C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWater bou wk undecement 2001 1 45De tunnel heeft een lengte van2580 m en passeert de uiterwaar-den geheel onderlangs, over eenlengte van 1800 m (fig. 1). Debeide winterdijken zijn daarbijdwangpunten voor het aligne-ment. Het boortraject heeft eenlengte van 1600 m en is omwillevan de gronddekking in zijngeheelindeuiterwaardengelegen.De inwendige diameter van deboortunnel is 8,65 m, geschiktvoor double-stack container ver-voer. Om de beide boorschachtenen bijbehorende werkterreinentegen hoog water te beschermen,zijndeschachtenhoogopgetrokkenen omgeven door werkplateausen een tijdelijke ringdijk.In de boortunnel zijn als vlucht-routes twee dwarsverbindingenvoorzien. Die op het diepste puntis gecombineerd met een schachtwaarin een aantal technischeruimteneneenwaterkelderzullenworden ondergebracht. De toe-ritten worden conventioneel uit-gevoerd met damwanden, trek-palen en onderwaterbeton. Bij dedieper gelegen delen wordt over-gegaan van betonnen prefabpalen naar stalen ge?njecteerdegrondankers en van damwandennaar terugwinbare HZ-profielen.Bij de beide boorschachten moetvanwege de belastingen wordenovergegaan op combiwanden.In alle gesloten toeritten zal staal-vezelversterkt onderwaterbetonworden toegepast.P a s s a g e w i n t e r d i j k e nDe passage van de beide winter-dijken is steeds een belangrijkaspect in dit project. In elkesituatie moet namelijk wordengewaarborgd dat de waterkerendefunctie intact blijft. Voor aanlegvan de tunnel is ontheffing op deKeur noodzakelijk. Omdat ditvoor tunnels (nog) niet is gere-geld, was het noodzakelijk eenfaalkansanalyse te maken waarinmet name is gekeken naar:? het bezwijken van de tunnel ineen hoogwatersituatie, waar-door beide polders inunderen;? het vollopen van een polderdoor een externe oorzaak,waarna via de tunnel de polderaan de overzijde volstroomt(sifonwerking).Het resultaat hiervan was dat terplaatse van elke dijkkruising staal-beton hefdeuren zullen wordenaangebracht. Deze kunnen auto-matisch sluiten door de zwaarte-kracht, waarbij met de noodzake-lijke ontruimingstijden rekeningwordt gehouden. De afwezigheidvan menselijk handelen maakthet mogelijk aan de vereiste lagefaalkansen te voldoen.De hefdeuren zijn ondergebrachtindienstgebouwen,waarintevensdiverse ruimten voor de tunnel-technische installaties zijn voor-zien. Aan de inpassing van deBoortunnel ingecompliceerd gebiedir. R.W.M.G. Heijmans en ir. J.A.G. Jansen, ARCADIS Bouw/Infrair. D. Meertins, ing. H. Mortier en ing. H. van den Noort, Comol Pannerdensch Kanaal VOFEind 1999 is in opdracht van de Projectorganisatie Betuweroute de uitvoeringgestartvandederdeboortunnelindeBetuweroute,dieonderhetPannerdenschKanaal.Daarmeekwameeneindeaaneenvoorbereidingsfasedieviaeenbrug-en zinktunnelontwerp naar een prestatiebestek met referentieontwerp vooreen boortunnel voerde, binnen een Design & Construct contract. Momenteel isde uitvoering in volle gang. In dit artikel wordt de stand van zaken geschetsten wordt voor een aantal specifieke locaties ingegaan op de interactie tussende boortunnellining en de grond.1 | SituatieC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWater b ou wk undecement 2001 146dienstgebouwen in de landelijkeomgeving is veel aandacht ge-schonken.In de bouwfase dienen de bouw-kuipwanden als waterkeringen.Dit zijn `reguliere' constructies indijken, formeel afgedekt door deLeidraad Toetsing van de TAW.L o c a l e c o m p l i c a t i e sElke boortunnel kent toch steedsweer zijn specifieke aandachts-punten,zoookdeTunnelPanner-densch Kanaal. Waar in hetoosten van het land goede zand-gronden mochten worden ver-wacht, bleek op een tweetal loca-ties humeuze klei aanwezigte zijn (fig. 2). Vooral de laag ophet diepste punt van de tunnel iseen complicerende factor, omdatdeze over de gehele hoogte van detunnelaanwezigis,metalsboven-belastingeenopeenterpliggendesteenfabriek met een in de tijdwisselende belasting uit steenop-slag en een kleidepot. De relatiefslappe laag maakte het noodza-kelijk een verzwaarde lining tehanteren.Het Pannerdensch Kanaal heefthet karakter van een midden-rivier, waardoor met veel groterefluctuaties in waterstanden moetwordengerekenddangewoonlijk.In de eindfase is een waterstand-verschilvan8mmogelijk,waarbijhet water 4 m boven het maaiveldstaat. De zeer goed doorlatendezandpakkettenmakendatditeffectzichovereengrootgebieduitstrekt.Dit betekent het nodige voor toe-ritten en hulpconstructies, alsookvoor de uitvoeringsactiviteiten.Een derde complicatie is het feitdat de boortunnel door een voor-malige zandwinput voert metdiepten tot 20 m. Deze put wordtover ongeveer 200 x 200 m2gedempt en verdicht tot een damwaardoorheen kan worden ge-boord.Belangrijkeontwerpaspec-ten hierbij waren de stabiliteit vande dam in elke fase en de inter-actie met de boortunnellining.Hierop zal nog nader wordeningegaan.O n t w e r p b o o r t u n n e lDe boortunnel wordt opgebouwduit ringen van zeven segmentenen een sluitsteen, die per ringeen half segment verspringen.De ringen worden onderling ge-koppeld door betonnen nokken.Ontwerp en dimensionering zijnterug te voeren op hetgeen in [1]is gesteld.Elk segment is voorzien van tweegewapende nokken voor de af-dracht van radiale krachten, ter-wijl ook de positionering wordtvergemakkelijkt. De segmentenvan de ring worden tijdelijk metbouten aan elkaar gekoppeld ommomentane en incidentele belas-tingen op te vangen. Aan de oost-zijde, nabij de ontvangstschacht,waar de dekking op de tunnelgering is, krijgen deze bouten eenpermanent karakter voor extraveiligheid in geval van eenexplosie in de tunnel.De geringe stijfheid van de klei-lagen en de grote belastingenmaken het noodzakelijk extramaatregelen te treffen. E?n is hethanteren van een segmentdiktevan 420 mm, een ander is hetgebruik van extra zwaar uit-gevoerde segmenten in bepaaldezones. Aldus is er onderscheidtussen `type I' segmenten met100 kg betonstaal/m3 en `type II'met 120 kg/m3. Het werken metverzwaarde segmenten maakteeen segmentbreedte van 1,8 mmogelijk in plaats van 1,5 mwaarvan in het referentieontwerpwas uitgegaan. Dit komt de bouw-snelheid ten goede. De verhoogdebelasting op de nokken kan ge-differentieerd naar segmenttypedoor wapening worden opgeno-men.De ringen zijn conisch gevormdom de bogen in het alignement tevolgen. Hiermee kunnen indiennodig boogstralen tot circa 350 mworden verkregen. Het breedstesegment is 1825 mm, het hierdiametraal tegenover gelegensmalste is 1775 mm. Omdat ersprake is van ??n type ring, zal desluitsteen in een aantal gevallenaan de onderzijde komen teliggen.Een ander voordeel van dezekeuze was dat langer kan worden2 | GeotechnischlengteprofielC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWater bou wk undecement 2001 1 47doorgeboord dan aangegeven inhet referentieontwerp. Bij langerdoorboren wordt de tussenaf-standvandetunnelbuizenkleiner(minimale afstand: 3 m), waar-door de effecten van wederzijdsebe?nvloeding sterk toenemen.Door ook aan de uiteinden vanhet boortraject type II-segmententoe te passen, kunnen deze belas-tingen toch worden opgenomen.Het ontwerp van de wapenings-korven voor de tunnelsegmentenis gebaseerd op een industri?leproductie van wapeningsnetten.De wapeningsnetten worden ineen continu proces in Straatsburgvervaardigd, waarbij de stavenconstructief aan elkaar wordengelast (fig. 3). Vervolgens wordende wapeningsnetten naar Keulenvervoerd, waar deze handmatigtot wapeningskorven worden ge-assembleerd met niet-construc-tieve lassen.Door de afwezigheid van omge-bogen wapening bij de veranke-ringen is het mogelijk ter plaatsevan spanningsconcentraties enafschuifvlakken zoals bij de nok-ken en de hoeken van de segmen-ten, relatief veel wapening temobiliseren, zonder dat het tenkostegaatvandevereistedekking.T B M - s p e c i f i c a t i e sDetoegepasteboormachineisvanhet type slurryschild. Het boor-frontwordtinevenwichtgehoudenmet een water-bentonietmengsel.De boortrein bestaat uit de boor-machine zelf en een viertal volg-wagens. Aan de voorzijde is deTBMvoorzienvaneenhydraulischaangedreven gesloten snijrad meteennominalediametervan9,80men een stone crusher voor hetverkleinen van in de slurry aan-wezige losse obstakels. De beitelsworden zodanig ontworpen datvervanging hiervan gedurendehet hele boorproces in principeniet nodig is. De haalbaarheid vandit principe hangt in hoge mate afvan de slijtage tijdens het borendoor het dichtblok.O n t w e r p d i c h t b l o kHet dichtblok heeft een grond- enwaterkerende functie bij aanvangboren en is circa 28 m breed, 14 mhoog en 15 m lang. De lengte vanhet dichtblok is gebaseerd opde behoefte enkele permanentetunnelringen volledig verankerdinhetdichtbloktehebbenalvorensde TBM het dichtblok verlaat.Hiermee wordt voorkomen dathet afdichtingprofiel in de bril-wand als enige beschermingmoet dienen tegen instromendwater.Het betonmengsel moet daartoeaan minimale sterkte-eisen vol-doen voor de kerende functie enaan maximale sterkte-eisen voorhet doorboren door de TBM.Tevens moet het mengsel homo-geenenstabielzijn.Hiertoeiseenaantal mengsels ontworpen enonderworpen aan drukproevenen boortests met als doel vast testellen of de sterkteontwikkelingin de tijd binnen de vereiste band-breedte blijft.B o o r f r o n t s t a b i l i t e i tHet boorfront wordt ondersteundmet een bentonietvloeistof diemet luchtdruk onder spanningwordt gehouden. De benodigdesteundruk voor de stabiliteit vanhetboorfrontwordtberekendmetbehulp van het evenwichtsmodelvan Mohkam. Het model is ge-baseerd op een complexe 3D-modelleringvandeafschuifvlakkeninhetgrondlichaamvoorhetboor-front, waarbij essenti?le aspectenzoals grondkarakteristieken, boog-werking van de ondergrond,waterstanden en indringdieptevanhetbentonietmengselwordenmeegenomen. Langs het boor-traject worden op kritische door-sneden de vereiste steundrukkenbepaald en in kaart gebracht.De tussenliggende sneden volgenuit interpolatie van de berekendewaarden.Zodoendewordtbeoogdde risico's van een blow-in ofblow-out, of liquefaction van hetzandpakket ter plaatse van hetboorfront tot een minimum tebeperken.L e k w a t e r s c h a c h tDe lekwaterschacht (fig. 4) heefteen inwendige diameter van 7 m.Deze ruimte is benodigd voortunneltechnische installaties envoor het cre?ren van een water-kelder met een capaciteit van80 m3, voldoende voor het bergenvandeinhoudvaneentankwagon.De schacht wordt uitgevoerd alsopen caisson met een wanddiktevan 600 mm, bepaald door dekrachten op de snijrand tijdenshet afzinken. Het afzinken wordtin onderaanneming uitgevoerddoor Verstraeten BV.De bouw van de schacht heeftplaats vanaf een soort kunstmatigschiereiland in de westelijke3 | WapeningskorfC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWater b ou wk undecement 2001 148uiterwaard, om bij hoog water inhet Pannerdensch Kanaal gevrij-waard te zijn van inundatie.De methode gaat als volgt in zijnwerk: Allereerst wordt een rondedamwandkuip gemaakt, waar-binnen een grondverbeteringwordt aangebracht. Vervolgenswordt de stalen snijrand ge?nstal-leerd. Na het storten van de eerstemeters van het caisson wordensteunjukken ge?nstalleerd die derechtstand van de schacht tijdenshet afzinken waarborgen. Vervol-gens wordt de eerste helft van hetcaissongestort.Hetcaissonwordtin twee fasen op diepte gebracht.Het ontgraven gebeurt hydrau-lisch met een boorkop die in debuis wordt geplaatst en wordtaangedreven vanaf een boortafelop de schacht. Na de eerste fasewordt de boorkop verwijderd ende bovenste helft van het caissongestort.Vervolgenswordtdeboor-kop weer ge?nstalleerd. Als hetcaisson op diepte is gekomenwordt de bentoniet-steunvloeistofvervangendoorgrout.Omtevoor-komen dat het caisson te ver ineen onder de snijrand gelegenslappe kleilaag wegzakt, wordt ophet maaiveld een aanslagcon-structie toegepast. Na verhardingvan het grout ter plaatse van desnijrandkunnendelaatstemetersworden ontgraven, aangezien deschacht dan stevig in de grond isverankerd. De totale lengte vande schacht is dan ruim 40 m. Alsbodemafsluitingwordteenonder-waterbetonprop aangebracht.De verbinding tussen de tunnel-buizen en de schacht wordt metbehulp van de vriesmethodegerealiseerd. Na de doorbraak vande schachtwand wordt de gronduitgegraven en direct voorzienvan een laag spuitbeton als tijde-lijkebekleding.Hierbinnenwordtmet ter plaatse gestort beton dedefinitieve constructie gemaakt.De openingen in de tunnelwandzullen worden gezaagd uit debetonnen segmenten, nadat dezedoor een stalen hulpconstructiein de tunnelbuizen zijn onder-steund. Rondom de openingworden de segmenten voorzienvan langsvoorspanning om devervormingen tot een minimumte beperken.De schacht wordt tot onder maai-veld gesloopt, zodat na de bouw-activiteiten niets meer van hetwerk te zien is. Om zettingen tevermijden wordt de schacht nietgeheel gevuld met grond, maarwordt op enkele meters ondermaaiveld een extra vloer aan-gebracht, die wordt afgedekt metgrond.D o o r b o r e n v o o r m a l i g ez a n d w i n p u tTenoostenvanhetPannerdenschKanaal ligt de voormalige zand-winput Kandia. In deze put dienteen zandaanvulling te wordengerealiseerd, de Kandiadam, omlater een tunnel te kunnen borendie hoger ligt dan het oorspronke-lijke bodempeil van deze put(fig. 5).Dezedamhadtalrijkeraakvlakkenwaarmee in het ontwerpprocesrekeningmoestwordengehouden.De dimensies van de dam inbouwfase en definitieve fase mo-gen geen ontoelaatbare opstu-wing veroorzaken in het Panner-densch Kanaal. Voorts dient dedekking bovenop de tunnelbui-zen voldoende groot te zijn, zo-danig dat er geen gevaar is vooreen blow-out, noch voor hetopdrijven van de tunnelbuizen inelke fase.De dam mag ook niet instabielworden ten gevolge van trillingen(door het verdichten, het borenof het passeren van een trein)of wateroverspanningen (door hetverdichten of het boren).Om de meerkosten voor eenderde liningtype te vermijden,diende de dam dusdanige eigen-schappen te hebben dat in deberekeningen volgens het ge-koppelde ringensysteem, type IIsegmentenvoldeden.Hiertoewerdeen parameterstudie gemaaktwaarin zowel de stijfheid van dekern en van de `wangen' van dedam, als de breedte van de damwerden gevarieerd om de invloedhiervan op de horizontale veer-stijfheid in het ringmodel (ge-relateerd aan Eoed) af te tasten.Debenodigdeoedometerstijfhedendienen te worden aangetoonddoor middel van sonderingenwaarbijdevolgende,opliteratuur-studie gebaseerde correlaties zijnaangehouden voor de conusweer-standen:? qc= Eoed/5 voor de kernzone(correlatie geldig voor dichtgepakt verdicht zand, vertolktdoor een relatieve dichtheids-eis van Dr 90%);? qc= Eoed/3 voor de wangen(correlatie geldig voor relatieflos gepakt zand, vertolkt dooreen relatieve dichtheidseis vanDr 70%).Daar de dam grotendeels onderwater wordt vervaardigd, wordenna het baggeren van het aan-wezige slib, eerst aan beide zijdenper ophoogslag vanuit splijt-4 | LekwaterschachtC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWater bou wk undecement 2001 1 49bakkengeocontainersafgezonken.Vervolgens wordt tussen dezegeocontainers zand gesproeid.Het zand dat een optimale zeef-kromme vertoont, wordt in dewangen na elke ophoogslag, en inde kern na de laatste ophoogslagverdicht met behulp van demethode van het r?tteldruck-verfahren ofwel vibrofloatation.Hiertoe wordt een trilnaald in hetgesproeide zand gebracht (metbehulp van een waterjet) eneenmaal op de goede diepte wordtdoor trillen de omringende grondverdicht. Hierbij worden dehoogtes van de verschillende op-hoogslagen zodanig gekozen datde bovenste laag uit de voor-gaande slag in de volgendeophoogslag mee verdicht wordt.Dit verdichten gaat door totdatde benodigde conusweerstandenzijn bereikt.Tijdens het doorboren van deKandiadam bevindt de kruin vande dam zich op een niveau dat 3 mhoger ligt dan het uiteindelijkekruinpeil; dit ten gevolge van destabiliteitseisen voor het boor-front.Daar de horizontale veerstijf-heden ook in definitieve fasedienen te voldoen, moeten desonderingenwordengecorrigeerdvoordezetoekomstigeontgraving.Evenzo dient men hierbij (voor dewangen) rekening te houden methet op het tijdstip van sonderengerealiseerdeophoogniveauendeheersende waterstand. Daaromwerden grafieken opgesteld dieover het ganse sonderingstrajectdeminimaaltebehalenqc-waardenaangeven als functie van de tebehalen verdichtinggraad, deheersendewaterstandendehoogtevan het reeds aangebrachte zand.De sonderingen worden gemaaktin het zwaartepunt van de drie-hoek die drie naburige verdich-tingpunten met elkaar verbindt;hier wordt immers verwacht datde laagste verdichtinggraad zalworden gerealiseerd. Voorts wor-den alle sonderingsresultaten nogstatistisch ge?nterpreteerd, opdatde kans op onderschrijding vandeze minimale waarden nietgroter is dan 5%.Bijhetontwerpvandedamwerdenmet een eindig-elementenpakketalle mogelijke faalmechanismengemodelleerd zoals het inbrengenvan zones met grote waterover-spanning direct naast het talud,het aanwezig zijn van lokaal slap-pere grondlagen ten gevolge vanslibinsluitingen tussen twee op-hoogslagen, het ontstaan van eenglijvlak van het talud door de nogniet verharde staartspleetinjectievan de tunnelbuis en tallozemeer.Gecombineerd met een goedetoetsingsmethode zijn zowel aan-nemer als opdrachtgever vanmening dat hiermee een veiligconcept van deze dam is gerea-liseerd. sProjectgegevensopdrachtgever:Projectorganisatie Betuwerouteadviseur opdrachtgever:ARCADIS Bouw/ Infra, Amersfoortaannemer:Comol Pannerdensch Kanaal VOF(Campenon Bernard, CFE, Dumez-GTM, TBI Beton- en Waterbouw,Welling)aanneemsom:circa fl 350 miljoen (inclusief 4 kmbaan en kunstwerken aan deoostzijde)bouwperiode:1999-2004L i t e r a t u u r1. Heijmans, R.W.M.G, Jansen,J.A.G, Reijgersberg, A.A.J.,Ontwerp en dimensioneringvan betonnen liningsegmen-ten. Cement 1998, nr. 4.2. Heijmans, R.W.M.G, Jansen,J.A.G., Design Features ofthe Pannerdensch KanaalTunnel in the Betuweroute.Tunneling and UndergroundSpace Technology April ? June1999.5 | Doorsnede Kandiadam
Reacties