Betonnen millimeterwerk4201066BetonnenmillimeterwerkNieuwe steunberen houden oude tunnel exact op zijn plaatsBetonnen millimeterwerk 42010 671 Tunnel met steunbeerconstuctie in gebruik,maart 2010foto: Luuk KramerDe omgeving van NS-station Amsterdam Zuid wordt aange-past voor de aanleg van de Noord/Zuidlijn. E?n onderdeeldaarvan is de aanleg van een keerspoor. Daarvoor moest deAmstelveenlijn-tunnel aan ??n zijde (noordkant) deels wordenontgraven. Deze dertig jaar oude tunnel kruist een metrospoor,vier treinsporen en de buitenring van de A10 (foto 2, fig. 3). Deexploitatie van deze railverbindingen en snelwegen mocht nietin gevaar komen. Die randvoorwaarde stelde zeer zware eisenaan de technische uitwerking van het project.Te grote verplaatsingen van de tunnel zou vervorming van desporen tot gevolg hebben. Behalve de metrotunnel zelf zoudaarmee ook de vitale spoorverbinding naar Schiphol in gevaarkomen. Om dit te voorkomen, wordt de tunnel ter plaatse vande ontgraving opgevangen. Deze constructie is nodig om dedruk te vervangen die voorheen de ontgraven grond gaf. Hijvangt de horizontale belasting op ten gevolge van de treinbelas-ting aan de zuidzijde van de tunnel.Ook de constructie van de tunnel zelf stelt eisen aan de vervor-ming. De tunnel is gefundeerd op betonpalen. Te groteverplaatsingen zouden ontoelaatbare kopmomenten en vervor-mingen van de funderingskoppen tot gevolg kunnen hebben.De maximale verplaatsing is 10 tot 15 mm. De eerste uitdagingwas het bepalen hoeveel de tunnel sinds de bouw in 1977 al isverplaatst. Na veel rekenwerk en een gezonde inschatting is dieop 5 mm gesteld. De palen kunnen dan nog een vervormingvan circa 10 mm hebben. Voor het ontwerp is vervolgens degrenswaarde op 5 mm gesteld. Dit is ook de waarde waarop inde uitvoering is gestuurd.VariantenstudieDrie varianten werden ontwikkeld:? verankeren tunnel met groutankers;? plaatsen verankerde damwand aan noordzijde tunnel;? maken steunberen aan noordzijde tunnel;Deze varianten zijn vervolgens op een groot aantal criteriabeoordeeld, zoals uitvoerbaarheid, bouwsnelheid, uitvoerings-risico en kosten.De variant `verankeren tunnel met groutankers' scoorde hetlaagst. De verankering zou vanaf de binnenzijde moetenworden aangebracht. Dit maakt de uitvoerbaarheid complex enDe Amsterdamse Zuidas is een van de druksteverkeersknooppunten van Nederland. Dat feit legdeeen zware claim op de gedeeltelijke ontgraving vaneen bestaande metrotunnel. Het gebruik van deomliggende snelwegen en spoorlijnen mocht op geenenkel moment in gevaar komen. IngenieursbureauAmsterdam (IBA) koos na een uitvoerige variantenstu-die voor betonnen steunberen als permanente onder-steuning. De marge: slechts 5 mm.1ing. Ally Altman, ir. Eric Pinasen Jerry RoosIngenieursbureau AmsterdamTabel 1 Variantenmatrixcriteria groutankers damwand steunberenuitvoerbaarheid +/ +bouwsnelheid + +/uitvoeringsrisico +/ +/kosten + +/ingreep in constructieveonderdelen van de tunnel +/ +voldoen aan vervormingscriterium +/ +/ +Betonnen millimeterwerk4201068bestaande palen van de tunnel moeten worden aangebracht.Dit palenveld is lastig te kruisen, vanwege een dubbele palenrijen paalafstanden h.o.h. 1,5 m aan weerszijden van de tunnel.De ankers zouden in de tweede zandlaag moeten wordenverankerd. Dit zou een aanzienlijke ankerlengte betekenen.Ook was onzeker of deze verankerde constructie aan de strengevervormingeis zou voldoen.De steunberen scoorden weliswaar lager op bouwsnelheid enkosten, maar zijn veel bedrijfszekerder. Ze voldoen aan hetstrenge vervormingcriterium. Ook zijn er geen ingrepen inconstructieve onderdelen van de tunnel noodzakelijk en treedter geen wijziging in de krachtsverdeling op. Bij een juiste fase-ring is de constructie goed uitvoerbaar en blijven de risico'sbeheersbaar. Op basis van al deze afwegingen is uiteindelijkgekozen voor de steunbeerconstructie.OntwerpDe Amstelveenlijn-tunnel bestaat uit acht moten van iedercirca 25 m. Alleen voor de eerste moot zijn steunberen nodig;de overige moten bevinden zich op voldoende afstand van deontgraving. De in totaal vijf benodigde betonnen steunberenbe?nvloedt de kosten nadelig. Bovendien worden met dezeoplossing de wanden van de tunnel en de paalfundering extrabelast. Niet zeker was of deze onderdelen de additionele belas-tingen zouden kunnen opnemen.De damwandvariant scoorde laag op uitvoerbaarheid envervorming. De verankering van de damwand zou tussen deTabel 2 Paalkrachten, berekeningsmethode 1paalkrachten stap 1: vijzelen stap 2: treinbelasting totaaldrukpaalNdMd7503504002501150 kN600 kNmtrekpaalFt;d660 190 850 kNTabel 3 Paalkrachten berekeningsmethode 2paalkracht grond- en treinbelastingdrukpaalNdMd1200 kN1000 kNmtrekpaalFt;d400 kN242010 692 Tunnel tussen spoor en rijksweg A10foto: Luuk Kramer3 Ligging van de tunnel t.o.v.metrospoor, vier treinsporen en de A104 Oude situatiefoto: IBABerekeningBij de berekening van de steunbeerconstructie zijn twee fasenonderscheiden: de vijzelfase en de gebruiksfase (tabel 2).Tijdens het vijzelen kunnen de tunnelmoot en steunbeer onaf-hankelijk van elkaar bewegen. De tunnelmoot verplaatst doorde vijzelkracht nauwelijks. Het verschil in verplaatsing tussenmoot 1 en moot 2 kan door de voeg worden opgenomen. Deberekende verplaatsing van de steunbeer is 15 mm opdakniveau en 5 mm op vloerniveau. De doorsnede van detunnel en de steunbeer zijn gemodelleerd in ESA-Prima Win.In de gebruiksfase zijn de tunnel en steunbeer gekoppeld. Hetsysteem wordt belast door horizontale gronddruk ten gevolgevan een passerende trein. De bijkomende verplaatsing onderspoorbelasting is boven 3 mm en onder 2 mm. De maximalekracht in de fundering staat in tabel 2.zijn 6 m hoog, 2 m breed en 1 m dik. De h.o.h-afstand is circa5 m. Hun fundering bestaat uit paaljukken.De moeilijkheid bij deze steunbeerconstructie is het overne-men van de kracht op de bestaande constructie. Gezien dezeer strenge vervormingseis was dat bij dit project extragevoelig. Het probleem is opgelost met vijzels (fig. 5). Zijcompenseren de vervorming van de steunbeer bij het opspanning komen.Vanwege de zeer gevoelige omgeving is voor de fundering vande steunberen gekozen voor geboorde stalen palen gevuld metbeton (foto 7). Het paaljuk vormt een trek/druk-systeem. Dedrukpaal is een stalen buispaal ? 609 x 25 mm (schoorstand5:1) met een inheiniveau NAP -14 m. De trekpaal is een buis-paal ? 323 x 10 mm, inheiniveau NAP -21m. De bestaandetunnel is gefundeerd op betonnen palen vierkant 380 mm,inheiniveau NAP -13 m.De trekpalen staan op korte afstand van de bestaande palen. Deafstand tot de dichtstbijzijnde paal is 1,1 m, ofwel 3 ? 4 D. Doorde trekpalen een lichte schoorstand (20:1) te geven wordt detussenafstand op paalpuntniveau circa 1,9 m. Als toch nogsprake zou zijn van be?nvloeding van het paaldraagvermogenvan de dichtstbijzijnde paal, dan is de tunnelwand z stijf datherverdeling over de hele tunnelmoot zal plaatsvinden.341 Afslagtunnel moot 12 Te ontgraven grond3 Te maken spoor4 Aan te brengendamwand5 Bestaande metrosporen6 Bestaande NS sporen7 RW A10Betonnen millimeterwerk4201070het besteksontwerp was uitgegaan van de aanleg en vijzelen vanmaximaal twee steunberen tegelijk, voordat de volgendesleuven konden worden ontgraven. De aannemer steldevanwege het zeer krappe tijdschema een andere fasering voor:? ontgraaf drie steunberen en leg de uitkomende grond tussende sleuven om voldoende gronddruk te houden;? maak de steunberen;? vul sleuven weer aan en verdicht ze;? ontgraaf de twee laatste steunberen;? vijzel alle steunberen af.Uiteindelijk is besloten per sleuf de beweging van de tunnel-moot nauwkeurig te monitoren en aan de hand daarvan vast testellen of de tweede en derde sleuf konden worden ontgraven.Op deze gecontroleerde manier is het gelukt tijdens de uitvoe-ring de verplaatsing binnen de grenswaarde van 5 mm tehouden.VijzelenDe vijzels blijven permanent aanwezig; daarom is gekozenom ze niet met olie maar met grout te vullen. In tegenstellingtot olie zorgt het uithardende grout voor een vaste verbin-ding. Wel stelt dit hogere eisen aan de uitvoering; binnenmaximaal 1,5 uur moeten de vijzels op hun plaats zitten.Tijdens het aanbrengen van de groutvijzels waren extravijzels aanwezig om bij problemen de verbinding te verbre-ken. Dit bleek echter niet nodig.De vijzelkrachten moeten de gronddruk van de aan de noord-zijde te ontgraven grond vervangen (bestaand maaiveld ca.NAP +6,70 m):Fboven= 150 kN / 2 vijzels, slag 15 mmFonder= 400 kN / 2 vijzels, slag 5 mmDe krachtsverdeling is gecontroleerd voor het geval de volle-dige belasting (grond- en treinbelasting) op het systeemtunnel-steunbeer wordt aangebracht, dus zonder de invloedvan het vijzelen (tabel 3).Door de samenwerking van tunnel en steunbeer reageert hetsysteem stijver. Dit resulteert in een groter kopmoment en eenlagere trekkracht.In de bestaande situatie is de gronddruk aan weerskanten vande tunnel in evenwicht. In de nieuwe situatie werken de steun-beren als oplegpunten. Dak en vloer dragen door schijfwerkingde verdeelde belasting aan de zuidkant over naar de steunberenaan de noordkant. De aanwezige wapening is voldoende omdeze krachten te kunnen opnemen.UitvoeringHet uitvoeringsprincipe van de steunberen is relatief eenvou-dig: breng sleufbekisting aan, graaf een sleuf, maak de steun-beer en vijzel af. De sleuven moesten 3 x 3,5 m groot zijn. Invariabel ca. 12500 - 18800variabel ca. 15880 - 16200ingestorte platte vijzel2 stuks naast elkaarvar. ca. +1180/+1900B.S. ca. 8000+ VAR.variabel ca. 13300 - 18500bestaande situatieB.S. VAR.variabel20003000B.S. VAR.2 : 3steunbeernieuwe situatieN.A.P.inspectie-padnokvar. ca. +7260 / +8000ca.6080asspoorringlijnrichtingGeinasnoord/zuidlijnoverloopspoorasspoorringlijnrichtingIsolatorwegingestorte platte vijzel2 stuks naast elkaar9507meetpuntenymoot1noord-5,0-3,0-1,01,03,05,09-611-613-615-617-619-621-623-625-627-629-61-73-75-77-79-711-713-715-717-719-721-723-725-727-729-731-72-84-86-88-810-812-814-816-818-820-89503 9504 9507 95089511951295089504950356Betonnen millimeterwerk 42010 715 Ontwerp steunbeer6 Monitoring verplaatsing tunnel7 Aanbrengen buispalen ? 609foto: IBAPer steunbeer zijn vier vijzels gebruikt, twee boven en tweeonder. Dit zorgt ervoor dat de steunbeer haaks op de tunnel-wand verplaatst. Voor stabiliteit in de langsrichting zijn desteunberen opgesloten tussen nieuw gemaakte betonnennokken aan de tunnel. Een glijoplegging tussen nok en steun-beer maakt de onderlinge verplaatsing tijdens het vijzelenmogelijk. Zowel de verplaatsing van de tunnel als de verplaat-sing van de steunberen ten opzicht van de tunnel is tijdens hetvijzelen gemeten.MonitoringVoor het hele project is een uitgebreid meetprogramma opge-steld. Dit bestond uit het inmeten en monitoren van de sporen(metro- en NS-spoor) en het meten van de verplaatsingen vande tunnel (fig. 6). Zowel op tunnelmoot 1 als op moot 2 is aande binnenzijde een aantal meetpunten aangebracht. Zo kondende verplaatsingen van tunnelmoot 1 (langs- en dwarsrichting,rotaties) en de vervorming van de tunnel (schranken) wordenbewaakt. Bij overschrijding kon worden ingegrepen, bijvoor-beeld door de fasering aan te passen of maatregelen te treffen,zoals het aanbrengen van extra bovenbelasting om de steun-druk te vergroten.De monitoring is begonnen tijdens het aanbrengen van debuispalen. Bij het ontgraven en maken van de steunberenverplaatste de tunnel in de verwachte richting en bleven deverplaatsingen binnen de toelaatbare waarden. Tijdens hetvijzelen zijn ook de relatieve verplaatsingen van tunnel ensteunbeer gemeten. Deze waren kleiner dan verwacht; desteunberen waren stijver dan berekend. Doordat de verplaat-sing tussen steunbeer en tunnel is gemeten (slag van de vijzels)was duidelijk dat de steunberen op spanning waren gebracht.SamenvattingHet intensieve gebruik van de Nederlandse infrastructuur steltzeer hoge eisen. Het gebruik ervan moet te allen tijde zijn gega-randeerd. De marges waarbinnen projecten moeten wordenuitgevoerd, worden daardoor steeds kleiner. Slechts 5 mmmocht de bestaande Amstelveenlijn-tunnel verplaatsen bij deeenzijdige ontgraving die nodig was voor de aanleg van eenoverloopspoor voor de Noord/Zuidlijn. Om aan die vervor-mingseis te voldoen is een ondersteuningsconstructie gemaaktbestaande uit vijf betonnen steunberen, gefundeerd op stalenbuispalen en op spanning gebracht door groutvijzels. Tijdensde uitvoering is de tunnel nauwkeurig gemonitord zodat bijdreigende overschrijdingen kon worden ingegrepen. Dit wasechter niet nodig. PRoJEctgEgEvEnsopdrachtgever Dienst Noord/Zuidlijnontwerp Ingenieursbureau Amsterdamaannemer K. Dekker B.V.start uitvoering half juni 2009project afgerond half augustus 20097