ing.R. Cameriken ing.W. de Leeuw, TEC Tunnel EngineeringConsultants (gevormd door DHVMilieu en Infrastructuur, Hastening en Witteveen + Bos), NieuwegeinIn het vorige nummer van CEMEWzijn naast het algemene ontwerp van de Wijkertunnelde ontwikkelingen op het gebied van de tunnelbouw ter sprake gekomen die van invloedzijn op de in aanbouw zijnde nieuwe verbinding onder het Noordzeekanaal. In deze af leve-ring worden de implicaties op het constructief ontwerp van de tunnel besproken. De afme-tingen van de tunnel, met inachtneming van de uitgangspunten, zijn minimaal gehoudenom een zo compact mogelijk en financieel aantrekkelijk ontwerp te realiseren. Het detail'voegen' krijgt extra aandacht vanwege nieuw ontwikkelde constructie-varianten.WIJKERTUNNEL:CONSTRUCTIEFONTWERP@ Langsdoorsnede totale tunnelIn lengterichting bestaat de tunnel in hoofd-zaak uit de constructie-onderdelen die metletters zijn aangeduid in figuur 1:? zes afgezonken tunnelelementen (a);? per toerit drie op staal gefundeerde geslo-ten tunnelmoten (b), met op de buitenstemoten de gebouwen (bl en b2);? per toerit vijf op trekpalen gefundeerdeopen bakconstructies (c);? per toerit een open ba kconstru ctie va ge-ballaste kunststoffolie (d);? kistdammen ter plaatse van de landhoof-den (e).De zinkvoegen en de sluitvoeg tussen detunnelelementen vormen bijzondere con-structie-onderdelen, die in dit artikel specia-le aandacht krijgen.De toeritten worden gebouwd in open bouw-putten, waarin de grondwaterstand met be-hulp van diepwelbronnen wordt verlaagd.De tunneltechnische installaties, gericht opde veiligheid en de regeling van het verkeerin de tunnel, vormen een belangrijke factor inhet tunnelontwerp, doch blijven in dit ver-band buiten beschouwing.TunneldoorsnedeDe tunnel bestaat uit twee verkeerskokerselk met drie rijstroken (foto 2 en fig. 3). Hetvolgens ROA-voorschriften ontworpen profielvan vrije ruimte heeft een hoogte van 4500mm, waarboven ruimte is voor matrixbordenen verlichting. Bij de gekozen overhoogte isgeen hoogtedetectie van voertuigen nodig.Om plaats te bieden aan de ventilatoren ishet tunneldak op twee plaatsen over enigelengte verhoogd.Het middenkanaal tussen de beide tunnel-buizen is 1350 mm breed en onderverdeeldin drie secties. Het onderste gedeelte is lei-dingkoker, het middelste vluchtgang bij cala-miteiten en het bovenste gedeelte kabelka-naal. Als toegang tot de vluchtgang wordt ge-bruik gemaakt van schuifdeuren, die slechts"bij een geringe druk open gaan en in een niswegschuiven.De tunnelwanden zijn voorzien van beton-nen voertuigkeringen (New Jersey profiel)alsschampkanten redresseerstrook. Mede6in verband met het vervoer van gevaarlijkestoffen is de dwarshelling van het wegdek1:50.LengteprofielOm de tunnel zo kort mogelijk te kunnen ma-ken, zijn onder meer de volgende ontwerpcri-teria gehanteerd:? de lengteas van de tunnel kruist het Noord-zeekanaal zo recht mogelijk;? de tunnelhoogte is zo klein mogelijk;? de dekking op de tunnel is zo gering moge-lijk, waarbij een minimale dikte van het af-dekgrind ter plaatse van het maatgevendepunt wordt aangehouden van 0,65 m;? hellingen van 4,5% bij een ontwerpsnel-heid van 120 km/h;? de boven- en onderstralen zijn minimaalvoor autosnelwegen, te weten 10 000 m,respectievelijk 2500 m.Af te zinken tunneldeelDe zes tunnelelementen dietezamenhetaf-gezonken gedeelte zullen vormen, zijn elk95,7 m lang. De elementen zijn onderver-deeld in vier stortmoten van gelijke lengte.De elementen 2 en 5 hebben plaatselijk eenverhoogd dak voor de ventilatoren. In ele-ment 3 wordt een waterkelder in de vloeraangebracht.De sluitvoeg bevindt zich tussen element 6en toerit-moot 1 aan de noordzijde (zie fig.1). Bij de oever is de waterstand minimaal,zodat de waterdruk gering is en de bekistingvoor de sluitvoeg relatief licht kan worden ge-construeerd. Het kanaalpeil ligt op 0,40 m-NAP.Het hoogst gelegen gedeelte van het dak vande tunnelelementen ligt op 8,00 m - NAP; hetdiepst gelegen gedeelte van de vloer op26,41 m - NAP (zie fig. 1). Dit betekent dathet verkeer op een maximale diepte van cir-ca 24 m - NAP het kanaal kruist.Bij de gegeven tunneldimensies en de diep-teligging is ongeveer de grens bereikt van hetredelijkerwijs mogelijke met betrekking totmoment- en dwarskrachtwapening zondervoorspanning in dwarsrichting.Zoals gebruikelijk worden de tunnelelemen-ten in verband met het transport voorzienvan voorspanning in langsrichting. Eenmaalafgezonken worden de kabels ter plaatsevan de mootvoegen doorboord, opdat demoten zich onafhankelijk van elkaar kunnen'zetten'.Om te voldoen aan de uitgangspunten vanhet 'Vervoer Gevaarlijke Stoffen door Tun-nels' is op het diepste punt van de tunnel eenpompkelder voorzien met een capaciteit vancirca 30 m3. Deze kelder dient voornamelijkvoor waterafvoer, maar biedttevens een buf-fercapaciteit bij calamiteiten, zoals het leeg-stromen van een tankwagen.De kelder is voor een deel opgenomen in deruimte die elders door ballastbeton wordt in-genomen. De geringe constructiehoogte terplaatse van de kelder noodzaakt tot mindereenvoudige constructieve oplossingen.Voor hulpverlening zijn de gebruikelijke hulp-postkasten, poederbluskasten en vlucht-deuren in de constructie opgenomen.De in het tunneldak aangebrachte hittewe-rende bekleding dient als bescherming vanbeton en wapening bij grote warmteontwik-keling (brand).Ter beperking van de verlichtingsinstallatie isreflectie gewenst, waartoe de tunnelwandenworden voorzien van glanzend witte tegels.Constructief ontwerp tunnelelementenDe tunnelelementen hebben in de transport-fase een vrijboord van maximaal 400 mm enminimaal 150 mm. In de eindsituatie, na af-zinken en aanvullen met grond op de oren enop het dak, is de minimale gemiddeldegrondspanning 5 kN/m2. De maximalegrondspanning ligt voor de Wijkertunnel opcirca 40 kN/m2. Deze uitgangspunten heb-ben onder meer geleid tot de dimensies vanfiguur 3.Met behulp van een lineair-elastisch tweedi-mensionaal raamwerkprogramma zijn voorbepaalde belastingsgevallen de krachten envervormingen van de tunneldoorsnede be-paald.7Twee berekeningsmethodieken zijn onder-scheiden, een eenvoudige en een geavan-ceerde:? De eenvoudige methode gaat uit van eenconstructie op een verende bedding, waar-bij slechts de eindsituatie met alle mogelijkop de constructie voorkomende belastin-gen wordt gesimuleerd. Vooral het inschat-ten van de juiste beddingsconstante ishierbij van grote invloed op de resulteren-de krachten in de betondoorsnede.? De geavanceerde methode volgt de fase-ringen zoals die in werkelijkheid voorko-men: van een randvoorwaarde in de tijdelij-ke fase, waarbij de dwarsdoorsnede optwee discrete punten, de 'pennen' ligt, viaeen systeem waarbij door middel van hetonderstromen geleidelijk wordt overge-gaan naar een doorsnede op verende bed-ding in de eindsituatie.In de opeenvolgende stadia wordt de tunnelbelast door verschillende specifieke belas-tingen, al dan niet in combinatie. Behalveeen juiste beddingsconstante is de belas-ting door de watertanks van belang. Dekromming van met name de vloer als gevolgvan de opwaartse waterdruk is aanleiding totiniti?le spanningen in de gehele tunnel-doorsnede. Om dit gegeven in de eenvoudi-ge berekeningsmethode mee te nemen,moet worden uitgegaan van een lage bed-dingsconstante.Aangezien de berekening in een vroeg sta-dium wordt gemaakt, zijn de uitgangspuntenover plaatselijke belastingen tijdens het af-zinken niet eenvoudigalseenheidsbelastingdan wel per lengte tunnel in te schatten.Behalve eigen gewicht, alsmede water- engrondbelasting, worden temperatuur-, ver-keers- en explosiebelastingen in de belas-tingscombinaties meegenomen. Vooral dewaterbelasting heeft bij dieper gelegen tun-nels een allesoverheersend effect op de dwarskrachten en momenten.Bij het bepalen van de momentwapening isuitgegaan van de 'verschoven M-lijn', waarbijvoor de extreme scheurheliing 45? is aange-houden. Aangezien bij een tunnel sprake isvan een permanent op de constructie aan-wezige alzijdige drukbelasting, is de nor-maalkracht voor het bepalen van de wape-ning gedeeltelijk meegenomen, wat tot eenzekere reductie leidt.Uitgaande van een vochtig milieu neemt alsgevolg van het scheurwijdtecriterium dehoofdwapeningtoe met minimaal 5% en ma-ximaal 35% ten opzichte van de wapeningdie nodig is voor de sterkte in de verschillen-de sneden.Voor de controle op dwarskracht is de doorTNO, in opdracht van Rijkswaterstaat, ont-wikkelde methode voor het bepalen van dedwarskrachtcapaciteit van liggers en platentoegepast.Vergeleken met de rekenregels volgens deVB 1974/1984 ende VBC1990, zijn bij dezemethode veel parameters bepalend voor dedwarskrachtopname. Daarbij blijkt wapeningnodig op plaatsen die veelal niet worden ge-dekt door VB en VBC. Ook in overeenkomsti-ge sneden is de berekende dwarskrachtca-paciteit niet altijd gelijk.De dwarskrachtwapening wordt uitgevoerdin de vorm van beugels, die om de hoofdwa-pening worden aangebracht.Voor een zo economisch mogelijk gebruikvan wapeningsstaal zijn verschillende door-sneden berekend. De hoeveelheid wape-ningsstaal per m3beton Is voor het zwaarstbelaste tunnelelement ongeveer 30% hogerdan voor het lichtst belaste element.Aansluitend aan de sluitvoeg, de dilatatie-voegen en de zinkvoegen worden extra stro-ken wapening voorzien.Extra wapening is ook nodig voor de trans-port- en afzinkfasen. De belangrijkste voor-zieningen zijn in dit verband bolders, fair-leadconstructies, hijspunten, tijdelijke op-legpunten en de aanslagen achter de kop-schotten. Ook de voorspanning voor het zee-transport vormt in dit kader een belangrijk8onderdeel. Deze aspecten worden beschre-ven in een volgend artikel in het oktobernum-mer van Cement.VoegenBij de detaillering van het ontwerp van de Wij-kertunnel zijn varianten beschouwd voor dezinkvoegen en de sluitvoeg. De ontwikkeldedetails zijn ook van algemeen belang voordeze voor zinktunnels essenti?le construc-tie-onderdelen.Gestreefd is naar een vormgeving waarbij dekrachtsoverdracht in principe plaatsheeftvia een in de vloer aangebrachte doorgaan-de betonnen tand. Dit verschilt sterk van deconventionele oplossing, waarbij de dwars-kracht geconcentreerd wordt overgebrachtmet stalen deuvels. Hoewel de stalen deu-vels, gezien de toepassing bij vele tunnels, inde loop van de tijd hun waarde hebben bewe-zen, is de uitgewerkte oplossingaantrekkelij-ker tijdens de uitvoering dan die met stalendeuvels.ZinkvoegenFiguur 4 toont het principe van een zinkvoegmet stalen deuvels. Figuur 5 toont de zink-voeg met een doorgaande betonnen tanddie niet alleen wordt toegepast tussen tweetunnelelementen, maar ook tussen het terplaatse gebouwde landhoofd en een tunnel-element.De zinkvoegafwerking, zoals het stalen fra-me, bestaande uit IPE-profielen en stalen in-gelaste kopplaten, waarop het GINA-profielals tijdelijke dichting en later het Omega-pro-fiel als permanente dichting worden beves-tigd, heeft geen principi?le verandering on-dergaan vergeleken met het oorspronkelijkeontwerp.Om de betonnen tand op te sluiten, is een uit-gebouwde nok gerealiseerd waardoor hetprincipe van een vaar- en moereind ontstaat.Aangezien zowel de tand als de nok over degehele vloerbreedte tot aan de buitenwan-den doorlopen, zal de dwarskracht gelijkma-tig worden overgebracht. Zowel rotatie om delengteas van de tunnel als translatie in verti-cale en horizontale zin worden hiermee voor-komen. In het werk worden Lentonankers in-gedraaid in bussen, die zijn opgenomen inhet constructiebeton van de vloer, waarnade tand wordt gewapend en gestort.In principe wordt een soortgelijke werkwijzegevolgd bij het aanbrengen van de nok. Detand en de nok worden binnen de hoogte vanhet ballastbeton aangebracht. De bescher-ming van het Omega-profiel wordt in de con-structie opgenomen.De belangrijkste voordelen van de nieuwezinkvoeg zijn:? het vervallen van de relatief moeilijk aan tebrengen stalen deuvels en de daarop af testemmen wapening;? vergroting van de totale dwarskrachtcapa-citeit;? meer vrijheden bij het aanbrengen van despankoppen van de voorspanning.SluitvoegDe sluitvoeg bestaat uit een ter plaatse ge-stort betonnen tunneldeel tussen element 6en het noordelijk landhoofd, aan beide zijdenvoorzien van een rubber-metaal voegstrookvoor waterafdichting (fig. 6).In verband met de manoeuvreerbaarheid enhet in positie brengen van het laatste tunnel-element, is een maat gekozen van 1,20 m.Gezien de gunstige ligging van de sluitvoeg,buiten de vaargeul in nagenoeg stilstaand enondiep water, kan de werkruimte ter plaatsevan de dakbekisting zonder kans op aanva-ring worden vergroot.De zettingsverschillen ten opzichte van hetlandhoofd zullen groter zijn dan tussen tweetunnelelementen. De buitenwanden en hetdak worden uitgebouwd meteen verzwaardekraag. Tussen en in het verlengde van dezeverzwaarde wanden worden direct na het af-zinken opsluitwiggen geplaatst die later nietworden verwijderd.De aansluiting van sluitvoeg en landhoofd iste beschouwen als een dilatatievoeg, met9dien verstande, dat de dwarskracht uitslui-tend via de vloer wordt overgebracht, doormiddel van een deuvelconstructie. Door deopsluiting worden zowel horizontale als verti-cale zettingsverschillen voorkomen evenalsrotatie van de kopvlakken ten opzichte vanelkaar.ToerittenDe in gewapend beton uitgevoerde toeritten,in totaal bestaande uit acht moten (zie vooraanduidingen fig. 1), zijn als volgt onderver-deeld:? de diepst gelegen moten 1 en 2 (b) zijnoverdekt uitgevoerd en vormen na grond-aanvulling de zwaarst belaste tunnelon-derdelen;? de aansluitende moot 3 aan de zuidzijde iseveneens overdekt uitgevoerd en ge?nte-greerd met het bedieningsgebouw (bl).Het dienstengebouw (b2) bevindt zich opmoot 3 aan de noordzijde;? moot 4 (c) is ter plaatse van de uitrit over-dekt en ter plaatse van de inrit als openbak uitgevoerd. Boven het overdekte ge-deelte wordt een kleine parkeerplaatsaangelegd, waarvan het niveau gelijk ligtmet de entree tot de beide gebouwen;? de moten 5 tm. 8 (c) zijn als open bak uit-gevoerd en evenals moot 4 gefundeerd optrekpalen.De moten 1 tm. 3 en de grondaanvulling zijnop zich zwaar genoeg om de opwaartse wa-terdruk te kunnen weerstaan, waardoor pa-len overbodig zijn. Gezien de stijve grondslagter plaatse, kunnen de constructies op staalworden gefundeerd. De grondbelastingenonder de moten zijn zeer laag. Zettingen enzettingsverschillen zijn daardoor nauwelijkste verwachten.TrekpalenUit het grondonderzoek bleek, dat bij toe-passing van prefab betonpaien zwaar hei-werk te verwachten was om, bij de gewensteinheidiepte, de benodigde trekkracht te kun-nen leveren. Daarom is gekozen voor in degrond gevormde trekpalen type Vibro. Hierbijwordt een stalen casing op diepte geheid,die met beton wordt gevuld, waarna de ca-sing heiend wordt getrokken. Een centralestaaf van voorspanstaal wordt in de paal op-genomen en na verharding op de bovenzijdeafgespannen.De trekkracht die het resultaat is van de op-waarts gerichte waterdruk onder de opentoeritmoten, wordt op de paal overgebrachtvia wapeningsstaven in de bovenzijde van depaal. Bijzondere aandacht is geschonkenaan scheurvorming in de paal door dekrachtsoverdracht van deze wapening naarde voorspanstaaf.Er is van afgezien de palen op de vloer af tespannen in verband met de voorzieningendie daarbij in de vloer moesten worden ge-troffen en de nadelige invloed hiervan op hetbouwproces.De aannemer heeft als alternatief een com-bipaal uitgevoerd. Deze paal bestaat uit eenvoorgespannen prefab betonpaal, die in eenvooraf op diepte geheide stalen casing han-gend, wordt omstort met grout. Direct daar-na wordt de casing heiend getrokken. Doorde paalkop te snellen komen de stekken vrij,die als verankering in de vloer worden opge-nomen. Het heien van de stalen casing meteen diameter van 508 mm is overigens min-der zwaar gebleken dan was verwacht.Ter voorkoming van te grote horizontale be-lastingen op de palen door cumulatieve ver-lengingvan de toeritmoten bij stijging van debuitentemperatuur, wordt in de voegen tus-sen de moten samendrukbaar materiaalaangebracht.KistdammenNa het bouwen van de gesloten gedeeltenvan de toeritten, wordt het aanvankelijk bin-nen de bouwput afgegraven dijklichaam her-steld. Dit geschiedt aan beide zijden van hetkanaal met behulp van kistdammen, waar-van'de voor- en achterwanden uit stalendamwand bestaan (foto 7 en 8).Bepalend voor de breedte van de kistdam isonder meer de rijksweg die hierover wordtaangelegd. In verband met zettingsgevaarwordt de weg niet over de starre stalen dam-wand geleid. De damwanden sluiten water-dicht aan op de betonnen toeritmoot en dedaarop aangebrachte betonnen frontwand.Tevens is voorzien in een stalen scherm te-gen onderloopsheid onder deze moot.De kistdam bestaat uiteen voor- en een ach-terwand van nagenoeg gelijke afmetingen.De wanden worden op vier niveaus met on-derlinge afstanden van circa 4 m, met behulpvan ankerkabels verankerd. De kabels vol-gen de te verwachten zetting van de onder-grond. De kistdammen worden in fasen aanJgevuld en voorgespannen. De ankers wor-den ge?njecteerd nadat de volledige aanvul-(7) Kistdam in vroeg stadiumfoto: F. Tijtsma, Velsen10ling heeft plaatsgehad en daarmee de defi-nitieve kracht in de ankers aanwezig is. Inverband met het belang dat uit een oogpuntvan veiligheid aan deze dijk wordt toege-kend, in combinatie met de aangehouden le-vensduur, is gekozen voor groutinjectie alscorrosiebescherming.VliesconstructieHet ondiepe deel van de tunneltoerittenwordt gerealiseerd met behulp van 1 mm dik-ke PVC-folie. Uit ervaring is gebleken dat eenkunststof folie, toegepast om een kunstma-tige polder met afsluitende laag te cre?ren,goed voldoet en tot op bepaalde diepte fi-nancieel aantrekkelijker is dan een beton-nen bak. Zowel aan de noord- als aan dezuidzijde wordt in principe gebruik gemaaktvan:? een diep gelegen vlies (maximaal 15,70 m- NAP), aansluitend op de betonnen bak-constructie met een staal-rubber klem-constructie;? een hoog gelegen vlies (maximaal 6,15 m -NAP), aansluitend en aangebracht even-wijdig aan de betonnen bakconstructie,eveneens met een klemconstructie.Het omslagpunt van een diep gelegen vloernaar een combinatie van hoog gelegen vliesen een betonnen bakconstructie op trekpa-len, is voor de Wijkertunnel bepaald door het(?) Kistdamconstructiefoto: F. Tijtsma, Velsenmaken van een kostenvergelijking. Daarbij isuitgegaan van een in den droge aangebrachtvlies, opdat een goede controle op de uitvoe-ring mogelijk is.Om opdrijven van het vlies als gevolg van deopwaartse waterdruk te voorkomen, wordtdit geballast met zand en grond.Direct boven het vlies wordt een riolerings-en drainagesysteem aangebracht dat viastraatkolken en ingebetonneerde afvoerbui-zen, afwatert op de pompkelders (zie de on-derdelen f in figuur 1),(9) Kruisend verkeerfoto: Aeroview, Dick SellenraadIn het volgende artikel {Cement nr. 10) aan-dacht voor de toegepaste systeembekistin-gen en het komend transport van de tunnel-elementen over zee.11