themaOmgeving vraagt om maatwerk8201016themaOmgeving vraagtom maatwerkGrootste verbouwing uit geschiedenis van Centraal StationOmgeving vraagt om maatwerk 82010 171 Luchtfoto CentraalStationDe eisen vanuit de omgeving zorgen voor de nodige hoofdbre-kens. Deformaties aan de belendingen zijn niet of nauwelijkstoegestaan en het Centraal Station moet gedurende de bouwopen blijven. Ook de matige grondslag van de bouwlocatiewerkt niet in het voordeel. Op het kunstmatig gevormde Stati-onseiland ontbreekt de eerste zandlaag volledig en de tweedegrotendeels. De complexiteit vereist het toepassen van eenwaaier aan ontwerp- en bouwtechnieken, waarvan sommigenooit eerder zijn toegepast. Met geavanceerde meettechniekenwordt het in het ontwerp voorspelde gedrag van bestaande ennieuw te bouwen constructies geverifieerd en gemonitord.Het nieuwe metrostation kan worden opgedeeld in drie trac?-delen: het Voorplein, de zinktunnel onder het CS en de DeRuijterkade.De RuijterkadeBouwdeel De Ruijterkade bevindt zich aan de noordzijde vanhet stationsgebouw. Dit deel van de Noord/Zuidlijn is groten-deels ge?ntegreerd met het project IJSEI. Dit project behelst deaanleg van een autotunnel (2 x 2 rijstroken) vlak onder maai-veld, een busstation op niveau +1, de overkapping hiervan ende herontwikkeling van de IJ-oevers.Ter plaatse van het 90 m brede Noord/Zuidlijndeel bevindenzich van boven naar beneden de volgende onderdelen (fig. 2):? de IJ-hal op maaiveld; hier zullen in de toekomst commerci-ele activiteiten worden ontwikkeld (kleine winkels, kioskene.d.);? de autotunnels op -1; deze behoren toe aan project IJSEI,maar zijn deels door het Adviesbureau Noord/Zuidlijn gede-tailleerd;? de verdeelhal op -2 (onder de autotunnel); hier is tevensruimte voor technische installaties voorzien;? vanaf de verdeelhal kan de roltrap naar het perron van demetro worden genomen; op dit niveau bevinden zich behalveeen perron ook technische ruimtes.Constructief gezien kan dit bouwdeel in drie delen wordenopgesplitst:Het diepe deel. Dit is het deel waar de metro komt te rijden.Aan de noordzijde sluit dit aan op de zinktunnel onder 't IJ; aande zuidzijde op de zinktunnel onder het Centraal Station. Deconstructie wordt gemaakt in een bouwkuip met combiwan-Amsterdam Centraal Station, het grootste open-baarvervoerknooppunt van Nederland, is bezig aande grootste verbouwing in haar geschiedenis. Indiverse artikelen heeft Cement (vanaf 1996/10;themanummer `Ondergrondse werken') eerder bijhet project stilgestaan. Belangrijk onderdeel is deaanleg van een metrostation onder het treinstationten behoeve van de Noord/Zuidlijn. Ontwerp enbouw van het metrostation kenmerken zich door decomplexiteit.1ing. Rob van der Ploeg,ir. Bart Peerdeman enir. Joost DorremanAdviesbureau Noord / Zuidlijn /Royal HaskoningthemaOmgeving vraagt om maatwerk8201018Centraal station IJ-hal en busplatformautotunnel autotunnelverdeelhalafzinktunnel`t IJlangsdoorsnede over diepe deelCS elementbouwen. Daarboven kan vervolgens het busplatform wordengebouwd. Een tijdelijke brug zorgt ervoor dat bussen boven hetdiepe deel kunnen rijden. Pas nadat onder het Centraal Stationis ontgraven en de tunnel daar is afgezonken, kan wordenbegonnen met de bouw van het diepe deel.In eerste fase zijn de twee middeldiepe delen losstaandeconstructies. Pas na afronding van de bouw van het diepe deelontstaat er ??n monoliete constructie. De twee losstaandeconstructies gedragen zich anders dan het monoliete eindpro-duct. Dit manifesteert zich het duidelijkst bij de belasting op defundering. Dit stationsdeel is gefundeerd op boorpalen ?1200en ?1500 mm. De boorpalen staan gefundeerd op de derdezandlaag op NAP -62 m. Dit zijn erg kostbare funderingsele-menten. De belastingen op de fundering in bouw- en gebruiks-den: twee stempellagen bestaande uit buizenstempels en ??nonderwaterbetonstempel. De constructie is gefundeerd opboorpalen, die reiken tot in de derde zandlaag (NAP ? 62 m).De middeldiepe delen. Deze delen bevinden zich aan weerszij-den van het diepe deel. Hier bevinden zich de roltrapopgangennaar het maaiveld. Deze delen zijn tevens gefundeerd op boor-palen die reiken tot in de derde zandlaag (NAP -62 m).De kistdam. Behalve de functie van uitbreiding van de IJ-oeververbetert de kistdam ook de geotechnische stabiliteit van hetStationseiland.Behalve de al genoemde nauwe relatie met het project IJSEI,kent dit bouwdeel een afhankelijkheid van de graafwerkzaam-heden onder CS. Ook is er een relatie met het afzinken van hettunnelelement op die locatie en de zinktunnel onder 't IJ. Hetwerk heeft een sterk gefaseerd karakter. De fasering drukt eenzeer nadrukkelijke stempel op de constructie en constructieveuitwerking van dit bouwwerk, meer nog dan gebruikelijk bijondergrondse infrastructuur in binnenstedelijke gebieden.Illustratief is de gefaseerde bouw van de middeldiepe delen enhet diepe deel (fig. 3).Amsterdam wil graag vroegtijdig het busplatform exploiteren.Daarom is ervoor gekozen eerst de middeldiepe delen te24Omgeving vraagt om maatwerk 82010 19middeldiepe deel middeldiepe deelplaza vloervloer autotunnelvloer verdeelhaldiepe deel2 Langsdoorsnede over diepe deel3 Dwarsdoorsnede4 Uitvaren zinktunneldeelfoto: J. DorremanAfzinken onder een gebouwIn Nederland is nog nooit een tunnel onder een gebouw afge-zonken. Dit brengt allerlei complicaties met zich. Zo moet er in't IJ een tijdelijke sluiskuip worden gemaakt om de waterstandonder CS en in de bouwkuip van de De Ruijterkade te kunnenverlagen, zodat het element ?berhaupt onder het CS kan varen.Verder is de vrije hoogte boven de waterspiegel beperkt. Bij eennormale afzinkoperatie wordt gebruikgemaakt van drijvendeafzinktorens, waaraan het element tijdens het neerlaten kanworden opgehangen. Voor afzinktorens is hier geen ruimte; hetelement wordt tijdens deze fase aan pontons met een beperktehoogte gehangen.Ook het inmeten van de positie van het element gedurende deafzinkoperatie is een stuk lastiger. Tevens is de keuze van depositie van lieren en haaldraden een stuk beperkter danwanneer op open water wordt afgezonken.Maar de aanwezigheid van het Centraal Station boven hettunnelelement heeft ook een voordeel. Tijdens het onderspoe-len wordt het element opgehangen aan de nieuw gemaakteophangconstructie van het treinstation. Er hoeft dan geenaparte taatscontructie (primaire zijde) in combinatie met vijzel-pennen (secundaire zijde) te worden gemaakt.SluitvoegVolgens het besteksontwerp zou het zinkelement tegen de diep-wand van het Voorplein moeten worden afgezonken. Hier zoueen min of meer traditionele zinkvoeg komen met een Gina-profiel als primaire en een omegaprofiel als secundaire water-kering. Het voordeel van deze keuze is dat een zinkvoeg eenbeproefd concept is en dat zodoende de uitvoeringsrisico'sbekend en bovenal beperkt zijn. Het nadeel van de keuze vooreen zinkvoeg is evenwel dat er een planningsafhankelijkheidwordt gecre?erd met de bouwwerkzaamheden op het Voor-plein. Immers, wanneer de bouwwerkzaamheden op het Voor-plein, om wat voor reden dan ook, grote vertraging zoudenoplopen, zou ook het moment van afzinken vertragingoplopen. Als gevolg hiervan zouden tevens de ruwbouw vanbouwdeel De Ruijterkade en het afzinken van de tunnelelemen-ten onder `t IJ worden vertraagd oplopen. Daarom is beslotenfase moeten zo veel als mogelijk worden beperkt en de verde-ling hiervan over de verschillende boorpalen geoptimaliseerd.Daarom is besloten het grondwater gefaseerd op te laten.Omdat alle bouwputwanden enkele meters in de sterk water-remmende Eemklei zijn ingebracht, is het mogelijk de grond-waterstand binnen de bouwkuip te verlagen zonder dat deomgeving direct naast de bouwkuip wordt be?nvloed. Door dewaterstand gefaseerd op te laten wordt met name de trekkrachtop de fundering gereduceerd.Het diepe deel krijgt in de eindfase de meeste trekkracht.Immers, hier is de waterdruk onder de vloer het hoogst. Ditwordt onvoldoende gecompenseerd door het gewicht van deconstructie en de neerwaartse belastingen. Een deel van deopwaartse belasting kan echter vanuit het diepe deel naar hetmiddeldiepe deel worden overgebracht. Door de diepe enmiddeldiepe constructiedelen eerst constructief te verbinden endan pas de waterstand onder het diepe deel te verhogen, neemthet middeldiepe deel een deel van deze trekbelasting over.De constructie als geheel moet dan echter wel voldoende stijfzijn. De twee betonnen kokers van de autotunnel kunnen voorde benodigde stijfheid zorgen. In dit geval snijdt het mes aantwee kanten: de trekkracht op de fundering in het diepe deelwordt verminderd en in de middeldiepe delen, waar met namedrukkrachten maatgevend zijn, wordt de drukkracht vermin-derd.ZinktunnelIn de tunnel die onder Centraal Station wordt afgezonken,wordt het perron van het metrostation ondergebracht. Detunnel betreft ??n element (l = 136 m, b = 21 m). Het elementis inmiddels gebouwd in het bouwdok in de Sixhaven aan denoordoever van `t IJ. In 2007 is het opgedreven en naar deSuezhaven getransporteerd (foto 4), waar het ligt te wachtenom weer naar het CS te worden getransporteerd en afgezonken.De afzinkexercitie staat gepland voor het voorjaar van 2011.Het zinkelement heeft twee zeer bijzondere aspecten: het wordtafgezonken onder een gebouw en aan beide uiteinden komt eensluitvoeg. Op beide aspecten wordt kort ingegaan.3 PROJECTGEGEVENSopdrachtgever Dienst Noord/Zuidlijnontwerp en directie AdviesbureauNoord/Zuidlijn v.o.f.aannemer Strukton Betonbouw /Van Oord ACZthemaOmgeving vraagt om maatwerk8201020maaiveldniveauvloer verdeelhalperronvloerdiepe puttussenvloertussenvloer5 Dwarsdoorsneden stationszijde (boven)en t.p.v. verbinding met Oostlijn (onder)6 Situatie tijdens ontgraving7 Overzicht van het stempelraamfoto: Bouw- en woningtoezicht8 Gemeten en berekende vervormingen9 Berekende momenten in de diepwandenDe vijzelconstructies beogen de vervormingen binnen van tevoren vastgestelde grenzen te houden teneinde de gevolgenvoor de omgeving tot een minimum te beperken.Of de corrigerende maatregelen daadwerkelijk moeten wordentoegepast, wordt bepaald aan de hand van een gedegen monito-ring waaraan een `stoplichtprotocol' is gekoppeld (tabel 1). Ditprotocol is opgenomen in de diverse werkplannen.Gemeten zijn de horizontale verplaatsingen van bouwkuipwan-den, verticale verplaatsingen van kolommen en diepwanden engrootte van vijzelkrachten ter plaatse van het stempelraam opNAP -7,5 m.De krachtswerking voor deze onderdelen is voor een belangrijkdeel door grond- en waterdrukken bepaald. Bij aanvang van deontwerpwerkzaamheden is een uitvoerig grondonderzoek uitge-voerd. Uit dit grondonderzoek zijn grondparametersets afgeleiddie van toepassing zijn voor het gehele Noord/Zuidlijntraject.Per locatie is vervolgens bepaald of een grondlaag aanwezig isen welke dikte de laag bezit. Deze grondparameters zijn vervol-gens als uitgangspunt gebruikt bij diverse berekeningen.Alvorens dieper in te gaan op de beschouwing van de construc-tieonderdelen waarvan de metingen bekend zijn, worden de voorde krachtswerking belangrijkste fasen in het kort aangestipt:? aanbrengen diepwanden deels tot in de draagkrachtige derdezandlaag NAP -60 m, deels tot in de nagenoeg waterdichteEemkleilaag NAP -31 m;? aanbrengen diepe boorpalen NAP -60 m;? aanbrengen 1 m groutstempel NAP -21 m;? storten dak NAP + 2,35 m;? bemalen tot NAP -9 m;? ontgraven tot NAP -8 m;? aanbrengen en voorspannen van een 1 m dik framevormigbetonnen stempelframe;? bemalen tot NAP -19 m;? ontgraven tot NAP -18,5 m.net als aan de De Ruijterkadezijde ook aan de Voorpleinzijdeeen sluitvoeg te maken.Nadat de zinksleuf onder het Centraal Station op diepte is, kanhet element op haar definitieve positie worden afgezonken. Nahet aanvullen op het dak en het in acht nemen van een consoli-datieperiode, kunnen beide sluitvoegen worden gemaakt. Hier-voor wordt de grond rondom de kop van het element bevroren.De kopschotten aan beide zijden van de voeg kunnen vervol-gens worden weggebrand, de voeg kan worden ontgraven enhet definitieve betonwerk van de voeg kan worden gemaakt.Vervolgens kan de vriesinstallatie weer worden uitgezet en kanhet zinkelement verder worden afgebouwd.Het VoorpleinDe bouwwerkzaamheden ter plaatse van het Voorplein (fig. 5),direct gelegen v??r het Centraal Station, zijn in het vorigethemanummer van Cement over de Noord/Zuidlijn beschreven(Cement 2004/2). Intussen is een groot deel van de werkzaam-heden uitgevoerd. In dit artikel wordt stilgestaan bij deconstructieonderdelen waarbij corrigerende maatregelen gedu-rende de werkzaamheden mogelijk waren. Correctie is moge-lijk door het toepassen van vijzelconstructies ter plaatse van dekolom naar het dak en ter plaatse van het stempelraam (foto 6).kleur omschrijving actiegroen waarde < min predictie meetdata ter info naar backoffice, geenmaatregelenoranje min. predictie < waarde < max. predictie overleg backoffice, verhogen meet-frequentierood waarde > max. predictie bouwwerkzaamheden stoppen, overlegbackoffice, bepalen aanvullende maatregelenTabel 1 Stoplichtprotocol5adak NAP +2,35 mmet bouwgatstempelraam NAP -7,5met bouwvloerstaalbetonkolommenin boorpalenvijzelconstructie dakonderzijde diepe vloer NAP -18 mpositie schroefinjectieankers6Omgeving vraagt om maatwerk 82010 21maatveldniveaubestaande metro oostlijnondiepe putdiepe putperronvloertussenvloervloer verdeelhal-23-18-13-8-320 10 20 30 40berekendgemetenontgraving NAP -8 m-23-18-13-8-320 10 20 30 40berekendgemetenontgraving NAP -18,5 m-23-18-13-8-320 10 20 30 40berekendgemetenvoorspannen betonnenstempelframe -7,5 m`-23-18-13-8-32-6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000-23-18-13-8-32-23-18-13-8-32BGT verwachtingswaardenBGT karakteristiek x 1,4UGTcapaciteit grondzijdecapaciteit stationzijde-6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000StempelraamHet stempelraam bestaat uit een indrukwekkend, stervormigraster van beton dat zich vormt naar de trechtervormige bouw-kuipwand en rondom de boorpalen (foto 7). Het is zo ontwor-pen dat de horizontale vervormingen van de diepwand zoveelmogelijk worden beperkt. Hiertoe wordt tevens het stempel-raam op voorspanning gezet door middel van rondomgeplaatste platte vijzels.BouwkuipwandenBij het ontwerp van de bouwkuipwanden is gebruikgemaakt vande geotechnische programma's Plaxis en MSheet. De tweeverschillende programma's zijn onderling vergeleken op basis vanverwachtingswaarden voor de vervormingen en krachtswerking.De resultaten van de krachtswerking van de twee verschillendeprogramma's komen goed overeen. De verplaatsingen berekendmet MSheet zijn daarentegen beduidend ongunstiger. Uitsoortgelijke ervaringen uit andere projecten was ook al geble-ken dat de op Plaxis gebaseerde vervormingen beter overeen-komen met de in de praktijk verrichtte metingen. Besloten isPlaxis te gebruiken ter voorspelling van de vervormingen enMSheet voor de bepaling van de krachtswerking. Het meetpro-tocol heeft een meetfrequentie van tweemaal per week voor-zien en extra metingen ten tijde van constructief belangrijkefasen zoals het aanspannen van het stempelraam.Voor het stoplichtprotocol zijn de volgende waarden gehanteerd:? minimale voorspelling: vervormingen gebaseerd op de bere-kende vervormingen met Plaxis;? maximale voorspelling: ontwerpeis ten tijde van het bestek50 mm.In figuur 8 staan de gemeten en de berekende vervormingen.De trend van de berekende vervormingen zien we terug in demetingen. Opvallend is te zien dat de grond en het groutstem-pel zich stijver gedragen dan voorzien, waardoor de gemetenvervormingen relatief gering bleven.Ontwerp diepwandenBij de bepaling van de krachtswerking in de diepwanden zijnallereerst de verwachtingswaarden van de grondparametersnaar karakteristieke waarden omgerekend (fig. 9). Verder isgevarieerd in de stempelstijfheid van groutstempel en betonnenstempelraam. Omdat de resultaten in bruikbaarheids- en uiter-ste grenstoestand dicht bij elkaar liggen, is veiligheidshalve eenfactor 1,4 voor de resultaten van de bruikbaarheidsgrenstoe-stand in rekening gebracht. Op basis van de resultaten van dezeberekeningen zijn de minimale wapeningshoeveelheden per m2bepaald. Die zijn vervolgens nader door de aannemer in eenwapeningskorf uitgewerkt. In de diepwanden is voor dekrachtswerking circa 140 kg/m3toegepast. Dit is exclusiefhulpstaal en knip- en lasverliezen. Alvorens de diepwanden tekoppelen met de voorzetwanden wordt het betonvlak onderhoge druk schoongespoten.5b 789Omgeving vraagt om maatwerk8201022ontgraving [m NAP]bemalingsniveau [m NAP]lekaanzetten aanspannen 1aanspannen 2minimale waardestempelkracht [kN/m]stempelkracht [kN/m]-25-20-15-10-509-11-200920-11-20091-12-200912-12-200923-12-20093-1-201014-1-201025-1-20105-2-2010020040060080010001200ontgravings-enbemalingsniveau[mNAP]stempelkracht[kN/m]boorpaal gemetenplaxis boorpaalplaxis diepwanddiepwand gemetenzakking t.g.v.eigengewichtrijzing tgvontgraven tot -8rijzing tgvontgraven tot -18,5-100102030405027-nov-0827-dec-0826-jan-0925-feb-0927-mrt-0926-apr-0926-mei-0925-jun-0925-jul-0924-aug-0923-sep-0923-okt-0922-nov-0922-dec-0921-jan-1020-feb-1022-mrt-1021-apr-1021-mei-1020-jun-1020-jul-1019-aug-10gemeten boorpaalplaxis boorpaalplaxis diepwandgemeten diepwandzetting(-)/rijzing(+)inmmthema10 Tijdelijke vijzelkran-sen op de kop vande boorpaal aan deonderzijde van hetdak foto: Bouw- enwoningtoezicht11 Variatie van destempelkracht in denoordwesthoek tij-dens bemalen enontgraven12 Gemiddelde zet-tingverloop boorpa-len en diepwandenVoorpleinVerticale vervormingen van boorpalen (kolommen) endiepwandenBouw- en ontgravingswerkzaamheden veroorzaken verticaleverplaatsingen van de diepwanden en boorpalen (kolommen).Zakking treedt vooral op door het eigen gewicht van deconstructie. Door ontgraving treedt ontlasting van de Eemkleiop en als gevolg daarvan zullen de boorpalen en, in minderemate, de diepwanden omhoog bewegen. Voor de krachtswer-king van het dak is vooral de verschilverplaatsing van beteke-nis. De toelaatbare algehele verplaatsing wordt gedicteerd doorde gebruikers van het stationsplein en is constructief vanondergeschikt belang.Met Plaxis is een schatting gemaakt van de verticale vervor-mingen. Het bleek dat een beheersing van verschilverplaatsin-gen voork?mt dat het dak onnodig zwaar wordt geconstrueerd.Beheersing is mogelijk gemaakt met een vijzelgestuurde stel-mogelijkheid op de kop van de boorpaal (foto 10). Het stop-lichtprotocol geeft aan wanneer vijzelen noodzakelijk is (groen< 1 mm/m1< oranje < 2 mm/m1< rood).De bouwkuip is inmiddels geheel ontgraven en de verticalevervormingen zijn in figuur 12 afgezet tegen de berekening. Detrend van Plaxis komt duidelijk terug in de metingen: zakkingdoor het dak, rijzing door stapsgewijs ontgraven. De diepwand-berekening geeft een goede benadering van de werkelijkheid.Het verschil tussen Plaxis en praktijk bij de boorpaal is groter.Dit is onder meer te verklaren door geometrische effecten:? de bouwkuip is oneindig groot gemodelleerd;? de boorpalen be?nvloeden elkaar;? de diepwanden be?nvloeden de boorpalen;? het groutstempel heeft een dempende werking op de optre-dende rijzing.Tot op heden is vijzelen nog niet nodig gebleken, al heeft hetstoplicht wel op oranje gestaan. De vijzels blijven stand-by totvlak voor oplevering. In de definitieve constructie worden zevervangen door afgegroute, platte vijzels. Gedurende het bouwproces zal de stempelkracht vari?ren,vooral tijdens ontgraven. Dit is zichtbaar in figuur 11, waar eenstempelkracht en het (tot een lineair proces vereenvoudigde)bemalen en ontgraven met elkaar zijn afgebeeld.De variatie in voorspanning komt door een cyclus van opspan-nen, afname door relaxatie van de opgespannen grond en kruipvan het stempel, toename door bemaling en ontgraving en weereen afname door de eerder genoemde relaxatie en kruip. Dezecyclus heeft, ingegeven door het stoplichtprotocol, driemaalplaatsgehad: bij het aanzetten van de vijzels, bij het op spanningbrengen net v??r ontgraven en bij het naspannen n? ontgraven.Dit beeld is zichtbaar in figuur 11, mede be?nvloed door onge-lijke ontgraving, werk aan omringende bouwputten (zinkvoegen middeldiepe put) en onregelmatigheden, zoals een lek datzich voordeed in de laatste week van januari 2010.Behalve de horizontale stempelfunctie, dient het stempelraamook ter ondersteuning van het stort van de verdeelhalvloer. Alsde verdeelhalvloer gereed is en de stempelfunctie heeft overge-nomen, wordt het stempelraam gesloopt. De vijzels zijn reedsafgegrout en de gording is ge?ntegreerd in de definitieveconstructie. Een deel van het gesloopte stempelraam wordtgebruikt als ballast op de diepe vloer.1011 12