themaOntgraving onder hoge druk8201030themaOntgravingonder hoge druk1Station Ceintuurbaan is het diepst gelegenmetrostation van de Noord/Zuidlijn1 De maximale ontgravingsdieptevan Station Ceintuurbaan is32 m onder NAP foto:G? Dubbelman / Hollandse Hoogte2 Oost-westfasering was door dekleine breedte van de straat nietmogelijkfoto: G? Dubbelman / HollandseHoogteOp 21 april 2010 werd op station Ceintuurbaan de laatstecontainer Eemklei via een luchtsluis naar maaiveld afgevoerd.De maximale ontgravingsdiepte van 32 m onder NAP wasbereikt. Dit diepste punt van de lijn is gevierd door de laatste100 000 jaar oude klei in een feestelijke verpakking uit te delenaan omwonenden. Net voor de zomer is het casco geslotendoor het aanbrengen van de laatste moten van de diepe vloeren is een begin gemaakt met het van onderaf verder opbouwenvan het station.Het station wordt, net als de twee andere diepe stations in debinnenstad (Rokin, zie artikel `Hulpconstructies zijn obstakels'op p. 24 en Vijzelgracht, zie kader), uitgevoerd volgens dewanden-dakmethode. Bij de stations Rokin en Vijzelgracht zijnde werkzaamheden uitgevoerd met een oost-westfasering, opdatde tram kon blijven rijden. Bij station Ceintuurbaan was ditdoor de kleine breedte van de straat niet mogelijk. Het maaiveldis hier, op een smal fiets- en voetpad langs de winkels na, sinds2003 volledig in gebruik als bouwterrein (foto 2). Dit artikel gaatin op de robuustheid van het ontwerp en enkele optimalisatiesdie tijdens de uitvoering zijn doorgevoerd.OmgevingsconditiesHet ontwerp van station Ceintuurbaan wordt sterk bepaalddoor de condities die worden opgelegd vanuit de omgeving.E?n van de voornaamste uitgangspunten hierbij is dat er geenschade mag optreden aan de belendingen. Vrijwel alle oude enveelal monumentale panden langs het station zijn gefundeerdop houten palen op een diepte van circa NAP -12 m. Onder-zoek heeft aangetoond dat de zettingen van de palen hiertoebeperkt moeten blijven tot circa 25 mm. Op basis van uitvoe-rige Plaxisanalyses is aangetoond dat het risico op zetting-schade significant wordt beperkt met een diep gelegen boor-tunnel, waarvan het alignement bovendien het stratenpatroonvolgt. De boortunnel is daarmee bepalend voor de grote dieptevan station Ceintuurbaan. Verder geldt dat de straten vannoord naar zuid langs het trac? smaller worden.ir. Roel van den Berkmortel,ir. Sujeet Bhageloe en ir. Keimpe BloemhofAdviesbureau Noord/Zuidlijn / Witteveen+BosStation Ceintuurbaan is het diepst gelegen metrostation van de Noord/Zuidlijn en ligtin de Ferdinand Bolstraat, tussen de Albert Cuypstraat en de Ceintuurbaan. Naarverwachting zullen in de toekomst dagelijks circa 42 500 reizigers gebruikmaken vandit station, onder meer om een bezoek te brengen aan de Albert Cuypmarkt. Hetcasco heeft een afmeting van 200 x 32 x 10 m3 en is daarmee een unieke bouwput,zeker in binnenstedelijk gebied.2themaOntgraving onder hoge druk8201032HoofdberekeningenDe sterkteberekeningen van de constructie zijn uitgevoerd metverschillende modellen. De snedekrachten in de diepwandenzijn berekend met een 1D-verenmodel in MSheet. De vloerenzijn gemodelleerd als rotatieveren en de belasting op de vloerenis in rekening gebracht met een inklemmingsmoment gelijkaan 1/12 qL2. De invloed van variabele belastingen, waaronderverkeer op het dek, is voor elke fase met afzonderlijke raam-werkmodellen bepaald. De resultaten hiervan zijn, indienongunstig werkend, opgeteld bij de resultaten uit de verenmo-delberekeningen.De Ferdinand Bolstraat is dermate smal dat voor dit station desporen niet naast, maar boven elkaar liggen (fig. 3), en zelfs danbedraagt de afstand van de gevels tot het station lokaal nietmeer dan 3 m. De diepe ligging en korte afstand tot de belen-dingen vragen om een sterke en vooral ook stijve wand, diebovendien trillingsvrij moet kunnen worden aangebracht. Bijhet ontwerp van de wanden moet daarbij in de Amsterdamsesituatie nadrukkelijk rekening worden gehouden met een hogegrondwaterstand, grote stijghoogten in dieper gelegen water-voerende lagen en over de eerste 12 m zeer slappe grond (holo-ceen).Robuust ontwerpDe omgevingscondities hebben geleid tot een robuust ontwerp.Dit blijkt onder meer uit het gebruik van diepwanden, voorge-spannen stempels, een diep groutstempel en een gedeeltelijkeontgraving onder verhoogde luchtdruk.De wanden van het station zijn uitgevoerd als diepwanden meteen lengte van circa 45 m in verband met het verticaal even-wicht van het station. Doordat de diepwanden zo dicht op depanden staan, moest de paneelbreedte klein blijven om deinvloed van de ontgraving op de paalfunderingen te beperken.Uiteindelijk is gekozen voor panelen met een breedte van 2,6 men 3,8 m en een dikte van 1200 mm. Aan beide voegzijden isals gevolg van de plaatsingstoleranties een ongewapende zonevan 300 mm aangebracht. Teneinde een goede verdringing vande bentoniet bij het betonneren te garanderen, zijn voldoendegrote staafafstanden van 200 mm gehanteerd. Dit heeft geleidtot de toepassing van een wapeningskorf met aan weerszijdentwee lagen wapening en staven ?50 mm. In de praktijk heeftdit goed gewerkt en zijn bij dit station geen significante inslui-tingen waargenomen.Ter plaatse van de aansluiting van de vloeren op de wanden islokaal tot circa 500 kg/m3toegepast. Een bijzonder wapenings-aspect zijn de kopwanden. Ten behoeve van de passage van detunnelboormachine zijn speciale `softeyes' voorzien, waarbin-nen uitsluitend kunststofwapening is toegepast.Om de vervormingen van de diepwanden nog verder te beper-ken zijn voorgespannen stempels aangebracht, met een onder-linge afstand van circa 5 m in zowel horizontale als verticalerichting. De voorspankracht in de stempels varieert tussen3000 en 5000 kN. Een diepgelegen groutstempel voorkomtdaarnaast kwispelen van de wand aan de onderzijde.Een laatste bijzondere en robuuste maatregel in het ontwerp iseen ontgraving van de diepste ontgravingsfase onderverhoogde luchtdruk. Hierop wordt later in dit artikel nogverder ingegaan.3Ontgraving onder hoge druk 82010 333 De Ferdinand Bolstraat is der-mate smal dat voor ditstation de sporen niet naast,maar boven elkaar liggen4 In de eindfase worden grotesparingen in de tussenvloeraangebracht ten behoevevan de roltrappen naar hetonderste niveaude gefaseerde berekening en anderzijds de `wished-in-place'berekening. Laatstgenoemde bleek alleen lokaal maatgevend entot iets hogere stempelkrachten te leiden.Naast de hoofdberekeningen van de ruwbouw, zijn de vervor-mingen van de ondergrond berekend met het EEM-programma Plaxis. De vervormingen in de ondergrond en deimpact op de belendingen zijn in alle uitvoeringsfasen, vanontgraven diepwanden tot storten van de diepe vloer, geanaly-seerd. Hierbij spelen overigens voornamelijk verschilzettingenals gevolg van de zettingstrog een belangrijke rol in de beoor-deling van mogelijk optredende schade.Verfijning grondeigenschappenTen behoeve van de ontwerpberekeningen is een uitgebreidgrondonderzoek verricht. Op basis van het grondonderzoek iseen Geotechnisch Basisrapport (GBR) opgesteld voor zowel hetontwerp als de uitvoering. In het GBR is een set unieke grond-parameters afgeleid voor alle grondlagen tot NAP ? 60 m.Hierbij is bovendien onderscheid gemaakt in grondparametersten behoeve van handmatige en numerieke modellen. Voorelke grondparameter is zowel de verwachtingswaarde, dekarakteristieke boven- en ondergrenswaarde alsmede de reken-waarde van deze grenzen bepaald. In het GBR worden tevenswaterstanden en stijghoogten in watervoerende pakkettenDe diepwanden worden voorzien van 550 mm dikke voorzet-wanden. De voorzetwanden borgen de waterdichtheid van hetstation op de lange termijn en werken in de eindfase construc-tief samen met de diepwand. Om de voorzetwanden met dediepwanden te laten samenwerken, worden ze met stekkengekoppeld. Deze stekken hebben enerzijds een functie in deopname van dwarskracht en anderzijds vormen ze de ophang-wapening voor de waterdruk die zich op termijn tussen diep-wand en voorzetwand zou kunnen opbouwen.In de eindfase worden grote sparingen in de tussenvloer aange-bracht ten behoeve van de roltrappen naar het onderste niveau(fig. 4). De tijdelijke stempeling wordt vervangen door eenonregelmatig patroon van definitieve vorkstempels. Daardooris, in tegenstelling tot de beide andere diepe stations, overvrijwel de gehele wand ook horizontale krachtsafdracht aanwe-zig. Die moet door de voorzetwanden worden verzorgd. Er kanvoor de berekening van de krachtswerking in deze fase geengebruik meer worden gemaakt van het 1D veren- en raam-werkmodel, omdat de krachtsafdracht niet meer zuiver verti-caal is. Daarom is er gebruikgemaakt van EEM-plaatmodellen.Het plaatmodel van de laatste, definitieve, fase is ook gebruiktvoor een aanvullende `wished-in-place' berekening. In dezeberekening is geen rekening gehouden met de fasering. Debelasting in dit model wordt gevormd door de neutrale grond-en waterdruk. De gecombineerde diepwand+voorzetwand isuiteindelijk gedimensioneerd op de maatgevende van enerzijds4Ontgraving onder hoge druk8201034wicht met de derde zandlaag te borgen is op basis van eengewichtsberekening extra tegendruk nodig. Deze wordt gele-verd door de laatste ontgravingsslag uit te voeren onderverhoogde luchtdruk.De vloer op NAP -18 m, die in de eindfase het bovenste perrondraagt, is hiertoe uitgevoerd als luchtdrukvloer. Ook voor debenodigde overdruk (verwachtingswaarde 1,6 atm. bij diepsteontgraving) zijn onder- en bovengrenzen bepaald. Daarnaast iseen calamiteitenoverdruk van 286 kN/m2aangehouden om bijonverhoopte lekkage het water buiten te kunnen houden. Dezedruk is gelijk aan 110% van de waterdruk ter plaatse van debovenzijde van de Eemkleilaag, en voor de vloer veruit maatge-vend.Naast deze zeer grote belasting opwaarts, wordt de vloer ookneerwaarts zwaar belast tijdens de passage van de 750 tonzware tunnelboormachine. In de eindfase fungeert de vloer ookals schijf, doordat aan de oostzijde grote sparingen in de reedsgestorte vloer worden aangebracht.Als gevolg van oplopende kosten en vertragingen is tijdens deuitvoering de mogelijkheid onderzocht overdruk uit te stellenof zelfs achterwege te laten. Hierbij is onderzocht of wrijvingtussen diepwand en grond en in het grondlichaam onder dediepwand de benodigde tegendruk met voldoende zekerheidkan geven. De norm biedt de mogelijkheid spanningspreidingmee te nemen in de evenwichtsbeschouwing. Het evenwicht isbeschouwd. Ook van deze parameters worden verschillende(reken)waarden gegeven.Ondanks een uniek onderzoeksprogramma kan niet wordenuitgesloten dat de grond zich in de praktijk anders gedraagtdan aangenomen. Met deze mogelijkheid is in dit project vanhet begin af aan rekening gehouden, gelet op de onbekendheidvan het gedrag van de grond op dergelijke diepte. Ervaringenmet verschillende internationale projecten hebben geleerd datmonitoring en `feed back' analyses noodzakelijk zijn om onge-wenste verrassingen te voorkomen en de ontwerprobuustheidook in het uitvoeringsproces te blijven borgen.Deze blijvende aandacht bleek terecht. Uit het monitoringspro-gramma is, tijdens de uitvoering, aan het licht gekomen dat deEemklei zich anders gedraagt dan op grond van de laboratori-umproeven kon worden verwacht. Zetting als gevolg vanconsolidatie van deze laag treedt in de praktijk niet op en ookde zwel blijft beperkt.Aanpassing overdrukHet evenwicht van de bouwputbodem is in het besteksontwerpgebaseerd op een ??ndimensionale evenwichtsbeschouwing.Het evenwicht is beschouwd ten opzichte van de tussenzand-laag (NAP -37 m) en de derde zandlaag (NAP -45 m). Hetevenwicht ten opzichte van de tussenzandlaag wordt geborgdmet behulp van een bemaling in deze zandlaag. Om het even-Station VijzelgrachtNaast station Ceintuurbaan en station Rokin(zie artikel`Hulpconstructies zijn obstakels'p. 24) is het stationVijzelgracht het derdediepe station van de Noord/Zuidlijn (foto 5).Dit station loopt door de incidenten in uitvoe-ring achter op de andere twee. Om het risicoop lekkage te verkleinen worden alle voegenvanuit de binnenzijde bevroren. Na ontgravingworden preventief stalen platen aangebracht.Dit heeft tot een vertraging van circa 1,5 jaargeleid. Om verdere vertragingen te beperkenwordt hier gezamenlijk gewerkt aan ontwer-poptimalisaties. Leerpunten van de overigediepe stations worden hierbij meegenomen.Een belangrijk voorbeeld hiervan zijn dewerkzaamheden onder verhoogde luchtdruk.Uit pompproeven is gebleken dat de tussen-zandlaag in het noordelijke gedeelte van hetstation veel moeilijker bemaalbaar is dan5themaOntgraving onder hoge druk 82010 355 Bij station Vijzelgracht zijn diverse maatrege-len getroffen om ervoor te zorgen dat hetstation zo snel mogelijk gereed is om deboor te kunnen ontvangenfoto: G? Dubbelman / Hollandse Hoogte6 De wapeningskorven zijn driedimensionaaluitgewerktgroutstempel meten. De werking van het systeem en de invloedvan overdruk op de omgeving zijn vervolgens uitvoerig getest insamenwerking met de aannemer. De constructie, ondergronden omgeving reageerden hierbij volgens verwachting.Gewijzigde uitvoering groutstempelE?n van de meest ingrijpende maatregelen in het ontwerp, is detoepassing van een jetgroutstempel in de Eemklei op een dieptevan circa NAP -32,5 m. In de ontwerpberekeningen is ervanuitgegaan dat het stempel onderdaks wordt aangebracht vanafeen diepte van circa NAP -12 m. Dit stempel is het meest onbe-kende element in het ontwerp. Er zijn daarom grote schaal-proeven uitgevoerd om kennis te vergaren omtrent de haalbarediameters en de eigenschappen van het jetgrout in de Amster-damse Eemklei.Aangezien het geplande onderdaks uitvoeren van het stempeltijdrovend is, is onderzocht of het stempel al vanaf maaiveldkon worden aangebracht. De vervroegde uitvoering leidt echtertot extra belastingen op het stempel in de eerste ontgravings-fase. Het stempel mag daarom niet te stijf worden uitgevoerd inverband met de reeds in de diepwand aanwezige wapening. Eente slap stempel daarentegen leidt tot overmatige vervormingvan de diepwanden en daarmee tot een overschrijding van devooraf opgelegde vervormingseisen. Deze twee randvoorwaar-den leiden tot een smal venster voor de stijfheid van hetanalytisch beschouwd en kon dankzij het uitgebreide grondon-derzoek probabilistisch worden doorgerekend, waarbij alscriterium de faalkans is gesteld op 1,6 ? 10-4. Deze faalkanshoort bij een betrouwbaarheidsindex () van 3,6.De berekeningen hebben aangetoond dat het toepassen vanoverdruk kon worden uitgesteld tot een dieper ontgravingsni-veau dan in het bestek voorzien. De hoogte van de overdruk isvoor een groot deel van de bouwkuip aanzienlijk verlaagd. Ditheeft een gunstig effect op de werktijden en werkomstandighe-den en daarmee op de kosten en planning van het projectgehad. Op basis van de aanname in de berekening zijn echter,mede op advies van Deltares, aan de daadwerkelijke uitvoeringtwee belangrijke randvoorwaarden gesteld. De zekerheid vanbemaling van de tussenzandlaag (lees: mobilisatie van wand-wrijving) moet met een pompproef worden aangetoond en dewandwrijving moet worden onderzocht. Vooruitlopend op dediepste ontgraving is de pompproef succesvol uitgevoerd en zijner grondmonsters in het grensvlak gestoken. Analyse van dezemonsters heeft aangetoond dat er in zandlagen sprake is van eenduidelijk herkenbare bentonietcake, maar dat de wrijvingseigen-schappen hiervan voldoen aan de in de berekening gemaakteaannamen. Ook de overige aannamen in het rekenmodel zijn inhet werk stelselmatig gecontroleerd. Er is hiertoe een uitge-breide monitoring in de kuip aangebracht in de vorm van pi?zo-meters in de Eemklei en `tell tales' die de vervorming van hetverwacht. De stijghoogte in de tussenzandlaagkan hier all??n voldoende worden verlaagddoor de toepassing van een voor Nederlanduniek bemalingssysteem bestaande uit zoge-noemde`vacuum deepwells'met een zeer fijnefilteromstorting. Ondanks dit bemalingsysteemis toch besloten het station vanaf NAP -26,0 monder overdruk te ontgraven. Het risico opverstopping van de filters is namelijk niet uitge-sloten. Uitval van (een deel van) de bemalingkan dan worden gemitigeerd door de overdrukin het station te verhogen. Echter, werkzaamhe-den onder overdruk kosten meer tijd en inspan-ning dan onder atmosferische druk. Daarom isonderzocht hoe de werkzaamheden onderluchtdruk kunnen worden beperkt. E?n versnel-ling wordt gevonden door de toepassing vanverschillende materiaalsluizen.De belangrijkste activiteit onder verhoogdeluchtdruk is het vlechten van de fundatievloer;hierin zijn de grootste optimalisaties gevonden.Deze optimalisatie bestaat enerzijds uit hetherzien van de belastingen. De jarenlange werk-zaamheden hebben meer kennis opgeleverdover de grondgesteldheid; hierdoor is hetmogelijk de zwelbelasting onder de fundatie-vloer te reduceren.Aanpassing van de wapeningskorf leidt tot degrootste versnelling. De wapening is niet geop-timaliseerd naar kilo's staal, maar naar uitvoer-baarheid. De wapeningskorven worden driedi-mensionaal uitgewerkt, waarbij rekening wordtgehouden met de uit de diepwand stekendestekken (fig. 6). De wapening kan hierdoorbuiten het station worden voorbereid. Eentoepassing van prefab wapeningskorven is hier-door mogelijk. Daarnaast wordt per laag eenminimum aantal staafdiameters toegepast meteen relatief grote h.o.h-afstand. Ten slotte wordtonderzoek gedaan om de koeling in de funda-tievloer te vermijden. Hiervoor worden specialebetonmengsels toegepast met een lagerewarmteontwikkeling. Dat deze vloer zijn eind-sterkte nog niet heeft gehaald na 28 dagen, isgeen probleem; de maatgevende waterdrukmag pas optreden als voldoende afbouw heeftplaatsgehad, zodat tegenwicht voor de water-druk is gecre?erd. Tot die tijd zal bemaling onderde fundatievloer plaatshebben.Bovenstaande zijn enkele van de maatregelenom ervoor te zorgen dat station Vijzelgracht ookzo snel mogelijk gereed is om de boor tekunnen ontvangen.6Ontgraving onder hoge druk8201036gekomen. Echter, ook de meetresultaten worden be?nvloed doorallerlei (on)bekende factoren, bevatten meetfouten of zijnincompleet. In dit project is juist uit de combinatie van bereke-nen en meten een goede balans gevonden, waarmee het moge-lijk is gebleken nog tijdens de uitvoering op gewenste aanpas-singen te anticiperen. De `observational method' heeft boven-dien het inzicht in het gedrag van diepe bouwputten sterkvergroot.SlotIn de komende periode worden de voorzetwanden in hetstation aangebracht en worden tijdelijke stempels vervangendoor definitieve, gevorkte stempels. Begin volgend jaar zal eenstart worden gemaakt met de bouw van de toegangen, waar-voor aan de zuidzijde nog een hoekpand moet wordengesloopt. Het eerste feestje was het als eerste tot diepte komen.De beloning voor het goede werk is de eerste ontvangst van detunnelboormachine. Dit staat medio 2011 op de planning. stempel. Als oplossing voorzag het aangepaste ontwerp van hetgroutstempel in een plaat met grote sparingen. De stijfheid vande plaat is, naast de openingen, afhankelijk van het werkelijkemateriaalgedrag. De stijfheid van het groutlichaam is in-situonderzocht. Afhankelijk van de resultaten zijn de sparingen aldan niet gedeeltelijk opgevuld met extra groutkolommen.Rekenen en metenUit bovenstaande beschouwing blijkt dat betrouwbare enactuele informatie een belangrijke rol speelt bij de succesvolleuitvoering van dit project. Hiertoe is een uitgebreid monitoring-programma uitgevoerd, waarbij niet alleen de vervorming vande panden wordt gemeten, maar ook de reactie van de onder-grond; dit zowel binnen als buiten de kuip. De rek in elk vierdestempel, de vervorming van de diepwand en het groutstempelworden tijdens het werk permanent gemeten. Daarnaast wordende waterstand en de stijghoogten in de watervoerende pakket-ten zowel binnen als buiten de kuip elk uur gemeten en alleresultaten worden in onderlinge samenhang beschouwd.Op basis van het resultaat van de monitoring kan achterafworden gesteld dat de prognoses op hoofdlijnen kloppen. Deberekeningen vormen echter slechts een schematisering van decomplexe werkelijkheid. Door middel van het uitgebreide meet-programma is kennis over het werkelijke gedrag beschikbaar Projectgegevensopdrachtgever Dienst Noord/Zuidlijnontwerp en directie Adviesbureau Noord/Zuidlijn v.o.f.aannemer Max B?gl7 Vlechten van de vloerfoto: G? Dubbelman /Hollandse Hoogte7thema