ITUNNELBOUW ICONSTRUCTIEFONTWERP IBOUWPUTTEN IWILLEMSSPOORTUNNELROTTERDAMHET BESTEK 'STATION BLAAK'ir.J.Gerritsen en ing.H.E.Brassinga, Gemeentewerken RotterdamDe Willemsspoortunnel is, zoals bekend mag worden verondersteld, een circa 3 kmlange viersporige tunnel die in het hart van de stad Rotterdam onder de NieuweMaas en de Koningshaven doorloopt.De bouw startte in 1987 en in september 1993 werd de tunnel tweesporig in gebruikgenomen. Het derde en het vierde spoor zullen in september 1994 gebruiksklaar zijn.Dit artikel behandelt een deel van de tunnel op de rechter Maasoever, en wel hetbestek 'Station Blaak'.De bouwputBodemopbouwIn Rotterdam wordt de volgende bo-demopbouw gevonden:~ een holoceen klei/veenpakket vanafmaaiveld tot 17 m - NAP. Vaak is ditpakket afgedekt met een kunstmatigaangebrachte zandlaag;~ een vastgepakte pleistocene zandlaagtussen 17 m en 30 m - NAP;- een leemlaag (formatie van Kedi-chem) op circa 30 m - NAP diepte.Deze laag reikt tot circa 45 m - NAP.Station Blaak loopt vanafde Maas-boulevard tot aan de Hoogstraat(fig.1). Achtereenvolgens zullenaan de orde komen:- de bouwput;- belangrijke technische randvoor~waarden;- de fundering van de tunnel;- de constructie van de verschillendetunnelstukken, in volgorde van zuidnaar noord en vanaf de Maasboule-vard:hoofdwaterkering met schuiven-schacht;fundering van de historische pandenaan de Wijnhaven;fundering van de kantoorgebouwenBlaak-Zuid;zuidelijke hal van station Blaak;kruising met de metrotunnel;noordelijke hal van station Blaak;- betonsterkteklasse, betonsamenstel-ling, scheurwijdte en dergelijke.worden opgelegd aan een spanningsbe-malingvanhetpleistoceen(geengrotereverlaging van de stijghoogte dan in eenovereenkomstige periode in het verle-den het geval was), is ervoor gekozen omhier de wanden van de bouwput tot 3 min de leemlaag te plaatsen, dus tot 33 m-NAP.In verband met de risico's van het heienvan stalen damwanden tot deze diepte,zijn diepwanden van gewapend betonmet een dikte van 1200 mm toegepast.Omdat tot 2,5 m onder het maaiveldgeen obstakels of hulpwerken in degrond mogen achterblijven (ten behoe-c.~+-m-'"+- '"lil '"?::O~+-alEdamwandonder metro verticale i~jectie[aag1< >fundatie op palendiepwand bestaandcentrummarktdamwand tot 25.00'"+-/ll/ll~+-lilOloo.cTUNNEL )1500 kN1100C kNI5 Technische randvoorwaarden tunnelontwerpDe fundering van de tunnelAlgemeenGezien de nabijheid van de pleistocenezandlaag, is beslotende tunnel vanafeentwintigtal meters ten zuiden van de zui-delijke hal van station Blaak tot aan deMaasboulevard op staal te funderen.Hierwas eengrondverbeteringvoor no-dig die in dikte naar het noorden op-Belangrijke technische randvoor-waardenDe volgende technische randvoorwaar-den, waarmee rekening moet wordengehouden zodra de tunnel in bedrijfis,waren nogal van invloed op de dimen-sionering van de paalfundering en deconstructie (fig.5):~ een verlaging van de laagste gemetengrondwaterstand met 5 m, in verbandmet ongecontroleerde bemalingendoor derden;- een verhoging van de hoogst gemetengrondwaterstand tot 1 m onder maai-veld inverband meteen mogelijke lei-dingbreuk in rioolpersleidingen ofdrinkwatertransportleidingen;- een tijdelijke ontgraving van hetmaaiveld met 2 m in verband met deaanleg van wegen en leidingen;- een zijdelingse aanrijdbelasting op debuitenwanden en de middenwandvan de tunnel van 500 kN op 1,80 mboven BS (Bovenkant Spoor). Daarwaar bebouwing op de tunnelwandenrust moet zelfs rekening gehoudenworden met een aanrijdbelasting van1000 kN;- een draaiing of verticale verplaatsingvan 10 tot 50 mm in verband met mo-gelijke realisering van hoge bebou-wing in de nabijhe?d van de tunnel.Toelichting: het gewicht van de hogebebouwing veroorzaakt indrukkingvan de leemlaag (formatie van Kedi-chem), waardoor ookde bovenliggen-de lagen, waarop de tunnel gefun-deerd is, vervormen.12 Cement 1993 nr. 12_ damwand7 Horizontale doorsnede boventunneldak6Verticale doorsnede horizontaalevenwichtAls voorziening tegen trillingshinder(goederentreinen!) vanuit despoortun-nel worden zowel ballastmatten onderhet spoor, als rubberblokken tussen defundering en de panden toegepast. Ditlevert meteen een goede voorzieningte-gen het optreden van zwerfstromenvanuit de tunnel (NS: 1500 V-gelijk-stroomtractie).een voorwaarde om scheurvorming inde panden ten gevolge van zettingsver-schillen van de tunnel te vermijden.De aaneengesloten tunnellengte tussentwee dilatatievoegen blijft beperkt tot28 m. Dit is gunstig, want bij kortere af-standen tussen de dilatatievoegen volgtde tunnel de als randvoorwaarde reedsgenoemde zettingen en verdraaiingengemakkelijker.8 Fundering historische pandenWijnhavenIn de as van de tunnel bevinden zich ko-lommen met een afWijkende vorm: eenin de aS van de spoorbaan gerekte acht-hoek. Omdat de afstand tussen de mid-denwand en de spoorbaan erg klein is,lopen deze kolommen meer kans doorontspoorde wagons geraakt te worden.Hierbij wordtzowel de kolom als dewa-gon beschadigd. De gekozen vorm laatde wagon min of meer afschampen,waardoor de beschadigingen kleinerzullenzijn. Om dezelfde redenis de balkonder deze kolommen hoger en wel tot1200 mm boven de bovenkant van despoorstaaf(BS).Fundering van de historischepanden aan deWijnhavenHet huidige ontwerp van de funderingvan de weer op te bouwen historischepanden aan de noordzijde van de W~nhaven, kan gesplitst worden in twee de-len, namelijk het gedeelte tussen hetWitte Huis en de diepwand naast despoortunnel, en het gedeelte dat bovende spoortunnel ligt.De fundering van het eerstgenoemdegedeelte bestaat uit een massieve plaat r-~~~~~~~~~~~~~~--jvan gewapend beton, die met een randop de diepwand is opgelegd en verderwordt ondersteund door voorgespan- f--.,-~~~~~~~~~~~~~~----Inen betonpalen.De fundering vanhetgedeelte datbovende spoortunnel ligt bestaat uit een holleplaat van gewapend beton van 2,3 m dik(jig.8), die op de beide diepwanden naastde spoortunnel en op de middenwandvan de spoortunnel is opgelegd. Terplaatse van de diepwand aan de westzij-de van de tunnel kraagt de bovenge-noemde plaat nog 5,7 muit.Bij de oplegging op de tunnel is geen di-latatievoeg in de tunnel aanwezig. Dit isbij de overgang van kolom naar balk tevoorkomen. Dit kon eenvoudig, aange~zien het deel van de balken dat boven devloer uitsteekt (circa 1090 mm) toch ineen apart stort zou worden gerealiseerd.De sterkteklasse van de langsbalkbovende kolommen hoefde niet aangepast teworden, omdatde consoles inhetdak, incombinatie met de negatieve buigendemomenten bovende kolommen in tweeonderling loodrechte richtingen, vooreen alzijdige betondrukspanning in debalkzone boven de kolommen zorgen.Dezealzijdigebetonspanningbleekvol~doende groot te zijn om sterkteklasseB 30 voor het tunneldak en de consoleste handhaven.-De relatiefzware belasting van dit tun~nelstuk komt tot uiting in de noodzaakdwarskrachtbeugels toe te passen, zowelin het dak als in de vloer, alsmede onderin de buitenwanden.Constructie van de tunnelstukkenHoefdwaterkering met schuivenschachtHet Hoogheemraadschap Schielandeiste dat de tunnel ter plaatse van dehoofdwaterkering (Maasboulevard) bijcalamiteiten afgesloten kan worden.Gezien de diepe liggingvan de tunnel opdeze plaats lag hetvoor de hand verticaalbeweegbare stalen schuiven te kiezen,die in ruststand boven de constructiehangen.Tegen de voor de schuiven benodigdeopbouw op de tunnel is een vlucht-schacht gesitueerd, die tevens dient alstoegang voor de brandweer.Indien ten gevolge van een calamiteitdewaterstand in de tunnel boven een be-paald niveau stijgt, zakken de schuivenin principe automatisch. Voordat hetechter zover is, zijn er meerdere waar-schuwingsfasen geweest, waarbij onderandere het treinverkeer is stilgelegd.Nadat de totale bovenleiding stroom-loos is gemaakt, klapt het deel daarvanter plaatse van de hefdeuren naar bene-den, waarna deze ongehinderd kunnenzakken. Om niet afhankelijk te zijn van??n meetpuntwordt de waterstand ove-rigens op meerdere plaatsen in de tun-nel gemeten.Aansluitend op het tunneldeel met deschuivenschacht bevindtzich ??nvan dezwaarst belaste tunnelstukken. Degronddekking op het tunneldek is 11 m,de kolommen 0 700 mm hebben eenkolomafstand van 4,78 m. Hierom washet noodzakelijk bij een betonsterkte-klasse B 45 en een staalsoort FeB 500 inde kolommen een wapeningspercenta-gevan 7,8% toe tepassen. De sterkteklas-se van de langsbalk onder de kolommenmoest ook B 45 worden, om problemenTe allen tijde dient de stabiliteit van dittunneldeel gewaarborgd te zijn (jig.6 en7). Dit geldt ook voor de bouwfasenwaarin de krachten op de tunnel wor~den overgenomen. Vooral tijdens deovername van de stempelkrachten te-gende kopwand doenzich situaties voordie plaatselijk voor de dimensioneringmaatgevend zijn.hoefde te worden doorverbonden. Devorm van de sparingen is zodanig, datzowel de uitwendige waterdruk als heteigen gewicht en de inwendige belastin-gen de later ingestorte betonnen prop-pen zullen vastwiggen.De voeg wordt ge?njecteerd indien dewaterdruk in de uiteindelijke toestandgroteris dan 5 m. Daartoeis een schuim~rubber sponsband met een doorsnede20 .x 30 mm, voorzien van injectiepijp~jes, op halve hoogte in de sparing ge-plakt.Cement 1993 nr. 12 13ITUNNELBOUW ICONSTRUCTIEFONTWERPEr is uitgegaan van de volgende gege-vens:- Ballastmatten:verwachte reductie 10 dB(A);~ Rubberblokken:verwachte reductie 10 dB(A);- Toegestaan niveau:woningen 45 dB(A)kantoren/winkels 55 dB(A).Zonder maatregelen wordt een tril-lingsniveauvancirca 75 dB(A)verwacht.Tussen de pakketten met rubberblok-ken bevinden zich nog de plaatsen voorde vijzels en de zogenoemde 'fail-safe'-constructie. Deze constructie dient hetgebouw nagenoeg op zijn plaats te hou-den wanneer de rubberblokken, bij-voorbeeld ten gevolge van brand, verlo-ren zijn gegaan. Het aanbrengenvanvij-zels ennieuwe rubberblokken is dan bo-vendien eenvoudiger.Fundering van de kantoorgebouwen Blaak~ZuidOp deze lokatie is rekening gehoudenmet twee kantoorgebouwen van resp.13 men 15 m breed, met daartussen eenparkeergarage. De kantoorgebouwenkruisen de spoortunnel onder een nage-noeg rechte hoek.Het meest zuidelijke kantoorgebouwheeft acht bouwlagen boven maaivelden ??n kelderlaag, het andere kantoor-gebouw heeft acht bouwlagen zonderkelder.Als voorziening tegen trillingshindervanuit de spoortunnel worden, naast deballastmatten onder het spoor, ook hierrubberblokken tussen de fundering enhet gebouw toegepast.Het meestzuidelijke kantoorgebouwVanwege de nagenoeg rechte hoekwaaronder de bebouwing de tunnelkruist, is het goed mogelijk een balk-rooster dat geheel op de tunnel ligt alsfundering voor de bebouwing toe tepassen (fig.9).Teneinde de extra belasting door de be-bouwing op de tunnel te beperken endaarmee de extra kosten, wordt naar-mate de bouwvan hetkantoorpand vor-dert, de grond tussen de balken gedeel-telijk uitgegraven. De ontstane ruimtekan als kelder worden benut.Gezien de situering van het gebouw tenopzichte van de dilatatievoegen in detunnel, bleek het noodzakelijk te zijntwee tunnelmoten door middel van eenstortnaad te verbinden tot een totalelengte van 28 m.De parkeergarageEvenals het zuidelijke kantoorgebouwligt de parkeergarage boven het op staalgefundeerde deel van de spoortunnel.De bovenste 450 mm van de grondver-betering zijn vervangen door beton,teneinde opdrijven van .de tunnel tevoorkomen. Deze laag beton is .doormiddel vankoppelstaven (1 0 12 per m 2)verbonden met de tunnelvloer.Het noordelY?ke kantoorgebouwDit gebouw is gesitueerd boven de tech~nische ruimten van de Willemsspoor-tunnel. Gezien de aanwezigheid van de-ze ruimten is een simpelbalkroosterhier niet mogelijk. Plaatselijk grote spa-ringen voor deuropeningen en door-gangen maken het rooster, dat de belas-tingen uit het kantoorgebouw over detunnel verdeelt, ingewikkeld.Ter plaatse van het dak van de bovenge-noemde technische ruimten, dus terhoogte van het maaiveld, is onvoldoen-de ruimte om rubberblokken te plaat~sen. Deze zullen bijvoorbeeld ter hoogtevan de verdiepingsvloer geplaatst moe-ten worden. Ter plaatse van de beganegrond is de constructie van het gebouwdus rechtstreeks met de tunnelcon-structie verbonden. Als maatregel tegenzwerfstromen vanuit de tunnel, is hierde stekwapening voor de kolommenvan het gebouw minimaal 70 mm vande tunnelwapening vrijgehouden.Overigens is een deel van de langswape~ning van de tunnel over de mootvoegendoorgekoppeld via koperdraad, tenein~de de potentiaalverschillen tussen detunnelmoten onderling teniet te .doen.Zuidelijke hal van stat?on BlaakDeze ondergrondse hal bestaat uit tweeop elkaar gestapelde constructies. Deonderste is een deelvan de tunnel, waar-van het dak gedeeltelijk is weggelaten.Daarboven bevindt zich een cilinder-vormige hal van gewapend beton meteen diameter van 38 m. Zo is een videgecre?erd (fig.10).De stabiliteit in horizontale richtingwordt grotendeels verzorgd door de ci~linderwanden. In verticale richtingworden de belastingen afgedragen naareen paalfundering, geconcentreerd terplaatseVan de zeven oplegpuntenvan decilindervormige ruimte. Deze zijn decentrale kolom (33500 kN), de vier per-ronkalommen en twee zones ter plaatsevan de buitenwanden van .de tunnel.Een van de voetpunten van de stalenboog, die in de lengteas van de tunnelhet stationoverspant enwaaraanhet dakboven de noordelijke hal hangt, is viaeen funderingsblok op het dak van dezuidelijke hal opgelegd. De steunpunts-reacties, bestaande uit normaalkrach-ten, .dwarskrachten en buigende mo-menten, worden opgenomen door 15Dywidag-voorspanstaven 036 mmo Devoorspankracht is zo groot gekozen, dat.de dwarskrachten door de wrijving(aangehouden wrijvingsco?ffici?nt: 0,2)tussen de stalenvoetplaatvan de boog enhet betonnen funderingsblok opgeno-men kunnen worden. De blijvendevoorspankracht bedraagt minimaal580 kN per voorspanstaaf, bij een aan-vangsvoorspankracht van 930 kN.Indertijd is nog even overwogen om dediepwanden voor de bouwput ook dedefinitieve buitenwandenvan de tunnelte laten zijn. Onder meer vanwege de9 Balkrooster fundering kantoor Blaak-zuidI I ),..I I ,Ll,/1410 Verticale krachtsafdracht zuidhalCement 1993 nr. 12illIInverticale richtingworden de belastin-gen naar de paalfundering afgedragenvia de randbalken langs de vide. Dezebalken rusten op kolommen.De belasting in de bovenbedoelde rand-balken is hoofdzakelijk afkomstig vanhet eigen gewicht van de grond op hettunneldak. Omdat deze belasting voor-namelijk op het onderste deel van derandbalken aangrijpt, is het nodig door-gaande ophangwapening toe te passen.Inditgeval zijnerpersmoffen toegepast.Vanwege de ter plaatse toch nog diepeligging en hetvooral in het midden ont-breken van gewicht, waren ookhierveeltrekpalen met ribbelkoppen nodig.De beide schijven worden op elkaar af-gestempeld door twee stempels van ge-wapend beton. Dit zijn de langs de me-trotunnel gelegeneindwand van de videen een aan de andere kant van de videgesitueerde strook van het tunneldak(fig.13).Betonsterkteklasse, betonsam.en-stelling, scheurwijdte e.d.Voor de hele tunnel werd ten aanzienvan al het in hetwerk gestorte beton eensterkteklasse B 30 ge?ist, met uitzonde~ringvanhetvulbeton (B 15),hetbetoninde diepwanden (B 22,5) en hetbetonvaneen aantal kolommen (B 45).In afwijking van de VBT werd een sa-menstellingvan rninimaa1300 kg hoog-ovencement klasse A, plus 0 tot 30 kgvliegas per m3beton voorgeschreven.De dekking bedraagt 50 mm voor detunnelen 120 mm voor de diepwanden.In het algemeen is milieuklasse 2 (voch-tig) aangehouden. Voor de bovenzijdevande tunnelvloerisdaarentegenuitge-gaan van rnilieuklasse 5b (agressief). Ditlaatste onder meer vanwege mogelijklekkende afsluiters op tankwagons.Bij de berekening van de scheurwijdtezijn de CEB/FIP-regels toegepast. Datleverde gunstiger waarden op dan bijgebruik van de VB 1974/84 het gevalzou zijn geweest.Omdat de diepwanden slechts als hulp-constructiefungeerden,werdenhieraangeen scheurwijdte-eisen gesteld.iiiNoordelijke hal van station BlaakDe hal is een grote vide waarin het trap-penhuis is gesitueerd. Deze vide is16,5 m smaller dan de tunnel, zodat hettunneldak aan beide zijden van de videeen horizontale schijf is met een ligger-hoogte van 8,25 m.zUid11In [3] is naar aanleiding van de bouwvande oost-westlijn van de metro Rotter-dam eenartikel verschenen onder ande~re over het metrostation Blaak. Toenwerd uitvoerig ingegaan op het ontwerpen de constructie van het metrostation.Men ging er indertijd nog van uit datDe metrotunnel kruist de spoortunnelonder een hoek van 82,5?. De dilatatie-voegen in de spoortunnel lopen even-wijdig aan de metrotunnel. Als gevolgvandit conceptveroorzaaktde horizon~tale grond- en waterdruk een koppel opde spoortunnel. De wrijving langs debuitenwanden is te gering om een vol-doende groot tegenkoppel te leveren.Ook de toch al zwaar op trek belaste pa-len kunnen nietvoldoende dwarskrachten dus tegenkoppel leveren. Daaromzijn in de as van de tunnelvloer, terplaatse van de beide dilatatievoegen,zware nokkenvangewapend betonaan-gebracht (fig.11).Kruising met de metrotunnelDe tunnel bestaat hier uit een bakcon-structie. Deze wordt door middel vaneen rubbervoegproBel waterdicht maarflexibel op de metrotunnel aangesloten.Reeds in het ontwerp van deze tunnel,hier als een ondergrondse brugcon-structie uitgevoerd, is rekening gehou- I--==-=--------------------------------{denmet eenwaterdichteaansluitingaan 12 Rechtstreekse overstap metro-spoorde spoortunnel. Daartoe is indertijd een '--- - - ---{rondgaande rib van gewapend betonmeegestort. De rib werd onder toepas-sing van geboorde en verlijmde wape-ning vergroot en dient ter opname vanhet rubber voegproBel.Een van de hoofduitgangspunten vanhet ontwerp was het qua krachtswer-king loshouden van de spoortunnel ende metrotunnel. Dit leidde, ondankseenvloervan 2meter dikte, tot een trek-palenveld met 212 palen.De vloer is in ??n keer gestort en moestgekoeld worden.hoge kwaliteitseisen aan het stationBlaak, is daar vanaf gezien.tussen het metro-perron en het NS-perroneen tussenhalzou komen terver-deling van de reizigersstroom over deverschillende perrons. Als gevolg van deopgelegde besparingenin het spoortun-nelontwerp, waarbij de Willemsspoor~tunnel enkele meters rninder diep werdgeprojecteerd, sneuvelde de tussenhal.De rechtstreekse overstapmogelijkheidtussen de metrotunnel en de spoortun~nel, anders dan via het maaiveld, kwamtoen voor het eilandperron van de me-trolijn te vervallen. Het zijperron be-hield wel zijn rechtstreekse overstap viade zuidelijke toegangshal van het NS-station.Op verzoek van het vervoerbedrijf inRotterdam (RET) is later onderzocht ofhet niet toch mogelijk zou zijn eenrechtstreekse trapverbinding te makenopeenandere plaatsin devloer. Doorde.bestaande zware metrohalconstructie afte breken bleek het inderdaad mogelijkde gevraagde trapverbinding alsnog terealiseren (fig.12).De vervanging van de bestaande haldoor een lichtere constructie, was ooknodig om de tramlijn op de metrotun-nel toe te laten.De rails van de trambaan worden opge-nomen in een betonplaat van 365 mmdikte, die ophetdakvan demetrotunnelrust. Vanwege de aanwezigheid vanvoorspankabels in de metrotunnel terplaatse, is een voorziening tegen zwerf-stromenvanuit de trambaan nodig. De-ze voorziening bestaat uit het elektrischisoleren van de betonplaat met de tram-rails ten opzichte van de metrotunnelHorizontaal krachtenevenwicht door middel van een laag Van 15 mmtunnelkruising gietasfalt.I-----------------{ In dit verband kan nog worden opge-merkt dat de metrobaan, met zijn vasterailbevestigingen, nog nergens in detunnels tot meetbare zwerfstromenheeft geleid.Cement 1993 nr. 12 15ITUNNELBOUW ICONSTRUCTIEFONTWERPLiteratuur1. Hagen, HJ. en Van Tol, A.F., Bouw-putten voor het gedeelte op de rechtermaasoever. Cement 1990, nrA.2. Brassinga, H.E. en Van Tol, A.F., De-formation of a high rise building adja-cent to a strutted diaphragm wall, 1991.3. Van Herk, ]., Projectorganisatie en-beheersing; lay-out bij nieuwe over-stapstations. Cement 1977, nr. 10.Betrokkenenopdrachtgever:NVNederlandseSpoor-wegenconstructeur: GemeentewerkenRotter-damarchitect: Architectenbureau NV Ne-derlandse Spoorwegenaannemer: AannemerscombinatieWil-lemsspoortunnel KWT, waarin partici-peren: 13- Ballast Nedam; Horizontale en verticale krachtsafdracht noordhal- Dirk Verstoep;- Hollandsch Beton en Waterbouw;- Van Hattum en Blankevoort;- Strukton.Enkele hulpbruggen over de bouwputfoto: R. Kras, Rotterdam16 Cement 1993 nr. 12