ingJ. van Vliet, Bouwdienst Rijkswaterstaat, afdeling TunnelbouwBij het openstellen van de Velsertunnel In 1957 was het onmogelijk te voorzien dat hetaantal van 20 000 voertuigen dat per etmaal van deze tunnel gebruik maakte, In 25 jaartot bijna 80 000 zou oplopen. Omstreeks 1970 begon zich dit, vooral in de spitsuren, al afte tekenen doordat de werkgelegenheid in de kop van Noord-Holland achterbleef bij deverwachtingen, waardoor het woon-werkverkeer van noord naar zuid versneld toenam.In 1974 werden de voorbereidingen getroffen voor een nieuwe oeververbinding in de IJ-mond. Na een lange periode van voorbereiding ondertekende de overheid in december1992 met de exploitatiemaatschappij Wijkertunnel het contract voor financiering en ex-ploitatie van de tunnel. De openstelling is voorzien in augustus 1996.In vier artikelen zal aandacht worden besteed aan de nieuwe tunnel. In deze aflevering ko-men het ontwerp en de ontwikkelingen aan de orde en in de volgende de constructieve as-pecten, de bekistingen en het vervoer van de elementen over zee.WIJKERTUNNEL:OPHEFFINGVERKEERSPROBLEMENINA9ONTWIKKELINGEN TUNNELBOUW VERWERKT IN WIJKERTUNNELDe Velsertunnel heeft aan beide zijden aan-sluitingen die heel kort voor de tunnelingangzijn gelegen, waardoor het doorgaande ver-keer via ??n rijstrook of via stoplichten moetworden geleid. Gecombineerd met het groteverkeersaanbod zorgt dat voor de dagelijkseproblemen.Bij de nieuwe tunnel worden de aansluitin-gen ver naar het noorden en zuiden gelegd,waardoor de tunnelpassage ongehinderdkan plaatshebben. De Velsertunnel krijgt naopening van de Wijkertunnel uitsluitend re-gionale betekenis.De nieuwe tunnel is om redenen van ruimte(bestaande bebouwing) niet direct naast deVelsertunnel geprojecteerd, maar verder lan-dinwaarts (fig. 1).Daardoor moet de A9 over grote lengte wor-den verlegd, hetgeen voor Beverwijk hetvoordeel met zich meebrengt dat uitbreidingaan de oostzijde mogelijk wordt. Ter plaatsewordt de bestaande A9 na omlegging danook verwijderd.Het project omvat zodoende meer dan al-leen een 'tweedetunnel'. In cijfers: hettotalewerk is geraamd op 600 miljoen, waarvande aanneemsom van de Wijkertunnel 170miljoen bedraagt (incl. BTW).Het projectTot het project Wijkertunnel behoren de vol-gende werken:? aanleg van de A22 (tussen de A9 bij Sant-poort en bij Beverwijk);? de Wijkertunnel onder het Noordzeeka-naal;? verlegging en gedeeltelijke verbreding vande A9 tussen Beverwijk en Uitgeest;? aanleg van twee rustplaatsen langs de A9;? aansluiting gemeente Heemskerk op verlegde A9;? reconstructie aansluiting provinciale wegN203 op de A9;? sloop van een gedeelte van de A9;? aanleg geluidswal bij Beverwijk;? aanleg van 20 bijkomende kunstwerken;? uitbreiding en aanpassing verkeersbe-heersings- en begeleidingssysteem 'Wij-vels' (Wijker-, Velser- en Schipholtunnel).TunnelontwerpHet gesloten gedeelte van de Wijkertunnel is684 m lang (fig. 2a). Het af te zinken tunnel-deel bestaat uitzes elementen, elk bijna 100m lang, 8 m hoog en 31,5 m breed.De zes elementen worden gebouwd in hetbouwdok Barendrecht en zuilen in mei/juni1995 over de Noordzee via de sluizen van IJ-muiden naar hun plaats worden gesleept. De4 CEMENT1994/7/8OntwikkelingenHet bouwen van verkeerstunnels is in Nederland geen unieke gebeurtenismaar meer een hoog ontwikkeld specialisme, gebaseerd op de toepassing vande meest geavanceerde technieken in combinatie met een grote dosis kennisen ervaring. Bekende voorbeelden zijn de Schipholtunnel, de Coentunnel, deVelsertunnel, de Zeeburgertunnel en de meest recente, de tunnel onder deNoord.De Bouwdienst van Rijkswaterstaat acht het als ??n van haar belangrijkste ta-ken nieuwe ontwikkelingen te onderzoeken en te stimuleren, eventueel in sa-menwerking met ingenieursbureaus en aannemers. Tijdens de ontwerp- enbesteksfase van de Wijkertunnel is onder meer de afweging gemaakt ten aan-zien van:? ontwerpverantwoordelijkheid Bouwdienst en uitvoeringsverantwoorde-lijkheid toekomstige aannemer met alternatieven ('open marktbenade-ring');? de huidige rekenmethodieken en toekomstige ontwikkelingen daarin;? noodzakelijke voorzieningen in een moderne (verkeers)tunnel met betrek-king tot veiligheid, onderhoud en milieu;? toe te passen ontwikkelingen/alternatieven.In de Wijkertunnel worden nieuwe inzichten verwerkt ten aanzien van:? plaats en aantal ventilatoren;? besturingssysteem;? verlichtingssysteem in de tunnelbuis, vooral de overgang van daglicht naarkunstlicht, de 'daglichtroosters' vervallen;? zink- en sluitvoegconstructie;? wegdek in de tunnel.(1) Plaats van de Wijkertunnel in de veran-derende infrastructuur1.A222. Verlegde A93. Beverwijk6. Velsen7. WijkertunnelCEMENT1994/7/8 56 CEMENT1994/7/8toeritten worden op de oevers gemaakt,waartussen de tunnelelementen worden af-gezonken. De bouwmethode bestaat al lang:de eerste afgezonken tunnel werd in 1894 inde Verenigde Staten gerealiseerd.De totale tunnel (open en gesloten gedeel-te) is circa 1390 m lang. Binnenwerks zijn detwee tunnelbuizen 13 m breed, met elk 2 rij-stroken en een vluchtstrook. Tussen de bui-zen is een vluchtgang/leidingkoker voorzien(fig. 2b).Het diepste punt van de tunnel ligt op circa26 m - NAP. Boven de tunnel staat dan in hetNoordzeekanaal ruim 17 m water.Het gesloten tunneldeel komt in een 10 mdiepe en 40 m brede zinksleuf in het Noord-zeekanaalte liggen. Hiervoormoet ongeveer800 000 m3baggerwerk worden verzet.De toeritten worden in open bouwputten ge-bouwd (foto 3), waarvoor 500 000 m3grondis verzet.In verband met het hellingspercentage vande tunnel van 4,5% krijgen beide toeritteneen extra derde rijstrook aan de linkerkantvoor het 'snellere' verkeer. Hierdoor veroor-zaakt het langzaam omhoogrijdende vracht-verkeer bij het verlaten van de tunnel geenoponthoud.Tijdens de bouw moet zowel het scheep-vaartverkeer als het verkeer op de provincia-le wegen langs het Noordzeekanaal (N 202en N 246) zo min mogelijk worden gehin-derd.ToerittenDe bouw van de tunnel is in maart 1993 ge-start met de aanleg van de toeritten, elk op-gebouwd uit acht moten (fig. 2a). De volgor-de hierbij is als volgt:Eerst worden op beide kanaaloevers dam-wanden geheid die de kistdamconstructievormen voor de overgang tussen het land-gedeelte en de later te realiseren zinksleuf -(foto 4).Hierna worden open bouwputten gegraventot een diepte van 17 m - NAP. Een uitgebreidbemalingssysteem zorgt ervoor dat de put-ten droog blijven.In de open gedeelten van de toeritten (moot4t.m.8),inzoweldenoord-alszuidtoerit,zijnin de grond gevormde palen (terra-combi-systeem) aangebracht. Daarna kunnen degesloten overgangsgedeelten (moot 1 t.m.3) worden gebouwd. Deze zijn op staal ge-fundeerd met een gezamenlijke lengte van55 m.De doorsnede van deze moten is gelijk aandie van de tunnelelementen. Hiervoor wordtdan ook dezelfde bekisting toegepast, dievervolgens naar Barendrecht wordt getrans-porteerd om daar voor de elementen te wor-den ingezet.Op dit gesloten gedeelte komt aan de zuid-kant het bedieningsgebouw en aan denoordkant het dienstengebouw.Tegelijkertijd worden ook de open gedeeltenvan de toeritten aangelegd (moot 4 Lm. 8)met een totale lengte van 100 m (foto 5).Hiervan vormen moot 5 t.m. 8 de echte openbakconstructie, terwijl moot 4 aan de uitrit-kant nog een dakgedeelte heeft om te voor-komen dat net voor de in- en uitgang van detunnel een 'draaikolk van lucht' gaat ont-staan. De uitlaatgassen van de uitrit zoudendan de ingang kunnen worden ingezogen.Om te voorkomen dat na de bouw van de toe-ritten het grondwater de tunnel inloopt,wordt achter de laatste betonmoot van detoerit (moot 8) een waterdicht vlies (folie)aangebracht, met een lengte van respectie-velijk circa 325 m en 180 m voor de zuid- ennoordoever.CEMENT1994/7/8 7TunnelelementenEik van de zes tunnelelementen is opge-bouwd uit vier moten van 25 m. Een dilatatie-voeg tussen de moten zorgt voor de nodige'flexibiliteit' in de eindfase. Een tunnelele-ment heeft een massa van ruim 210001.De elementen worden gebouwd in het bouw-dok in Barendrecht aan de Oude Maas, waar-in in 1990 de elementen voor de tunnel on-der de Noord en de Willemsspoortunnel teRotterdam zijn gebouwd. De elementen wor-den in den droge gebouwd en zullen begin1995 gereed zijn voor transport. Het bouw-dok wordt dan onder water gezet en de dijkdoorgebaggerd.Om de elementen geschikt te maken voorhet transport over zee, wordt extra voorspan-ning aangebracht. Voor dit zeetransport zijnmet een schaalmodel van een tunnelele-ment uitgebreide proeven gedaan in een si-mulatielaboratorium te Wageningen.Tijdelijkworden deelementen metkopschot-ten waterdicht afgesloten, opdat deze drij-vend getransporteerd kunnen worden. Stukvoor stuk gaan ze dan via de Oude Maas, deNieuwe Waterweg, de Noordzee en de slui-zen van Umuiden naar Velsen. In totaal duurtdit transport voor alle elementen gezamen-lijk circa 6 ? 8 weken.Op de plek van bestemming worden ze naeen tussenopslag ??n voor ??n tussen delandhoofden in de zinksleuf afgezonken. Ditafzinkproces duurt per element 18 tot 24uur. Om echter geen al te lange wachttijdenvoor het scheepvaartverkeer te laten ont-staan, is tussen elk afzinkproces ??n weektijd voorzien. Dan kan de scheepvaart (metaangepaste snelheid) passeren.AfzinkprocesHet afzinkproces kentdrie bijzondere aspec-ten (fig. 6).Ten eerste is het Noordzeekanaal circa 16 mdiep, hetgeen grote drukkrachten veroor-zaakt op zowel de elementen als het rubberafdichtingsprofiel (Ginaprofiel) op de buiten-omtrek van het element (fig. 7). Er zijn danook grote mechanische krachten nodig omde positie van een afgezonken tunnelele-ment eventueel te corrigeren.Ten tweede wordt het kanaal bevaren doorgrote zeeschepen, die een aanzienlijke be-?lasting op de tunnelelementen kunnen ver-oorzaken. Zo kan de waterdruk op het tun-nelelement, onder meer door de boeggolf,2 m vari?ren.Een derde complicatie is de fluctuatie vanzout en zoet water nabij de zinksleuf. Doorhet schutten van de sluizen in Umuiden ver-zamelt zich onder in het kanaal een concen-tratie van zout water. In deze zouttong veran-dert de opdrijvende kracht op een tunnelele-ment. Daarom moet tijdens de afzinkopera-tie extra ballastwater worden ingelaten in tij-delijke ballasttanks in de tunnelelementen.AfbouwNa afzinken van de elementen start de af-bouw. Dit omvat onder meer het aanbrengenvan ballastbeton, het installeren van diversevoorzieningen zoals kabels, leidingen, deu-8 CEMENT1994/7/8ren, tegelwerk, voertuigkeringen (New-Jer-sey profiel), afvoersysteem voor regenwaterdat via de autobanden in de tunnel terechtkomt en voor schoonmaakwater van de wan-den.Ten slotte het aanbrengen van de asfaltver-harding. Op de toerit en de eerste 20 m in detunnel bestaat de asfaltverharding uit ZOAB;het overige gedeelte wordt in verband met de(brand)veiligheid voorzien van dicht asfalt-beton. Brandbare vloeistoffen kunnen zichgemakkelijk verspreiden in ZOAB, wat nietgewenst is. Tevens worden wegmarkering,verlichting, ventilatie, verkeerssignaleringenz. aangebracht.TunnelinstallatiesDiverse installaties in de tunnel garandereneen veilig gebruik. Hierdoor kan de tunnelworden opgenomen in de route voor gevaar-lijke stoffen categorie I. Enkele onderdelenzijn:? energievoorzieningen (aansluiting opopenbaar energiebedrijf, noodstroom-voorziening en no-breakvoorziening;? tunnelverlichting;? pompinstallaties;? ventilatievoorziening;? brandblusvoorziening;? communicatiesystemen;? verkeersinstallaties;? besturingsinstallaties.Projectorganisatie en uitvoeringRijkswaterstaat directie Noord-Holland voerthet projectmanagement over het totale pro-ject Wijkertunnel. De Bouwdienst Rijkswater-staat heeft het ontwerp en het bestek van detunnel verzorgd en is ingeschakeld voor hetprojectmanagement van de tunnelbouw.De detail-engineering en begeleiding van deuitvoering van de tunnel (toezicht) is uitbe-steed aan Tunnel Engineering Consultants(TEC), onder toezicht van de Bouwdienst.De bouw van de tunnel wordt uitgevoerd doorde Tunnel Combinatie Nederland (TCN), eenconsortium van vijf aannemers: Structon Be-tonbouw, BAM Bredero Bouw, Haverkort In-frabouw, Van Oord ACZ en Dywidag.KwaliteitsbewakingZowel bij de detail-engineering als bij debouw van de tunnel wordt kwaliteitsborgingtoegepast op basis van NEN-ISO 9001. Ditbetekent onder meer dat v??raf de kwali-teitsdoelstellingen zijn vastgelegd in kwali-teitsplannen. Deze bevatten een overzichtvan alle beheersaspecten zoals organisatie,communicatie, eisen, middelen, inkoop, tijd,financi?n, controles en ervaringen.CEMENT1994/7/8 9NIEUWE ONTWIKKELINGENIn de aanbestedingsfase en zelfs tijdens deuitvoering zijn enkele nieuwe ontwikkelingendoorgevoerd. De meeste ervan leveren eenaanzienlijk beter produkt tegen lagere kos-ten. Enkele daarvan worden hier toegelicht.Plaats en aantal ventilatorenDe vraag: wat is de beste plaats voor ventila-toren in een tunnelbuis en hoeveel ventilato-ren zijn nodig voor een schone en veilige au-totunnel, heeft, na een uitgebreide studie,een nieuw antwoord opgeleverd.Een veilig tunnel-ventilatiesysteem moetglobaal aan twee eisen voldoen:? voldoende toevoer van frisse lucht om tevoorkomen dat mensen last krijgen van ho-ge concentraties schadelijke stoffen;? bij brand moeten de rook en de hete luchtvoldoende in ??n richting worden afge-voerd.PlaatsOm aan de eisen te kunnen voldoen, was hettot voor kort gebruikelijk vrij grote ventilato-ren (diameter circa 0,85 m, lengte circa 3,20m) langs de buiten- of binnenwand te plaat-sen. Afstemming tussen het vereiste profielvan vrije ruimte voor het verkeer (ROA-voor-schriften) en de benutting van de resterenderuimte (beschikbare tunnelprofiel), maakteplaatsing van de ventilatoren in ??n der hoe-ken van de tunnelbuis mogelijk (fig. 8). Tochbleken de ventilatoren op een 'aanrijgevoeli-ge' plaats te hangen, zoals is gebleken bij deZeeburgertunnel en de tunnel onder deNoord.Uit een variantenafweging is naar voren ge-komen dat concentratie van alle benodigdeventilatoren in ??n tunnelbuis op twee of drieplaatsen, opgesteld in een 'nis' in hettunnel-dak (fig. 8b), de voorkeur verdient boven hettot nu toe gebruikelijke systeem. Het voor-deel is: nagenoeg niet aanrijgevoelig doorplaatsing buiten het profiel van vrije ruimte.AantalHet Klvl heeft in 1975 aanbevelingen ge-daan voor het ontwerpen en berekenen vanventilatiesystemen in tunnels. De Bouw-dienst vond in 1989 dat die aanbevelingenmoesten worden aangepast aan recenteontwikkelingen.In plaats van een deterministische ontwerp-methode is gekozen voor een probabilisti-sche. Dit heeft geleid tot de aanbevelingen1991 van het Klvl voor ventilatie van auto-tunnels.Vroeger werd vanuit een grenswaarde voorde vervuiling vastgesteld hoeveel ventilato-ren er in een tunnel moesten komen. Nuwordt vanuiteen aantal ventilatie-units vast-gesteld wat het effect voor de luchtverver-sing op passanten is.De berekening waarbij de kans op een onge-zonde situatie nog juist aanvaardbaar is,geeft het minimaal vereiste aantal ventilato-ren. Als invoervahabelen zijn onder meer be-langrijk:? snelheid verkeer in tunnel;? windrichting en windsnelheid;? hellingspercentage; lengte tunnel; tunnel-profiel.Op bovenstaande wijze wordt een aantalscenario's doorgerekend zoals 'automobilistin file', 'grote brand', 'vluchtende automobi-list' enz. De berekeningsresultaten wordengetoetst aan een grenswaarde en een kans(over- of onderschrijdingskans).Voor de Wijkertunnel betekende de determi-nistische berekeningsmethode dat er in to-taal 48 ventilatoren nodig waren; volgens deprobabilistische methode in totaal 26. Ditbetekende een besparing van circa 1,5 mil-joen gulden.BesturingssysteemOok in de Wijkertunnel is een uitgebreid be-sturingssysteem opgenomen voor de ver-keersafwikkeling en de totale eiektromecha-nische installaties. Doel is bewakingen con-trole van alle installaties en een zodanigepresentatie dat de operator, indien noodza-kelijk, snel en adequaat kan ingrijpen. Demeest relevante gegevens zoals alarmen,CO-metingen, verkeerstellingen enz. moetenin een centrale computer kunnen worden op-geslagen om na verloop van tijd een over-zicht te kunnen presenteren.Een veel gebruikt systeem is SATTCON. Voorde Wijkertunnel is echter gekozen voor SATT-LINE, een besturingssysteem dat door toe-passing van een snel communicatie-net-werk (ethernet) in plaats van de gebruikelij-ke drie systeemlagen maartwee lagen nodigheeft.VerlichtingssysteemVoor de verlichting in tunnels is tot nu toe inNederland een 'symmetrische' verlichting10 CEMENT1994/7/8toegepast, eventueel gecombineerd meteen daglichtrooster. Het kenmerkende vandit type verlichting is, dat het licht even sterkin de rijrichting als tegen de rijrichting in-straalt.Tegenstraalverlichting wordt verkregen doorde armaturen zodanigte construeren dat hetlicht tegen het verkeer instraalt. Dit type ver-lichting is tot nu toe in Nederland niet toege-past.In de Velsertunnel is een 'pilot-project' uitge-voerd, waarbij de noord-ingang is voorzienvan dit verlichtingssysteem, dat vooral inZwitserland veel wordt toegepast.De Bouwdienst heeft deze proef vooral op-gezet om inzicht te krijgen in het systeem ener ervaring mee op te doen, inzicht te krijgenin energie-, aanschaf-en onderhoudskostenen een vergelijking met bestaande systemenin tunnels te kunnen maken.Voor de verlichting bestaan in tunnels driezones: de drempelzone, de overgangszoneen de centrale zone.De drempelzone bevindt zich bij de ingang.Deze zone kan van een lichtrooster of kunst-matige verlichting worden voorzien. Het be-nodigde lichtniveau is in deze zone hethoogst. Na deze zone volgen de overgangs-zone en de centrale zone.Uit de 'pilot-proef bij de Velsertunnel is ge-bleken dat tegenstraalverlichting een goedalternatief is voor de symmetrische verlich-ting en toepasbaar is voor de drempel- enovergangszones. De waarneembaarheid isaanzienlijk beter, het 'zwarte-gat effect' isverdwenen, het energieverbruik lager en detotale kosten (investering + exploitatie)eveneens lager dan bij de huidige systemen.Daarom worden bij de Wijkertunnel geendaglichtroosters toegepast, waardoor de in-gangspartijen van de tunnel aanzienlijk zijnvereenvoudigd.De drempel- en overgangszone van de tun-nel worden voorzien van tegenstraalverlich-ting. Dit nieuwe verlichtingssysteem leverteen aanzienlijke besparing op (omstreeks 1,4 miljoen). Bij nog in ontwerp zijnde tun-nels zal de besparing zeker het dubbele be-dragen.Ten slotte wordt het verlichtingssysteem vande centrale zone kritisch bestudeerd enwaar mogelijk geoptimaliseerd.Zink- en sluitvoegconstructieDe zink- en sluitvoegen zijn uitgevoerd meteen betonnen deuvelconstructie in plaatsvan de gebruikelijke stalen deuvels. De be-langrijkste voordelen zijn:? eenvoudiger uit te voeren en dus goedko-per;? vergroting van de totale dwarskrachtcapa-citeit;? meer ruimte (en dus mogelijkheden) voorhet aanbrengen van de voorspanning(spankoppen).In het volgende artikel zal uitvoerig op dezeconstructies worden ingegaan.Ten slotteHet werk aan de Wijkertunnel loopt van 1maart 1993 tot 1 augustus 1996. Figuur 9geeft de planning in hoofdlijnen weer.Opdrachtgever: Exploitatiemaatschappij Wij-kertunnel, bestaande uit ING-Bank, Nationa-le Nederlanden en Commerzbank.Het informatiecentrum 'Neem de Wijker-tunnel eens' is op werkdagen geopend van10 tot 16 uur. Groepen op afspraak. Voorinformatie telefoon 02550 - 22973.CEMENT1994/7/8 11