot een geheel worden aaneengesloten.Deze oeververbinding kan dienen voor alle vormen van transport, zoals wegverkeer, spoor-wegen, pijpleidingen enz. De hierbij toegepaste technieken behoeven zich niet te beperken totoeververbindingen. 'Outfalls' kunnen ook op een dergelijke wijze worden uitgevoerd.In de nu volgende uiteenzetting zal niet uitgebreid op alle technieken van het afzinken wordeningegaan, daarvoor ontbreekt de beschikbare ruimte. Wel zal een opsomming worden gegevenvan alle mogelijkheden van afzinken in relatie tot de omstandigheden, waaronder dit gebeurt.Eerst volgt echter een overzicht van de invloeden die van buitenaf op het afzinken worden uitge-oefend.Overzicht van invloeden van buitenafStromingDe richting en de grootte van de kracht uitgeoefend door de stroming zijn bepalend voor dezwaarte van het materieel waarmee dient te worden afgezonken. Er zullen hiertoe uitgebreidelaboratoriumproeven moeten worden gedaan.In het laboratorium worden de verschillende fasen van het afzinken onderzocht bij wisselendewaterstand, stromingsrichting en stromingssnelheid. De op het model gemeten stromings-krachten zullen met behulp van schaalformules moeten worden vertaald in krachten die inwerkelijkheid zullen optreden.De stromingssnelheid is geen onveranderlijk gegeven. Onder invloed van eb en vloed zal destromingssnelheid op de korte termijn vari?ren, ja zelfs van richting veranderen. Het ligt voor dehand dat dit van grote invloed kan zijn op de totale operatie. Men is genoodzaakt tevoren destroming over een lange termijn te volgen en nauwkeurig vast te leggen.Behalve door het getij kan de stromingssnelheid in de tijd vari?ren door bijv. seizoengebondeninvloeden. Bij het toenemen van de stromingssnelheden nemen de stromingskrachten kwadra-tisch toe. Bij de keuze van het afzinkmaterieel is men niet genoodzaakt rekening te houden metde grootst mogelijke stromingskrachten. Per geval zal het optimum moeten worden bepaald. Bijde dimensionering dient de handelbaarheid van het materieel in het oog te worden gehouden.De stromingssnelheid is mede bepalend voor de afmeting van de tunnelelementen. Zo was hetmogelijk bij de Hemspoortunnel te manoeuvreren met elementen die 280 m lang zijn. De Hem-spoortunnel werd afgezonken in een kanaal zonder waterstroming. De onlangs voltooideDrecht- en Kiltunnel werden beide afgezonken in snelstromende rivieren. De elementen warenniet langer dan 120 m.Dwarsprofiel van de rivierBehalve de stromingssnelheid heeft ook de doorsnede van de rivier een grote invloed. Immers,naarmate het tunnelelement meer van de rivier blokkeert, zal de stromingskracht op het tunnel-element toenemen. Bij de Kilttunnel diende zelfs het tunnelelement, dat in het midden moestkomen, vanuit de oever door de sleuf onder de stroom door naar het midden van de rivier teworden gebracht.Met behulp van modelproeven kunnen de zgn. vormconstantes worden bepaald, waarmee deafmetingen van het tunnelelement alsmede van de rivierdoorsnede in de berekening van deoptredende stromingskrachten kunnen worden betrokken. De proeven dienen uiteraard welrepresentatief te zijn. Een schaalmodel 1 :50 en een rivierlengte van twee km hebben ?n praktijkbewezen te voldoen.Het soortelijk gewicht van het waterDe tunnelelementen kunnen drijvend worden aangevoerd of met enig overgewicht worden op-gehangen aan een transportsysteem. In het eerste geval zal door het inpompen van water inBallasttanks het benodigde overgewicht in het tunnelelement worden aangebracht alvorens hetkan worden afgezonken. In beide gevallen dient het afzinkgewicht voldoende te zijn om hettunnelelement ook bij toenemend soortelijk gewicht van het water naar de bodem van de sleuf tebrengen. Wanneer de tunnelelementen grote afmetingen bezitten, kan het benodigde ballast-systeem vrij omvangrijk zijn.Cement XXX (1978) nr. 12 5831Het hier getekende systeem laat een tunnel-element zien, opgehangen aan pontons (a).De ballast-tanks (b) zijn met water gevuld.Voor de horizontale bewegingen van hettunnelelement lopen 6 verankerde kabels(c) naar lieren op de beide einden van hetelement. Met behulp van een aantal takelsen blokschijven (d) zijn deze kabelsverbonden met de lieren boven in decontrole-torens (e).Het tunnelelement wordt tijdelijk op vijzels(f) geplaatst die rusten op betonnen platen(g) die in de sleuf zijn aangebracht. Ookrust het element via nokken (h) op hetvoorgaande tunnelelementGolfslagBij binnenrivieren zullen golfslag en deining niet al te groot zijn. Men behoeft hier niet of nauwe-lijks rekening mee te houden. In de riviermonding en op zee (bijv. bij 'outfalls' in de strook voor dekust) is dat echter anders. Doordat het tunnelelement zich voornamelijk onderwater bevindt, zalhet weinig last van bewegingen ondervinden. Hangt zo'n element echter aan drijvende licha-men, dan kan het, afhankelijk van de verhouding van de massa's, wel in beweging komen ofzullen de krachten in het ophangsysteem ontoelaatbaar groot worden. Afzinken door middel vaneen hefeiland is dan de aangewezen weg.De diepte waarin wordt afgezonkenBij het afzinken van tunnelelementen is de diepte waarop wordt afgezonken een belangrijkefactor. Tot voor kort dacht men dat het noodzakelijk was de tunnelelementen gedurende het af-zinken bereikbaar te houden. Dit hield in dat men in water dieper dan 20 m niet kon afzinken.Inmiddels zijn echter, mede door de offshore-industrie, technieken ontwikkeld die het afzinkentot veel grotere diepten mogelijk maken. Bij deze technieken worden bepaalde werkzaamhedenuitgevoerd met behulp van duikers en zijn ook het koppelen van elementen onderling en dedaarbij gebruikte rubber voegprofieien verder geperfectioneerd.Afmetingen van de tunnelelementenIn het voorgaande zijn de uitwendige factoren behandeld die invloed hebben op de keuze vanhet afzinksysteem. Bij deze keuze speelt natuurlijk ook de vorm en afmetingen van het tunnel-element een grote rol.Reeds eerder werd gememoreerd dat de afmetingen van invloed zijn op de stromingskrachtendie op de tunnelelementen worden uitgeoefend. Vanzelfsprekend wordt men bij het groterworden van elementen ook beperkt in de systeemkeuze. Met het toenemen van de massa vanhet element zal bijv. de toepassing van een hefeiland moeilijker worden. Men kan zich voorstel-len dat er wel wat verschil bestaat in het krachtenspel zoals dat voorkomt bij een element van deleidingtunnel, met een waterverplaatsing van ca. 3000 ton, in vergelijking met een element vande Drechttunnel, met een waterverplaatsing van 45 000 ton.Het afzinksysteemAangezien men een ingrijpende en betrekkelijk riskante operatie binnen een zo kort mogelijketijd tot stand wil brengen en doordat veel van deze operatie onder water zal plaatshebben, dientde grootst mogelijke eenvoud in handelingen te worden nagestreefd. Er zijn redenen waardoorCement XXX (1978) nr. 12 5842Het tunnelelement is opgehangen aandrijvende pontons (a) die op hun plaatsworden gehouden door middel vanankerpalen (b) in de sleuf.Horizontaal verplaatsen van hettunnelelement is mogelijk met lierkabels dievia blokschijven aan de ankerpalen zijnbevestigd. Overigens is het systeem verdergelijk aan dat in figuur 1. De directeverbindingen hebben een tempo-verhogende invloed op het werk. Bij kleinetunnelelementen bleek het mogelijk ??nelement per dag af te zinkeneen korte tijdsperiode ook vereist is. De belangrijkste is wel dat het scheepvaartverkeer, zekerin de grote havens, zo weinig mogelijk belemmerd moet worden. Ook kan de getijbeweging eenkort schema vergen. Men zal in alle ontwikkelde systemen de eenvoud van de operatie kunnenherkennen.Nadat het tunnelelement van de sleepboten is overgenomen door het systeem waarmee het uit-eindelijk op zijn plaats wordt gebracht, valt de afzinkoperatie in een aantal onderdelen tesplitsen.De verticale bewegingHet tunnelelement zakt hangend aan een aantal pontons, of aan een hefponton, dank zij het bijde bouw aangebrachte vaste overgewicht (bij kleine doorsneden) dan wel het door middel vanballastwater aangebrachte extra overgewicht. Dit overgewicht dient zeer nauwkeurig te wordenbepaald door meting van het soortelijk gewicht van het water. Tijdens de bouw van de tunnel-elementen moet ook de maatvoering en het bepaalde soortelijk gewicht van het beton zeernauwkeurig worden nagestreefd.De verticale beweging van de tunnelelementen geschiedt in een aantal stappen, die steedskleiner worden totdat het tunnelelement is opgelegd. Deze oplegging bestaat doorgaans ener-zijds uit een constructie, waarmee het tunnelelement op het voorgaande element komt terusten, anderzijds uit oplegpunten die door middel van vijzels in hoogterichting verstelbaar zijn.Deze vijzels aan het vrije uiteinde dragen door middel van pennen op funderingsblokken dietevoren in de zinksleuf zijn geplaatst.Het horizontaal in positie brengenDit geschiedt met behulp van draden, bevestigd aan de zijkanten en uiteinden van de tunnel, dieverbonden zijn met vaste punten in de bodem van de rivier of op de poten van de pontons ofhefpontons. Lieren aangebracht op pontons of in de afzinktorens maken een zeer nauwkeurigbewegen van het tunnelelement in het horizontale vlak mogelijk. Ook hier geschiedt het ma-noeuvreren in stappen, die steeds kleiner worden naarmate het vorige element of het landhoofddichter benaderd wordt. De sterkte van de draden wordt bepaald door berekeningen, waarin deeerdergenoemde factoren zoals stromingskrachten, afmetingen e.d. zijn opgenomen. Als onderinvloed van deze factoren de krachten op het ankersysteem zo groot worden dat dit systeemniet meer handelbaar zou zijn, dan kan men z'n toevlucht nemen tot bijzondere maat-regelen.Cement XXX (1978) nr. 12 5853Om de invloed van golfslag op deafzinkoperatie tot een minimum tebeperken, wordt een hef ponton gebruikt.De rest van de afzinkoperatie is gelijk aandie in figuur 2. Als de afmetingen van hettunnelelement te groot zijn in verhouding totde hefponton en de golfslag, wordt eenhefeiland gebruiktAls voorbeeld wordt hier het afzinken van het middelste element van de Kiltunnel genoemd. Ditelement werd in een beschut gedeelte van de gegraven sleuf afgezonken en vervolgensdoor deze sleuf, onder de stroombanen door, naar de definitieve plaats gemanoeuvreerd.Ais het tunnelelement tot vlak v??r het voorgaande is gebracht en neergezet op een opleg-constructie aan dat voorgaande element enerzijds en op aparte opleggingen aan het vrije uitein-de anderzijds, heeft de laatste horizontale beweging plaats ten behoeve van het aansluiten vanhet element op het vorige.De voegconstructieDe meest toegepaste voegconstructies komen tot stand door middel van het Ginaprofiel. Op hetuiteinde van het af te zinken tunnelelement, dat aansluit op het voorgaande element is eenGinaprofiel aangebracht. Dit profiel bestaat uit een rubber voegband, die aan de voorkantvoorzien is van een zacht rubber rand (shore hardheid ca. 25?). De grote massa van het profielbestaat uit hard rubber (shore hardheid ca. 45?). Hardheid en profiel kunnen vari?ren al naargelang de doorsnede en de diepte van het element. Door nu door middel van een speciale vijzel-constructie of een trekdraad het tunnelelement tegen het voorgaande aan te trekken, wordt eeneerste dichting verkregen middels het zachte rubber randje van het Ginaprofiel. Verder aantrek-ken is zinloos, aangezien het aanwezige water in de ruimte tussen de tijdelijke dwarsschottendat niet toestaat. Vervolgens wordt het water in deze ruimte weggepompt. De waterdruk aan hetvrije uiteinde blijft gehandhaafd, die in de voeg valt weg, waardoor het element verder tegen devoorgaande aanschuift.De sluitingNadat het laatste tunnelelement is afgezonken, resteert nog een ruimte tussen de twee laatsteelementen van ca. 1 m, de zgn. sluitvoeg. Deze ruimte wordt gefixeerd met een aantal wiggen,alvorens rondom de zgn. sluitvoegschotten worden aangebracht ten einde het binnen- enbuitenwater te scheiden. De daarmee verkregen ruimte wordt vervolgens leeggepompt en hetlaatste stukje tunnel wordt daarna ter plaatse gemaakt. Het fixeren van de sluitvoeg, met behulpvan wiggen, dient om te voorkomen dat de andere tunnelelementen door de spanning in deGinaprofielen uit elkaar worden gedrukt.Cement XXX (1978) nr. 12 586