C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gTu n n el b o u wcement 1999 624De geboorde tunnel begint tennoorden van de Does en gaatdoor tot iets ten zuiden van hetWesteinde in Hazerswoude-Dorp.Hiermee worden de polders Acht-hoven (tussen Does en Oude Rijn)enGroenendijk(tenzuidenvandeOude Rijn) met het vogelreservaatDe Wilck, alsmede de polder DeNoordplas (ten noorden van hetWesteinde) ontzien (fig. 1 en 2).Van het boorproces wordt opmaaiveld relatief weinig hinderondervonden. De zettingen zijngering, maximaal 30 mm. Uit eengeotechnische analyse bleek datalleen bebouwing die recht bovende boortunnels ligt, mogelijkschade kan ondervinden.Demeestehinderontstaatfeitelijkop die plaatsen waar het boor-proces start en eindigt.B o u w h i n d e rOmdebouwhinderterplaatsevanhet Westeinde zo gering mogelijkte houden, wordt het boorprocesvanuit het noorden, vanuit deBospolder bij Leiderdorp, gestart.De scheidingsinstallatie voor deuitkomende grond is hier ookvoorzien, alsmede de fabricageen opslag van de tunnelelemen-ten, ketenparken, materiaal-0pslag, werkterreinen en eenvoorlichtingscentrum.De grond uit de tunnel en uit denoordelijke tunneltoerit zal tijde-lijk worden opgeslagen in denaast de Bospolder gelegen Mun-nikenpolder.Aan de zuidzijde is de ontvangst-schacht juist ten zuiden van hetWesteindegeplaatst,omdehinderinhetWesteindezelfzoveelmoge-lijkte beperken. Bij de aannemersis bovendien de uitdaging neer-gelegd nog verder door te borenen daarmee de bouwhinder nogmeer te beperken.In de tussengelegen gebieden isde bouwhinder zeer beperkt. Omveiligheidsredenen is het echternodig op maximale afstanden van2 km vluchtschachten aan tebrengen, van waaruit het moge-lijk is de tunnel in geval van cala-miteiten te verlaten en hulpverle-ningsdiensten de gelegenheid tegevendetunnelintekomen.Hierhebben dus ook plaatselijk bouw-activiteiten plaats en uiteraarddienen deze schachten aangeslo-ten te worden op het wegennet.A a n b e s t e d e n v o l g e n sD e s i g n & C o n s t r u c tDe aanbesteding voor de Boor-tunnel Groene Hart, die in augus-tus 1998 in het Europees Publica-tieblad is aangekondigd, heeftplaats als een onderhandelings-procedure met voorafgaandebekendmaking overeenkomstigde UAR-EG 1991.De volgende fasen zijn hierin teonderscheiden:- prekwalificatiefase (sluiting1 december 1998);- overlegfase, eindigend meteen inschrijving op basis vaneen aanbiedingsontwerp(sluiting 17 mei 1999);- beoordelingsfase, waarin demeest economische aanbie-dingen worden geselecteerdop basis waarvan gegadigdenworden uitgenodigd vooronderhandeling;- onderhandelingsfase,eindigend in een voorlopigegunning (voorzien op1 november 1999).In november 1998 bleek dat alleachtpartijendiezichhaddeninge-schreven, ook aan de selectie-eisen voor geschiktheid voldeden.De uiteindelijke selectie van vijfcombinaties(dataantalwasvoorafvastgesteld) is tot stand gekomendoor de referenties onderling tevergelijken.Bepalendwasdematewaarin de aannemers ervaringhebben met boortunnels enomstandighedendiezoveelmoge-lijk overeenkomen met de Boor-tunnel Groene Hart. Vooral deervaring met boortunnels met eengrotere diameter dan 8 m enlanger dan 3 km was maatgevend.Op basis van die specifieke erva-ring zijn de volgende partijengeselecteerd: BTC Groene Hart,Combinatie Bouygues SA/BeheerKoop Tjuchem bv, Comol Tun-nelbouw, Combinatie Hegeman-Besix-Teerbau-Mowlem-Nishi-matsuenCombinatieTubeconIIIvof.In januari van dit jaar is de over-legfase van start gegaan meteenalgemeneinlichtingenbijeen-komst, waar een uitgebreide toe-Geboorde tunnel door het Groene HartMet 300 km/h onder eenpolderlandschapir. W.L. Leendertse en ir. H. Burger, Projectorganisatie HSL-Zuid,Projectbureau BoortunnelHet Groene Hart is ??n van de laatste relatief groene delen in het centrum vande Randstad. Het doorsnijden ervan biedt een mogelijkheid tot nog verder-gaande verstedelijking en tast de landschappelijke waarde in hoge mate aan.Om deze redenen heeft het Kabinet op 15 april 1998 in het Trac?besluitHogesnelheidslijn-Zuid besloten tot de aanleg van een boortunnel door ditgebied. Op dit moment (medio 1999) is de aanbesteding voor deze tunnelvolop in gang. In dit artikel wordt het referentieontwerp toegelicht en wordtingegaan op enkele technische aspecten.C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gTunnelbouwcement 1999 6 251 | Trac?besluit (1998):lange boortunnel2 | Situatie en lengte-profiel; situeringluchtschachten aangegevenPolder De NoordplasZUID Polder Groenendijk Polder AchthovenDoesOude RijnRingvaartNOORDC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gTu n n el b o u wcement 1999 626lichting is gegeven op het zoge-naamde `aanbestedingsdossier'.Met name is ingegaan op de eisendie aan de aanbieding wordengesteld en de beoordelingmetho-diek van de aanbiedingsontwer-pen.Eind mei kwamen de aanbiedin-gen binnen. Hieruit zullen ertwee ? drie worden geselecteerd.Met deze aanbieders zal de onder-handelingsfase worden gestart,waarna uiteindelijk in novem-ber/december 1999 de (voorlo-pige) gunning zal volgen.V e i l i g h e i dReizen per trein staat bekend alsveilig. De Rijksoverheid wil hethuidige veiligheidsniveau hand-haven en waar mogelijk verbete-ren. De na te streven verbeteringis in een Integraal Veiligheids-plan HSL-Zuid gespecificeerd.Dit plan is gericht op het gehelevervoerssysteem, dus niet alleende infrastructuur, maar ook detreinen, de verkeersleiding, hetvervoersproces en de afwikkelingvan incidenten.Bij een beschouwing van moge-lijke incidenten zijn ontsporing,trein-trein botsing en brand demeest in het oog springende. Deafwezigheid van wissels en deaanwezigheid van ontsporingsge-leiding zowel langs de sporen alsdoor een verlaagd perron in detunnel, sluiten ontsporing in detunnel vrijwel uit. Door de keuzevoor twee enkelsporige buizen iseen botsing van twee treinen alsgevolg van een ontsporing uitge-sloten. Bij de aannemers is de uit-daging neergelegd een gelijk vei-ligheidsniveau eventueel ook terealiseren door ??n grote tunnelmet tussenwand.Als een brandende trein in eentunnel tot stilstand komt, ontstaateen gevaarlijke stuatie. De logi-sche strategie om dit soort risico'ste minimaliseren is: vermijd hetontstaan van brand, detecteer eenbrand vroegtijdig en blus dezeen/ofvoorkomdateenbrandendetrein in de tunnel tot stilstandkomt.Mochtdezestrategieonver-hoopt toch falen, zorg dan dat deinzittenden van de trein tijdig eenveilige ruimte kunnen bereiken.Tot slot: maak het voor de hulp-verleners maximaal mogelijk deinzittenden te redden.Uit onderzoek blijkt dat extramaatregelen in de trein, zoals pre-ventie, detectie, brandblussers,hogedruk sprinklerinstallatie engoed opgeleid treinpersoneel dekans op ontwikkeling van eenbrand significant kunnen beper-ken. Mocht desondanks tochbrand in de trein ontstaan, dan isalles erop gericht deze buiten detunnel tot stilstand te brengen.Hiertoe heeft de machinist demogelijkheid om in de tunnel eeneventueel door een passagieringezette noodremming te over-bruggen. Mocht om technischeredenen of door menselijk faleneen (brandende) trein toch tot stil-stand komen, dan is een tijdigeevacuatie naar een veilige ruimteessentieel.Een analyse van het verloop vaneenbrandineentreinindetunnelleert dat de hulpverleningsdien-sten veelal niet snel genoeg terplaatse kunnen zijn. Dit betekentdat er vooral voor gezorgd moetworden dat de passsagiers uit detrein naar een veilige ruimtekunnen vluchten. Dit wordt dezelfredzaamheid genoemd.Deze veilige ruimte is in hetconcept met twee gescheidenenkelsporige tunnels, de anderebuis. Deze is bereikbaar door 1,20? 1,50 m brede vluchtpaden langsde sporen, die leiden naar dwars-verbindingen tussen de buizen,ten minste 2,40 m breed en hartop hart maximaal 300 m.Na detectie van een probleem-trein worden de treinen uit deandere richting door de verkeers-leiding stopgezet, de vluchtdeu-ren in de dwarsverbindingen ont-grendeld en ventilatie in derijrichting opgestart. Evacuatiedient plaats te hebben voordat debrand tot volle ontwikkelingkomt. De brandweer zal zichinzetten om mensen die zich tochnog in de onveilige ruimte bevin-den, te redden.Indien de vluchtende passagierseenmaal in de veilige andere buiszijn aangekomen, kan verdereevacuatie plaatshebben via de uit-eindenvandetunnelofviavlucht-schachten.Overigens is de kans dat een cala-miteit zich voordoet in de tunnel,door alle preventieve maatrege-len, uiterst gering. Vooral de toe-passing van sprinklers en brand-detectie in de trein verlagen hetrisico sterk.C o m f o r t b i j 3 0 0 k m / hEen snelheid van 300 km/hvereist een andere spoorlijn dangebruikelijk is. Bij een tunnel ver-taalt zich dit enerzijds in minderscherpe verticale en horizontaleboogstralen, anderzijds in hetC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gTunnelbouwcement 1999 6 27oppervlakvandedwarsdoorsnedevanwege de luchtdrukeffecten bijdeze snelheden.Bij het binnenrijden van eentunnel ontstaat een drukgolf, diezich met de snelheid van hetgeluid door de tunnel voortbe-weegt. Aan het einde van detunnel weerkaatst deze drukgolfen loopt als een luchtdrukverla-ging terug. Als de staart van detrein de tunnel binnenrijdt, ont-staat een luchtdrukverlaging, diezich door de tunnel voortbeweegten ook weer aan het eind weer-kaatst. Zo ontstaat tijdens eentreinpassage een ingewikkeldpatroon van drukgolven in detunnel, waarbij ter hoogte van detrein soms grote drukverschillenin korte tijd kunnen optreden, diedoor passagiers als zeer oncom-fortabel kunnen worden ervaren.HSL-materieel is in belangrijkemate luchtdrukdicht uitgevoerd.De drukverschillen komen daar-door sterk gereduceerd in de treinzelf voor, maar spelen toch nogsteeds een maatgevende rol op detunneldiameters. Het effect vande snelle drukverandering is ove-rigens het sterkst bij tunnels dieongeveer drie tot vier maal delengte van de trein (circa 400 m)hebben,duscirca1200tot1500m.Deze tunnel is veel langer. Omdatde trein met hoge snelheid doorde tunnel rijdt, stroomt de luchtook met hoge snelheid van de kopvan de trein naar de staart door debeperkte ruimte tussen trein entunnelwand. Door hoge lucht-snelheden wordt de luchtdrukrondom de trein verlaagd. Detrein bevindt zich dan tijdens decirca 1,5 minuut durende tunnel-passage in een omgeving met ver-laagdeluchtdruk.Hoeweldetreinbehoorlijk luchtdicht is, past hetinwendige zich geleidelijk aandeze luchtdrukverlaging aan.Wanneer de trein de tunnel uit-rijdt, komt deze ineens weer in denormale luchtdruk. In de treinheeft in de daarop volgende 15 tot20 seconden een vrij grote druk-verandering plaats (fig. 3). Deluchtdrukcomfort-criteria zijngegeven in tabel 1.Zonder speciale maatregelen zoubij deze tunnel en bij 300 km/h devrije tunneldoorsnede in de buis80 m2moeten bedragen. E?n vande maatregelen is het toepassenvan luchtschachten op de tunnel(zie fig. 2). Door luchtschachtenaan te brengen in de vlucht-schachten en drie extra lucht-schachtenaandeuiteindenvandetunnel, kan de tunneldiameterteruggebracht worden naar 60 m2(fig. 4).Verdere reductie naar 50 m2ismogelijk door een perforatie aantijdinterval toegestane luchtdrukverandering in trein(sec) (kPa)1 0,854 1,3510 2,1020 3,0030 3,6040 4,2050 4,80Tabel 1| Luchtdrukcomfort-criteria3 | Externe (in tunnel) eninterne (in trein) lucht-drukkena. zonder schachtenb. met schachten4 | Reductie tunneldwars-doorsnede door toepassingvan luchtschachten80 m260 m2a bC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gTu n n el b o u wcement 1999 628te brengen tussen de twee tunnel-buizen in geval van een enkelebuismettussenwand(fig.5).Dezeperforatie-openingen moeten bijbrand afgesloten kunnen worden.Om de effecten van luchtdrukkenna te gaan en de effectiviteit vanmaatregelen te onderzoeken, zijndoor de Projectorganisatie HSL-Zuid in samenwerking met deSchotse Professor Hardy reken-modellenontwikkeldomdelucht-drukken in tunnels en trein teberekenen.R e f e r e n t i e o n t w e r pHet referentieontwerp bestaatuit twee geboorde buizen meteen binnendiameter van 9,54 men dwarsverbindingen met eenh.o.h.-afstand van 300 m.Als basis wordt uitgegaan vantwee slurryschilden, die elk eenlengte van 7010 m moeten boren.Voordedwarsverbindingenwordtuitgegaan van de vriesmethode(fig. 6).De h.o.h.-afstand van de boorbui-zen is 0,5 diameter ter plaatse vanstartschacht (dichtblok) en toerit-ten en over de rest van het traject1,0 diameter. Voor de overgangvan startschacht naar boortunnelis een dichtblokconstructie voor-zien volgens de `methode TweedeHeinenoordtunnel'. Dit wil zeg-gendatbinneneentijdelijkedam-wandkuip de bestaande grondwordt vervangen door een lage-sterktemortel. De tunnelboorma-chine moet hier doorheen boren.Tijdens deze passage zorgt hetdichtblok voor de benodigdewater- en grondafdichting.Ter plaatse van de Oude Rijn, deN 11 en Benthuizen zijn vlucht-/onderhoudsschachten naar hetmaaiveld voorzien. De schachtenworden gebouwd als pneuma-tisch afgezonken caissons. Doorde grote diepte van deze schach-ten zouden andere bouwmetho-den grotere risico's met zich mee-brengen.De toeritten worden traditioneelmet trekpalen, onderwaterbeton,combipalen en diepwandcon-structie uitgevoerd.Het centrale bedieningsgebouwwordt (gedeeltelijk) ge?ntegreerdin de toerit noord.G e o t e c h n i s c h p r o f i e lHet geotechnisch profiel isnatuurlijk van grote invloed op deligging en het verloop van detunnel. Het gebied in het GroeneHart wordt gekenmerkt door zeerslappe lagen. Dit zijn vooral deholocene lagen (de Westland-for-matie) bestaande uit zeer zachtemarineklei en veenafzettingenoverdebovenste10tot15mondermaaiveld. De laag is te karakteri-seren als `dik water' (volumiekemassa's van 1100-1300 kg/m3).Alleen in de nabijheid van deOude Rijn zijn deze lagen plaat-selijk doorsneden en opgevuldmet zandig materiaal.Het boorproces heeft plaats in dedaaronder gelegen formaties vanTwente en Urk op 25 tot 35 monder maaiveld. Deze formatiebestaat uit fijne zanden met eengemiddeldedichtheidvan50-65%.Er zijn echter ook plaatselijk tus-senlagen met dichtheden van 10-15%. Deze tussenlagen kunnencomplicaties geven voor het boor-proces door de verwekingsgevoe-ligheid.Door de slappe bovenlagen zijn,in verband met het evenwicht vande tunnel, ter plaatse van start enontvangst aan het maaiveld extraaanvullende maatregelen getrof-fen door tijdelijke grondophogin-gen. Ter plaatse van de Does is inde bodem een blijvende grond-vervanging nodig door zand meteen hogere volumieke massa.T o e r i t t e nDe toeritten van de BoortunnelGroene Hart bestaan uit open engesloten delen. De gezamenlijkelengte van de toeritten bedraagt1610 m, waarvan 360 m gesloten.De enorme lengten wordenbepaald door de beperkte maxi-maaltoegestanehellingvan2,5%.Daarnaast wordt de lengtebepaald door de, vanwege deslechte grondgesteldheid, beno-digde diepteligging van hetgeboorde deel. De geometrie vande toeritten wordt verder bepaalddoor de tussenafstand van debeide geboorde tunnelbuizen, de5 | Reductie tunneldwars-doorsnede door toepassingvan luchtschachten engeperforeerde tussen-wanden6 | Twee enkelsporigebuizen, verbonden doordwarsverbindingen50 m2 50 m250 m250 m2C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gTunnelbouwcement 1999 6 29luchtdrukproblematiek (positieluchtschachten, overgang tussenopen en gesloten tunneldelen ensonic boom demper), veiligheids-eisen (positie vluchttrappen entunnelgebouwen) en eisen vanuitde omgeving (kruising N 446 enbereikbaarheid platforms bij debedieningsgebouwen).Uiteindelijk is als referentieont-werp gekozen voor gestempelde,in combiwand (noord) of diep-wand (zuid) uitgevoerde recht-hoekige schachten, overgaand indamwanden voor de minder diepgelegen delen. De bodemafslui-ting wordt uitgevoerd in onder-waterbeton en trekelementen(fig. 7). De keuze is met namebepaald op basis van risicobeoor-deling en bouwtijd: zo snel moge-lijk kunnen starten met boren.Deze aspecten hebben er tevenstoe geleid de startschacht (noor-delijketoerit)niettenoostenmaarten westen van de Does te maken.O n d e r h o u d s - e nv l u c h t s c h a c h t e nIn verband met de veiligheidwordt op circa elke 2000 m eenvluchtweg ge?ist. Hiertoe zijn devluchtschachten Achthoven, N 11en Bent voorzien. Deze schachtenzijn tijdens de uitvoering tevenstussenstation voor de boormachi-nes voor inspectie en onderhoud.Tevensbiedenzedemogelijkheidde tunnel- en spoortechnischeinstallaties met de buitenwereldte verbinden (waterafvoer, ener-gietoevoer, communicatie enz.).De afmetingen van de schachtenworden bepaald door de beno-digde veiligheidsvoorzieningen(liften, trappen, bordessen e.d),de drukgolfproblematiek (lucht-schacht) en kabelkokers. Geziende aanlegdiepte van 34 m is in hetreferentieontwerp uitgegaan vanpneumatische caissons die gefa-seerd vanaf het maaiveld wordenopgebouwdenafgezonken(fig.8).Om het doorgaan van de tunnel-boormachines mogelijk te maken,wordtopdebetreffendelocatiesdeschachtwand voorzien van metglasvezels gewapend beton. In deschacht,ophetniveauwaardetun-nelboormachine passeert, wordtlagesterktemortel aangebracht.D e u i t d a g i n g e n v a n e e nD e s i g n & C o n s t r u c tc o n t r a c tEen Design & Construct contractbiedt aannemers de mogelijkheidfunctionele eisen te vertalen naaralternatieven die wellicht goed-koper zijn, beter in de planningpassen en/of minder bouwhinderveroorzaken. Het doel van dezecontractvorm is de creativiteit bijde opdrachtnemer te stimuleren,zodat uiteindelijk het meest opti-male ontwerp wordt gerealiseerd.Waar liggen nog mogelijkhedenvoor optimalisering?Ten opzichte van het referentie-ontwerp kan het dwarsprofielgewijzigd worden, zoals een ver-kleining van de h.o.h.-afstand vande buizen. Er kan een Double-O-Tube machine worden ingezet of??n boorbuis voor dubbel spoor-gebruik worden aangeboden,waarbijdesporenzijngescheidendoor een tussenwand.Ook kunnnen wijzigingen wor-den doorgevoerd in het lengte-profiel, hetgeen een minder diepeligging en een optimalisering vandeboorlengtekanbetekenen.Tenslotte kan nog gedacht wordenaan een optimalisering van hetdwarsprofielenvandebouwwijzevan de toeritconstructies en devlucht-/onderhoudsschachten.P l a n n i n gDe Boortunnel Groene Hart iseen uitdaging op het gebied vande boortechniek. Er wordt ge-bouwd in een zeer gevoelig geo-technisch en geohydrologischmeerlagensysteem van zoet, braken zout water.De strakke planning (de bouwloopt van begin 2000 tot begin2005), die overigens voor hetgehele traject van de hogesnel-heidslijn geldt, is een uitdaging.Elke activiteit ligt op het kritiekepad. Om het contract in novem-ber 1999 definitief te gunnen,moeten de terreinen en vergun-ningen beschikbaar zijn. Vervol-gens moet de grond bouwrijpworden gemaakt om de start-schacht te kunnen maken. Alsdeze gereed is, moet de tunnel-boormachine al in aantocht zijn.De start van het boren is voorzienin 2000 en dat zal circa drie jaarduren, uitgaande van een gemid-delde productie van 12,5 m perdag. De bouw van de dwarsver-bindingen en een deel van deafbouw wordt volledig ge?nte-greerd met het boorproces.In mei 2004 moet de onderbouw(de kale tunnel) worden opgele-verd, zodat gestart kan wordenmet aanleg van de bovenbouw(railsystemen, bovenleiding enrailtechnische installaties).De gehele HSL-Zuid moet in mei2005 worden opgeleverd voor hetproefbedrijf. De verwachting isdat de exploitatie eind 2005 kanbeginnen. s7 | Open toerit8 | Vluchtschacht