C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gO n d erg r o n d s b o u wencement 2002 156De werken voor de ombouw vanhet station Antwerpen-Centraalen de aanleg van de 3,8 km langenoord-zuidverbinding zijn alaan de gang sinds begin 1998 [1].Eind 2005 zal het station zijnuitgebreid van tien naar veertiensporen; er zullen meer en langereperrons, alsmede een tweede sta-tionstoegang zijn gerealiseerd.T u n n e l o n t w e r pDe tunnel is feitelijk slechts 80 mlang. Uit een drietal alternatievenis in de voorontwerpfase gekozenvooreenuitvoeringsmethodemeteen plat buizendak en compensa-tion grouting [2].De methode met plat buizendakdateert nog van de bouw van dePremetroinAntwerpen,diereedsin de jaren zestig begon. Sedert-dien is ze veelvuldig toegepast,onder meer bij de spoortunnel teZaventem [3]. Bij deze methodeworden allereerst naast elkaarenkele buizen in de grond geperst(foto's 1 en 2). Deze buizen wor-den vervolgens gewapend enmet beton gevuld om zo een be-schermdak te cre?ren voor delatere uitgraving van de tunnel.De wanden en het dak wordenfasegewijs uitgegraven en gebe-tonneerd. Voor het uitgraven vande tunnelwanden wordt meestalgebruikgemaakt van de techniekvan de beschoeide sleuven (fig. 3).Hierbij wordt de grond manueelmet de schop weggegraven, daar-na met emmers naar boven ge-haald en per kruiwagen afgevoerdvia de buitenste, nog niet gebe-tonneerde buizen. Deze mijnwer-kersmethode wordt toegepast in-dien de ruimte voor het inzettenvan grote machines ontbreekt.De wanden worden gevormd metgebruik van dunne afgestempel-de betonnen bekistingsplaten.De ruimte ertussen wordt latergewapend en met beton volge-stort (foto 4).Compensation grouting is eenrecentere techniek, waarmee ac-tief en op bijna elk moment kanworden ingegrepen om de zettin-gen van een gebouw te controle-ren. Een groutmengsel van ondermeer cement, bentoniet en vlie-gas wordt plaatselijk en onderzeer hoge druk ge?njecteerd viaeen of meer openingen in grout-buizen die in een raster in degrond tussen de tunnel en de tebeschermen constructie zijn aan-gebracht.Verfijning van het ontwerpNa aanbesteding werd het ont-werp verder verfijnd om de vei-ligheid en uitvoeringssnelheid teoptimaliseren. De voorziene ne-gen buizen ? 2,40 m werdenvervangen door vier betonnenbuizen ? 2,37 m in het midden entwee keer twee stalen buizen? 2,96 m aan de buitenzijde.De grotere buizen konden tevensworden gebruikt om de tunnel-Theorie van compensation grouting bewijst zich in de praktijkRuwbouw tunnel onderAntwerpen-Centraal succesvolafgerondir. A. Watt, Eurostation n.v. BrusselDe meest tot de verbeelding sprekende bouwactiviteiten binnen het projectvan de Antwerpse noord-zuidverbinding spelen zich zonder twijfel af op enrondom het Centraal Station. De hogesnelheidstreinen zullen hier vanaf 2005op niveau ?2 onder het station door kunnen rijden. Om de gevolgen van deontgraving op het monumentale ontvangstgebouw zoveel mogelijk te beper-ken, is voor het eerst in de Lage Landen op grote schaal gebruikgemaakt vande techniek van `compensation grouting'. De graafactiviteiten zijn in novem-ber 2001 afgerond. Tijd om de balans op te maken.1 | De bouwput v??r hetontvangstgebouw vanAntwerpen Centraal ophet Koningin Astridplein2 | Voor het doorpersen ishet beproefde CBC-boorschild van Smet-Tunnelling ingezetC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gO n d erg r o n d s b o u wencement 2002 1 57wanden in beschoeide sleuven teverwezenlijken.De buizen werden met een kleinehelling geperst (verschil van 1 mover de lengte van 80 m) om auto-matisch een veranderlijke plaat-dikte te verkrijgen in functie vande breedte van de tunnel. Dezeverbreedt namelijk in de richtingvan het station van twee naar viersporen. Verder werd de steekvan de tunnelwanden met 1 mverminderd om de grondwater-bemaling te vereenvoudigen.De tunnelvloer- en dakplaten wer-den in moten van 6 m uitgevoerd.Na de uitgraving van een moot,werd de vloerplaat gegoten endaarna de dakplaat op een gedeel-telijkinuitkragingzijndestelling.Op deze manier is een versprin-ging van 3 m tussen vloer- en dak-plaatmoten verwezenlijkt en is devrije overspanning van de buizenbeperkt tot ongeveer 10 m.Om de dakplaat zo spoedig moge-lijk te kunnen ontkisten, werdentijdelijke kolommen voorzien omde dakplaat te ondersteunen. Opdeze manier kon de uitvoerings-termijn voor een volledige moottot drie weken worden beperkt.Compensation groutingVolgens de theoretische bereke-ningen zouden ontgravingswerk-zaamheden zonder compense-rende maatregelen zettingen totongeveer 120 mm hebben ver-oorzaakt. Tevens zou op groteschaal scheurvorming ontstaan,met breedtes van 5 tot 15 mm. Dekunstvancompensationgroutingbestaat uit het juist kunnen in-schatten waar, hoeveel en op welkmoment moet worden ge?njec-teerd om de zettingen volledig ofgedeeltelijk te compenseren zon-der daarbij tunnel of gebouw tebeschadigen.MonitoringOm de rekspanning tot 0,05% tebeperken en met inachtnemingvan de algemene vuistregels, wa-ren de volgende limieten vastge-legd:? L/1000 voor differenti?lezettingen (zettingsverschiltussen twee punten);? 15 mm als maximale absolutezetting op het einde van dewerken (kleinere tussen-limieten werden ook voorzienper hoofdfase).Om de zettingen goed te kunnencontroleren, moest grondig ennauwkeurig worden gemeten.Een groot aantal meetpunten enmeetsystemen werd ge?nstalleerd:93 hydraulische electrolevels, 67barstmeters, 5 verticale extenso-meters, 7 inclinometers (waarvan3 horizontaal in de buizen) en 114manuele meetpunten (fig. 5).3 | Principe van de techniekvan de beschoeidesleuvenbron: Centrale StudiedienstDe Lijn4 | Beschoeide sleuf vanuiteen buis ? 2,96 m tijdenshet wapenen5 | MeetsystemenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gO n d erg r o n d s b o u wencement 2002 158Het belangrijkste meetsysteemwas dat van de hydraulische elec-trolevels, die werden aangebrachtop alle kolommen binnen de in-vloedszone van het werk. De elec-trolevels waren verbonden aaneen centrale computer die conti-nu registreerde. Als ??n van devooropgestelde limieten werdoverschreden, kon onmiddellijkworden ingegrepen (fig. 6).Een tweede systeem met klassiekwaterpas was voorzien als back-up en controle.VoorbereidingVooraleer met de ontgravings-werkzaamheden kon worden be-gonnen, werd de grond tussen degebouwen en de te bouwen tun-nel voorbereid. Allereerst werdende groutbuizen ge?nstalleerd. Erwerd ge?njecteerd tot het gebouwnaar boven begon te bewegen (1 ?3 mm). Grondmechanisch is dithet moment dat de horizontalegrondspanningenongeveergelijkzijn aan de verticale grondspan-ningen. Dit wordt de voorbehan-delingsfase genoemd.Het systeem kon na deze fase alsactiefwordenbeschouwd,waarnamet de eigenlijke tunnelwerkenkon worden aangevangen (foto 7).VragenFactoren die van belang kunnenzijn bij compensation grouting,zijn: grondsamenstelling, grond-dekking,groottevandeverwachtezettingen, gevoeligheid van hetgebouw voor zettingen en de snel-heid van het optreden van de zet-tingen. Vragen die gesteld dienente worden, zijn:? Welke groutsamenstelling tegebruiken?? Op welk niveau moeten deTAM's (manchetbuizen)worden voorzien?? Vanwaar kunnen de TAM'sworden ge?nstalleerd?? Wat is de toelaatbare belastingop de aanwezige elementen?? Zijn er `exclusion zones' nodig(zones waar men tijdelijk nietmag injecteren omwille vanmogelijke overbelasting vanbepaalde elementen)?? In hoeveel fasen dient teworden ge?njecteerd?GroutingtechniekenEr zijn drie belangrijke grouting-technieken die kunnen wordentoegepast om een gebouw te be-schermen.1. Permeation groutingDit is geen compensatietechniek,maar een manier om een grind-laag te verstijven teneinde eenbetere spreiding van de zettingenteverkrijgen.Toegepastwordteenmicrofijn groutmengsel; uitvoe-ring is enkel mogelijk in grind engrofzand.Dezetechniekkanwor-den gecombineerd met compen-sation grouting.2. Compaction groutingHierbij wordt een visceus grout-mengsel gebruikt met typischeslump van 50 mm. Het materiaalheeft de neiging om groutbollente vormen, de techniek behoefteen hoge injectiedruk en hetaantal herhalingen is beperkt.Er kan meer grout in ??n keerworden ge?njecteerd dan bij frac-ture grouting. Met weinig dek-king kunnen lokale spannings-verhogingen belangrijk worden.In kleigronden kunnen de ver-oorzaakte verhoogde pori?ndruk-ken problematisch zijn.3. Fracture groutingHetgroutmengselisnuvloeibaar,met typische slump van 100 mm.Het mengsel heeft de neiging omgroutlenzen te vormen. De beno-digde injectiedruk is lager dan bijcompaction grouting, maar hetaantal herhalingen veel hoger (tot6 | Schematische voorstel-ling van de zettingen7 | Uitrusting voor compen-sation grouting tijdenshet injecterenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gO n d erg r o n d s b o u wencement 2002 1 5980peropening).Hettypischgrout-volume is 50 liter.Door het vloeibaar karakter be-reikt het mengsel gemakkelijkerde ontspannen zones. Er is weleen hoger risico van lekken langsondergrondse constructies of hol-tes.In Antwerpen werd gekozen voorfracture grouting, vooral omwillevan de beperkte snelheid van deuitvoering en het hoge aantalmogelijke herhalingen.Oplossing voor alle zettings-problemen?Zoalshierbovenuiteengezet,dientmet veel randvoorwaarden reke-ning te worden gehouden om eengoed, veilig en werkbaar ontwerpmet compensation grouting tekunnen ontwikkelen. De techniekkan in veel gevallen worden toe-gepast mits wordt voldaan aan tenminste de hierna vermelde voor-waarden:? er voldoende plaats is om deTAM's te installeren engebruiken (minstens 3 mgrond);? er voldoende tijd is om tegrouten, rekeninghoudendmet de fasering van de werkenen eventuele exclusion zones,waar tijdelijk niet mag wordenge?njecteerd;? in kleigronden de langeter-mijngevolgen van de ver-hoogde pori?ndrukken nietgroter zijn dan de met grou-ting verkregen resultaten.E r v a r i n g e n t i j d e n s d eu i t v o e r i n gDe ontgravings- en compen-seringswerkzaamheden haddenplaats van maart 1999 tot novem-ber 2001. Onderstaand volgenenkele opmerkelijke ervaringen(tabel 1).VoorbehandelingsfaseDe effici?ntie (verkregen heffinggedeeld door het groutvolume)was lager dan verwacht (10%).Daarnaast werden grote bewegin-gengeconstateerdvanenkelemin-der belaste zones (keldervloeren).BuizenpersingDe gemeten zettingen van hetgebouwzijnbeperkttot4mmmeteen gemiddelde van 1 mm.Gewelven werden gemakkelijk inde grond gevormd en na de voor-bereidende fase is dit fenomeennog versterkt. Het werkelijke ver-lies is veel kleiner dan de theore-tische oversize van de buizen-persing (de oversizeholte blijftgrotendeels open).De effici?ntie van de grouting ishoger dan in de voorbehande-lingsfase, maar lager dan oor-spronkelijk verwacht (20 i.p.v.30%), alhoewel het moeilijk is omnauwkeurigeberekeningentema-ken met de zeer kleine zettingendie in deze fase optraden.Uitgraving tunnelDe gemeten doorbuiging van debuizen en tunneldakplaat komtTabel 1 | Kengetallen toegepaste compensation groutingfase groutvolume gemiddeld effici?ntie(liter) per keer (liter) (%)voorbehandelingsfase 330 000 50 10buizen en een deel van de tunnelwanden 200 000 25 20rest van de tunnelwanden en voorberei-ding op uitgraving 50 000 15 30uitgraving tunnel en doorbuiging dakplaat 170 000 15 35totaal 750 000 33 208 | Uitgraving door grout-laag na be?indiging vande groutingDe roodgekleurde laagis het resultaat van??n groutinjectie(ca. 50 liter)C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gO n d erg r o n d s b o u wencement 2002 160goed overeen met de berekening.De zettingen van de bovenbouwblijven beperkt tot maximaal 10%van die van de tunnel (2 mm).De effici?ntie van de grouting isverhoogd tot 35%.T e n s l o t t eDe voorbehandelingsfase van decompensation grouting is vangroot belang om later op eeneffici?nte manier de zettingen tekunnen compenseren.De gemeten zettingen van hetgebouw zijn veel kleiner dan die(met de formule van Peck) bere-kend, omwille van:? de intrinsieke stijfheid vanhet gebouw;? gewelfvorming in hetAntwerpiaans zand;? de bijkomende stijfheid ensterkte van de groutlaag.Het systeem van compensationgroutingheeftgewerktzoalsvoor-zien (foto's 8 en 9) en heeft hetmogelijk gemaakt om de spoor-wegtunnel onder het beschermd-monumentale, stenen ontvangst-gebouw op een gecontroleerdemanier te bouwen. De schade aanhet gebouw is beperkt gebleventot een keldervloer die in de voor-behandelingsfase met 10 cmomhoog is geduwd, en enkelebarsten in lichtbelaste tussenmu-ren. Aan de hoofdconstructie vanhet gebouw is geen enkele schadegeweest.Voor een investering van circa 3miljoen euro voor grouting enmonitoring, is een uniek gebouwin al zijn pracht bewaard. L i t e r a t u u r1. Petit, Fr?d?ric, Sporen naarde 21eeeuw. Cement 1999nr. 6.2. Watt, Andrew, Antwerpen-Centraal wordt doorgaandstation. Cement 1999 nr. 6.3. Cosyn, R., E.Hemerijckx,F. De Schutter, Nieuwespoorverbinding naar Lucht-haven Zaventem. Cement1996 nr. 9.Projectgegevensopdrachtgever:Nationale Maatschappij der BelgischeSpoorwegen (NMBS)architect:Eurostation, Jacques Vonckestudiebureau:Eurostationaannemer:Tijdelijke Vereniging ACS Tunnel,waarin:CEI ConstructMBGOndernemingen Jan De NulSmet-TunnellingVotquenne9 | Uitgraving door grout-laag na be?indiging vande grouting