C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWater bou wcement 2004 2 41Het trac? van dit ondergrondsedeel loopt vanaf het Stationspleinten oosten van brug 306, kruist debruggen 326 en 303 (de NieuweBrug) en eindigt circa 30 m tenzuiden van deze laatste brug inhet Natte Damrak. Het BS-niveau(bovenkant spoor) verloopt vannoord naar zuid van NAP ?15,4 mnaar NAP ?18,9 m. De lengte vandit trac?deel bedraagt circa 150 m.Het zuidelijke deel van dit onder-grondse deel fungeert tevens alsstartschacht voor de boortunnels.K e u z e v o o r p n e u m a t i s c h ec a i s s o n sIn de jaren `70 is in Amsterdamde metro Oostlijn aangelegd. Het3,5 km lange deel in het histori-sche centrum vanaf CentraalStation tot het Amstelstationis ondergronds gelegen. Ruim3 km is uitgevoerd met pneuma-tische caissons, in lengte vari?-rend van 31 tot 41 m, 12 tot 16 mbreed en 10,5 m hoog. De aanlegvan de Oostlijn ging gepaard metrelatief veel sloop en bouwhinderen kwam destijds vooral in hetnieuws vanwege de rellen die uit-braken vanwege de gemeentelij-ke nieuwbouwplannen. De reac-tie vanuit de bevolking heeft ermet name toe geleid dat de toen-malige verdere ontwikkeling vanhet hoofdstedelijke metronetstagneerde. De toepassing vancaissons in de nieuwe metrolijn,de bouwmethode die in verbandgebracht wordt met de Oostlijnen de rellen, moest daarom goedworden onderbouwd.Tijdens de voorontwerpfase zijnvariantenstudiesuitgevoerd,waar-bij de randvoorwaarden vanuit deomgeving mede bepalend zijn ge-weestvoordeuiteindelijkekeuzes:- Stedelijke InfrastructuurDe aanleg van dit deel van deNoord/Zuidlijn wordt sterk be?n-vloed door de aanwezige belen-dingen (3 bruggen), de vele enTunneldeel Open Havenfront en Natte DamrakUitvoering in pneumatischecaissonsir. M.R. Kraneveld, Projectbureau Noord/Zuidlijndr.ir. R.A. Vonk en ir. J.C.W.M. de Wit, Adviesbureau Noord/Zuidlijn v.o.f./Royal HaskoningVoor het ondergrondse deel ter plaatse van het Open Havenfront en het NatteDamrak, gelegen tussen het metrostation CS en de boortunnel (foto 1), wordtgebruik gemaakt van pneumatische caissons. Deze techniek is eerder toege-past bij de Oostlijn van de Amsterdamse metro, aangelegd in de jaren `70. Naeen korte historische terugblik en een korte beschrijving van de uitgevoerdevariantenstudie zal worden ingegaan op het huidige ontwerp, de relatie metde stedelijke omgeving en de huidige stand van de uitvoering.1 | Natte Damrak (links) enOpen Havenfront(rechts)foto: Your Captain luchtfo-tografieC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWater bou wcomplexe verkeersstromen, vanzowel regulier verkeer (auto's, fiet-sers, voetgangers) als openbaarvervoer (bussen, trams, rondvaart-boten) en de eisen aan de hoogwa-terkering in brug 303.- GrondgesteldheidDe grondopbouw is door de aan-wezigheid van de IJ-geulen sterkwisselend. Deze geulen hebbenhet karakteristieke Amsterdamsegrondprofiel over de bovenste 15? 20 m verstoord. Opvallend is datde bovenkant van de eemklei opcirca NAP ?38 m ligt, ofwel circa10 m dieper dan op de andere lo-caties in de Binnenstad.- Archeologische vindplaatsHet gebied tussen het CentraalStation en het Damrak (de Nieu-we Brug) behoorde vroeger tot derede van Amsterdam (fig. 2).Maakte de brug aanvankelijk on-derdeel uit van de versterking terbescherming van de stad, met dekomst van de palenrij in het IJwerd de brug steeds meer een be-langrijke ontmoetingsplaats. Indeluwtetussenenachterdepalenhad onder meer overslag plaatsvan zeeschepen op kleinere sche-pen alsmede herstel van schepen.Aangenomen wordt dat deze acti-viteiten hun sporen in de bodemhebben achtergelaten. Ter plaatsevan de Nieuwe Brug kunnenresten worden teruggevondenvan fundamenten van de eerstebrug(gen).Op basis van bovenstaande rand-voorwaarden zijn tijdens de voor-ontwerpfase de volgende varian-ten beschouwd:1.open bouwput met gestem-pelde combiwanden en onder-waterbeton met trekpalen;2.open bouwput met gestem-peldecombiwandentotindeaf-sluitende eemklei:3.bouwput met gestempeldediepwanden tot in de eemkleigemaakt vanaf een grondaan-vulling of aanplemping;4.pneumatisch caisson gebouwdop een grondaanvulling of aan-plemping; nadat het caisson isgebouwd wordt deze afgezon-cement 2004 2423 | Plattegrond en langs-doorsnede caisson1 t.m. 32 | Prent van het gebied uit17de eeuwN.A.P.boortunnel contract 3.3contract 3.3 contract 3.1B.S.-25.337C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWater bou wken door het leeggraven van deruimte (werkkamer) onder detunnelconstructie.De varianten zijn beoordeeld opbasis van constructieve eigen-schappen, uitvoeringsrisico's, in-vloed op omgeving en kosten.Variant 1 met onderwaterbeton entrekpalenbleekminderaantrekke-lijk, omdat een grote aanlegdieptemoet worden gecombineerd meteen beperkt draagkrachtige onder-grond. Bovendien werden de uit-voeringstechnische risico's voorhet heiend of trillend op dieptebrengen van de palen en combi-wanden - gezien de mogelijk aan-wezigerestenuithetverleden-alsgroot beoordeeld. Van de varian-ten met bouwputwanden tot in deafsluitende eemklei werd de com-biwand variant 2 in verband metde grote lengte en de mogelijkeheiproblemen als niet haalbaarbeoordeeld. Voor de varianten 3en 4 bleek een aanvullende voor-ziening in de vorm van een aan-plemping noodzakelijk. De diep-wanden van variant 3 leiddenechter tot hogere bouwkosten.Het grote voordeel van de cais-sonvariant is daarnaast dat ook bijde aanwezigheid van grote restenuit het verleden de methode toe-pasbaar is, zoals bewezen bij debouw van de metro Oostlijn. Inhetgevalvanhethierbeschouwdetrac?deel van de Noord/Zuidlijnbleek ook de invloed op de omge-ving voor deze caissonoplossingminder. De grond wordt hydrau-lisch ontgraven en afgevoerd naareen locatie aan het IJ en er kan re-latief veel vanaf het water wordengewerkt. De keuze voor caissonsis zodoende ook voor de omge-ving minder ingrijpend, waar-door geen associatie met de eer-dere perikelen rond de metroOostlijn wordt opgeroepen.O n t w e r pHet ontwerp bestaat uit drie cais-sons die gebouwd worden opeen zandaanplemping tussendamwanden (fig. 3 en 4). De dam-wanden hebben als functie hetbeperken van de afmetingen vande zandaanplemping en hetbeperken van de invloed van dewerkzaamheden op de omge-ving. Daarvoor worden de wan-den nabij belendingen, al danniet gestaffeld, naar de draag-krachtige tweede zandlaag door-gezet. Na het aanbrengen van dedamwanden wordt de water-bodem opgeschoond tot NAP?4,5 m en wordt een grondverbe-tering tot NAP aangebracht.Vervolgens wordt een raster vanzandpalen tot net boven de twee-de zandlaag aangebracht om deconsolidatie van de slappe lagente versnellen. Vanwege de dicht-heid van het raster is er ook spra-ke van een grondverbetering,waarmee de optredende zettin-gen en met name zettingsver-schillen worden gereduceerd.Een bijkomend voordeel is dat deondergrond in zekere zin wordtgescand op de aanwezigheid vangrote(re) obstakels zodat daaropbij het afzinken kan wordengeanticipeerd.Omdeverstoringvandoorgaandeverkeersstromen te minimalise-ren worden de caissons in tweehoofdfasen gebouwd. In fase 1worden de bouwkuipen 1 en 3voor de aanplempingen aange-legd en worden de caissons 1 en3 hierin gebouwd en afgezonken(fig. 4). Het doorgaande verkeercement 2004 2 434 |Fase 1 van de zandaan-plempingLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLMMMMmupiopenhavenfrontbrug 306kuip 3kuip 1NatteDamrakLLLLC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWater bou wop de Prins Hendrikkade maaktin die fase gebruik van de herin-gerichte brug 326. In fase 2 wordtbouwkuip 2 aangelegd en decaisson gebouwd en afgezonken.Het verkeer op de Prins Hendrik-kade wordt dan over de her-bouwde en verbrede brug 303geleid.De caissonmethode bestaat uit debouw van een relatief stijve doos-constructie op maaiveld die doorondergraven op diepte wordt ge-bracht. Het ontgravingsprocesgebeurt binnen de zogenoemdewerkkamer, bestaande uit snij-randen met een hoogte van 2 tot3 m langs de omtrek van decaisson. Wanneer beneden degrondwaterspiegel wordt ontgra-ven, wordt de werkkamer `droog'gehouden door het aanbrengenvan een luchtoverdruk. In dewerkkamer wordt de grond los-gespoten en hydraulisch afge-voerd naar een nabijgelegen be-zinkbassin. Door het bezwijkenvan de grond onder de snijrandzakt de caisson in de grond.Daarbij dient de som van neer-waartse belastingen (eigen ge-wicht caisson en eventuele tijde-lijke ballast) groter te zijn dan desom van weerstandbiedende op-waartse krachten (weerstand snij-rand, wandwrijving en water- ofluchtoverdruk). Om de wrijvinglangs de caisson te beperken,wordt boven de snijrand eensponning aangebracht die tijdenshet afzinken wordt volgepomptmet bentoniet. Na het afzinkenwordt de werkkamer gevuld metbeton, zodat de caisson als een(diepe) fundering op staal kanfungeren.De caissons 2 en 3 (12,4 tot14,3mbreed,10,8tot11,8mhoogen 26,0 tot 42,3 m lang) zijn rela-tief standaard van vorm en min ofmeer vergelijkbaar met de baan-vakcaissons van de eerdere metroOostlijn. Caisson 1 is aanzienlijkgroter vanwege het feit dat hier-binnen een aantal tijdelijke danwel permanente functies wordtgecombineerd:? de daadwerkelijke tunnel voorde Noord/Zuidlijn;? overige technische ruimtesvoor de metro;? startschacht voor twee tunnel-boormachines (TBM) en hunvolgtreinen. Het tunneldeel ishiertoe vergroot. Gedurende debouw worden tijdelijk voor aan-en afvoer van boorequipmenten materialen twee schachtenopengehouden;? ruimtes voor een ondergrondsehoogwaterkering (segmentke-ring, zie fig. 3) en de bedieningdaarvan;? een trappenhuis en verkeers-ruimtes voor de toegang totde bedieningsruimtes en dehoogwaterkering;? het westelijk landhoofd voorbrug 303 met voorzieningenvoor een sluis.De caisson heeft zodoende eenaanmerkelijke omvang: 57 mlang, 18 m breed en 27 m hoog.In de zuidelijke wand wordentwee zogenoemde `soft eyes' toe-gepast. Dit zijn zones in de wanddie zijn voorzien van kunststof-wapening. Dit maakt het voor deTBM's mogelijk zich door dewand naar buiten te boren om deboortunnel aan te kunnen leggen.In de noordelijke kopwand zijnstaal-betonnenkopschottenopge-nomen. Dit laatste geldt ook voordekopwandenvandeanderetweecaissons. Na het afzinken wordenmet vriestechnieken de voegentussen de caissons gemaakt,waarna de kopschotten wordendoorbroken.C o n s t r u c t i e f o n t w e r pc a i s s o n 1Zoals aangegeven zijn de afmetin-gen van caisson 1 vrij aanzienlijk.Vanwege de daaruit volgendegrote bouwbelastingen op de on-dergrond en de (visuele) hindervoor de omgeving wordt dezecaisson in twee fasen gebouwd enafgezonken: eerst het deel metwerkkamer en metrobuis (stijvedoosconstructie), daarna de rest.Uit de ontwerpberekeningen wasgebleken dat behalve de snijran-den langs de omtrek ook nog tweedraagranden in dwarsrichting no-dig waren. Door de draagrandenwordt de werkkamer in drie com-partimenten opgedeeld. Openin-gen in de draagranden verbindende afzonderlijke delen.Vanwege de complexiteit van deopbouw van de startschacht en ge-faseerde bouw is voor de detailbe-rekeningen een 3D eindige-elementenmodel met schaalele-menten toegepast (fig. 5 en 6),waarbij tevens de invloed van debouwfasering is meegenomen. Inzijn algemeenheid kan wordengesteld dat de belastingen gedu-rende de afzinkfase maatgevendzijn voor de dimensionering vandeze caisson. De caisson komt bijhet onderspoelen te rusten op desnijranden. De reacties onder desnijranden zijn veelal niet gelijk-matig verdeeld, omdat de werk-kamer niet gelijkmatig wordtontgraven, de ondergrond niet ho-mogeenisofomdaterobstakelsinde ondergrond aanwezig zijn.Hierdoor kunnen de oplegcondi-ties van de caisson slechts bij be-cement 2004 2445 | Eindige-elementenmodelcaisson 16 |Berekeningsresultatencaisson 1C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWater bou wnadering worden bepaald. Voor dedimensionering is daarom eenaantal oplegscenario's gedefi-nieerd die een afspiegeling vor-men van de te verwachten om-standighedentijdenshetafzinken.In figuur 7 zijn enkele maatge-vende schema's gegeven. Verderwordt rekening gehouden met ho-rizontale gronddrukken volgenduit een scheefstand en een cala-miteit ten gevolge van het plotse-ling wegvallen van een groot deelvandeluchtdrukindewerkkamer.U i t v o e r i n gBouwen in een stedelijke omge-ving als die van Amsterdam ishet oplossen van een uiterst com-plex randvoorwaardenprobleem.Dit geldt zeker voor de aanleg vande caissons. Naast de complexe fa-seringkunnennogdebeperktebe-schikbaarheid voor bouwterrei-nen, logistieke problemen enveiligheid als karakteristieke ele-menten voor het bouwen in de ste-delijke binnenstad worden ge-noemd. De beperktheid van hetbouwterrein is gedeeltelijk onder-vangen door het maken van dezandaanplemping en een aantalplatforms in het water. Deson-danks blijft een uitgekiende logis-tiekessentieelvoorhetwerk.Daar-naast vraagt de omgeving om eenbeperking van de hinder, wat zichbijvoorbeeld uit in vastgesteldevenstertijden voor aan- en afvoerbuiten de spits. Ten slotte speeltveiligheid voor de omgeving eenbelangrijke rol bij de wijze van uit-voeren en moeten afsprakenworden gemaakt met het bevoegdgezag over het tijdelijk stilleggenvan het verkeer bij werkzaamhe-den en het treffen van extra veilig-heidsmaatregelen.Op dit moment zijn de damwan-den van de bouwkuipen 1 en 3vrijwelgereedenismenbezigmethetopschonenvandewaterbodemom de grondverbetering aan tekunnen brengen. In de tweedehelft van 2004 zal worden gestartmet de bouw van de caissons. Projectgegevensopdrachtgever:Projectbureau Noord/Zuidlijn, dienstInfrastructuur Verkeer en Vervoer, Ge-meente Amsterdamontwerp en directie:Adviesbureau Noord/Zuidlijn v.o.f.aannemer:Heijmans Beton- en Waterbouwcement 2004 2 457 | Belastingen werkend ophet caisson in de afzink-faseG + B