? tunnelbouw ? algemeen ontwerp?ir.Th.A.Feijen, Gemeentewerken Rotterdam, Ingenieursbureau Beton- en StaalbouwOp de zuidelijke oever van de Nieuwe Maas in Rotterdam wordt momenteel hard gewerktaan de ontwikkelIngvan de 'Kop van Zuid'. Ditcirca 125ha grote, oude havengebied wordtingericht voor werken, wonen en recre?ren. Op dit moment krijgt de eerste fase, het plan'WUhelminahof' zowel boven- als ondergronds gestalte. Dit artikel gaat in op het ontwerpen de bouw van het ondergrondse metrostation 'Wilhelminaplein', dat na voltooiing deeluitmaakt van een groot complex. Het artikel 'Kantorencomplex Wilhelminahof' elders indeze aflevering gaat in op het ontwerp en de bouw van dit bovengrondse complex.METROSTATIONWILHELMINAPLEINROTTERDAMG) Situering metrostation14In Cement 1995-718 heeft u kunnen lezenover de ontsluiting van de 'Kop van Zuid'metde Erasmusbrug. Om het gebied te ontslui-ten met openbaarvervoer, wordt in opdrachtvan het vervoersbedrijfHotterdamse Elektri-sche Tram (RET) een nieuw metrostation ge-bouwd ter plaatse van het toekomstige Wil-helminaplein (fig. 1). Ditstation 'Wilhelmina"plein' ligttussen de Nieuwe Maas en hetsta-tion Rijnhaven op de Linker Maasoever. Hetgaat deel uitmaken van de huidige lijn Cen-traal Station - Spijkenisse en wordt gereali-seerd rondom de bestaande tunnelbuis, diedaar in de jaren zestig werd afgezonken. De-ze tunnelbuis heeft geen vaste verbindingmet de fundering van zogenoemde op-pers-palen die tegen de vloer van de op een hulp-constructie afgezonken tunnel zijn aange-perst.Aan weerszijden van de tunnel is de dam-wand van de vroegere zinksleuf nog gedeel-telijk terug te vinden. Omdat tussen de dam-WILHELMINAPIERwanden van de zinksleuf alleen zand is aan-gevuld en een volledige onderspoeling vande tunnel achterwege is gebleven, bestaatde kans dat onder de tunnel een geringe wa-tervoerende spleet aanwezig is. De tunnelligt op een diepte van 10 -15 m onder maai-veldondereen hellingvan 1:26. Hij heefteenbreedte van 10 m en een hoogte van 6.5 m.Uitgangspunten ontwerp en uitvoeringGezien de randvoorwaarden van de op-drachtgever, kunnen we van een bijzonderproject spreken. Een ongestoorde dienstre-geling is de eerste voorwaarde waarmee bijde bouw rekening moet worden gehouden.Dit betekent dat de constructie zodanig ont-worpen moet worden dat het metroverkeertot hetdoorbreken van de wanden van de be-staande tunnel normaal kan doorgaan.Daarnaast beperken zware eisen aan de be-maling van het grondwater in verband metkwetsbare bebouwing in de omgeving demogelijkheden voor het realiseren van debouwput. Daar komt nog bij dat gelijktijdigmet het station ook bovengronds op dezelf-de locatie een aantal gebouwen wordtgerea-liseerd. Hierdoorwordtenerzijds hetontwerpvan het station (maar ook het ontwerp vande gebouwen) be?nvloed en anderzijds debereikbaarheid van de bouwput.Ten slotte is als voorwaarde gesteld dat hetstation zo kort mogelijk na het in gebruik ne"men van het gebouwencomplex operatio-neel moet zijn. Omdat bovengronds snellerkan worden gebouwd dan ondergronds, be-tekent dit dat het station in relatief korte tijdgebouwd moet worden.CEMENT1995/11OntwerpGeotechnische aspectenBij het ontwerp van de bouwput en van hetstation moest van de volgende geol.ogischesituatie worden uitgegaan.Het maaiveld bevindtzich op een niveau van3 m +NAP. De bovenste lagen bestaan overeen diepte van 3-5 m voornamelijk uit aan-vulzand, daaronder worden tot een dieptevan 16-18 m 7 NAP Holocene veen- en kleila-gen aangetroffen. Het Pleistocene zand datdaaronder ligt, reikt tot circa 35 m 7 NAP. Deformatie van Kedichem, een slecht door-latende, samendrukbare, leemhoudendelaag, bevindtzich op een diepte van 35-40 m7 NAP.Het niveau van het freatisch water ligt op cir-ca 1,5 m + NAP. De stijghoogte van hetgrondwater in het Pleistocene zand be-draagtgemiddeld 0,5 m7 NAPen wordtsterkbernvloed door de waterstand in de NieuweMaas.Op de scheiding tussen Holocene en Pleisto-cene afzettingen bevindt ziCh een wateraf-sluitende kleilaag.Functioneel en architectonisch ontwerpHet bouwkundige ontwerp voorziet in eenstation dat in grote lijnen bestaat uit eenbreed en een smal perrongedeelte, een tus-senvloer waarop de passagiers aankomenof vertrekken. Aansluitend daarop bevindtzich een ondergrondse hal. Vanuit dezenoordelijke hal lopen tunnels naar de kopvan de Wilhelminapieren naareen TramPlus-halte op het plein voor de gebouwen.@ Langsdoorsnedehiervan onderzocht. Ervaringen in het bui-tenland leerden dat een helling van circa 4%geen grote problemen oplevert. Om te voor-komen dat rolstoelen en kinderwagens in hetspoor terecht kunnen komen, lopen de per-rons in dwarsrichting enigszins af naar de zij-wanden.Het dak van het station loopt horizontaal.Lichtlijnen en afwerking van wanden en per-rons moeten het onder een helling lopen vande perrons accentueren.Vanuitde hal op detussenvloerkan hetvoor-plein van het gebouwencomplex via (rol)-trappen en liften worden bereikt. Aan dezuidzijde van het station wordt een secun-daire in- en uitganggerealiseerd. Roltrappenen vaste trappen komen hier uit op de bin-nenplaats van de omliggende bebouwing.Een opmerkelijk onderdeel van de construc-tie zijn de V-vormige kolommen die de verbin-ding vormen tussen het restant van de be-staande tunnel en het dak van het nieuwestation. Verderop in hetartikel gaan we naderin op de functie van deze kolommen.De gaten in de tussenwand van de bestaan-de tunnel worden aangebracht om de socia-le veiligheid van het station te verhogen.Door een visuele verbinding te ontwerpentussen beide perrons heeft de architect ge-probeerd angstgevoelens van passagiers tevoorkomen. Hetgebruikvan veel lichtop per-ronniveau moet eveneens een positieve bij-drage leveren aan een prettige sfeer (fig. 3).De voetgangerstunnel die vanaf de hal vanhetstation naar deWilhelminapier loopt, kangeschikt worden gemaaktvoorde exploitatievan een metro-shuttle naar Hotel New Vorkdat is gehuisvest in het voormalige hoofd-kantoor van de Holland Amerika Lijn.Ontwerp van de bouwputOm onder goede omstandigheden een wa-terdichte verbinding te kunnen maken tus-sen stationsvloer en bestaande tunnel, washet noodzakelijk een droge bouwput te reali-seren. Tijdens de ontwerpfase van het pro-ject zijn de volgende bouwmethoden in over-weging genomen:? open bouwputmet bemalingvan het PIeis-De totale lengte van het station bedraagt130 m. Deze lengte is afgestemd op het ge-bruik van treinen die uit 4 gekoppelde wa-genstellen bestaan, elk met een lengte van29 m. Het breedste en tevens diepste deelvan het station meet 28 m, het smalste enmeest ondiepe deel 17 m. In het brede deelzijn vaste trappen, roltrappen en liften opge-nomen die de verbinding vormen tussen hetperronniveau en de tussenvloer op NAP - 3m. Om op perronniveau een zo open mogelij-ke ruimte te krijgen, is de tussenvloer opge-hangen aan de dakvloer en zijn geen kolom-men opgenomen in het ontwerp (fig. 2).Omdat de tunnel ter plaatse onder een hel-ling (1:26) ligt, zullen ookde perrons hellendverlopen. De RET heeft de toelaatbaarheid ? Impressie van het perronCEMENT1995/11 15? tunnelbouw ? algemeen ontwerp?dig vanwege zettingen die ontstaan door debouw van de hoogbouw in de omgeving vanhet station. Bij eerderehoogbouwprojectenin Rotterdam bleek dat door de samendruk"baarheid van de laag van Kedichem relatiefgrote zettingen kunnen ontstaan. Niet alleenter plaatse van de gebouwen maar ook in deomgeving ontstaan zettingen, die bij daar-voor gevoelige constructies problemen kun-nen geven. Afgezonken tunnels zijn daarvaneen voorbeeld.Uit berekeningen van de te verwachten zet"tingen door de hoogbouw bij het station Wil-helminaplein bleek dat wanneer stations-vloer en tunnel vast met elkaar worden ver-bonden een ontoelaatbare krachtsverdelingin de bestaande tunnelbuis ontstaat doorzettingsverschillen. De zettingsverschillenover de breedte van de tunnel moeten zeerbeperkt blijven. Om dit te bereiken wordt, inafwijking van de oorspronkelijke plannen,een deel van de hoogbouw onderkelderd.Om de resterende zettingsverschillen op tevangen, is tussen stationsvloer en tunneleen verbinding ontworpen, die wel normaaI-en dwarskrachten overbrengt maar geenmomenten. Aan de bestaande tunnelbuiswordt daartoe een consolegemaakt, waaropde vloer van het station vrij wordt opgelegd(fig. 5).Hettechnische ontwerp gaat uitvan bouwenvolgens de zogenoemde wanden-dak-me"thode. Eerst worden met combiwanden dezijwanden van een bouwput gemaakt. Daar-na een zware betonnen dakvloer waaronderde overige werkzaamheden kunnen wordenuitgevoerd. Na ontgraving tot de vereistediepte wordt de vloer van het station aange-sloten op de vloer van de bestaande tunnel.Hierna worden tussen vloer en dakplaatwanden gestort tegen de combiwanden vande bouwput. Deze wanden zijn zo berekenddat de volledige belasting, zowel horizontaalals verticaal, kan worden gedragen.@ BouwputVoor de aansluiting van de stationsvloer aande tunnel was een bijzondere constructie no-rectievoerder. Aardig te vermelden is dat uitalarmeringen in de beginfase van de bouw isgebleken dat de tunnel enigszins beweegtmethetgetij op deNieuwe Maas. Uiteraard isde alarmering daar vervolgens op afgesteld.Geringe verplaatsingen van de tunnel zijnwaargenomen bij het graven van een diepebouwput voor een bodemsanering in de om-geving en bij heiwerk voor de bebouwingrondom het toekomstige station. Welkemaatregelen bij het heiwerk zijn genomen,wordt beschreven in het artikel 'Kantoren-complex Wilhelminahof.tocene zand. Hierbij zijn maatregelen no-dig om een te grote verlaging van de stijg-hoogte in de omgeving te voorkomen enzullen in de eindsituatie trekpalen nodigzijn om de opwaartse waterdruk op te ne-Signalering van mogelijke verplaatsingenliep via post-T, van waaruit het metrobedrijfwordtgeregeld, naardeverantwoordelijkedi- ? Detail voegconstructieCivieltechnisch ontwerpHet nieuwe metrostation wordt volledig ge?n-tegreerd met de bestaande tunnel. Door deeis van de RET dat het metrobedrijf tijdensde bouw ongestoord moet kunnen door-gaan, is het ontwerp zodanig dat de tunnelvolledig intact kan blijven tot het station ge"reed is. Daarbij isveel aandachtbesteed aanhet voorkomen van horizontale en/of verti-cale verplaatsingen door werkzaamhedenaan het station en aan gebouwen in de om-geving. Om te controleren of de tunnelinder-daad niet ontoelaatbaar verplaatst, is eenmonitoring-systeem ge?nstalleerd waarmeecontinu voegmetingen zijn verricht. Hiermeeis het mogelijk de ligging van de tunnel te be-rekenen. Wanneer te grote verplaatsingendreigden, is in de tunnel een landmeetkundi-ge meting uitgevoerd en werden indien nodigmaatregelen getroffen.men;? een bouwput met diepwanden tot in delaag van Kedichem. Deze methode be-hoeft geen bemaling, maar de kopafdich-ting van debouwputonder de metrotunnelop de plek waar deze het bouwterrein ver-laat, is problematisch;? een bouwput met damwanden tot in hetPleistocene zand, waarbij het verticaleevenwicht wordt bereikt doorhet aanbren-gen van een vloer van onderwaterbeton.Ook bij deze bouwwijze wordtde kopafslui-ting problematisch en moet worden ge-vreesd voor deformatie van de bestaandetunnel;? een bouwput waarin wordt gewerkt onderverhoogde luchtdruk. Deze methode,waarbij eerst de dakplaat wordt gebouwd,zou leiden tot grote belastingen op de dak-plaat. Daarnaast ontstaan grote risico'sals de verhoogde luchtdruk wegvalt.Uiteindelijk is gekozen voor een open bouw-put met bemaling van het Pleistocene zandin combinatie met retourbemaling in de om-geving (fig. 4).16 CEMENT1995/11UitvoeringDe uitvoering van hetstation maken we dui-delijk aan de hand van een beschrijving vande werkvolgorde (fig. 6 t.m. 9).1. Formeren van de bouwputdoor het aan- ? Vloer en wanden gestortbrengen van combiwanden bestaandeuit stalen kokerpalen met dubbele tus-senplank en het maken van waterdichtekopafdichtingen met grout-schermen.Hierop wordt nog teruggekomen.2. Dichten van de spleet onder de tunnelen ontgraven van het terrein tot eendiepte van circa 2 m.3. Installatie van het monitoring-systeemin de tunnel.4. Aanbrengen van hetbemalingssysteem.Zoals eerdervermeld, moetde verlagingvan de stijghoogte van hetgrondwater in ? EindsituatieBehalve voor het overbrengen van belastingnaar de dakplaat, hebben de V-vormige ko-lommen nog een andere functie. In de eind-situatie blijft alleen de tussenwand van detunnel bestaan. Maar deze is verzwakt doorde openingen die er voor het verhogen vande sociale veiligheid zijn in gemaakt. Om de ct) Ontgraving tot bovenzijde tunnelkniklengte van dewand te beperken, houdende vormvaste V-vormige kolommen de bo-venzijde van de wand vast en voorkomen zij-delingse verplaatsing daarvan.Ter plaatse van de noordhal van het stationzullen in de constructie vijzels worden opge-nomen om optredende zettingen te kunnencompenseren.In de eindsituatie wordtde constructie als to-taal belast door opwaartse waterdruk. Deoude tunnelbuis brengt dan een deel van debelasting via de console over op de nieuwevloer, terwijl het restant van de belasting viade tussenwand en de V~vormigekolommennaar de dakplaat wordt overgebracht. Devloer van het station brengt de opwaarts ge-richte belasting via de combiwand en trekpa-len naastdetunnel overnaarde ondergrond.De op de dakplaat uitgeoefende belastingwordt gecompenseerd door het gewicht vande plaat. Vijzels onder de V"vormige kolom-men maken hetmogelijk de krachtsverdeling ? Dakplaat gestortin het overblijvende deel van de bestaande r-~~~~~~~~~~~~~~~~~-------~--~-~~~..,constructie enigszins te be?nvloeden. Nadatze bij een gemiddelde waterstand op deNieuwe Maas op de gewenste krachtsverde-ling in de constructie zijn ingesteld, wordende vijzels geblokkeerd.CEMENT1995/11 17? tunnelbouw ? uitvoeringstechniek?@ Nokken en stempels voorkomen ontoelaatbare verplaatsingde omgevingbeperkt blijven. In kwetsba-re gebieden is maximaal 3 m verlagingtoelaatbaar en in de bouwput moet destijghoogte in het Pleistocene zand totNAP - 12,5 m (noord) en NAP - 7,5 m(zuid) worden teruggebracht. Op dezevoorwaarden is het bemalingssysteemberekend. In totaal zijn achttien onttrek-kingsbronnen en vier reservebronnenaangebracht waarmee gemiddeld 900en maximaal 1100 m3/h waterkan wor-den weggemalen. Daarnaast isin drie rij"en op verschillende afstanden van debouwput retourbemaling ge?nstalleerdwaarmee gemiddeld 450 m3/h waterkan worden teruggepompt in de bodem.5. Maken van de dakplaat. Deze construc-tie bestaat uit een ondervloer, balken eneen bovenplaat met een totale dikte van2,5 m. De overspanning bedraagt 30 mter plaatse van het brede deel van hetstation en 18 m bij het smalle deel. Dedakplaat is verbonden met de combi-wand en fungeert in de bouwfase alsstempel en in de eindsituatie als ge-wichtsconstructie die de tunnel in verti"cale richting vasthoudt.6. Beperkte bemaling van het Pleistocenezand en droog ontgraven van de bouw-put tot bovenkant tunnel.7. Storten van nokken op het tunneldak enaanbrengen van verticale en hori:zontalestempels tussen tunnel en respectieve-lijk dakplaat en bouwputwanden. Dit omer zeker van te kunnen zijn dat de tunnelonder geen enkele omstandigheid on-toelaatbaar verplaatst (fig. 10).8. Ontgraven van de grond tot aan de on-derzijde van de tunnel onder gelijktijdigebemaling van het Pleis~ocenezand. Omeenzijdige belasting op de tunnel tevoorkomen, wordt symmetrisch gewerktaan weerszijden van de tunnel.9. Vervaardigen van de trekpalen. In afwij-king van het bestek heeft de aannemergekozen voor trekpalen gemaakt vol-gens het Franki-systeem. De opdracht-gever heeft hiermee ingestemd nadatdoor een proefbelasting op een aantalpalen het vervormingsgedrag was vast-gesteld en akkoord bevonden.10. Maken van de waterdichte verbindingtussen stationsvloer en tunnel. Nadatde wanden van debestaandetunnel zijnopgeruwd en voorzien zijn van boorga-ten, wordt verbindingswapening inge-lijmd en kunnen de consolesworden ge-stort. Ten behoeve van de waterdichtingmet de stationsvloer zijn voegbanden in"gestort.11. Na het storten van de nieuwe vloer op deconsole en het maken van wanden tus-sen vloer en dakplaat is het station in ru-we lijnen gereed. Binnen het station vol-gen dan de afbouwwerkzaamheden, zo-als het aanbrengen van de tussenvloer,hetverwijderen van de horizontale stem-pels, het vervangen van de verticalestempels door de V-vormige kolommenen het aanbrengen van de perronvloe-ren.12. Nadat zekerheid bestaat dat het stationvolledig waterdicht is verbonden met debestaande tunnel en de kolommen tus-sen tunneldak en dakplaat zijn aange-bracht, kan de bemaling worden uitge-schakeld.13. Als laatste handeling volgt dan het slo-pen van de buitenwanden en een deelvan het dak van de tunnel waarmee sta-tion en tunnel een geheel worden. Ookbij deze werkzaamheden is het noodza-kelijk symmetrisch te werken om geenontoelaatbare kraChten en momentenin de oude tunneldoorsnede te veroorza-ken.14. Met het maken van de gaten in de tus-senwand en de bouwkundige afwerking,wordt het station voltooid.Uitvoering kopafsluiting van de bouwputVoor de afsluiting van de bouwput aan beidekopeinden is de door de aannemer voorge-stelde bouwmethode gevolgd. Om jetgrout-schermen in de grond te vervaardigen, is ge"bruik gemaakt van het VHP(Very High Pres-sure)-grouting systeem. Daarbij wordt eengatgeboord tot in een waterafsluitende laag.Vervolgens wordt tijdens het roterend trek-ken van de boorbuis onder zeer hoge druk(200-800 bar) een mengsel van cement enwater in de grond gebracht. Het mengselbreekt de korrelstructuur afen vermengtzichzodanig met de grond, datna verharding ho-mogene groutkolommen ontstaan. Met eenoverlapping naast elkaar geplaatst vormendeze een scherm dat het grondwater kan te-genhouden.Naast en boven de tunnel kunnen de kolom-men vanaf het maaiveld worden gemaakt.Onderdetunnel moet een bijzondere uitvoe-ringsmethode worden toegepast waarbijdoor tunneldak en -vloer wordt geboord (fig.11 t.m. 14). In grote lijnen is de werkvolgordehierbij:? VHP-grouting tot op dakplaat;? plaatsen van een stalen geleidingsbuis inverse specie (fig. 11);? na verharding van het grout, uitboren vande buis tot op de dakplaat;? frezen van een groef in de dakplaat enplaatsen van een buis in de groef om eenwaterdichte aansluiting te verkrijgen;? doorboren van het tunneldak en aanbren-gen van een waterdichte doorvoer metkoppelstuk;? overbrengen centerpunt van dak naarvloer;18 CEMENT1995jll? Plaatsen stalen geleidingsb(Jis@ Doorboren tunnelvloer@ Boren gat in tunnelvloer? VHP-grouting onder de vloer? boren van een (ondiep) gat in de tunnel-vloer en plaatsen van een koppelstuk meteen platte afsluiter (buiten het profiel vanvrije ruimte) (fig. 12);? pl.aatsen van een verbindingsbuis tussendak- en vloerplaat;? doorboren van de tunnelvloer (fig. 13);? VHP-grouting onder de vloer (fig. 14);? na verhardingvan de groutkolom, afsluitenvan de doorvoeren en wegnemen van deverbindingsbuis;? aanbrengen afdekplaten en eventueelna-injecteren van holle ruimten.Omdat deze handelingen alleenkunnen wor-den uitgevoerd als het betreffende spoornietwordt bereden, zijn de groutkolommen inde nachtelijke uren en in een paar weekein-den waarin enkelspoor werd gereden, ge-maakt (fig. 15).Hoewel de schermen gedurende enigemaanden goed hebben gefunctioneerd, is erin februari van dit jaar bij het noordelijkescherm lekkage opgetreden. Om verdereschade te voorkomen, was het nodig debouwput tijdelijk onder water te zetten. Deoorzaakvan de lekkage is niet metzekerheidvastgesteld. Het scherm is gerepareerdenversterkt door een tweede scherm voor hetbestaande aan te brengen. Bovendien zijnaanvullende maatregelen genomen om her-haling van de problemen te voorkomen. Ge-durende het hele proces kon het metrobe-drijf normaal doorgaan. Dankzij de horizon-tale en verticale stempels zijn geen verplaat-singen opgetreden en was er geen enkel risi-co voor de passagiers.? Tijdens het maken van de grout-kolommen reed de metro enkelspoorCEMENT1995/11Betrokkenen en voortgangHet werk is in december 1993 gestart. Me-dio 1997 zou het station na een testperiodein bedrijf genomen moeten worden. De ruw"bouw moet daartoe in de tweede helft van1996 gereed zijn. Via een inhaalslag pro"beert de aannemer de vertraging door delekkage van het noordelijke groutscherm inte lopen, zodat de gestelde doelen op de af-gesproken data worden bereikt.Het architectenbureau Zwarts en Jansma isaangetrokken als architect. Het technischeontwerp wordt verzorgd door het Ingenieurs-bureau van Gemeentewerken Rotterdam.HetBelgische aannemingsbedrijf CFE/MBGvoert het werk uitonder directie van het Inge-nieursbureau Beton- en Staalbouw van Ge-meentewerken Rotterdam. ?19