TUNNELBOUW UITVOERINGSTEC:HNLF.K BOUWPUTTENBOUWPUTTEN VOOR HET GEDEELTE OP DE RECHTERMAASOEVERing.H.J.Hagen, Hollandsche Beton- en Waterbouw BV, Goudair.A.F. van Tol, Gemeentewerken Rotterdam, ingenieursbureau Geotechniek en MilieuIn april 1987 startte in Rotterdam de aanleg van de Willemsspoortunnel. Het trac?van de viersporige tunnel loopt vanaf het Centraal Station in zuidelijke richtingdwars door de stad en heeft een totale lengte van 3 km.Over een lengte van 1,4 km, tussen het Centraal Station en de Maas, overbrugt despoorwegverbinding een hoogteverschil van 19 m.In dit artikel wordt ingegaan op de geotechnische, constructieve enuitvoeringstechnische aspecten van de bouwputten, op de kruising met de metro enop de bijzondere bouwwijze van de tunnel nabij de Sint Laurenskerk aan deBinnenrotte.e uitvoering van het dieplig-gende gedeelte wordt gereali-seerd in open bouwputten,waarvan in figuur 1 de situatie is aange-geven.Op de Binnenrotte moest, ter realise-ring van de bouwput, het bestaandespoorwegviaduct 12 m worden opge-schoven, waartoe een aantal pijlersmoest worden aangepast en 30 nieuwepijlers moesten worden gebouwd.De kruising onder de metrobuis terplaatse van Station Blaak is destijds bij debouw van de metro voorzien door mid-del van een brugconstructie met eenoverspanning van circa 52 m.Voor het gedeelte tussen het metrosta-tion Blaak en de Maas moest een gedeel-te van de Wijnhaven worden droogge-legd en, tijdelijk, een aantal I8e eeuwsekoopmanshuizen naast het Witte Huisworden gedemonteerd.Nabij de bouwputten bevinden zichenige kwetsbare objecten. Bekende mo-numentale gebouwen zijn het WitteHuis, daterend uit het eind van de vorigeeeuw, gefundeerd op houten palen en deSint Laurenskerk, daterend uit de 15eeeuw, gehmdeerd op een zogenaamdeslietenfundering en plaatselijk versterktmet palen tot in de diepe zandlaag. Ver-der worden er op een wat grotere af-stand vele gebouwen op houten palenaangetroffen. De veiligheid van dezepaaltunderingen is marginaal. De na-oorlogse bebouwing is over het alge-meen gefundeerd op betonpalen, meteen ruime veiligheid.GrondopbouwHet ontwerp van de bouwputten van despoortunnel wordt in belangrijke matebepaald door de geotechnische rand-voorwaarden zoals grondopbouw,grondwater en bebouwde omgeving.De grondopbouw ziet er in dit gedeeltevan de stad als volgt uit:Vanaf de verkende diepte tot circa 30 m- NAP worden leem- en kleihoudendelagen aangetroffen die behoren tot deFormatie van Kedichcm. Op deze laagligt tot circa 16 ? 17 m - NAP een matigtot grove zandlaag van pleistocene oor-sprong. De top van het Pleistoceen be-staat uit een dunne kleilaag, waarop hetBasisveen ligt, de onderzijde van het ho-loccne pakket.Tot de door de mens opgebrachte grondworden slappe klei- en veenlagcn aanD84 Cement 1990 nr. 4getroffen. Plaatselijk worden deze lagendoorsneden door fijne silthoudcndezandlagen; over het algemeen zijn datopgevulde geulen. Het maaiveld ligt inde stad rond NAP en nabij de rivier op 3m - NAP.De grondwaterstand ligt I ? 2 m onderhet maaiveld. De stijghoogtc in de pleis-tocene zandlaag bedraagt nabij de rivier1 m - NAP en loopt naar het noorden aftot ongeveer 2 m - NAP. In figuur 2 isschematisch het geotcchnisch profielweergegeven, waarin tevens de onder-zijde van de tunnel is aangegeven.RandvoorwaardenAan bemalingcn worden in Rotterdamde volgende voorwaarden gesteld:- verlaging van liet freatisch vlak is niettoegestaan, omdat hierdoor de slappeklei- en veenlagen zouden inklinken,met als gevolg zettingen van wegen,kabels en buizen en een verhoging vande negatieve kleef op de funderings-palen;- verlaging van de stijghoogtc in hetd icpe zand is toegestaan, mits de verla-ging ter plaatse van kwetsbare bebou-wing niet dieper reikt dan in een evenlange periode in het verleden reeds hetgeval was.Met deze randvoorwaarden wordt be-reikt dat de spanningen in de onder-grond altijd lager blijven dan in het ver-leden. Dit betekent een herbelastingvoor de grond, waarbij de zettingen overhet algemeen gering en acceptabel zijn.Dus uit waarnemingen van de stijg-hoogte in het verleden wordt afgeleidwelke verlaging toelaatbaar is. In figuur3 is voor de omgeving van de Laurens-kerk aangegeven welke verlagingen inhet verleden reeds zijn opgetreden.Voor diepe bouwputten zal de gewenstebcmaling ten behoeve van de bouwput,de toelaatbare ter plaatse van kwetsbarebebouwing overtreffen. In dat geval kanbijvoorbeeld retourbemaling wordentoegepast of dient gebruik te worden ge-maakt van onder water gestort beton,injectielagen enz.De genoemde randvoorwaarden hou-den in dat de bouwputten moeten wor-den voorzien van een waterdichtegrondkering. De wanden zijn dan ook,afhankelijk van kerende hoogte, onge-wenste hcitrillingcn en beperkte ver-vormingscapaciteit van de funderings-palen van de belendingen, uitgevoerdmet stalen damwanden, combiwandenof diepwanden.Bouwput Sint JacobsplaatsTer plaatse van de Sint Jacobsplaatswordt de bouwput over circa 300 m ge-vormd door gestempelde combiwan-den en een klein gedeelte door gestem-c stalen damwanden, type Larssen.De maximale ontgravingsdiepte overdit gedeelte is 10,40 m - NAP.Bouwput BinnenrotteBij het ontwerp van deze bouwputmoest naast de eisen van een goede wa-terdichte wand, ook rekening wordengehouden met het effect van de defor-matie van de damwand op het achterlig-gende grondmassicf.Voor de gehele oostzijde van dit trac?ge-deelte is een maximale deformatie vast-gesteld die varieert van circa 40 tot circa90 mm. Aan de westelijke zijde bevindtzich het, gedeeltelijk verschoven, nog infunctie zijnde viaduct.Het maximaal toegestane verschil inverplaatsing rassen twee pijlers bedraagt15 mm, hetgeen met zich meebrengt datgrote aandacht moest worden besteedaan de fasering van de ontgraving.Cement 1990 nr. 4 85TUNNELBOUW UITVOERINGSTECHNIEK BOUWPUTTENTer plaatse van de Sint Laurenskerkmoet de maximale deformatie binnen30 mm blijven.Tevens moest rekening worden gehou-den met de invloed van de trillingen,veroorzaakt door het heien. Deze pro-blematiek omvatte niet alleen de kwets-bare bebouwing zoals de Sint Laurens-kerk, maar tevens trillingsgevoelige ap-paratuur behorende bij de computer-systemen van de Centrale Bibliotheeken het PTT-gebouw.Om te voldoen aan alle gestelde rand-voorwaarden is voor de uitvoering vande bouwputwand ter plaatse van de Bin-nenrotte gekozen voor een combiwand,hetgeen resulteert in een lengte van cir-ca 500 m.De combiwand bestaat uit stalen buizenmet een gemiddelde doorsnede van 1016mm, h.o.h. circa 2,30 m, waartussendamwandprofielen Larssen PU 20 zijnaangebracht. De wand, met een buis-lengte van circa 23 m, komt tot in hetpleistocene zand te staan en wordt voor-zien van twee, incidenteel drie, stempel-lagen.Uit het geotechnisch onderzoek bleekdat bij de Sint Laurenskerk een verla-ging van de stijghoogte in het pleistoce-ne zand tot circa 4 m - NAP verant-woord is. De vereiste afmaling ter plaat-se van de bouwput, dat wil zeggen op 20m afstand van de kerk, bedraagt 8,75 m -NAP. Zelfs met een retourbemaling isdit stijghoogteverschil over deze afstandniet te realiseren.Besloten werd de kwelweg te verlengendoor middel van het aanbrengen vaneen slecht doorlatend scherm tussen deonderzijde van het holoceen en de bo-venzijde van de Formatie van Kedi-chem, dat wil zeggen de combiwanddient te worden verdiept tot 31 m - NAPaan de noordelijke kant, verlopend inzuidelijke richting naar een diepste puntvan 34 m - NAP.Voor de waterafdichtende voetverlen-ging is een jetgroutscherm gekozen,verdiept aangebracht in het verlengdevan de geheide combiwand; het jet-groutscherm is een compositie van aan-eengeschakelde groutkolommen engroutpanelen (fig. 4 en 5).Uit een aantal geohydrologische bere-keningen werd geconcludeerd dat ditscherm over een lengte van 240 m dien-de te worden aangebracht. Met behulpvan een retourbemaling aan de buiten-zij de van het scherm wordt het mogelijkgeacht het gewenste stijghoogteverschilte realiseren (fig. 6).Bij het jet-grouten wordt de boorbuisdoor de reeds aanwezige buispaal van decombiwand aangebracht tot circa 1 m inde leem- of kleilaag. De groutkolomwordt geformeerd door onder hogedruk water, omgeven door een lucht-mantel, door een nozzle in de boorbuiste persen. Hierbij doorsnijdt de hoge-druk snij straal de grond, waardoor debestaande grondstructuur tot op een be-paalde afstand wordt gewijzigd. Dooreen andere spuitopening wordt onderhoge druk grout ingeperst. Door rotatievan de boorbuis en het in stappen om-hoog halen, wordt een groutkolom meteen diameter van 1400 mm gevormd,samengesteld uit grout en het ter plaatseaanwezige materiaal. De groutkolomwordt opgetrokken tot 2 m boven devoet van de buispaal, zodat een water-dichte aansluiting wordt verkregen metde buispaal van de combiwand.Tussen de geformeerde groutkolom-men worden groutpanelen gemaaktvanuit een boring tussen de buispalen,aan de buitenzijde van de tussenplankvan de combiwand. Voor het maken vanhet groutpaneel wordt gebruik gemaaktvan een boorbuis met twee tegengestel-de spuitnozzles, waarbij de buis wordtopgehaald zonder deze te draaien. Ookhet paneel wordt gemaakt vanaf 1 m inde leem- of kleilaag en is circa 250 mmdik. De volledige afdichting en aanslui-ting op de combiwand wordt verkregendoor het groutpaneel over een hoogtevan 2 m langs de combidamwanden aante brengen, met een lengte van 1700mm. Het groutmengsel wordt zodanigsamengesteld, dat een gemiddelde wa-terdoorlatendheid k = 10"8m/s wordtverwacht.De gerealiseerde doorlatendheid wordtdoor middel van een pompproef vastge-86 Cement 1990 nr 4Bouwput BlaakDe lengte van deze bouwput bedraagt450 m, de breedte loopt ter plaatse vanhet station op tot circa 45 m. Het profielvan ontgraving is in figuur 2 aange-geven; nabij de rivier reikt de bouwputtot 18 m - NAP.Uiteen kosuenvcrgclij king van verschil-lende boirwmethodicken is voor hetdiepste gedeelte van de bouwsleut geko-zen voor een bouwwijze, waarbij wordtgebruikgemaakt van de diep gelegen,slecht doorlatende Laag van Kedichem.De bouwput kan in de volgende gedeel-ten worden onderscheiden (fig. 7).VaklDit gedeelte is voorzien van een combi-wand tot in het Pleistoccen. Omdat overdit traject de afsluitende lagen door deholocene geulen zijn vvegge?rodeerd ende tussenzandlaag derhalve verbindingmaakt met het Pleistoceen, zou een zeerdiepe afmaling noodzakelijk zijn. Daar-om is hier gekozen voor het aanbrengenvan een horizontale injectielaag, gele-gen op 22 m - NAP. In de zandlaag bo-ven de injectielaag worden ontlastbron-nen geplaatst.Vak 2Dit gedeelte wordt eveneens gesteunddoor een com biwand tot in de pleistoce-ne zandlaag. Het verticale evenwichtwordt verzekerd door een spanningsbe-maling. De gewenste verlaging bedraagt8 m - NAP. Uit een pompproef is geble-ken dat de holocene tussenzandlaag indit gebied geen verbinding maakt methet pleistocene zand. Om het opbarstenvan de afdekkende kleilaag te voorko-men, zullen in deze tussenzandlaag ont-lastbronnen worden geplaatst.Vak3Deze bouwput, de zogenaamde Kedi-chemput, wordt voorzien van een diep-wand, geplaatst tot 33 m - NAP in deslecht doorlatende Formatie van Kedi-chem. Aan de uiteinden en ten behoevevan compartimentering wordt debouwput voorzien van dwarswandenvan klei-cement tot in deze laag. Hier-door wordt een dichte bouwput gecre-?erd en is geen bemaling buiten debouwput noodzakelijk. Het kwelwaterdat door de laag van Kedichem en dediepwand filtreert, wordt door een sys-teem van bemalen ontlastbronnen in debouwput opgevangen en weggepompt.DiepwandenDoor middel van een uitgebreid grond-8Grondprofiel en -parameters voordimensionering diepwandCement 1990 nr. 4 87TUNNELBOUW UITVOERINGSTECHNIEK BOUWPU'ITEN88 Cement 1990 nr 4onderzoek, bestaande uit sonderingenen boringen en uitvoerig laboratori-umonderzoek, zijn de randvoorwaar-den voor dimensionering van de grond-keringen samengesteld. Met betrekkingtot de interpretatie van het grondonder-zoek, de laboratoriumproeven en de be-paling van de grondparameters, wordtverwezen naar [1]. In figuur 8 is eenschematisch profiel gegeven van de on-dergrond met daarin de gebruikte para-meters voor de dimensionering van dediepwand.In figuur 9 zijn de berekende verplaat-sings- en momentenlij nen in de diverseontgravingsfasen aangegeven. Uit de fi-guren blijkt dat het moment oploopt tot2800 kNm/m en dat de maximale ver-plaatsing 100 mm bedraagt.De diepwandsleuven zijn gegraven meteen draadknijper, waarmee panelen meteen breedte van 2900 mm en een diktevan 1200 mm zijn gemaakt. Na ontgra-ving van een paneel wordt de voegplank(fig. ) geplaatst en het wapeningsnetopgehangen, waarna het beton kanworden gestort.Vervolgens wordt, na verharding vanhet beton, het aanliggende paneel ont-graven, de voegplank losgetrokken metbehulp van de grijper en verplaatst naarde volgende te realiseren voeg, waarnadit paneel kan worden voorzien van wa-pening en kan worden volgestort (fig. 11).Er is op deze wijze een gemiddelde pro-duktie van drie panelen per week ge-haald.De stabiliteit van de diepwandsleufwordt in stand gehouden door een ben-toniet steunvloeistof. De volumiekemassa van de bentoniet is minimaal1050 kg/m3; tijdens het ontgravenneemt dit toe door opname van zand.Voor het betonstorten moet de bento-niet echter worden ververst, om een zogroot mogelijk verschil in volumiekemassa tussen beton en bentoniet te ver-krijgen.De wapening, die in de sleuf wordt ge-hangen, bestaat uit een onder- en eenbovenkorf, vanwege de lengte van hettotale net van circa 33 m en de capaciteitvan de kraan.De koppeling van de twee korven heeftplaats door middel van klemmen en ge-deeltelijk door lassen. Het diepwandpa-neel heeft een inhoud van 115 m3betonmet een wapeningshoeveelheid van cir-ca 80 kg/m3.Tijdens de uitvoering van de diepwandwerd een onderzoek uitgevoerd naar deontspanning in de ondergrond die hetgevolg is van het aanbrengen van dediepwand. Daartoe werden op verschil-lende afstanden van de diepwand son-deringen gemaakt en vergeleken metvoorafgaande sonderingen.In figuur 12 is het resultaat van deze son-deringen voor (qcx) en na (^cn) de uitvoe-ring van de diepwand weergegeven. Hetblijkt dat tot op een afstand gelijk aan delengte van het paneel, een aanzienlijkeontspanning in de ondergrond optreedt.BouwfaseringDe diepwanden worden van drie lagenstempels voorzien.De tweede laag bevindt zich in principeboven het toekomstige tunneldak-ni-veau.De derde laag wordt verwijderd zodrade vloer de stempelfunctie kan overne-men.De eerste stempellaag kan pas wordenverwijderd als de tunnel gereed is en deput nagenoeg tot die laag is aangevuld.Hulppalen dienen derhalve op tijd tezijn verwijderd, hetgeen inhoudt dat detussenoplegging voor laag 1 moet wor-den 'overgepakt' naar een eenvoudigverwijderbare andere draagconstructie.In figuur 13 is een en ander schematischaangegeven. De fasen 1 t.m. 4 corres-ponderen met die in figuur 9.StempelingOver een groot deel van het trajectwordt voorzien in de aanleg van eenkraanbaan op hulppalen. De putbreedteis zodanig groot dat onder de stempelseen tussensteunpunt nodig is.Hiertoe is ten minste ??n tussenliggerop palen voorzien; waar een kraanbaanaanwezig is zijn het er twee. De kraan-baanliggers zelf functioneren dan te-vens als knikverkortende tussensteun-punten.Figuur 14 toont het schema van enkelestempelingen, waarvan die nabij hetWitte Huis ook op foto 15 is te zien.Cement 1990 nr. 4 89TUNNELBOUW UITVOERINGSTECHNIEK BOUWPUTTENOp de tussenopleggingen moet behalveop de massa van de stempels ook wordengerekend op een vasthoudkracht of'spatkracht'. De richting daarvan is on-bepaald.In de richting langs de as van de tunnelworden die krachten via diago-naalstempels afgevoerd naar de diep-wanden.Een overzicht van de horizontale druk-ken op Stempelniveaus S1, S2 en S3 in al-le fasen (fig. 13) is gegeven in tabel 1.Kruising metroDe metrotunnelkoker overspant een af-stand van circa 52 m en is gefundeerd oplandhoofden van stalen palen met eeninheidiepte op 24 m - NAP.Tijdens het ontgraven voor de Wil-lemsspoortunnel ondervinden de land-hoofden de maximale horizontale- enverticale belastingen.De verbinding tussen landhoofden enmetrokoker kan relatief weinig hori-zontale belasting en slechts een geringinklemmingsmoment opnemen. Ditleidt tot de noodzaak, ten behoeve vanhet ontgraven tot circa 13 m - NAP, eenvoorgespannen Stempelframe aan tebrengen op een eerste ontgravings-niveau van circa 8 m - NAP (fig. 16).Gekozen is voor een Stempelframe ophulppalen, type Tubex; de voorspanningmet behulp van platte vijzels is circa 600kN/m landhoofd.DestijghoogteinhetPleistoceenis 1 m-NAP; de landhoofden dienen dus wa-terkerend te worden gemaakt tot op deLaag van Kedichem, circa 30 m - NAP.Hiertoe is na ampele overweging geko-zen voor de jetgrout oplossing; de verti-cale wand wordt ingebracht op enige af-Doorsnede bouwput ondermetrostand van de landhoofden, om zo minmogelijk verstoring te veroorzakenrondom het draaggebied ervan. Figuur17 geeft de situatie van de jetgroutwand.De jetgrouting vormt het laatste ele-ment in de afsluiting van de Kedichem-put.De jetgrouting geschiedt vanaf 8 m -NAP. Dit kan alleen als de stijghoogte inhet Pleistoceen is verlaagd tot ten minste8 m - NAP. Na het aanbrengen en ver-harden van het jetgroutscherm kan despanningsbemaling vervallen. Tijdensde kortdurende fase dat srijghoogte-verlaging tot 8 m - NAP plaatsheeft,vindt retourbemaling plaats bij hetWitte Huis, Blaak nr. 10 en de Sint Lau-renskerk.TunnelfunderingDe tunnel is voor het grootste gedeeltegefundeerd op de zogenaamde Vibro-combinatiepaal. Enerzijds om te vol-doen een de eis van de NederlandseSpoorwegen dat die palen waarop in dedefinitieve situatie een trekbelastingSituatie jetgroutwand ondermetro90 Cement 1990 nr. 4komt, na installatie ongescheurd zijn enanderzijds omdat de palen vooraf vanafhet maaiveld worden geheid.Daar waar de werkhoogte beperkt is,wordt overgegaan op Tubex palen. Terplaatse van de kruising met de metro,waar de Tubex palen onder hoge trek-belasting komen te staan, wordt vol-doende penetratie en trekvermogenverkregen door de zogenaamde Tubexgroutpaal toe te passen. Bij deze paalwordt tijdens de penetratie direct achterde punt grout ge?njecteerd.In het meest zuidelijke gedeelte van debouwput Blaak bevindt de onderzijdevan de tunnel zich zo dicht bij de boven-kant van het pleistocene zand, dat detunnel op een grondverbetering op staalkan worden gefundeerd.Literatuur1. Van Tol, A.E en HJ3J3rassinga, Geo-technische aspecten van de bouw van deWillemsspoortunnel te Rotterdam (1).PT Civiele Techniek 1988, nr. 2.vo61 71