C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBoor tunnelscement 2004 1 55In grote lijnen komt de bouw vande dwarsverbindingen en vlucht-schachten neer op de volgendefasering:? bouw en afzinken van de verti-cale, betonnen schachten;? vriezen en ontgraven dwarsver-bindingen;? aanbrengen betonwerk dwars-verbindingen en afbouw.B o u w e n a f z i n k e ns c h a c h t e nDe in totaal zeven schachten (in-wendige afmetingen circa 7 x 5 mof 7 x 7 m, wanddikte 1 m) zijnvolgens de open caissonmethodenaar circa NAP - 30 m afgezonken.De open caissonmethode houdt indat door het ontgraven van degrond aan de binnenzijde van deschacht, deze in de bodem zinkt.Een berekende en aan te houdenwaterstand in de caisson zorgtervoor dat de grond aan de bin-nenkant van de schacht niet kanopbarsten. De schachten zijn invijf secties gestort en afgezonken.Om tijdens het afzinken de kleefaan de buitenwand van de schach-ten zoveel mogelijk te beperken,werd een bentonietsuspensiegelijkmatig vanuit de snijrand aande onderzijde van de schacht ge?n-jecteerd, waarmee een film van 4 ?5 cm dikte werd gevormd tussende grond en de schacht.Een kenmerkend onderdeel vanhet afzinken van de schachtenwaren de hulpconstructies (fig. 3).Omdat het Holocene grondpakketweinig draagvermogen heeft, washet noodzakelijk de schacht tijde-lijk vast te houden met behulp vaneen stalen constructie. Tevens kondeze hulpconstructie wordengebruikt om de schacht eventueelop diepte te drukken. De hulpcon-structie bestond uit een op buis-palen gefundeerde ringbalk, diemet Leeuwankers?was veran-kerd. Hierop was een staalcon-structie gemonteerd, waaraan deschacht hing tijdens het afzinkenin het Holocene pakket. Hiertoewaren in elk hoekpunt van deschacht voorspanstaven gemon-teerd. Met een vijzelinstallatiewerd de schacht tijdens het ont-graven van de grond afgezonken.Voor het afzinken in het Pleisto-cene zand was geen hulpconstruc-tie voorzien. Hier waren slechtsstaalprofielen tussen de ringbalken de wand van de schacht aange-bracht om de schacht te geleiden.Inenkelegevallenisvoorhetafzin-ken van de laatste meters in deharde laag van Kedichem gebruik-gemaakt van vijzels en stalenbalken, die door voorspanstavenaan de ringbalk waren gekoppeld,om de schacht naar beneden tedrukken. De tegendruk werdDwarsverbindingen SophiaspoortunnelToleranties bij open caisson-methode goed haalbaarir. W. Finze, Tubecon I vofir. P.J. Bogaards, Grontmij-de Weger vof 1)De Sophiaspoortunnel heeft twee geboorde buizen, elk met een lengte van4240 m2), waartussen zeven dwarsverbindingen zijn gebouwd. Hiervan wor-den er twee uitgevoerd als verticale vluchtschacht naar het maaiveld (fig. 1 en2). Om de vijf andere dwarsverbindingen te kunnen maken zijn eveneensschachten afgezonken.1) De Weger is onderdeel van Royal Haskoning2) De plaats van de dwarsverbindingen is aangegeven op het lengteprofiel van de Sophiaspoortunnel op pagina36 van dit nummer van Cement, het trac? van de tunnel is aangegeven op pagina 45.2 | Vluchtschacht bovenmaaiveld1 | Dwarsdoorsnede overboortunnels met vlucht-schachtC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBoor tunnelscement 2004 156hierbij geleverd door het gewichtvan de ringbalk en de opnameca-paciteit van de stalen platen en deLeeuwankers?.Zodra de schachten op de uitein-delijke diepte waren, werd de ben-tonietsuspensie in de bentoniet-sponning door grout vervangenom de opdrijfveiligheid in degebruiksfase te waarborgen enkwelwegen te voorkomen. Tevenswerd onder water een betonpropaangebracht, waarna de schach-ten werden drooggepompt. Bijhet afzinkproces bleken de toe-laatbare horizontale tolerantiesvan ? 150 mm en de maximaaltoelaatbare scheefstand van 1:200goed haalbaar.V r i e z e n e n o n t g r a v e nNadat de twee tunnelbuizen deschachten waren gepasseerd konmet de aanleg van de dwarsver-bindingen naar de tunnel wordenbegonnen. De te maken dwars-verbindingen hadden een lengtevari?rend van 1,5 tot 4,5 m.Voordat kon worden ontgraven,werd de grond bevroren ombinnen het vrieslichaam op vei-lige wijze een gat te kunnen ma-ken. Het vrieslichaam was ovaal-vormig (inwendig b x h: ca. 5,8 x6,1 m; benodigde dikte vries-lichamen van 1,60 tot 2,30 m).De berekeningen zijn gebaseerdop de Jessberger-theorie. Devrieslichamen zijn berekendmet een eindige-elementenmo-del, waarbij de sterkte en de stijf-heid als temperatuurafhankelijkevariabel zijn ingevoerd. De reken-waardevandedruksterktesvandebevroren grond bij een tempera-tuur van ?20 C is aangehoudenop 1,3 N/mm2voor klei en2,5 N/mm2voor zand. De volgenshet Jessberger-model berekendevriestijden voor het bereiken vanvoornoemde diktes lagen tussende dertig en veertig dagen.Ineersteinstantiewerdeengeslo-ten systeem van bevriezen toege-past (een pekelsysteem). Hetbevriezen werd vanuit de schach-ten uitgevoerd en niet vanuit detunnel, waardoor er geen belem-meringen in de tunnelbuis warenvoor andere werkzaamheden, wateen groot logistiek voordeel gaf.De koudebron van dit systeem iseen primair circuit, dat met com-pressor en condensor de vries-vloeistof (ammoniak) in zijn vloei-bare staat brengt. De vriesvloeistofwordt in een verdamper in gasvor-mige toestand gebracht, waarmeedoor hitte-extractie de pekel in hetsecundaire circuit op temperatuurwordt gehouden. Het secundairecircuit bevat de in de bodem ge?n-stalleerde vriespijpen. Het sys-teem is vergelijkbaar met het prin-cipe van een koelkast/vriezer. Depekel (een oplossing van calci-umchloride (CaCl2) in water) heefteen vriespunt tussen -35 C en-40 C.Dewerktemperatuurvandepekel varieert in het algemeentussen -25 C en -28 C. De pekelcirculeert in de, in de grondgeboorde stalen buizen, waardoorhet warmte aan het grondwateronttrekt. Bij deze tunnel werdgebruikgemaaktvangemiddeld26vriespijpen per dwarsverbinding(h.o.h.-afstandonderlingevriespij-pen ca. 0,9 m).Op deze manier wordt rond elkestalen buis een ring van bevrorengrond gevormd. De diameter vande ringvormige cilinders bevrorengrond wordt steeds groter totdat ereenvolledigeafsluitingisenereencontinue en waterdichte `ring' vanbevroren grond is gevormd. Deringvanbevrorengrondwordtver-volgensinstandgehoudendoordecontinue circulatie van pekel; dit3 | Hulpconstructie voor hetafzinken van de caissonsFoto's: ProjectorganisatieBetuweroute/Ronald Tille-man4 |Stikstof koelinstallatieC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBoor tunnelscement 2004 1 57om het uitgraven en de bouw vandwarsverbindingen in veilige om-standigheden binnen de ringvan bevroren grond mogelijk temaken.Na voltooiing van de bouw van dedwarsverbindingen werd de circu-latie van pekel onderbroken, waar-door het bevroren grondlichaamweer ontdooide.Bij twee van de zeven schachtenis als versnellingsmaatregel metde open methode gevroren.Hierbij wordt vloeibare stikstofmet een temperatuur van -196 Conder een druk van 3 tot 5 bar viaeen distributieleiding tot in devrieslansen gevoerd en vervol-gens via een afvoerleiding aan deatmosfeer afgegeven. Op foto 4 isde stikstof koelinstallatie te zien.Door de lagere temperatuur vanhet koelmiddel is het vriesli-chaam eerder op dikte dan bij hetpekelsysteem. Bij langdurige toe-passing is dit systeem echterduurder dan het pekelsysteem.Aansluitend aan het maken vanhet vrieslichaam werd de gronderbinnen weggegraven. In deschachtwand was ter plaatse vande te maken dwarsverbindingeneen stalen venster ingestort dateerst moest worden openge-brand. Vlak voor het openen vanhet venster werd de waterdruk inde kern van het vrieslichaam afge-laten. Gecontroleerd werd of dewaterdruk niet toenam. Dit zouimmers betekenen dat het vriesli-chaam niet dicht zou zijn. Veelalwas het vrieslichaam tot in dekern bevroren en was er dus geenwaterdruk meer aanwezig.Aansluitend werd de grond meteen handgestuurde freesmachineweggegraven (foto's 5 en 6). Ingeval van een tot aan de kernbevroren vrieslichaam werd ookveelal de grond weggehakt meteen minigraafmachine; een freeswas hier minder effectief. Degrond werd in drie fasen afgegra-ven: bovenste gedeelte, middelstegedeelte en vloer. Na elke fasewerd een spuitbetonlaag (B 25)5 | Vriezen en ontgravenbinnenkern6 |Ontgraven met handge-stuurde freesmachineC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBoor tunnelscement 2004 158van 350 mm dikte aangebracht terondersteuning van het vriesli-chaam (fig. 7a). De buitenste50 mm dienden als isolatie-/over-gangslaag tussen bevroren gronden overig beton en is in de con-structieve berekeningen meege-nomen. De totale ontgravings-diameter per dwarsverbindingbedroeg circa 5,9 m.A a n b r e n g e n b e t o n w e r kd w a r s v e r b i n d i n g e n e na f b o u wNa het aanbrengen van het spuit-beton werd een constructievebinnenkern aangebracht vanzelfverdichtend staalvezelbeton(fig. 7b, B 35), om de uiteindelijkedoorgang (1,60 m breed, 2,80 mhoog) te waarborgen. Voor deze,onder moeilijke omstandigheden(beperkte ruimte) te maken con-structie is zelfverdichtend betonideaal. Na het aanbrengen van debinnenkern werd de verbindingmetdeboortunnelgemaaktenkonworden gestart met de afbouw vande dwarsverbinding en de vlucht-schacht.L o k a l e a a n p a s s i n g e nb o o r t u n n e lOm een dwarsverbinding tekunnen maken zijn de tunnelslokaal aangepast. Ter plaatse vande te maken dwarsverbindingenzijn, verdeeld over twee tunnelrin-gen, stalen tunnelsegmenten aan-gebracht om de stabiliteit in degebruiksfase te kunnen waarbor-gen (fig. 9). De stalen tunnelseg-menten zijn qua vorm hetzelfdeals de betonnen segmenten, maarzijn opgebouwd uit stalen platenmet verstijvingschotten. De bui-tenplaat had een dikte van 25 mm.In verband met corrosie zijn debuitenste 5 mm in de construc-tieve berekeningen van de eind-fase buiten beschouwing gelaten.Bij de ontgraving van de dwars-verbinding was het noodzakelijkom met twee stalen profielen(HEB 500, lang 8 m) de stalen tun-nelsegmenten in lengterichtingaan verschillende ringen te koppe-len.Ditombewegingvandestalensegmenten richting dwarsver-binding te voorkomen (foto 8).Dezebewegingzoukunnenleidentot een te hoge belasting en be-schadiging van de koppelingtussen de liningsegmenten on-derling van de tunnel.Omhetijslichaamtottegendetun-nelwand te kunnen vormen,waren de stalen segmenten vaneen isolatielaag voorzien. Tevenswerden voorzieningen aange-bracht om de stalen venstersvanuit de boortunnel actief tekoelen. Dit is echter vrijwel niettoegepast. 8 |Stalen profielen tegentunnelwand ter plaatsevan te maken doorbraaknaar dwarsverbinding7 | a Aanbrengen spuitbetonin dwarsverbindingtussen caisson en tun-nelbuisb Voltooide dwarsverbin-ding tussen caisson entunnelbuisvrieslichaamstalen vensterverstevigingvrieslichaamschachtwand?250?250?250?240?300?250?540a b