ir.A.GIerumRijkswaterstaat, directie Sluizenen StuwenHet ontwerp van afgezonkentunnels* Voor literatuur zie blz. 561.InleidingVoorgaande sprekers hebben reeds stilgestaan bij het feit dat de zinkmethode kan worden toe-gepast voor alle soorten oeververbindingen. Hiertoe kunnen worden gerekend tunnels voorwegverkeer, voor treinen en metro's, maar ook voor het transport van water en het doorvoerenvan kabels en leidingen.In Nederland, een delta-gebied bij uitstek, zijn 15 van de 22 voltooide of in uitvoering zijndetunnels uitgevoerd volgens de zinkmethode, onder te verdelen in 10 tunnels voor wegverkeer,1 voor spoorverkeer, 1 metrotunnel, 3 tunnels voor leidingen en voor watertransport.Toch hoeft de zinkmethode niet beperkt te blijven tot oververbindingen. Zo bleek het in Rotter-dam financieel aantrekkelijk te zijn een 1600 m lange metrotunnel ook op het land uit te voerenvolgens de zinkmethode. Hiertoe werd een tijdelijk 'kanaal' geformeerd, begrensd door stalendamwanden.De gegeven ruimte is te kort om stil te staan bij de verschillende soorten tunnels, vandaar dat ikmij zal beperken tot tunnels voor wegverkeer.Keuze van de plaatsDe vaststelling van de plaats van de tunnel is in eerste instantie een zaak van de planoloog en dewegen-ontwerper, maar zeer vaak is het wenselijk meerdere trace's te onderzoeken, daar plaat-selijke omstandigheden -zoals de grondgesteldheid en de soms wisselende breedten van eenrivier- invloed kunnen hebben op de stichtingskosten van de tunnel en dus op die van het gehelewegenproject. De uiteindelijke keuze dient een zorgvuldige afweging te zijn van de investerings-kosten en van de opzet van het wegenstelsel, dit laatste in het belang van de weggebruikers ende economie in het algemeen.DimensioneringBij de dimensionering spelen de eisen van de twee elkaar kruisende verkeersstromen een rol:die van het land- en die van het scheepvaartverkeer. Voor de eerste categorie is het noodzake-lijk te weten m?t welk verkeersaanbod in de toekomst gerekend moet worden en voor de tweedevan welke diepgang van schepen-al weer in de toekomst-moet worden uitgegaan. Zal te zijnertijd de vaargeul verdiept worden of verbreed? Vragen, die niet door de tunnelontwerper moetenworden beantwoord maar door de wegenspecialist en de havenautoriteiten.Hierbij dient men zich te realiseren dat het als regel w?l mogelijk is om de capaciteit voor hetautoverkeer te vergroten, door later een tweede tunnel te bouwen, naast of op enige afstand vande eerste, maar dat de diepteligging van een bestaande tunnel een vast gegeven is voor detoekomstige scheepvaart.In de volgende drie paragrafen zal worden nagegaan wat de invloeden van het wegverkeer en descheepvaart zijn op de afmetingen van de tunnel.DwarsdoorsnedeHet dwarsprofiel moet dusdanig bemeten zijn, dat de capaciteit of het afwikkelingsniveau bij eenbepaald verkeersaanbod overeenstemt met die van de weg waarin de tunnel is opgenomen. Ditbetekent dat het aantal rijstroken gelijk moet zijn aan dat van de weg. Bij gescheiden rijbanenwordt iedere rijbaan ondergebracht in een afzonderlijke buis. Het is niet gebruikelijk om vlucht-bermen, die gewoonlijk worden aangelegd naast snelwegen, door te zetten in tunnels, zulks methet oog op de hoge kosten.De eisen die aan de afmetingen van de tunnelbuis worden gesteld, verschillen van land tot land,maar een goed overzicht daarvan treft men aan in de Documentation Digest 1975 van het RoadTunnels Committee van het PIARC (1)*, terwijl aanbevelingen worden gegeven in het Report1975 van dit Committee (2).Algemeen kan men stellen dat de breedte van de rijstroken 3,50 m bedraagt, de afstand tussende zijkant van de rijbaan en de tunnelwand 0,80 tot 1,00 m en de vrije hoogte boven de rijbaan4,50 m. De ruimte tussen rijbaan en wand wordt meestal benut voor het aanbrengen van lagetrottoirs en soms wordt zij gevormd door vlakke bermen, zoals bij tunnels in Nederlandse auto-snelwegen (3). Deze ruimte tussen rijbaan en wand kan worden gebruikt door het tunnel-personeel en automobilisten van gestrande voertuigen, maar zij vermindert tevens de zoge-Cement XXX (1978) nr. 12 5551Dwarsdoorsnede van een tunnelmet2?2rijstrokena = verlichtingsarmaturenb = ventilatorenCement XXX (1978) nr. 12naamde bermvrees. Dit laatste is van groot belang, daar automobilisten, indien zij naar hetmidden van de rijbaan uitwijken, de capaciteit van de weg verlagen en de veiligheid in gevaarbrengen,De vrije hoogte van 4,50 m correspondeert met de maximale toegestane hoogte van voertuigenop Nederlandse wegen van 4,00 m, vermeerderd met een extra hoogte van 0,50 m. In sommigelanden zijn hogere voertuigen toegestaan en moet de vrije hoogte dienovereenkomstig wordenvergroot. Een tunnelbuis voor twee rijstroken zal bij deze maten een breedte verkrijgen van 2 3,50 + 2 ? 1,00 = 9,00 en een vrije hoogte van 4,50 m (fig. 1). Boven de vrije hoogte zal enigeruimte gereserveerd moeten worden voor verlichtingsarmaturen en verkeerssignalering. Alsregel is 0,35 m voldoende. Bij toepassing van een langs-ventilatiesysteem moet deze hoogteworden vergroot tot 0,85 m voor het ophangen van aanjaag-ventilatoren.Dit ventilatiesysteem wordt tegenwoordig vrij algemeen toegepast bij tunnels met lengten tot 1 ?2 km, daar de kosten laag zijn vergeleken met die van de beide andere systemen, waarbij in hetdwarsprofiel extra kokers moeten worden opgenomen voor de aanvoer van frisse lucht (semi-dwars- en dwarsventilatie) en de afvoer van verontreinigde lucht (alleen bij dwarsventilatie).Deze extra kokers vergroten het dwarsprofiel aanzienlijk en daarmee de kosten.Bij gescheiden rijbanen wordt tussen de beide verkeersbuizen vaak een middengang aange-bracht ten behoeve van kabels en leidingen voor het tunnelbedrijf. Met het oog op de begaan-baarheid dient deze gang een minimum breedte van 1,00 m te verkrijgen.LangsdoorsnedeEen stijle helling in langsrichting maakt de tunnel kort en dus goedkoop, maar verkleint de capa-citeit door de lage snelheden van vrachtwagens op de opgaande hellingen. In Nederland is eencompromis gevonden tussen deze tegenstrijdige belangen door hellingen van 4,5% toe tepassen, vaak gecombineerd met een kruipstrook die direct na het gesloten gedeelte van detunnel begint.Teneinde de lengte van de tunnel te beperken en de kosten laag te houden, is het noodzakelijkde verticale afrondingsstralen klein te kiezen. Doch niet zo klein dat de automobilist de weg v??rhem onvoldoende kan overzien. Hij moet immers op tijd stil kunnen staan, indien voor hem eenauto stopt of een voorwerp op de weg ligt.Voor de Nederlandse tunnels gelegen in autowegen wordt daarom voor de boven-afrondings-stralen een waarde aangehouden van 10 000 m en voor de beneden-straal ??n van 2500 m. Bijwegen waarop met lagere snelheden wordt gereden en de remweg dus korter is, kunnen dezestralen kleiner zijn.Wat betekenen nu deze relatief stijle hellingen voor de afwikkelingsniveaus en de capaciteit vande tunnel?In Nederland is voor drie tunnels (elk met twee kokers en elke koker voorzien van twee rij-stroken) de theoretische uurcapaciteit berekend volgens de Highway Capacity Manual 1965 (4).In deze berekening wordt onder meer rekening gehouden met de grootte en de lengte van delangshelling, het percentage vrachtwagens en de afstand tussen de rijbaan en de wand. Dezetheoretische waarden zijn vervolgens vergeleken met de werkelijke uurcapaciteit. Het betrofhier uitsluitend tunnels waarvan de capaciteit volledig werd benut. Dit laatste was op te makenuit het feit dat, ondanks een jaarlijkse toename van de etmaalcapaciteit, het aantal voertuigenper uur tijdens de spitsperioden niet verder toenam.In alle drie gevallen (Coen-, Maas- en Velsertunnel) overtrof de werkelijke capaciteit de theore-tische waarde met circa 60%! Overigens zij opgemerkt dat de voornaamste oorzaak van dezehoge capaciteit is gelegen in het grote aantal forenzen dat van deze tunnels gebruik maakt;automobilisten derhalve die de tunnel goed kennen.In haar in 1979, ter gelegenheid van het 16e 'World Road Congress', uit te brengen rapport (5)zal het 'Road Tunnels Committee' aandacht aan deze capaciteitskwestie besteden.Zoals eerder gezegd moet voor de diepteligging van de tunnel niet alleen rekening worden ge-houden met de bestaande diepte van de waterweg, maar ook met eventuele verdiepingen enverbredingen met het oog op toekomstige scheepvaartontwikkelingen.In Nederland wordt de tunnel als regel dusdanig ontworpen, dat geen gronddekking aanwezig ister plaatse van de zijkanten van de (toekomstige) vaargeul, zoals in figuur 2 is aangegeven.Indien het een rivier betreft, waar onderhoudsbaggerwerk noodzakelijk is om de vaargeul opdiepte te houden, wordt de tunnel als regel 0,50 m dieper gelegd om beschadiging van hetbaggermaterieel te voorkomen.5562Langsdoorsnedea = tunnelb = bakconstructiec = afgezonken gedeelte3In een bouwdok (terplaatse) gemaaktetunnela = waterwegHet toepassen van deze kleine dekkingen wordt bepaald door het streven de tunnel zo hoogmogelijk te leggen en daardoor de lengte te beperken. De weg moet immers weer omhoog naarhet maaiveld en hoe dieper hij ligt, hoe langerde helling zal worden.Ergens gaat de gesloten tunnel over In een bakconstructie (fig. 2) als regel gemaakt in ge-wapend beton en verankerd aan trekpalen om opdrijven door grondwater te voorkomen. Dekeuze van deze overgang wordt als regel op economische gronden bepaald. Vaak is althans inNederland een bakconstructie goedkoper dan een gesloten tunnel, indien de weg zich hogerbevindt dan 10 ? 12 m beneden het maaiveld, rekening houdend met het feit dat een langere ge-sloten tunnel tevens meer verlichting en Ventilatie betekent. De bakconstructie wordt meestaldaar be?indigd, waar de weg zich op circa 1 m boven de grondwaterspiegel bevindt.Trac?De tunnel kan ook in horizontale zin gebogen worden uitgevoerd, indien de plaatselijke situatiedaarom vraagt. De grootten van de horizontale stralen moeten in overeenstemming zijn met dievan de weg waarin de tunnel ligt, terwijl in de tunnel zelf rekening moet worden gehouden met deeis dat de automobilist de weg voor hem overvoldoende lengte kan overzien, opdat hij tijdig kanafremmen.Bij de volgens de zinkmethode gebouwde Drechttunnel (de horizontale straal bedraagt hier800 m) was het daartoe nodig om de afstand tussen de rijbaan en de wand aan ??n zijde van derijbaan te verbreden. Was dit niet gebeurd, dan zou de tunnelwand het uitzicht van de automobi-listen te veel hebben beperkt.Keuze van de uitvoeringsmethodeIn een aantal gevallen is het zeer wel denkbaar de tunnel in open bouwputten te maken. Het werkwordt dan bij voorbeeld in twee fasen uitgevoerd, zoals aangegeven in figuur 3. In de eerste fasewordt iets meer dan de helft van de waterweg afgesloten en wordt in een bouwput, begrensd doordijken, kistdammen of stalen damwanden, het betreffende tunneldeel gebouwd. Na gereed-koming wordt de begrenzing verwijderd en de scheepvaart over het gereedgekomen gedeeltegeleid. In de tweede fase wordt in een soortgelijke bouwput de andere helft gebouwd.Deze ultvoeringswijze is onmogelijk wanneer het gehele dwarsprofiel van de rivier nodig is voorde doorstroming van het water. Zij Is ook onaantrekkelijk wanneer het een drukke scheepvaart-route betreft. De vernauwing leidt dan niet alleen tot een beperking van de capaciteit, maarmogelijk ook tot gevaarlijke situaties. De kosten zijn als regel hoog, doordat voor de begrenzingvan de bouwput door dijken vaak te weinig ruimte beschikbaar is en daarom de duurdere stalendamwand gekozen moet worden. Om deze redenen zal de methode slechts weinig toegepastworden, zeker niet bij de huidige techniek van de zinkmethode.Een andere mogelijkheid is de schildmethode. De hieraan verbonden bezwaren zijn twee?rlei:het vaak niet economisch kunnen benutten van de cirkelvormige dwarsdoorsnede en de groteaanlegdiepte.Wat de dwarsdoorsnede betreft, is reeds eerder gesteld dat bij een rechthoekige doorsnede eenbuis voor twee rijstroken een breedte krijgt van 9 m en een hoogte van 5,35 m (fig. 1), althans bijlangs-ventilatie met aanjaag-ventilatoren.In figuur 4 is aangegeven hoe een en ander eruit gaat zien bij een cirkelvormige doorsnede. Devoetpaden zijn 0,25 m smaller gekozen dan bij de rechthoekige doorsnede, daar de gebogenvorm van de wand minder ongunstig is met betrekking tot de bermvrees. De ventilatoren kunnenroyaal worden ondergebracht boven de vrije hoogte. Al met al ontstaat echter een inwendigeCement XXX (1978) nr. 12 5574Cirkelvormige dwarsdoorsnedediameter van 9,20 m en een oppervlak binnen de eigenlijke constructie van 68 m2tegenover 48m2bij de rechthoekige doorsnede. Een onnodig grondverzet derhalve van 20 m2of te wel 40% vanhet minimaal benodigde.En dan de diepteligging. Door de uitvoeringstechniek is als regel een gronddekking van 1,2 maalde diameter nodig. Zoals reeds eerder is vermeld, bedraagt de minimale dekking bij de recht-hoekige tunnel 0 ? 0,50 m. Rekening houdend met de dikte van de betonconstructie ligt de weg inde rechthoekige tunnel op ca. 7,50 m onder de bodem van de vaargeul en bij de geboorde tunnelop ca. 20,00 m. Deze 12,50 m diepere ligging resulteert in een grotere lengte van de tunnel vanmaar liefst 555 m (bij een langshelling van 4,5%). Bij de gemiddelde lengte van de Nederlandseafgezonken tunnels van 1130 m (de bakconstructie inbegrepen) betekent dit een lengte-toe-name van 49%.Overziet men deze factoren dan zal het duidelijk zijn dat (ondanks de g?nstiger vorm voor hetopnemen van waterdrukken) de geboorde tunnel duurder is dan de afgezonken tunnel. Enigeconcurrentie wordt pas mogelijk bij kleinere diameters. Hierbij zij echter opgemerkt dat inNederland in het geval van een rivierkruising met een inwendige diameter van 4 m een geboordetunnel duurder bleek te zijn dan een afgezonken tunnel met een eveneens cirkelvormige door-snede.In het algemeen kan men stellen dat zeker bij een uit sedimenten opgebouwde bodem (zand,klei, veen enz.) de zinkmethode economisch gezien de meest aantrekkelijke oplossing zal zijn.Tevens pleit voor de zinkmethode het feit dat tijdens de bouw de afvoer van water geen hinderondervindt en de scheepvaart nagenoeg niet.BouwdokDe zinkmethode houdt in dat de elementen, die het onderwatergedeelte vormen, elders wordengeprefabriceerd. Als regel geschiedt dit in een gebaggerd dok, dat door een gronddam van derivier wordt gescheiden. Tijdens de prefabricage zorgt een bronbemaling ervoor, dat in dendroge gewerkt kan worden. Na voltooiing wordt water in het dok gelaten en - na het doorbagge-ren van de dam - worden de elementen drijvend vervoerd naar de plaats van afzinken. Het dokhoeft dus niet in de onmiddellijke nabijheid van de tunnel te liggen.Vooral in stedelijke gebieden kan het aantrekkelijk zijn het dok buiten de bebouwing te projec-teren. Dit met het oog op de beschikbare ruimte, maar ook om schade als gevolg van degrondwaterstandsverlaging te voorkomen. In een samendrukbare grond kan een bronbemalingnamelijk leiden tot schade aan huizen en gebouwen, vooral als de kwaliteit van de funderingslecht is. Dit is een duidelijk voordeel ten opzichte van de ter plaatse gebouwde tunnel, waaraltijd een bronbemaling nodig is, tenzij extra aanvullende voorzieningen worden getroffen, dieechter kostbaar zijn.Hoewel de aanlegkosten van het dok gering zijn ten opzichte van de totale kosten van de tunnel(ca. 8 ? 12%) kan het aantrekkelijk zijn een dok meerdere malen te gebruiken. Zo werd inNederland hetzelfde dok in de loop van 10 jaren gebruikt voor 5 verschillende tunnels.Bij een ongelijk verdeelde arbeidsmarkt in een bepaald land zou zelfs kunnen worden over-wogen om het dok (waar tijdens de bouw van de elementen de grootste inzet aan mankracht vanhet gehele werk is geconcentreerd), te projecteren in een gebied met een hoog percentagewerkeloosheid.Invloed van het drijvende transport op de afmetingen in de doorsnedeTijdens de uitvoeringsperiode zijn twee bouwstadia van belang: het drijvend transport en deeindfase.Zoals eerder vermeld, worden de elementen vanuit het dokdrijvend vervoerd. Om dit mogelijk temaken worden de beide uiteinden van elk element, v??r het met water vullen van het dok,voorzien van tijdelijke, waterdichte schotten. Na het opdrijven wordt de nodige zinkuitrusting(richttorens, enz.) aangebracht. Het vrijboord bedraagt als regel 5 tot 10 cm, wat betekent dat bijeen normale (uitwendige) tunnelhoogte van ca. 8,00 m de bruto-inhoud, vermenigvuldigd methet soortelijk gewicht van water, het gewicht met ongeveer 1 % overschrijdt.Dan wordt het tunnelelement afgezonken door middel van tijdelijke ballast (meestal water); ineen later stadium wordt de tijdelijke ballast vervangen door een permanente in de vorm vanongewapend beton, aangebracht in de tunnelbuizen onder het toekomstige wegdek. Inmiddelszijn de zinkuitrusting en de waterdichte schotten verwijderd. Op dit moment moet het gewichtvan het element groter zijn dan het drijfvermogen om het element op zijn plaats te houden. Hetkan bijv. gebeuren dat de grondwaterdruk onder de tunnelvloer naijlt ten opzichte van de water-stand in de (getijde) rivier. Bij eb kan hierdoor een extra opwaartse kracht ontstaan.Om dit soort effecten te compenseren wordt vaak het ontwerpcriterium gehanteerd dat het ge-wicht van de tunnel in deze fase 600 kgf per m2tunnelvloer groter moet zijn dan de opwaartsekracht veroorzaakt door de waterverplaatsing, hetgeen overeenkomt met een extra gewicht van7,5% bij een uitwendige tunnelhoogte van 8 m. De veiligheidsmarge neemt later toe, omdat degebaggerde sleuf waarin de tunnel is afgezonken, weer wordt aangeaard. Dit heeft in de eersteplaats tot gevolg dat er wrijving met de wanden ontstaat, maar ook dat een extra belasting op hettunneldak wordt aangebracht. Afhankelijk van de langsdoorsnede van de tunnel en de dwars-doorsnede van de waterweg, kan het zijn dat de laatstgenoemde factor van geringe betekenis isen zelfs geheel kan ontbreken doordat het rivierbed aan erosie onderhevig is.Als wordt aangenomen dat de oppervlakte van de vereiste 'holle' ruimte H m2bedraagt, die vande betonconstructie S m2en die van het ballast-beton m2, dan kunnen de volgende twee ver-gelijkingen worden opgesteld (fig. 5):Cement XXX (1978) nr. 12 5585DwarsdoorsnedeH = H1 + H22 + H33= 'holle'ruimteB = Bi + B22 = ballast betonS = constructiebetonIn de transport-fase:gewicht = 0,99 maal de maximale waterverplaatsing, of2,46 S + 3,0 = 0,99 (B + H + S) ................................................................................................. (1)In de eindfase:gewicht = 1,075 maal de waterverplaatsing, of2,42 S + 2,25 S = 1,075 ( + H + S) .......................................................................................... (2)Hierbij kan het volgende worden opgemerkt:? In vergelijking (1) is een waarde van 2,46 aangenomen voor het soortelijk gewicht van ge-wapend beton; in vergelijking (2) een waarde van 2,42.Nederlandse ervaringen tonen aan dat er veilige rekengrenzen worden verkregen bij een soor-telijk gewicht voor beton (de wapening niet meegerekend) vari?rend tussen 2,34 en 2,37 tf/m3.De aangenomen spreiding laat niet alleen variaties toe in het soortelijk gewicht van beton (dat inhet algemeen schommelt rond een gemiddelde waarde van ca. 2,355 tf/m3), maar ook in dewerkelijke afmetingen van de betonconstructie (de dikten van wanden, dak en vloer) ten op-zichte van de theoretische afmetingen uit de ontwerptekeningen. Voor de drijvende fase is eenhoog soortelijk gewicht aangehouden en voor de eindfase een lagere waarde. In de getallen inde vergelijkingen is rekening gehouden met 120 kg constructie- en wapeningsstaal per m3beton.De oppervlakte van het ballastbeton wordt vermenigvuldigd met een soortelijk gewicht van 2,25(de verdichting van ballastbeton is in het algemeen minder goed dan dat van constructief beton).? In vergelijking (1 ) is een gewicht van 3,0 tf/m' opgenomen voor de zinkuitrusting en de water-dichte schotten.? In de vergelijking is het soortelijk gewicht van water gesteld op 1,0. Dit moet van geval tot gevalworden nagegaan. Voor een getijderivier is het goed mogelijk dat een waarde van 1,0 moetworden aangehouden voor vergelijking (1 ) en een hogere waarde voor situatie (2), gezien hethoger zoutgehalte nabij de bodem.? In de vergelijkingen is een aantal gemiddelde waarden gehanteerd. Dit betekent dat in speci-fieke gevallen meer nauwkeurige gegevens moeten worden gebruikt, bijv. betreffende dehoeveelheid toe te passen wapenings- en constructiestaai, de afmeting van sparingen, de vormvan het element, de zinkinstallatie, de waterdichte schotten, enz. Bovendien zijn soortelijk ge-wichten gehanteerd, die betrekking hebben op in Nederland gemaakt beton.Oplossing van de vergelijkingen geeft het volgende resultaat (in m2):S= 0,728 H - 1,154 ................................................................................................................. (3)S =0,081 H + 1,3-19 .................................................................................................................. (4)Oplossing (3) is vooral van belang omdat het de relatie aangeeft tussen de beschikbare opper-vlakte ten behoeve van constructieve doeleinden en de 'holle' ruimte die als uitgangspunt voorhet ontwerp moet worden genomen. De oppervlakte H is de som van het vereiste profiel van vrijeruimte voor het verkeer en de oppervlakte nodig voor de eerdergenoemde tunnelinstallaties enventilatoren. Bovendien is inbegrepen het oppervlak van het later aan te brengen wegdek meteen dikte van ongeveer 0,07 m.De constructie moet sterk genoeg zijn om in de eindfase de waterbelasting en de gronddruk tekunnen opnemen. Bij de tot nu toe in Nederland gebouwde tunnels was het mogelijk om met deoppervlakte S, verkregen uit vergelijking (3), een constructie in gewapend beton te maken diedeze belastingen kan opnemen.De diepst gelegen elementen van de Beneluxtunnel (2?2 rijstroken) vormden een uitzonderingop deze regel; hier bevindt zich op het tunneldak een waterkolom van bijna 21 m. Daarom zijnhier de vloeren en het dak in dwarshchting gedeeltelijk voorgespannen.Wanneer een grotere oppervlakte wordt vereist dan volgt uit vergelijking (3), als gevolg van eengrote breedte van de tunnelbuizen of een grote waterdruk, moet een keuze worden gemaakt uitde volgende oplossingen:a. Volledige of gedeeltelijke dwarsvoorspanning van de tunnel; op deze wijze zal met een kleinereconstructiehoogte kunnen worden volstaan dan bij toepassing van gewapend beton.b. Toepassing van lichtbeton voor de gehele dwarsdoorsnede of gedeelten daarvan (bijv. in dak envloer).c Vergroting van de holle ruimte H.De uiteindelijke keuze zal natuurlijk worden gemaakt op basis van een economisch onderzoek.Cement XXX (1978) nr. 12 559Rechthoekige of cirkelvormige doorsnede?In het voorgaande is zonder meer uitgegaan van een rechthoekige doorsnede. Is dit echter eenjuist uitgangspunt?Ouder dan de gewapend betonnen rechthoek, die voor het eerst werd toegepast bij de Maas-tunnel in Rotterdam (geopend in 1942), is het cirkelvormige type dat ontwikkeld werd in de VS.Een constructie, die - van binnen naar buiten - bestaat uit een binnenring van gewapend beton,een cilindervormige buis van dun plaatstaal (bijv. 8 mm dik), een omhulling van beton en eenbuitenbekleding van plaatstaal (bijv. 6,3 mm dik), met een bijna achthoekige vorm.De staalconstructie wordt gebouwd op een scheepshelling. Het beton wordt aangebracht tijdensde elkaar opvolgende stadia van het werk. De staalconstructie zorgt voor de waterdichtheid endient tevens als bekisting voor het beton.Evenals bij de schildmethode ontstaat door de cirkelvorm een relatief grote onbruikbare ruimte,die weliswaar bij een dwars of semi-dwars ventilatie kan worden gebruikt voor luchtkokers, maarbij de moderne langsventilatie met aanjaag-ventilatoren slechts zeer ten dele wordt benut.Zoals uit voorgaande beschouwing is gebleken, moet ook deze extra 'holle' ruimte wordengecompenseerd met extra gewicht (in de vorm van beton), teneinde opdrijven in het eindstadiumte voorkomen.Een op Nederlandse prijzen gebaseerde kostenbegroting voor een tunnel met twee rijstroken(??n buis voor twee rijrichtingen) toont aan, dat de cirkelvormige doorsnede 40% duurder is dande rechthoekige. Hierbij is uitgegaan van de 'holle' ruimte volgens de linker buis van figuur 1 endie van figuur 4, alsmede van een gezonken tunnellengte van 600 m.Aan deze extra kosten zouden nog moeten worden toegevoegd de kosten veroorzaakt door dediepere ligging van de weg: door de cirkelvorm komt deze 1,10 m dieper te liggen dan in hetgeval van de rechthoekige doorsnede. Bij een helling van 4,5% betekent dit dat de tunnel (voor-namelijk de open-bakconstructie) ca. 49 m langer wordt.Het verschil zal groter worden indien het gaat om een tunnel met 2?2 rijstroken (de volledigedoorsnede van figuur 1 ) en aanzienlijk groter voor een tunnel met 2?3 rijstroken (het type dattegenwoordig veel bij onze autowegen voorkomt).Ook voor kleine doorsneden blijkt de volledig gewapend-betonnen constructie voordelig te zijn.Zo bleek bij een inwendige diameter van 4 m een gewapend-betonnen buis goedkoper dan eenstalen buis verzwaard met beton. Dit was het geval bij de twee leidingtunnels onder het HollandsDiep en de Oude Maas (r?sp. 1770 en 566 m lang).Lengte van het gezonken gedeelteReeds eerder is vermeld, dat ergens op de oever het gesloten gedeelte van de tunnel overgaat ineen bakconstructie en dat dit overgangspunt als regel wordt bepaald op economische gronden,tenzij het gewenst is om de gesloten constructie verder door te zetten, teneinde kruisendewegen en spoorwegen op eenvoudige wijze over de tunnel te kunnen voeren. De bakconstructiewordt te zamen met een kort gesloten gedeelte (minimaal 15 ? 20 m lang) gebouwd in een openbouwput. Dit gesloten gedeelte is nodig om een aanzet te vormen, waarop het afgezonken ge-deelte kan aansluiten.Totaal gezien is er dus sprake van een afgezonken gedeelte met op beide oevers een geslotengedeelte annex bakconstructie. Waar ligt nu de overgang tussen de gezonken tunnel en het terplaatse gebouwde gesloten gedeelte? Een algemene regel is moeilijk te geven, maar het is vaakaantrekkelijk om het kop-talud van de open bouwput direct achter de waterkering te beginnen.Door de helling, die dit talud (zie gestreepte lijn in f ?guur 2) kan krijgen zonder de stabiliteit van dewaterkering in gevaar te brengen, ?s dan de plaats bepaald waar het ter plaatse gebouwde ge-sloten gedeelte komt te liggen. Zou men de overgang van gezonken gedeelte naar ter plaatsegebouwd gedeelte dichter bij de rivier willen situeren, dan moet de open put worden begrensddoor - vaak kostbare - stalen damwanden. Met het vaststellen van de plaats van het ter plaatsegebouwde gedeelte is ook de lengte van de gezonken tunnel bekend.Het een en ander houdt wel in dat de gebaggerde sleuf waarin de elementen worden afge-zonken, tot achter de waterkering moet worden doorgezet, waardoor het noodzakelijk is dezekering tijdelijk te verwijderen. Dit betekent dat rondom de kop van de sleuf een - tijdelijke - dijkmoet worden aangelegd.Het kan aantrekkelijk zijn het af te zinken gedeelte verder in het land door te zetten. Dit is bijv. hetgeval, wanneer een bronbemaling zou leiden tot schaden aan huizen en gebouwen. Voor het afte zinken gedeelte is ter plaatse geen bronbemaling nodig (en het dok ligt als regel elders), maarvoor de open put is dit wel het geval. Door het af te zinken gedeelte uit te breiden kan de openbouwput korter en ondieper worden, hetgeen leidt tot een belangrijk kleinere capaciteit van debemaling. Onder meer om deze reden is bij de Hemspoortunnel het gezonken gedeelte tot verachter de oever voortgezet.TunnelinstallatieEen tunnel bestaat uit meer dan alleen de civieltechnische werken. De installatie, bestaande uitverlichting, ventilatie, verkeerssignalering, pompen, brandleiding, intercom-systeem enz.,maakt als regel 10 ? 12% van de totale stichtingskosten uit. In bijzondere gevallen kan dit zelfsoplopen tot 18%.VerlichtingDe automobilist, die een tunnel nadert zal - indien onvoldoende maatregelen zijn genomen -deauto's v??r hem volledig in het donker zien verdwijnen. Dit 'zwarte gat effect' moet met het oogop de veiligheid van het verkeer worden voorkomen. Vandaar dat aan de ingangszijde overCement XXX (1978) nr. 12 560enige lengte een drempelverlichting van hoog niveau wordt aangebracht. Is de automobilisteenmaal in de tunnel, dan zal hij geleidelijk aan wennen aan de verlichting van een lager niveau.Dit is de reden, waarom - n? de drempelzone - het verlichtingsniveau via enige stappen (in dezgn. overgangszone) kan worden verlaagd tot het normale verlichtingsniveau in de rest van detunnel.In voorgaande rapporten (onder meer lit. 2) heeft het Road Tunnels Committee van het PIARCaandacht besteed aan deze materie. In het rapport, dat zij in 1979 zal uitbrengen (5), wordt eenhandleiding voor het ontwerp van tunnelverlichtingen gegeven.VentilatieDe ventilatie dient in de tunnel een dusdanige luchtstroom op te wekken, dat de uitlaatgassen totbeneden toelaatbare waarden worden verdund. Dit met het oog op de schadelijkheid en hetcomfort. Het gaat hierbij voornamelijk om koolmonoxide en rook. Meer informatie hierover is tevinden in de eerdergenoemde rapporten van het Road Tunnels Committee.Tegenwoordig wordt voor kortere tunnels, waartoe rivierkruisingen in het algemeen behoren, enzeker bij tunnelbuizen met ??nrichtingverkeer langsventilatie toegepast, waarbij boven derijbaan aanjaag-ventilatoren worden opgehangen. Dit systeem maakt gebruik van de lucht-stroom die door de rijdende auto's Wordt opgewekt. Indien het verkeer normaal doorrijdt, zorgthet zelf voor voldoende frisse lucht. Pas indien langzamer wordt gereden, worden de ventila-toren aangezet om de luchtstroom te versterken. Zij moeten overigens dusdanig gedimensio-neerd zijn, dat zij het bij stilstaand verkeer geheel alleen kunnen doen.Dat dit systeem niet alleen geschikt is voor korte tunnels, moge blijken uit het feit dat het ook zalworden toegepast bij de tunnel onder de Westerschelde, waarvan de bouw binnenkort zalbeginnen. Het gesloten deel van deze tunnel met 2 x 2 rijstroken krijgt een lengte van 2000 m.PompenDe uiteinden van een tunnel zijn open en vanuit de Dakconstructie en aansluitende wegen zalregenwater naar de tunnel toestromen. Bovendien zal er als regel enig lekwatef zijn alsmedewater dat wordt gebruikt voor het schoonmaken van de wanden (heldere wanden betekenen eenbetere reflectie voor de verlichting). Dit water moet worden opgevangen in goten en afgevoerdnaar pompenkelders. In Nederlandse tunnels bevindt zich als regel ??n pompenkelder in hetdiepste punt (uitgespaard in het ballastbeton) en ??n bij de beide einden van het gesloten ge-deelte.VerkeerssignaleringHet is niet ongebuikelijk om druk bereden tunnels (en dat zijn rivierkruisingen als regel) uit terusten met een verkeerssignalering. De reden hiervoor is dat de omstandigheden (zicht, beperk-te ruimte) vaak minder gunstig zijn dan op de normale weg. Daar in tunnels voor autowegen devluchtstroken ontbreken en auto's met pech dus blijven staan op de rijbaan, wordt in deNederlandse tunnels boven iedere verkeersstrook een signaleringsinstallatie aangebracht.Zodra een auto blijft stilstaan, gaat boven de betreffende rijstrook een signaal met een rood kruisbranden (hetgeen betekent dat rijdende auto's deze rijstrook zo spoedig mogelijk moetenverlaten) en gaan groene pijlen (of tegenwoordig ook advies-snelheden) aan boven de naast-liggende rijstroken.Het zelfde systeem kan worden gebruikt bij onderhoudswerkzaamheden. Het is noodzakelijk datbij dit systeem, dat gericht is op de veiligheid van de weggebruiker, stilstaande of te langzaamrijdende auto's zo spoedig mogelijk worden opgemerkt. Dit gebeurt tegenwoordig met behulpvan detectielussen, die in het wegdek zijn opgenomen en met televisiecamera's.Literatuur1. Documentation Digest 1975 of the Road Tunnels Committee of the Permanent InternationalAssociation of Road Congresses; Secretariat of PIARC: 43 Avenue du Pr?sident Wilson, Paris,France.2. Report 1975 of the Road Tunnels Committee of PIARC.3. 'Motorway tunnels built by the immersed tube method' by A. Glerum, B. P. Rigter, W. D. Eysinkand W. F. Heins; Rijkswaterstaat Communication No. 25; Government Publishing Office, TheHague, Netherlands.4. Highway Capacity Manual 1965; Special Report 87 of the Highway Research Board, Washing-ton D.C., USA.5. Report 1979 of the Road Tunnels Committee of PIARC to be published at the XVIth World RoadCongress (Vienna, Sept. 1979).Cement XXX (1978) nr. 12 561
Reacties