? tunnelbouw ? algemeen ontwerp?ir.P.A.J.Meijvls, Hollandsche Beton- en Waterbouw bv, GoudaIn juni 1.667 bereikt de Republiek der Nederlanden een hoogtepunt, als de Staatse vlootonder leiding van admiraal De Ruyteraan boord van de 'Zeven Provinci?n', de Thames envervolgens de rivier de Medwayopzeiitnaardevlootbasis Chatham. In een uiterste pogingde Hollanders te stoppen, hebben de Engelsen bij hetkasteel Upnoreen ketting over de ri-vier gespannen die door kapitein Van den Rijn wordt doorgevaren. Tientallen Engelseschepen worden inbrand gestoken en het Engelse vlaggeschip de 'Royal Charles' Wordtbuitgemaakt en in triomf mee teruggevoerd naar Holland.Vanaf hetvoorjaarvan 1992zijn de Hollandersweerterug in Chatham (fig. 1). Ditkeerwer-ken zij samen met de Britten aan de bouw van de Medway Tunnel.MEDWAYTUNNELINHISTORISCHE GRONDG) Chatham aan de Medway@ Locatie van de tunnel in de Medway8De Medway Tunnel is de belangrijkste scha-kel in de nieuwe 'Medway Towns NorthernRelief Road'. Wanneer deze weg voltooid is,zal het verkeer, dat nu nog door de stadsker-nen van de Medway Towns over de enigebrugverbinding in de streek rijdt, via de rond-weg om de stadskernen worden geleid. Hetverkeer dat komend vanaf Margate, Rams-gate en Dover via de A2 Londen wil bereiken,kan dan het centrum van de Medway Townsvermijden (fig. 2).Het voorstel tot de aanleg van een nieUweoeververbinding is afkomstigvan de Roches-ter Bridge Trust. Deze Trust werd opgericht in1421toen koningRichard 11 beslootdathij bijRochester de Medway wilde oversteken. Totop de dag van vandaag is de Bridge Trust ei-genaar van deze brug.Uit een gedetailleerde studie naar verschil-lende oeververbindingen bleek een tunnel teverkiezen boven een nieuwe brug. Een lagebrug zou een te grote belemmering vormenCHATHAMvoor het scheepvaartverkeer en een hogebrug zou te dominant in de omgeving wor-den, onder meer door de grote lengte van deaanbruggen in hette ontwikkelen gebied vande oude scheepswerven in Chatham.De omvang van het project is zo groot, dathet Britse parlement hiervoor toestemmingmoest geven. In 1990 werd de Medway Tun-nel Act aangenomen, waarmee de weg openlag voor de bouw van de nieuwe oeververbin-ding. Opdrachtgever voor het project werdKent County Council met Travers Morgan &RPT als consuiting engineers. De fondsenzijn afkomstig van Kent County Council, De-partment ofTransport, English Estates en deRochester Bridge Trust.Tweede afzinktunnel in EngelandDe Medway Tunnel is pas de tweede afzink-tunnel in Engeland. Een afzinktunnel bleekvoor deze locatie een meer economischekeuze te zijn dan een boortunnel, aangezienCEMENT1996/3een boortunnel door zijn diepere ligging on-der het rivierbed een grotere lengte zou krij-gen. De afzinktunnel ligt op twee plaatsenslechts anderhalve meter onder de rivier-bedding.In april 1992 werd de tender van de Tar-mac-HBM Joint Venture geaccepteerd voorhet Design & Construct werk. Dit is een fifty-fifty joint venture, waarbij de laatste uit tweeHBG-werkmaatschappijen bestaat, het en-gelse Nuttall en de Hollandsche Beton- enWaterbouw bvmetDelta MarineConsultantsals ingenieursbureau. Beide partners zijnook betrokken geweest bij de bouw van deeerste afzinktunnel in het Verenigd Konink-rijk, de ConwyTunnel, die aan het eind van dejaren tachtig in Noord Wales werd gebouwd.Het Engelse Mott MacDonald heeft het ont-werp van de definitieve constructie verzorgd.Een van de belangrijkste sleutels tot de ver-werving van de opdracht lag in het bouwenvan de tunnelelementen in een bouwdok inde tunnelinrit, ophet terrein van de voormali-ge eel:Jwenoude scheepswerven van de En-gelseNavy.Bij een Design & Construct contract is het ui-termate belangrijk dat een zodanige bouw-methode met daaraan gekoppeld ontwerpwordt ontwikkeld, binnen de door de Engi"neer opgestelde randvoorwaarden, datreali-sering in de uiterst krappe toegestane tijdmogelijk is. Dit is des te meer van belang ge-zien de zeer hoge boete bij overschrijdingvan de opleveringsdatum. Bovendien vereisthet een continue afstemming van het ont-werpproces op het bouwproces, aangeziendeze activiteiten vaak zeer kort na elkaarplaatshebben.Beschrijving van het projectDe Medway Tunnel is een relatief korte tun-nel, doch is gelegen in een uiterst lastige om-geving, die van groot belang is geweest voorde uiteindelijke bouwmethode.De rivier de Medway is een zijrivier van deThames. Chatham ligt vrijwel aan het einde.Hetgetijverschil varieert van 3,6 m bij doodtijtot 5,4 m bij springtij. De diepte is over delaatste kilometers minder dan 5 m, te geringom er met een tunnelelement door te varen.CEMENT1996/3De tunnel kruist de sterk meanderende Med-way nagenoeg oost-west. Aan de westkantloopt het trac? door een met slib gevuldedoodlopende zijarm van de Medway, die ge-heel doorschoon zand is vervangen en enke-le jaren heeft kunnen inklinken.De oostelijke inrit bevindt zich op het terreinvan de inmiddels verlaten werf. Op enkelehistorische gebouwen na wordt alles verwij-derd en zal er rondom de getijloze havenbek-kens een nieuwe woon/kantorenwijkwordenontwikkeld. In de grond was een voorraadeeuwenoude funderingen van diverse mili-taire gebouwen aanwezig. Kortom, histori-sche grond en nietzo maagdelijk als een Ne-derlandse polder.Tijdens de ontwerpfase in de tenderperiodelijn veel bouwmethoden bekeken. Een aan-tal lokale omstandigheden hebben uiteinde-lijk geleid tot het huidige tunnelplan. Enkelevan de grootste hindernissen waren:? de ondiepe rivier, waardoorvoor hetversle-pen van de tunnelelementen veel bagger-werk nodig zou zijn, zelfs bij gebruikmakingvan het getij. Niet alleen de kosten van hetbaggeren zijn onaantrekkelijk, doch even-als in Nederland zijn depots om de specieop te bergen slechts beperkt beschikbaar.Het beperken van de hoeveelheid was danook belangrijk;? een bouwdok is in de omgeving niet be-schikbaar. Diverse bouwlocaties zijn over-wogen, zoals het graven van een dok nabijde Medwaycmonding en het bouwen el-ders en slepen overzee;? hetaanleggenvaneenbouwdokineenvande havenbekkens lijkt een voor de hand lig-gende oplossing, doch na uitwerking ervanbleken de kosten tegen te vallen;? diverse schetsen zijn gemaakt van bouw-dokken op de westoever, waar genoegruimte beschikbaar is. Echter, de grondge-steldheid is er dermate ongunstig, dat de-ze variant voor een acceptabele prijs nietmogelijk werd geacht.Uit het tunnelalignement (fig. 3) blijkt dat deinrit aan de oostelijke kant laag blijft om aante sluiten op een ondergrondse kruising metde toegangsweg naar de havenbekkens. Erdiende dus zonder meer een tunneldiepe? Langsdoorsnedeontgraving tot circa 00 (Ordnance Datum)- 10 m gemaakt te moeten worden, vergelijk-baarmet een (klein) bouwdok.Na veel pas- en meetwerk, waarbij beideovergangen van afzinktunnel naar vaste tun-nel werden verlegd en de afzinkelementenwerden verlengd, kon worden bereikt datprecies twee elementen in de inrit pasten enslechts een aangrenzende ontgraving voorhet derde element nodig was (foto 4, fig. 9).De grond aan deze kant van de rivier is bo-vendien een stuk stabieler dan aan de west-kant.Nadeel hierbij was dat eerst de elementengebouwd moesten worden voordataan de in-rit kon worden begonnen. Er moest dus snel-ler begonnen worden, waardoor de beschik-bare ontwerptijd korterwerd. Voorts kon doordeze opzet de gebruikelijke natte sluitvoegvervallen, doch diende wel een dokafdich-ting naar de rivier te worden ontwikkeld.Geologische gesteldheidAlluviale klei-, zilt-, zand- en gravellagen wor-den aangetroffen op diepere kalklagen. Detunnel reikt gedeeltelijk tot in de kalklaag,wat een tweetal nadelige effecten had..Ten eerste werd een open verbinding totstand gebrachtvan het zoute rivierwater metde kalklagen, die belangrijk zijn als zoetwa-terbron voor het graafschap Kent. De chlori-de-indringing is tijdens hethele bouwprocesnauwlettend gevolgd, te zamen met de stijg"hoogten van het grondwater en de zettingenvan het maaiveld in de omgeving van hetbouwdok. Na het baggeren van de zinksleuf,het afzinken van de tunnelelementen en hetgedeeltelijk weer aanvullen van de zinksleuf,is onder water op tunneldakniveau een vliesaangebracht, dat als een permanente zoet-zoutscheiding fungeert.Ten tweede loopt de waterspanning in dekalklagen niet in fase met de getijdebewe-ging op de rivier, waardoor een waterover-druk onder de tunnelelementen zou kunnenontstaan (er zijn stijghoogteverschillen tot2 m gemeten). Hierdoorzou de verticale sta-biliteit van de tunnelelementen gevaar kun-nen lopen. Door binnen 24 uur na het afzin-~9? tunnelbouw ? algemeen ontwerp?@ Tunnelelementen in aanbouw? Dwarsdoorsnede van de tunnel10ken van een tunnelelementte beginnen methet onderstromen van de ruimte onder hetelement (circa 1 m), wordt een permeabelezandlaag onder het element aangebracht.Hierdoor wordt de kans op hetbezinken vanslib en een mogelijke drukopbouw onder hetelementgeminimaliseerd.VentilatiesysteemEngeland is een land waar veel ervaring ismet (boor)tunnels van ronde vorm. Het isdan ook niet verwonderlijk dat in de specifi-caties veel criteria zijn terug te vinden, geba-seerd op een boortunnel.Door de ronde vorm is het de gewoonte omlangsventilatie toe te passen en op regelma-tige afstanden ventilatoren te plaatsen in deronde ruimte bovenin. In hetgeval van afzink-tunnels is dit lastiger, omdat detunneldoor-snede dan over de gehele lengte verhoogdmoet worden of lokaal ter plaatse van deventilatoren. Dat laatste principe werd aleens toegepast bij de Eemstunnel in Duits-land, begin jaren tachtig.Tot recent werden de ventilatoren op korteafstand van elkaar geplaatst. Ervaring heeftechtergeleerd, dat bij brand een grootaantalvan deze ventilatoren uitvallen door de hitte,waardoor er een groter aantal geplaatstmoet worden om de capaciteit te behouden.Het is daarom beter de afstand tussen deventilatoren te vergroten, wat wel tot gevolgheeft dat de benodigde capaciteit per venti-lator en dus de afmetingen groter worden.De nissen in het dak worden daardoor ookweer groter.Voor de Medway Tunnel bleek het mogelijkna optimalisering van hetventilatiesysteem,de tunnelafmetingen en de plaats van deovergang vanafzinktunnel naar vaste tun-nel, de ventilatornissen in het vaste tunnel-gedeelte te plaatsen. Hierdoor werden nis-sen in de afzinkelementen vermeden. De ve-Ie senario's betrekking hebbende op hetventilatiesysteem, gecombineerd met de si-tuatie waarbij geen tussengang aanwezig is(fig. 5) - een wens van de Engineer - dienenuiteraard ter dege te worden geverifieerd.Het heeft de nodige tijd gekost voordat dezenieuwe opzet van het ventilatiesysteemwerd geaccepteerd, temeer ook omdat opdat moment nog geen voorbeeld in Neder-land bestond. Het aardige van dit soort ont-wikkelingen is, dat conventionele bereke-ningsmethodieken en computerprogram-ma's ineens niet meer valide blijken te zijn,zodat elke erbij betrokken partij gedwongenCEMENT1996/3wordt goed over het systeem na te denken.Ten slotte was iedereen ervan overtuigd, datde gewijzigde opzet grote voordelen bood.Wel of geen membraanDe ervaring in Nederland met koeling is dus"danig, dat het toepassen van een extramembraan nieteens meeroverwogen wordtIn het buitenland is dit nog lang nietingebur-gerd. Voorstellen om het membraan weg telaten en het beton te koelen om een beterekwaliteit te bereiken, worden dan ook metgrote scepsis ontvangen. Dit heefttot gevolgdat alle voor- en nadelen, logica en onlogicaweer eens op een rij gezet moeten worden;telkens weer een leerzame bezigheid.Allereerst is het interessant naarvergelijkba"re ondergrondse constructies te kijken:? diepwanden als constructie-onderdeelmogen zonder membraan worden toege-past, terw?l het maar de vraag is of de be-tonkwaliteit en waterdichtheid ervan beterzijn dan van een bovengronds gebouwdetunnelwand;? bij geboorde tunnels wordt vaak een be-tonnen lining toegepast, die niet van eenextra membraan behoeft te worden voor-zien;? pneumatische caissons worden ook nietvan een membraan voorzien.Kortom, wanneer het niet mogelijk is om eenmemQraan toe te passen, mag het achter"wege worden gelaten. Bij afzinkelementenwordt het echter soms wel ge?ist, terwijl diein den droge worden gebouwd. Logica entechniek gaan niet altijd hand in hand.Stalen tunnels of betonnen tunnels met eenstalen membraan worden gepromoot methet argument droog te zijn. De beschikbareinformatie toont echter aan, dat er evenveelnatte plekken voorkomen in tunnels met alszonder membraan. 'Nul'-Iekkagebestaat al-leen OP papier. Zelfs statistisch is het onmo-gelijk, wanneer het grote aantal lasnaden inaanmerkingwordt genomen. Uitdaadwerke-lijke eigen ervaring binnen de HBG, het enigeconcern in Europa en Amerika dat zowel be-tonnen als stalen tunnels heeft gebouwd,blijkt dat beide typen een vergelijkbare matevan natheid vertonen. In geval van een echtelekkage blijkt dat meestal nabij een (afzink)-voeg te zijn. Een afzonderlijk membraan kandat daar niet voorkomen. Overigens stellende pompdeskundigen enige lekkage wel opprijs, omdat ze dan weten dat de pompen on-derin de tunnelkelders met enige regelmaatwerken en daardoor niet vast gaan zitten.CEMENT1996/3De kwaliteit van de membraanwerking wordtonder meer be?nvloed door de volgendetechnische aspecten:? Een membraan behoeft niet aangebrachtte worden als extra corrosiebeschermingvan de wapening. De in de bestaande co-des vereiste toelaatbare rekenkundigescheurwijdtes voor constructies in degrond en op deze diepte moeten voldoen-de bescherming geven.? Het is inmiddels uit de research bekend,dat zeer kleine scheurwijdtes weer dicht-groeien ten gevolgE! van het voortgaandeproces van de hydratatie en het zwellenvan de cementdeeltjes. Voorts is de erva-ring, dat kleine scheuren verstoppen doorde meegevoerde zanddeeitjes.? Het aanbrengen van een afzonderlijkmembraan heeft tot gevolg dat er veel de"tails bijkomen. Juist deze details blijkenvaak direct of indirect lekkage tot gevolgtehebben, hoewel dat op tekening niet zicht-baar is. Zo kunnen stiftdeuvels het aan-brengen van de specie belemmeren eneen lekweg veroorzaken.? Het aanbrengen van een membraan is ge-compliceerd. Er zijn veel hulpconstructiesnoodzakelijk om de grote slappe stalenplaten in bedwang te houden en wat nogveel lastiger is, vlak te houden tijdens hetleggen van de lange lassen.? Verhardend beton krimpt, met als gevolgdat het membraan in feite loskomt van debetonnen wand. Door deze spleet kan wa"ter zich verplaatsen van een gaatje in hetmembraan naareen zwakke plek in het be-ton. Deze plek in het beton kan wel ge?njec-teerd worden, doch daarmee is het gaatjein het membraan nog niet gedicht Dat kanzich heel ergens anders bevinden.? Bij grote bouwprojecten gaatde bouwin dewinter door. Als zich dan water ophoopt inde spleet tussen membraan en beton ener komt vorst overheen, dan is op z'n minstaan de buitenkant hetpatroon van de stift-deuvels te herkennen, doch er kan ookmeer schade optreden.? Meestal isde Engineer bezorgd om de che-mische aantasting van het beton door het(zoute) grondwater. Echter, wanneer ditwordt vergeleken met de aanval van doorauto's meegebracht zout in de winter, danwordt duidelijk dat het beter is veel meeraandacht te schenken aan dit laatste as-pect Er zijn voorbeelden waar om deze re-den het gehele interieurvan een tunnel ge-sloopt moest worden.? Niemand zal meer ontkennen datgoed uit-gevoerd beton waterdicht is. Zelfs offshoreplatforms, onderhevig aan veel grotere Wa-terdrukken, tonen dat aan.? Niet direct gerelateerd aan het niet toe-passen van een membraan, doch wel indi-rect, is het feit dat de stortlengte van tun-nelmoten momenteel in de praktijk be-perkt is tot circa 25 m, ook al wordt koelingtoegepast Hierdoorishetnoodzakelijkomvoorspanning aan te brengen ten behoevevan het transport. Omdat deze voorspan-ningper mootwordtge?njecteerd, ontstaatde situatie dat er per rnoot - ook in de defi-nitieve situatie - een kleine voorspanningaanwezig blijft. Hierdoorwordthetmomentvan optreden van scheuren verschoven.Koelen van betonHet gecontroleerd koelen van beton tijdenshet verhardingsproces is een vak apart envereist zowel theoretische kennis als prakti-sche ervaring. 'Beton' is net zo'n verzamel-woord geworden als 'staaI'. Op elke locatie enin elk land is het uiteindelijke materiaal weeranders door de lokaal beschikbare grond- enhulpstoffen en de voorschriften.Tijdens het hydratatieproces van cementwordt warmte gegenereerd, waardoor de be-tontemperatuur stijgt Als de warmteafgiftevan het beton aan de omgeving de warmte-productie van het hydratatieproces over-schrijdt, begint hetbeton te verkorten. Indiende vervormingen ongehinderd zouden kun-nen plaatshebben, zou het beton kunnenverlengen en verkorten zonder spanningente veroorzaken. In werkelijkheid is deze ver-vorming vrijwel altijd geheel of gedeeltelijkverhinderd. Het is deze verhinderde vervor-ming die leidt tot betonspanningen die debetontreksterkte onder bepaalde omstan-digheden kunnen overschrijden. De relatietussen betonspanningen en vervormingen isniet-linear door de invloed van kruip. In hetbijzonder in jong beton heeft het kruipeffecteen reducerende invloed op de spanningen.Scheuren doortemperatuurspanningen ont-staan meestal binnen enkele dagen na hetstorten en lopen dwars door de doorsnedeheen, waardoor zij een bedreiging kunnenvormen voor de duurzaamheid van de tun-nel. Dit in tegenstelling tot buigtrekscheurendie ten gevolge van externe belastingen ont-staan.Er zijn twee typen verhinderde vervormingdie belangrijk zijn bij afzinktunnels:11? tunnelbouw .uitvoeringstechniek ? betontechnologie? een computermodel van het verhardings-proces in het constructie-onderdeel;? verificatie van de modelresultaten op debouwplaats;? metinggevolgd doorsturingvan het procest?dens de bouw.De belangrijkste parameters zijn:? wanddikte;? bekisting en isolatie;? omgevingscondities (temperatuur, relatie-ve vochtigheid, wind);? betonmengseltemperatuur (normaal 5 ? 6?C boven omgevingstemperatuur);? geometrie en aard van het koelsysteem(koelp?pdiameter, ligging koelp?pen, koel-watertemperatuur, debiet);? samenstellingbetonmengsel.? Geprognotiseerd temperatuurverloop inhete zomer en temperatuurverdeling over dewanda. bij achterwege laten van koelenb. bij toepassing van koelenEen adequaat mengsel is van essentieel be-lang om waterdicht beton te kunnen maken.In het koelen en het nabehandelen van hetjonge beton spelen de volgende parameterseen belangr?ke rol:? rnengselontwerp (verhouding hoogoven-cement/portlandcement, cementgehalte,water-cementfactor (Medway 0,40), toe-slagmaterialen, superplastificeerder);? betondruksterkte (MedwayTunnel f~k (28dagen) = 40 N/mm2);? adiabatische warmteontwikkeling (be-paald in het laboratorium);? rekgrens;? elasticiteitsmodulus;? thermische uitzettingsco?ffici?nt (afhan~kel?k van het type toeslagmateriaaI).Het koelsysteem voor de Medway Tunnel isontworpen met het Verhardings BeheersSysteem (VBS), een computermodel vanHBW. Een hete lomer is de maatgevende si-tuatie voor de dimensionering. In figuur 6a isde met VBS berekende temperatuurontwik-keling in het hartvan een 1,15 m dikke, onge-koelde wand gegeven. In figuur 6b is de tem-peratuurontwikkeling te zien b? toepassingvan het koelsysteem. Het effect op de span-ningen wordt gedemonstreerd in de figuren7a en 7b. In figuur 7a (ongekoeld) is te ziendat na circa zes dagen de treksterkte van hetbeton (3 N/mm2 ) overschreden zou zijn endus tot scheurvorming zou leiden. In figuur1,15--- -- ............o+--_+--j----+----iowanddikte (m IATmax = 7,5 O(tijd = 63 hATmax =14,1 O(tijd = 42 hLJ~ 60.... 505 lIJ.....~ 30~ 20~ 10..... 0i 0 1,15wanddikte (m Il;.J40T---::::J::::::::::i==::~T-11 _ ' - -.... 30 1"""'- 1 -......::J::J1? 20 +-~_+~-j----+----i....(IJ0.. 10 +--_+--j--~-+----iErHet verm?den van scheurvorming door tem-peratuurspanningen in jong beton is moge~lijk door aanbrengen van een koelsysteem incombinatie met een goed betonmengsel-ontwerp en de juiste wapening. Het koelsys-teem is een instrument om de temperatuurin verhardend beton te kunnen regelen enisgrotendeels computergestuurd, zowel hetontwerp als de toepassing op de bouw~plaats. Het systeem steunt op vier nauw ge-lieerde onderdelen:? laboratoriumproeven met het gekozen be-tonmengsel;De 21 m lange moten van de MedwayTunnelz?n in drie fasen gestort: eerst hetvloerveld,dan de middenwand en tenslotte de buiten~wanden en het dak. In beide buitenwandenis een systeem van koelbuizen mee ingestort(inwendig 0 25 mm), aangesloten op eenkoelaggregaat. Tijdens het storten en gedu-rende enkele dagen daarna circuleert koel-water doorde buizen om de temperatuurvanhet opwarmende beton te reguleren, totdatde piektemperatuur is gepasseerd. De koel-intensiteit is maximaal ter plaatse van deaansluiting op de vloer en neemt naarboventoe in de wand geleidel?k af.12 1412 14108r ......I "-I"1 "'-./ "- ~....---I "-"-/ r------5060a6050t 10I 0o 2 4 6~ tijd (dagen I....5 30.....Rl....~ 20eQI.....LJIIJo....::J 30::J.....Rlc...~20e(IJ.....\1:o 2 4 6 8 10b ~ tijd (dagen I2. Door de grote temperatuurgradi?ntenover een willekeurige doorsnede van de tun-nel kunnen hierin spanningen ontstaan,doordateen bepaald deel van de doorsnedede vervorming van een ander deel van de-zelfde doorsnede verhindert. Als b?voor-beeld het jonge beton in een te vroeg sta-dium wordt ontkist, koelt de buitenste zonein verhouding tot de kern snel af. Dit kan op-pervlaktescheurvorming tot gevolg hebben.Deze scheuren kunnen gemakkel?k wordenvoorkomen door een adequaat gebruik vanisolatiematerialen, een juiste keuze van hetmoment van ontkisten en temperatuurbe-heersing door temperatuurmetingen op di-verse plaatsen en t?dstippen. Bij de MedwayTunnel bedraagt het maximale toegestanetemperatuurverschil voor een willekeurigedoorsnede 20?C.1. Als een 1,15m dikke wand overeen lengtevan 21m op een 1,20 m dikke, reeds verhar-de betonnen vloer wordtgestort {Medway),zal de vervorming van de wand, in het bijzon-der direct boven de vloerplaat, worden ver-hinderd door de reeds verharde vloer. Dit isde belangr?kste vorm van verhinderde ver-vorming.12 CEMENT1996/3? Geregistreerde temperaturen in het verhardende beton2828-262624242222202018181616141412121010spanning onder in de wandr 50 % van befuntreksterkte4~;.::::,;'-~--~-I.(. /.,," .?.....- 1\ /'~L- .' ~ " ,., ' ,.- , ..g' Op ...?... _ _............ ., ""\--I~""':::: ....? _ Jo. \ ~__ __ __ __ _ _? -1,0 L --t--t-~IQ spanning ballen in de wand5r -2P spanning in het dak -+-~+---lr~=-+-~--+--f---+--I---+--f--I-+---If--+I__II--+---+---;o 2 4 6 6~ tijd (dagen}t:Tl 0,0 ! \ / ".~ ! \ ..m. ~~.: \ I _~?s;:~~?;~~..i~..~;..~~~ ..lil \ Jj -3P+-~--+--t---+---t--+-+-----j---+--t---+---t--+--I.. 4.0+--+--+--+---+--+--+--1--------11----+---+--+--+--+---;o 2 4 6 8~ tijd (dagen)b6P5,04.03.0NE 2.0E.......1.0za6,0 -.-----r----,,---'----r----,-V~,-------.----'--T--r---,----,--.--.-~:: :===:===:==:/:)(=~l:~s-pa-nt-lnr-'ng----1o~l-d-er-i-+~-de~w~+-n-d----1I----+~-+~-+-~~---iINEE.......zcv Geprognotiseerde betonspanning inhete zomera. bij achterwege laten van koelenb. bij toepassing van koelen7b (gekoeld) is te zien dat de betonspannin-gen ter plaatse van de aansluiting wand/vloer binnen 50% van de treksterkte blijven.De 50%marge is aangehouden als veiligheidtegen scheurvorming door temperatuur-spanningen in jong beton.Op de bouwplaats zijn tijdens het verhar-dingsproces op verschillende plaatsen in hetbeton temperatuurmetingenuitgevoerd metbehulp van zogenaamde therrnistors en da-taloggers, aan de hand waarvan het koelsys-teem continu werd bijgestuurd. Figuur 8geeft een registratie van het temperatuur-verloop op verschillende plaatsen in de con-structie. Door de relatie betonspanningen -temperatuur kan door hetmeten van detem-peratuur, de optredende betonspanningworden gecontroleerd. Voor dit voorbeeldgeldt ter indicatie, dat het verschil tussen 1(vloer) en 2 (muur onderin) niet groter magzijn dan 15 'e en tussen 1 (vloer) en 3 (dak)niet groter dan 36 'e, waarbij dan nog 50%marge aanwezig is.Dit koelsysteem heeft eenbelangrijke bijdra-ge geleverd bij de acceptatie van het achter-wege laten van het membraan door de op-drachtgever en aan de realisering van eenlekdichte Medway Tunnel.507060~;3 I4...?-*83l.r;rxr-~I;::~"2r*V4~ ""1 ifj~ "'"rl [\4!JIJ!:.I- r-.:~ ~/' .- :....~tl '"""' ~--.""--------~~~B----..>....:;;'~ ~,'\, '\y'"'\~7' "'V~0 2 4 6 8 10 12 1413119751 3~ tijd (dagen 1o10204030tue-L.::Ji!'"L.Ola.EOl....Bouwdok en tweede sluitingHet ontwerp van het bouwdok annex inritwerd gekenrnerkt door de beschikbare ruim-te en de grondgesteldheid. Verticale wandenwaren noodzakelijk, omdat ruimte voor al-leen taluds ontbrak. Voorts diende ten tijdevan het afzinken een tijdelijke verbinding teworden gemaakt met de rivier.Als beste compromis is het bouwdok tenslotte uitgevoerd met gedeeltelijktalud, lagecombiwand en zeer hoge combiwand nabijde verbinding met de rivier (foto 4). Redenom een combiwand toe te passen (het bleekde eerste in Engeland te zijn) was ondermeer de mogelijkheid om in te grijpen alsheien tot in de kalklaag problemen zou ge-ven, terwijl anderzijds de functie als horizon-tale grondwaterafdichting aantrekkelijk was.Voorts kon met dezecombiwand een toe-gang naar de rivier worden gemaakt, doorstempels op 00 + 4,5 m aan te brengen,waaronder de elementen verhaald kondenCEMENT1996/3 13? tunnelbouw ? uitvoeringstechniek?? Bouwdok met toegangworden. De hierdoorverkregen afstand naarde dokvloer op 00 ' 10,5 m vereiste eenstempeling op dokvloerniveau. Daar is eenbetonnen vloer aangebracht, waarop heteerste element is gebouwd. Om deze stem,pelvloer aan te kunnen brengen, was een tij-delijke stempeling halverwege noodzakelijk.Op de overgang tussen dok en rivier was ookde overgang gepland tussen het laatste af-zinkelement en de ter plaatse gebouwdetunnel. Dit was een complex gebied, omdathier vele activiteiten moesten plaatsheb-ben, eikmet de daarbij behorende eigen be-lastingscombinaties. Het bleek noodzakelijkom al in een vrij vroeg stadium maatregelente treffen voor lateregebruikssituaties.De opzet was om het laatste element af tezinken op en te ondersteunen doorde eerstevaste tunnelvloer. Daartoe dienden in deze@ Tunneloplegging en afdichting14vloer speciale voorzieningen te worden aan-gebracht. Uit overwegingen van stabiliteit,alignement en planning zijn in de bouwdok-fase reeds de eerste twee vloervelden vande vaste tunnelsegmenten gestort.Boven het eerste veld was ruimte vereist tij-dens het afzinken van de elementen en hetinstalleren van de tweede afsluiting; boven-dien moest daar de oude kademuur wordengepasseerd. Daarom is dat deel van de com-biwand nietgestempeld, doch zijn drie indivi-duele gewichtsconstructies aangebracht inde vorm van een kistdam, gemaakt uit com-biwand en gevuld met schoon zand (fig. 9).Zodoende kon ten behoeve van het uitvarenvan de elementen de voorste kistdam wor-den verwijderd, waarna er als tweede afslui-tingeen nieuwe keerwand tussen detwee zij"kistdammen en over het uiteinde van hetlaatste element, is aangebracht.In het voorste vloerveld dienden voorzienin-gen te worden opgenomen voor het (verti-caal) opleggen van het afzinkelement, hetwaterdicht afsluiten onder het element enhet overnemen van de in de afzinkelemen-ten aanwezige hydrostatische druk in axialerichting na het leegpompen van het dok.Een betonnen oplegbalk met een rubberpro-fiel loste de eerste twee problemen op metinachtneming van zowel de eisen ten aan-zien van dekrachtsoverdracht als de beno-digde flexibiliteit en toleranties voor het rub-ber (foto 10).Voor het doorgeven van de aanwezige hori-zontalekracht in de tunnelelementen is eenwig vereist, waarbij het volgende van belangis:? De afdracht van de kracht door het eerstevloerveld naar de ondergrond. Omdat dezevloer tevens als stempel fungeerde tussende cOmbiwanden, kon een ?n ander wordengecombineerd. Het tweetal vloervelden konde kracht overdragen naar de buispalen, dieop hun beurt weer de kracht naar de onder-grond overbrachten. Door plaatselijke op-storten werd voorkomen datde buispalen lo-kaal zouden bezwijken.? De opzet was om een wig te plaatsen opvloerniveau. Uitvoeringstechnisch vereistdat een juiste detaillering, doch wat belang-rijkeris, is dat in tegenstellingtotgebruikelijk,het afzinkelement een extra asymmetrischebelasting krijgt. Dit werd gecompenseerddoor een tegenwerkend moment aan tebrengen door de ballasttanks te vergroten.Gevolg hiervan was weer, dat extra voor-spanning moest worden aangebracht. Ookhetfeit dat het element een harde opleggingzou krijgen vereiste de nodige aandacht.? Alhoewel de wig een eenvoudige tijdelijkevoorziening is, is de detaillering ervan be-langrijk, temeer daar deze wig op dit projectop het kritische pad van de planning lag. Elkoponthoud kost tijd. De exact benodigde af-metingen zijn pas bekend na het afzinkenvan het laatste element, waarbij nogtoleran-ties ingecalculeerd moeten worden voor degevolgen van de sterk vari?rende waterspie-gel. Om oponthoud te beperken is gekozenvoor het op maat maken van de wig door detolerantieruimte met stalen platen op te vul-len. Het betonnen deel van de wig kon daar-door vooraf worden gestort. Nadat alle voor-zieningen waren getroffen, is directna hetaf-zinken van het laatste element de wig ge-plaatst. Om te voorkomen datdoorzeerhogewaterstanden een te hoge eindvoorspan-ning in de tunnel zou achterblijven zijn stopsCEMENT1996/3aangebracht, die te ver zakken van de wigvoorkomen.Nadat de elementen waren gefixeerd, dien-de een keerwand naast en boven het ele-ment te worden aangebracht (foto 11).Om uitvoeringstechnische redenen is hetdok circa 4 m breder dan hettunnelelement.Om een rechthoekig gatte verkrijgen was deteen aan het afzinkelement over de laatstemeters achterwege gelaten.Het grote dagelijkse waterstandsverschilheeft tot gevolg dat zowel kistdammen, tun-nelelement als keerwand continu onderhe-vigzijn aan vervormingen. Flexibiliteit is daar-om van minstens zo'n groot belangalswater-afdichting. Voorts dient gerealiseerd te wor-den dat de waterstandsverandering pertijdseenheid hierzeer groot is, waardoorzichdirect na het afsluiten krachten gaan opbou- @ Tweede afsluiting gezien vanuit het dokwen. Tijd om fouten te maken en dan nog nate denken is dus niet beschikbaar!Om aan al deze en nog veel andere criteriavan tweede-ordeniveau tegemoet te komen,is het volgende systeem opgezet (fig. 12):? Aan beide zijden is een zijpaneel (massa65 ton) tussen kistdam en element voor-zien. Dit wordt onderin tegen de vloer afge"steund en hoger door een schoor naar devloer, met een opneembare drukkracht van4000 kNo Om te voorkomen dat het paneelomklapt om het opleggingspunt van deschoor, dient het extra geballast te worden.Installatie vond plaats met een drijvendekraan. De enige benodigde onderwateracti-viteit was het inbrengen van een borgpentussen schooren vloer. Door middel van rub-berafdichtingen in de vorm van een flap naarkistdam en afzinkelement en een samen-drukbaar rubber naar de vaste vloer, kan ditpaneel zijn eigen vervormingen ondergaan.? Boven op het tunnelelement zijn twee top-panelen van elk 75 ton voorzien, die elk wor-den ondersteund door een eigen topframe.Deze frames zijn na het afzinken op het ele-mentgeplaatsten metvier borgpennen doorduikers vastgezet. Zolang de toppanelennietwaren geplaatst, was destroomsnelheidter plaatse van de dokingang acceptabel omer met duikers te werken. Voor het plaatsenvan de toppanelen was geen direct duiker-werk vereist. Deze panelen werden drijvendaangevoerd, door de kraan verticaal gehe-sen en vervolgens tijdens het korte momentvan laagwaterkentering meteen viertal reus-achtige klauwen over pennen geschoven,totdat ze op het tunneldak stonden. Alles bijelkaar minutenwerk.CEMENT1996/3? De rubberafdichtingen tussen de diversepanelen, het tunnelelement en de kistdam-men waren dusdanig uitgevoerd, dat snelleinstallatie mogelijk was en dat alleen water-afdichting naar binnen toe verzekerd was.Naar buiten toe waren ze automatisch 10-zend, omdat niet gegarandeerd kon wordendat een volgend laagwater, bijvoorbeelddoor afwaaiing, niet nog lager kon staan dande waterspiegel in het dok, ook al werd daarfors gepompt.@ Tweede afsluiting in perspectiefDe rubberafsluitingenbestaan uit flappen,aan ??n kant bevestigd aan ??n van beideconstructie-onderdelen. De waterdruk druktde flap dicht, waardoor tevens alle toleran-ties, en dat zijn er zeer veel, konden wordenopgevangen. Deze afdichting heeft uitste-kend gewerkt.? De panelen waren gemaakt van vrijkomen-de buisprofielen IJ 1200 mm, de frames vannieuwe buizen, omdat de vereiste afmetin-gen en staalsoort niet voorhanden waren.15? tunnelbouw ? uitvoeringstechniek?@ Elementen gereed in bouwdok? Afzinkplanning als functie van springtijOmdat het vullen van de zinksleuf tijd vergten dus nog zetting en rotatie van het laatsteelement te verwachten was, is op 1 m af-stand achter het laatste element, met de-zelfdetunnelkist als gebruikt voorde afzink-elementen, gestart met de oostelijke tunnel-inrit in het wederom drooggemalen bouw-dok. Nadat de zettingen grotendeels had-den plaatsgehad, is deze voeg met eenW9U-I-profiel in den droge aangestort.Nadat de oude kademuur was hersteld zijnde tweede afsluiting en de kistdammen ver-wijderd.AfzinkenDe activiteiten opdrijven, transporteren enafzinken behoren tot de routinewerkzaam~heden en zijn vergelijkbaar met eerdere tun~nelprojecten.Omdat het bouwdok hier echter in de tunnel-inrit is gelegen, werden de elementen nietvanaf ,de rivier ingevaren, doch vanuit eennauw toegangskanaai (foto 13).Tijdens de marine operaties waren er enkeleactiviteiten, die normaal gesproken nietvoorkomen:? Om de diepte van het dok te beperken konhet element niet drijven tijdens laagwater-standen. Het momentvan opdrijven was een'point of no return' (fig. 14).Bij vertraging zouhet element weer aan de grond komen endan op een niet geprepareerd bed, met allegevolgen van dien voor de daar niet op bere-kende tijdelijke voorspanning. Dit 'zwaardvan Damocles' heeft, door de grondig voor-bereide afzinkoperaties, geen problemenopgeleverd.4I i I I3\( I//2\\1 I 1\ ,// /11\ 1/ 1\ I8 / I+ 01/ 1/E 1\ .\-1V V I \ Ii"- i"-I-2 I-'\ I-31200600 600 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 0 200 400 600 800 1000 1400 1600LEEGPOMPEN WATERBALLASTTANKS I ITRANSPORT IN BOUWDOK- IPASSAGE STEMPELS- IAANKOMST OP OE RIVIER-AANKOPPELEN VERHAALPONTONS-UITRUSTEN MET CATAMARANS,SURVEY TOREN EN TOEGANGSTOREN I?INMETEN TORENS IRIVIERTRANSPORT I?AFZINKEN EN LEGEN ZINKVOEG I16 CEMENT1996/3? Doordat het element door een nauwe toe,gang, methoge wanden, werdverhaald, washet niet mogel?k continu z?draden toe tepassen. Dit was een handicap, omdat hetelement dwars de rivier in werd verhaald,waar door hetgrote t?verschil een stroom totcirca 1 mis kan staan. Op het momentdatdeboeg de rivier bereikte was het nogmogel?kom draden te koppelen. Echter, het elementmoest verder alleen geleid door de combi,wanden naar buiten worden getrokken, tot,dat de achterkantde rivier bereikte, alwaarweer draden gekoppeld konden worden. Hetspreekt voor zich, dat deze operatie alleent?denskentering kon plaatshebben. Hier,door werd een tweede claim gelegd op eendeel van de getijcurve.? Het gereedmaken voor afzinken, het plaat,sen van torens enz. moest dus op de riviergebeuren. Het verankeringssyteem moestdaar dus in voorzien (foto 15).? Hetlaatste element is opgelegd op de vloervan de vaste inrit, waardoor de achterkantvan dit element zich tussen de kistdamrnenbevindt. De toelaatbare dwarsverplaatsingt?dens het uitrusten van dit element wasdaardoor maximaal 1 m. Het verankerings'systeem naar het rnoeil?k te bereiken ele'ment moest dus uitgelegd worden op de vol'Ie vloedstroom. De kistdammen waren nietontworpen om de stroombelasting op hetelement te kunnen opnemen.? Omdat door de stempels hetgebruikel?keCEMENT1996/3systeem van pontons op het dak niet moge~I?kwas, moesteen scheidingworden aange,bracht tussen het horizontale verhaalsys'teem en het verticale afzinksysteem. Voorhet verhaalsysteem is aan beide kanten vanhet element een ponton afgemeerd, vanwaaruitmet lieren de positie kon worden ge,regeld. Om het h?ssysteem snel te kunnenaanbrengen, z?n twee kleine catamaransontworpen. Deze konden snel over het ele,ment varen, waarbij tegerlijkertijd een goedafgestemd vieren van de zijdraden plaats'had.? Door hetzeer grote verval valt de rivier bijlaagwatergrotendeels droog en is er slechtseen zeergeringe ruimte beschikbaarvoor delierpontons, ankerpontons en catamarans.? Zoals gebruikelijk is een neus/kin-con-structie toegepast voor het centreren enstellen van de elementen. Deze constructiekan meestal worden afgesteund op de tweetussenwanden van de middengang, waar~door er tevens voldoende ruimte is om de vij-zels te plaatsen. Omdat deze tunnel geenmiddengang heeft, was slechts ??n wandbeschikbaar. Bovendien was het mogelijkdat het eerste element droog zou vallen bijlagewaterstanden, waardoor de optredendebelastingen op deze neus aanzienlijk lOU-den toenemen. Hierdoor moest er een grotehoeveelheid wapening in de neus en kin wor-den weggewerkt (foto 16) en was het nood-zakelijk consoles te maken om de vijzels tekunnen plaatsen (foto's 17 en 18).? Afzinken van een element1.7? tunnelbouw ? uitvoeringstechniek?@ Wapening in de kin ? Kin met consolesToch had deze oplossing de voorkeur bovenvele andere alternatieven.Tijdens de voorbereiding zijn alle processenen de daarbij behorende vele interactiestus-sen de diverse bouwactiviteiten geanaly-seerd en zijn de benodigde hulpconstructiesvoor het afzinksysteem met de catamarans@ Neus met consolesontworpen. De materieeldienst van de HBWheeft het afzinkequipment geleverd.Ofschoon in eerste instantie het afzinkengepland was in een cyclus van twee weken,bleek het door het gedeeltelijk omzeilen vande top van het springtij, mogelijk om de drieelementen binnen drie weken te plaatsen inde maanden augustus en september 1994.Tabel 1Medway Tunnel in cijfers18MilieuVeel aandacht is besteed aan milieube-schermende maatregelen. Zo is bijvoor-beeld de gebaggerde specie in speciaaldaarvoor bestemde depots buiten het Med-way-estuarium opgeslagen. Voorts was tij-dens het voor de tweede maal leegpompenvan het bouwdok, ten behoeve van de bouwvan de oostelijke inrit, de National Rivers Au-thority (NRA) aanwezig om de vissen die inhet bouwdok waren opgesloten, te vangenen terug te zetten in de Medway. Hierdoorwerd waardevolle informatie verkregen overde visstand in de Medway en werden enkelevissoorten ontdektwaarvan nietbekend wasdat zij in de Medway voorkwamen.De MedwayTunnel zal in principe op 12juni1996 door prinses Anne worden geopend.De projectgegevens zijn weergegeven in ta-bel 1.?CEMENT199613