C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBouwputtencement 2004 1 45Het te boren tunneldeel (fig. 1)ligt tussen de (oostelijke) start-schacht nabij de A15 (foto 2)en de (westelijke) ontvangst-schacht. Het oostelijk deel, tus-sen de startschacht en het beginvan de aardebaan bij Sliedrecht,bestaat uit een traditioneelgebouwde circa 1900 m langegesloten en open bakconstructie.Vanaf de startschacht bestaat despoortunnel uit een boortunnelvan twee buizen met elk eeninwendige diameter van 8,65 m.Aan de westzijde van de riviertakde Rietbaan komt de geboordetunnel uit in de ontvangst-schacht. Vervolgens gaat despoortunnel verder als een tradi-tioneel gebouwde, gesloten bak-constructie. Een noviteit bij deSophiaspoortunnel is het volcon-tinue boorproces met een vloei-stofschild.S t a r t s c h a c h tDe afmeting van de startschachtbedraagt gemiddeld 27 x 64 m2.De bouwputwanden bestaan uiteen combiwand met buispalen?1420-20 mm (X70) en eendubbele tussenplank Larssen 607(S355GP). De wanden wordenge?nstalleerd tot NAP - 36,0 m(fig. 3). Aan de bovenzijde van debouwputwanden is op NAP- 0,25 m een betonnen deksloof(b x h = 1750 x 1000 mm2) in B 35aangebracht. De wanden wordengesteund door een betonnenstempelraam, bovenzijde op NAP- 5,65 m. De gordingafmetingbedraagt b x h = 1800 x 1300 mm2en de stempelafmeting gemid-deld b x h = 1000 x 1300 mm2meteen gemiddelde h.o.h.-afstandvan 11 m. Vanwege de grotedwarskrachten is het stempel-raam in B 45 uitgevoerd. Voor hetaanbrengen van het betonnenstempelraam is een tijdelijkstalen stempelraam aangebrachtmet de bovenzijde op NAP-1,70 m. De onderwaterbeton-vloer is 1,3 m dik, de bovenzijdeligt op NAP - 18,9 m.O n t v a n g s t s c h a c h tDe afmeting van de ontvangst-schacht bedraagt gemiddeld 30 x66 m2. De bouwput hiervoor isvergelijkbaar met die van de start-schacht, waarbij de volgende aan-passingen hebben plaatsgehad,deels in verband met de geologieter plaatse, deels als gevolg vanvoortschrijdend inzicht:? combiwand bestaande uit buis-palen ?1620-19 mm (X70) totNAP - 34,5 m (fig. 3);? bovenzijde betonnen stempel-raam op NAP - 4,2 m;? bovenzijde onderwaterbeton-vloer op NAP - 19,0 m;? onderwaterbetonvloer is veran-kerd met Leeuwankers?.De bouwputten voor de start- enontvangstschacht zijn vanwege devolgende aspecten bijzonder:? beide bouwputwanden zijn totin een afsluitende laag geplaatsten het water in de bouwputStart- en ontvangstschacht SophiaspoortunnelZwel kleilaag vervormtonderwaterbetoning. A.L.J. Timmermans PMSE en ir. J.W. Bosschaart, OntwerpburoTubecon I vof / B.V. Ingenieursbureau M.U.C.ir. R.A. Schiphouwer, Ontwerpburo Tubecon I vof / Heijmans EngineeringDe Sophiaspoortunnel is de langste geboorde spoortunnel in de Betuwerouteen is, inclusief toeritten, 8115 m lang. De tunnel zal, evenals de rest van deBetuweroute, in 2006 in gebruik worden genomen.In dit artikel komen de relevante constructieve aspecten van de bouwputtenvoor de start- en ontvangstschacht aan de orde.1 | Traject Sophiaspoortun-nel met startschacht(rechts) en ontvangst-schacht (links)2 | Werkterrein startschachtSophiaspoortunnelPapendrechttoeritstartschachtgrondverbeteringA15C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBouwputtencement 2004 146wordt bemalen, zodat de onder-waterbetonvloer niet wordtbelastdoorwaterdruk,enkeleenstempelfunctievoordebouwputheeft en als werkvloer voor hetboorproces dient;? de lange bouwputwanden wor-den ten gevolge van het leeg-pompen van de aansluitendetoerit in hun vlak belast, degronddruk op de kopwand blijftimmers ten volle aanwezig.Om de invloed van deze aspectenop de krachtsverdeling in dediverse onderdelen van de bouw-putten vast te stellen, moet eerstinzicht in het verticaal en hori-zontaal evenwicht en het momen-tenevenwicht worden verkregen.V e r t i c a a l e v e n w i c h tDe wijze waarop het verticaalevenwicht wordt gewaarborgd, isvoor beide schachten anders alsgevolg van het verschil in de geo-logische condities ter plaatse.StartschachtDe grondopbouw wordt geken-merkt door zeer slap Holoceenvanaf maaiveld (circa NAP - 1,5 m)tot NAP - 12,5/ - 15,0 m. Vervol-gens wordt tot NAP - 29,0 m Pleis-toceen zand aangetroffen, gevolgddoor een klei/veenpakket tot NAP- 36,7 m (Laag van Kedichem) enten slotte weer een zandpakket.Het verticaal evenwicht wordt ver-zekerd door de zandlaag tussenNAP - 20,2 m (onderkant onder-waterbetonvloer) en NAP - 29,0 m(bovenkant waterremmende klei-laag van Kedichem) gedurende debouw te bemalen tot een stijg-hoogtegelijkaandeonderkantvande vloer (een zogenaamde polder-constructie). Hierdoor zal deopwaarts gerichte waterdruk nietdirect op de onderwaterbetonvloeraangrijpen, maar op de onderkantvan de waterremmende Laag vanKedichem (op circa NAP - 36,7 m).Door gebruik te maken van hetgewicht van de vloer en de grond-lagentussenNAP-20,2menNAP- 36,7 m, alsmede van de schuif-spanningen langs de combiwand,kan voldoende neerwaarts gerich-tebelastingwordengemobiliseerdom verticaal evenwicht te waar-borgen.Ten gevolge van het ontgraven enbemalen van het zandpakket zalde kleilaag aanzienlijk wordenontlast (grootteorde 300 kPa) endaardoor zwellen. Deze zwel isberekend op 15 ? 25 mm in hetmidden van de bouwput. Om vol-doende incasseringsvermogen tebezitten is de onderwaterbeton-vloer gedimensioneerd op eenzwel van 40 mm in het middenvan de bouwput. Voor de wijzevan bepalen van de omvang vanhet zwellen van de kleilaag, zie [1].OntvangstschachtOmdat de waterremmende klei-/veenlagen van Kedichem minderdiep liggen dan bij de startschacht,is verticaal evenwicht tijdens deuitvoering op grond van eigengewicht niet meer mogelijkmet voldoende veiligheidsreserve.Daarom is gekozen voor eenvariant met een onderwaterbeton-vloer die door middel van Leeuw-ankers?op zijn plaats wordtgehouden. De zandlaag onder devloer wordt echter wel bemalen,waardoor de waterdruk niet op devloer aangrijpt (en de vloer dus opeen relatief lage belasting behoeftte worden gedimensioneerd).De krachtsverdeling in de onder-waterbetonvloer (en overige con-structies) is vanwege de complexeafdracht bepaald met het EEM-programma Plaxis (versie 7.1). Deopbuiging in het midden van devloer bedraagt rekentechnischcirca 10 mm.H o r i z o n t a a l e v e n w i c h t e nm o m e n t e n e v e n w i c h tEen belangrijke bouwfase in hetontwerp van de bouwputten is hetleegpompen van de aansluitendetoerit tegen de achterwand. Omde uitvoering niet onnodig op tehouden, is het noodzakelijk detoerit gedurende het boorprocesaf te bouwen. Dit kan uiteraardalleen plaatshebben indien dezeis drooggezet. Duidelijk is dat dewaterdruk tegen de achterwandvan de bouwput een grote bij-drage levert aan het horizontaalevenwicht en het momenten-h.o.h. 2500-36,0-29,0zandkleiklei-34,50zand-20,20veen-20,30zand-4,20-1,25klei/veenzand-12,5/-15,0 LEEUWANKERS- dia, ?60,3mm- algemeen h.o.h. 2500mm-18,90 -19,00-12,5/-13,0-6,95-5,65-5,50klei/veen-1,50+2,90-0,25 -0,25-1,50+2,903 | Dwarsdoorsneden bouw-putten startschacht (a)en ontvangstschacht (b)C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBouwputtencement 2004 1 47evenwicht in langsrichting van debouwput. Om dit evenwicht tewaarborgen, zal er na het droog-zetten van de toerit veel meermoeten worden vertrouwd opschuifspanningen langs de com-biwanden en de bodem van debouwput en langs de onderwater-betonvloer van de toerit.Naast de gebruikelijke toetsings-aspectenbijbouwputtenzijntweeaanvullende toetsingen noodza-kelijk, te weten:? de zwel van de kleilaag in relatietot de onderwaterbetonvloer;? de langswanden die in het vlakbelast zullen worden.Vermeldenswaard is ook degekozenbouwfaseringbijhetont-graven van de bouwputten na hetaanbrengen van het stempel-raam. Om een betere verdelingvan veld- en steunpuntsmomen-ten in het stempelraam te verkrij-gen is er voor gekozen de water-stand in de bouwputten lager tehouden dan de grondwaterstanderbuiten: in de startschacht 3,0 men in de ontvangstschacht 1,0 m.Z w e l k l e i l a a gZoalsalisvermeldwordtdeonder-waterbetonvloer niet belast doorwaterdruk. Door het zwellen vande kleilaag moet de vloer wel eenvervorming kunnen ondergaan.Debelastingopdevloerisderhalveeen door vervorming gestuurdekracht. Gezien de grootte van devervorming(tenhoogste40mminhetmiddenvandevloer)endeaardvan de constructie, is een ongewa-pende vloer constructief nietmogelijk. Behalve wapening in devormvanwapeningstavenzijnookstaalvezels onderzocht. Dezebleken ter plaatse van de start-schacht constructief gezien niethaalbaar en ter plaatse van de ont-vangstschacht financieel gezienniet.Aangeziendebelastingopdevloereen vervorming is, is de krachts-verdeling bepaald met de buig-stijfheid van de vloer, bepaald metbehulp van M-N- -diagrammen.Naast de omhoog gerichte belas-tingalsgevolgvanhetzwellenvandekleilaag,isgedurendehetboor-proces ook een omlaag gerichtebelasting op de vloer aanwezigdoor de TBM (9000 kN) met volg-wagens en de werktreinen voor debevoorrading van de TBM.In de startschacht is aan de boven-zijde van de vloer als gevolg vanhet zwellen van de kleilaag 2?25-300 (kruisnet) benodigd, in dekorteoverspanninginhetmiddenvan de lange overspanning ver-zwaardtot(?32+?25)-300(fig.4),aan de onderzijde van de vloer alsgevolg van het boorproces?25-300 (kruisnet), in de korteoverspanning plaatselijk ver-zwaard tot 2?25-300.In de ontvangstschacht is in dehoofdrichting (korte overspan-ning) aan de bovenzijde 15?20 enaan de onderzijde 7?12 per 2,5 m(h.o.h.-afstand Leeuwankers?)benodigd. Als verdeelwapening is?12-300 mm toegepast.Enkele aspecten met betrekkingtotdelocatievandewapeningzijngegeven in tabel 1 en figuur 4.De verschillen ter plaatse vanbeide schachten zijn het gevolgvan wensen vanuit de uitvoeringen van de opgedane ervaringenbij uitvoering van de start-schacht.De betondekking aan de onder-zijde is verkregen met behulp vanafstandhouders in de vorm vanprefab betonpalen in de richtingvan de tunnelas, nauwkeurig metbehulp van duikers op de bodemgeplaatst. Palen voor de start-schacht 150 x 150 mm2, voor deontvangstschacht 250 x 250 mm2.Tabel 1 | Locatie wapeningstartschacht ontvangstschachtstorttolerantie (mm) ? 75 ? 125min. dekking bovenzijde (mm) 175 225min. dekking onderzijde (mm) 100 100ontgravingstolerantie (mm) +50 / -150 ? 150maaswijdte (mm) 250 250(dekking)(dekking)100uitw.maat700:wap.strook250150benodigdt.b.v.storteno.w.b.350225125-20,30-19,00gem. O.W.B. vloer: 1300h.o.h. 2500=1800= (bijvoorbeeld)supporten (schematisch)LEEUWANKER- totaal aantal = 299 stuks350h.o.h. 2500-150+150350h.o.h. 2500+125-125?25-300?25-3002?25-300 en (?25+?32)-300gem. O.W.B. vloer: 1300-20,20-18,90900:uitwendigemaatwap.korf50-150150(dekking)100150300+50(dekking)storteno.w.b.benodigdt.b.v.30025017575-75+752?25-300plaatselijk 2?25-3004 |Toleranties onderwater-betonvloer in bouwputstartschacht (a) en ont-vangstschacht (b)abC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBouwputtencement 2004 148De wapening is aangebracht in devorm van prefab wapeningskor-ven. De afmetingen van dezekorven hebben een relatie met deopeningen in het betonnen stem-pelraam en ter plaatse van deontvangstschacht met de aan-gebrachte Leeuwankers?. De con-structieve koppeling tussen dekorven is gerealiseerd met behulpvan overlappingslengte (fig. 5), bijde startschacht in twee richtingen,bij de ontvangstschacht in ??nrichtingvanwegedeaanwezigheidvan de Leeuwankers?.De afmetingen van elke korfzijn uniek vanwege de vormvan de schachten (taps toelopend),de verticaal aanwezige dwangpun-ten (ondersteuningen betonnenstempelraam, pompbuizen enz.)en de verschillende openingen inhet betonnen stempelraam. Dithoudt in dat de korven van eenmerk zijn voorzien en dat van delegvolgorde niet kan worden afge-weken. Ter plaatse van de ont-vangstschacht geldt dit in minderemate, omdat de 1,80 m bredekorven in dwarsrichting geen on-derlinge koppeling nodig hebbenvanwege de Leeuwankers?. Deaanbrengprocedure van de korvenis als volgt:? aanpikken en horizontaalstellen (foto 6);? op de juiste positie door eenopening van het betonnenstempelraam laten zakken;? met behulp van duikers op dejuiste plaats manoeuvreren;? op de afstandhouders plaatsen,de locatie controleren en indiennodig opnieuw positioneren.I n h e t v l a k b e l a s t e l a n g s -w a n d e nAfdracht in het vlak van de langs-wanden (schijfwerking) kan opverschillende manieren wordengerealiseerd:1.De langswanden als diepwan-den uitvoeren, waardoor eenbetonnen schijf wordt gereali-seerd (referentieontwerp);2.Aanbrengen van een betonnenwand tegen de binnenzijde vande combiwand (Botlekspoor-tunnel);3.Fixeren van de heisloten tussende buispaal en de tussenplan-ken, zodat tezamen met debetonnen kesp, het betonnenstempelraam en de onderwa-terbetonvloer een schijf wordtgevormd.Optie 3 kreeg om uitvoerings-technische en economische re-denen de voorkeur. De heislotenzijn gefixeerd met een kettinglas:a = 8 mm, l = 400 mm, h.o.h.1000 mm. De lassen zijn tijdenshet leegpompen van de schachtvanaf pontons aangebracht, zodater geen hulpconstructies nodigwaren en er geen uitvoeringstijdverloren ging (foto 7).De sloten tussen de tussenplan-ken zijn, zoals normaliter gebrui-kelijk, voorzien van ponzingen.De heisloten kunnen logischer-wijs alleen boven de onderwater-betonvloer van een kettinglasworden voorzien. De buispalen688510001000688510001000 1000 20006885100010001000 2000laslengte:laslengte:laslengte:korf nr. 6: 8885(als 6e plaatsen)korf nr. 7: 9885(als 7e plaatsen)(als laatste (8e) in deze rij plaatsen)korf nr. 8: 78855 | Legvolgorde wapenings-korven6 |Transporteren wape-ningskorf7 | Aanbrengen kettinglaster plaatse van werk-slotenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBouwputtencement 2004 1 49onder de onderwaterbetonvloerworden enkel belast op buiging,de combiwand zonder lassen kanimmers niet als schijf functione-ren. In figuur 8 is het aanzichtvan de langswand in de start-schacht gegeven. De krachtsver-deling in de langswand isbepaald met een 2D-raamwerk-berekening, waarbij rekening isgehouden met het stijve gedragvan de langswand boven deonderwaterbetonvloer. De beton-nen kesp, het betonnen stempel-raam en de vloer dienen als starreverbindingen tussen de buizenvan de combiwand. De tussen-planken alleen zouden dezefunctie niet kunnen vervullen,omdat ze dan als een harmonicain elkaar worden gedrukt. Foto 9toont de leeggepompte start-schacht.T e n s l o t t eBeide tunnelbuizen zijn inmid-dels aangebracht, met de afbouwvan de tunnel is begonnen. Inde start- en ontvangstschachtworden de tunnelmoten met debijbehorende bedieningsgebou-wen aangebracht.Gedurende de uitvoering zijntijdens de belangrijke bouwfasen:leegpompen bouwput (zwel klei-laag) en leegpompen toerit (inzijn vlak belaste langswanden),metingen verricht waaruit bleekdat de deformaties binnen deberekende waarden vielen.Uit de ervaringen opgedaan bijhet onderhavige project kanworden geconcludeerd dat:? een gewapende onderwaterbe-tonvloer goed uitvoerbaar is,mits een goede voorbereidingwordt getroffen;? een combiwand, in combinatiemet starre steunen tussen debuizen onderling en aanvul-lende lassen ter plaatse van deheisloten, in zijn vlak vol-doende stijf is voor de beno-digde krachtsafdracht in langs-richting.Interessant om te vermelden isnog dat met de geheide wandendoor toepassing van slotafdich-ting in alle sloten, ook in hetgelaste of geknepen middenslot,een weerstand van circa 500dagen werd bereikt. Een weer-stand van circa 500 dagen bete-kent dat 1 m2wand bij een water-hoogteverschil van 1 m een leklaat zien van 2 liter per dag. Dezehoge weerstand was mede hetgevolg van een zorgvuldig uitge-balanceerd installatieproces,waarbij verdichting van het zand-pakket moest worden voorkomenen geen propvorming in de buis-palen mocht optreden. Voortswaren damwandprofiel en staal-kwaliteit zo gekozen dat zwaarkon worden geheid. L i t e r a t u u r1. Schiphouwer, R.A., Bossch-aart, J.W., Timmermans,A.L:J., Bouwputten start-en ontvangstschacht Sophias-poortunnel. Geotechniek,januari 2001.9 |Leeggepompte bouwputstartschacht8 |Aanzicht langswandbouwput startschacht-18,90klei-29,0-36,00onderwater betonvloer-20,20zand-12,5/-15,0klei/veen-1,50betonnen stempelraam-6,95-5,65betonnen kesp -1,50kettinglas