ir.H. van TongerenBallast Nedam Groep Het funderen van afgezonkentunnels1Karakteristiek bodemprofiel van hetwestelijk deel van NederlandKarakteristiek voor de afgezonken tunnel is, dat de belasting die door de fundering moet wordengedragen in het algemeen klein zal zijn. Afhankelijk van de uitvoeringsmethode is het gewichtvan de tunnel na te zijn afgezonken ongeveer gelijk aan het ballastbeton voor het wegdek, dat wilzeggen in de meeste gevallen 5 tot 10 kN/m2.Dit gewicht wordt nog vergroot door de gronddekking op de tunnel, door mogelijke veranderin-gen in het volumegewicht van het omringende water en door de veranderlijke belastingen diedoor het tunnelverkeer worden veroorzaakt.Ten einde de gronddruk op de tunnel te beperken en daarmee de baggerwerkzaamheden, wordteen minimale gronddekking van 1 m aangehouden. De maximale belasting op de fundering zaldaarom in het algemeen niet meer dan 30 kN/m2bedragen. Dit kan als zeer laag worden be-schouwd wanneer in aanmerking wordt genomen dat de breedte van de tunnel 20 ? 30 m be-draagt.De uitgravingsdiepte voor de meeste af te zinken tunnels bedraagt ongeveer 10 m, op welkediepte doorgaans een gronddruk van ca. 100 kN/m2wordt aangetroffen. Het afzinken van eentunnel betekent voor de ondergrond daarom normaal gesproken een afnemen van het druk-niveau.De tunnel zal daarom meestal rechtstreeks op de grondslag in een uitgegraven sleuf wordengeplaatst.De voorgaande opmerkingen hebben betrekking op de situatie in het midden van een door eentunnel te kruisen waterweg. Nabij de twee oevers zal het grondwerk omvangrijker zijn, maar hetdraagvermogen van de grondslag zal in het algemeen geen problemen geven.Het is in ons land gebruikelijk om afgezonken tunnels te voorzien van uitzetvoegen op onder-linge afstand van 20-25 m. Deze voegen zijn zodanig ontworpen dat er geen verticale bewegingmogelijk is tussen de naast elkaar geplaatste segmenten, maar de segmenten zelf kunnen welverdraaien. De tunnel is dus in staat om zettingsbewegingen in de ondergrond als een gescha-kelde ketting te volgen.In de meeste gevallen zal de geaardheid van de ondergrond, alsmede de belasting op de tunneldoor de gronddekking slechts geleidelijk veranderen, zodat zakking of oprijzen een geleidelijkverloop heeft en zodoende aanvaardbaar is. Om die reden is het eveneens uit overwegingen vanzetting aanvaardbaar om de tunnel rechtstreeks op de ondergrond te laten rusten.In sommige gevallen echter, wanneer van bovengenoemde omstandigheden geen sprake is ofwanneer andere eisen worden gesteld, zoals een bepaalde weerstand tegen dynamische be-lasting als gevolg van railverkeer, kan het noodzakelijk zijn een paalfundering aan te brengen.De meeste afgezonken tunnels bevinden zich in het westen van ons land. Hier kan de geaard-heid van de ondergrond globaal als volgt worden omschreven (fig. 1):De bovenste lagen tot een diepte van 10 tot 20 m beneden NAP bestaan uit zand en klei, somsmet veen daartussen en bezitten weinig weerstand. De gemeten conusweerstand varieertmeestal tussen 0-5 N/mm2. Daar beneden worden zandlagen aangetroffen met een conus-weerstand van ca. 10 N/mm2, soms toenemend tot 30 N/mm2.Daar de meeste afgezonken tunnels een hoogte bezitten van 8 tot 10 m en het tunneldek ge-situeerd is tussen NAP en -20 m, zal het duidelijk zijn dat de grondeigenschappen over de lengtevan het tunneltrac? aanzienlijk vari?ren. Zoals reeds opgemerkt zijn de voegen tussen de seg-menten van op staal gefundeerde tunnels zodanig ontworpen dat verschillen in zetting geenbuiging in langsrichting zullen veroorzaken.Concluderend kan worden gesteld dat de keuze van de soort fundering voor in ons land af tezinken tunnels wordt bepaald door de bestemming van de tunnel (weg- of railverkeer) en doorzettingsverschillen in langsrichting. In de meeste gevallen is rechtstreekse fundering op deondergrond mogelijk. Door de voegconstructie tussen de segmenten zal de aard van de onder-grond geen verdere invloed hebben op het ontwerp.Ontwikkeling van funderingsmethodes voor af te zinken tunnelsDe eerste afgezonken tunnel in Nederland, de Maastunnel in Rotterdam, dateert van bijna 40jaar terug. Als een opmerkelijk feit mag worden gememoreerd dat de bouwwijze van deze tunnelCement XXX (1978) nr, 12 5872Maastunnel, dwarsdoorsnede volgens hetgemeentelijk ontwerp3Maastunnel, dwarsdoorsnede van degebouwde tunnelheeft geleid tot de ontwikkeling van een funderingssysteem waarvan het principe nadien voorvele andere tunnels over de gehele wereld is toegepast, nl. de fundering op een zandbed die paswordt aangebracht nadat de tunnel al in de gegraven sleuf is geplaatst.De Maastunnel, die door de Gemeente ontworpen was, bestond uit twee gescheiden verkeers-tunnels (fig. 2). De aannemers echter boden een alternatieve oplossing aan, waarbij de tweerijkokers in ??n rechthoekige doorsnede waren bijeengebracht, waardoor tevens kon wordenvoorzien in afzonderlijke kokers voor fietsers en voetgangers (fig. 3). Dit vormde weliswaar eenvoor de hand liggende oplossing die daarv??r elders al verschillende malen aan de orde wasgeweest, maar niemand bleek tot dusver in staat een goede oplossing aan te dragen voor hetfunderingsprobleem. Bij de Maastunnel werd dat op de volgende wijze opgelost:De tunnel werd in de gebaggerde sleuf op tijdelijke funderingsplaten geplaatst, op zodanigewijze dat er een open ruimte bleef tussen sleuf en onderkant tunnel. Met een over het elementverrijdbare installatie werd in de open ruimte via buizen een zandonderspoeling aangebracht,zodat een stevige en vaste funderingslaag ontstond. Na de Maastunnel heeft het ongeveer 20jaar geduurd voordat een tweede afgezonken tunnel in ons land tot stand kwam. In de jarenzestig werd de Coentunnel onder het IJ in Amsterdam gebouwd, waarbij een zandfunderingwerd aangebracht op een wijze die grote gelijkenis vertoont met die onder de Maastunnel. Hetmaterieel voor de zandonderspoeling had enige wijziging ondergaan.Omstreeks 1970 werden plannen ontwikkeld voor de kruising van de Westerschelde. Het ont-werp bevat een tunnelgedeelte dat op grotere diepte zou komen te liggen dan tot op hedengebruikelijk was. De elementen daarvoor zouden moeten worden geplaatst in een drukbevarenrivier met hoge stroomsnelheden. Het is duidelijk dat het idee van een zandspoelinstallatie,rijdend over het tunneldak, veel problemen zou geven, zodat een nieuw systeen werd ontwikkeldwaarbij een zand-watermengsel via de tunnelbodem kan worden ge?njecteerd.Dit systeem bleek zeer succesvol zoals vele tunnels in de laatste 5 jaar hebben aangetoond.Inmiddels zijn in speciale gevallen ook andere funderingsmethodes toegepast, bestaande uitgeheide- en boorpalen en tevoren aangebrachte grindbedden.Sinds de Maastunnel zijn in Nederland in totaal 15afgezonkentunnels gebouwd;deze werdenopde volgende wijze gefundeerd:op een zandfundering, aangebracht m.b.v. een rijdende spoelinstallatie .................................. (4)op een zandfundering, aangebracht via de injectiemethode ...................................................... (6)op boorpalen ............................................................................................................................... (1)op heipalen ................................................................................................................................. (1)opgrindbed .................................................................................................................................. (1)op nog andere wijze ................................................................................................................... (2)Cement XXX (1978) nr. 12 588OnderspoelmethodeHet principe van zandonderspoelen of de Christiani-Nielsen methode komt neer op het injecte-ren van een mengsel van zand en water met behulp van een horizontale buis die in de openruimte tussen tunnelbodem en gebaggerde sleuf wordt gebracht.Wanneer dit zonder extra voorzorgen zou gebeuren, zal het zand onregelmatig neerslaan,waardoor het praktisch onmogelijk zal blijken om de ruimte volledig te vullen. De oplossing vanhet probleem werd gevonden in het plaatsen van twee aanzuigbuizen aan weerszijden van deaanvoerbuis voor het zand-watermengsel. Hierdoor wordt een regelmatig stromingspatroon be-reikt, waardoor een vast zandpakket wordt afgezet. Als controle, om te beoordelen of alle ruimteonder de tunnelbodem met zand is gevuld, kan worden nagegaan of er zand wordt meegevoerdin het teruggepompte water. Is dat het geval, dan kan de aanvoerbuis worden teruggetrokken enin een nieuwe positie worden geplaatst.Het horizontale buisgedeelte is verbonden aan verticale buizen tot een niveau boven de water-spiegel. Het gehele systeem hangt aan een hulpconstructie die verrijdbaar is over het dak vanhet tunnelelement.Bij de Maastunnel was het buizensysteem beweegbaar in een richting loodrecht op het trac?van de tunnel (fig. 4). Bij de later gebouwde tunnels werd dit op zodanige wijze veranderd dat hetbuizensysteem draaibaar was om een verticale as (fig. 5). Zodoende kon elke injectiepositieworden verkregen door enerzijds het rijden van de spoelinstallatie over het tunnelelement enanderzijds door het verdraaien van het buizensysteem.4Maastunnel, onderspoelinrichtinga. kraan beweegbaar in langsrichtingtunnel, b. toren, beweegbaar inlangsrichting kraan, zandtoevoer, d.verticaal gedeelte spoelpijp, e. horizontaalgedeelte spoelpijp, f. tijdelijke ondersteu-ning, g. verticale vijzel, h. gebaggerde sleuf5Beneluxtunnel, onderspoelinrichtinga. beweegbare kraan in langsrichtingtunnel, b. pijpensysteem voor zandtoevoer,c. tijdelijke fundering, d. onderspoeld zandCement XXX (1978) nr. 125896Principe van de zandinjectie-methodea, tunnelbodem, b. zandtoevoer, .zand-afzetting, d. sleufbodemHet zand wordt met bakken naar de hulpconstructie gebracht en via een zandzuiger in hetbuizensysteem gepompt. De gemiddelde korreldiameter van het zand moet boven ca. 0,5 mmliggen. In alle gevallen werd normaal betonzand gebruikt. De spreidwijdte van het zand kanworden geregeld door de spuitsnelheid aan te passen via een mondstuk op het buiseinde. Deconcentratie van het zand in het mengsel bedraagt gemiddeld 10 volume-%, in sommige geval-len voor korte duur oplopend tot 20 volume-%. De pakking van het zand is tamelijk los, met eenpori?nvolume van 40-42%.De dikte van het zandbed bedraagt in het algemeen 1 m en wordt bepaald door de ruimtenoodzakelijk voor de onderspoelingswerkzaamheden en een zekere speling die bij het bagge-ren van de sleuf wordt aangehouden. De zettingen die optreden wanneer het tunnelelement ophet zandbed komt te rusten door het ontlasten van de tijdelijke fundaties, bedragen 5-10 mm. Detotale zetting van de tunnel zal In belangrijke mate worden bepaald door zetting van de onder-grond wanneer de gebaggerde sleuf waarin zich de tunnel bevindt weer is aangevuld.In een bepaald geval werd de methode van zandonderspoeling ook toegepast bij het vervangenvan een 3 m dikke laag slechte grond. Deze laag werd tegelijk met het baggeren van de sleufweggegraven en vervolgens overeenkomstig de beschreven methode vervangen door zand. Dezetting van deze aanvulling bleek weinig te verschillen van die van het overige gedeelte van detunnel.Als een speciaal voordeel van de verrijdbare onderspoelinstallatie geldt, dat die gebruikt kanworden voor het verwijderen van aanslibbing in de ruimte onder de tunnel nadat de elementenzijn geplaatst. Door te spoelen met water alleen wordt het slib in suspensie gebracht en kan hetdoor de afzuigbuizen worden afgevoerd. Om aanslibbing te voorkomen, is het aan te bevelen deruimte onder het tunnelelement onmiddellijk nadat het element is geplaatst met zand op tevullen. Dit houdt echter in dat zowel de installatie voor de zandonderspoeling als de zink-uitrusting gelijktijdig in het tunneltrac? zullen moeten opereren, hetgeen de scheepvaart on-nodig kan hinderen. Daarom verdient het voorkeur in rivieren die geen hoog slibgehalte bezitten,met zandonderspoeling te wachten totdat alle elementen zijn afgezonken.Zoals vermeld heeft de methode haar praktisch nut bewezen voor verschillende tunnels, nietalleen in Nederland. In latere jaren werd de methode echter vervangen door een injectieproced?('onderstromen') en wel om de volgende redenen:1. De meeste Nederlandse tunnels zijn gesitueerd onder waterwegen met druk scheepvaartver-keer, waarbij het benodigde materieel voor het zandspoelen een hinderlijk obstakel vormt.2. De economie van deze methode werd nadelig be?nvloed door de noodzaak van een drijvendekraan ten behoeve van het verplaatsen van de spoeltoren van de ene zijde van de tunnel naar deandere.3. Toepassing van vrij grof en daarmee relatief duur zand is noodzakelijk.Zandinjectie-methode (onderstromen)Zoals reeds vermeld werd de zandinjectie-methode ontwikkeld in samenhang met het ontwerpvoor de gedeeltelijke ondertunneling van de Westerschelde.Het aanvankelijke idee was de tunnel te voorzien van draaibare openingen in de vloer waardoorhet zandmengsel kon worden ge?njecteerd.Tijdens de eerste modelproeven bleek duidelijk dat domweg injecteren via een opening in detunnelbodem al zou leiden tot een bijna volledige vulling van de ruimte onder de tunnel.Het fysisch proces dat zich bij het injecteren afspeelt, kan als volgt worden omschreven (fig. 6):In een eerste fase van het proces zal het zand na injectie door de vloeropening in alle richtingenhorizontaal worden gespreid. Op enige afstand van de opening neemt de snelheid van de uit-stroming zodanig af, dat het zand de neiging heeft zich af te zetten. Dit resulteert in de opbouwvan een cirkelvormige dijk. Na enige tijd ontstaat binnen deze dijk een krater waarin de stromingeen zodanige turbulentie bezit dat zich daar geen zand kan afzetten. De sedimentatie heeft nuplaats langs het talud aan de buitenzijde van de cirkelvormige dijk. Op een gegeven momentbereikt de kruin van de dijk de onderkant van de tunnel; dan neemt een nieuwe fase van hetproces een aanvang. Er ontstaat een soort rivier tussen de kruin van de dijk en de onderkant vande tunnel. Deze rivier vervoert het zand naar het buitentalud van de dijk waar het zand zich afzetzodat de dijk zich verbreedt. Na verloop van tijd is de wrijvingsweerstand als gevolg van hetlanger worden van de rivier zo groot geworden, dat de rivier een nieuwe bedding zoekt vankortere lengte en dus minder weerstand (fig. 7).Dit proces herhaalt zich voortdurend, de rivier verplaatst zich in het rond en de diameter van deafgezette zandmassa wordt groter en groter. Op deze manier wordt de gehele ruimte onder detunnel gevuld.Om de stroming in de rivier in stand te houden is een verhang nodig. Dat betekent dat de water-druk in de krater hoger moet zijn dan aan de buitenrand van de zandmassa. Als gevolg van dehogere waterdruk ontstaat er een opwaartse druk tegen de onderkant van de tunnel. In de rivierneemt de waterdruk lineair af. Buiten de rivier, dus op het contactvlak tussen zandmassa enonderkant tunnel, wordt de verdeling van de waterdruk bepaald door de wet van Darcy.De rivierdiepte blijkt bij benadering constant voor verschillend debiet, wanneer de zandconcen-tratie constant wordt gehouden en dezelfde zandsoort wordt toegepast. Gewoonlijk bedraagt derivierdiepte ca. 0,05 m.De breedte b van de rivier kan worden gevonden met de formule:b = K.Oy(Q = debiet)waarbij de macht ongeveer gelijk is aan 1.Cement XXX (1978) nr. 12 5907Proefopstelling van de zandinjectie-methode, de 'rivier' is zichtbaarfoto: Ballast-Nedam, Bagger DivisieDe factor hangt af van het type zand en van de concentratie van nei mengsei.De diameter van de krater (dc) blijkt afhankelijk van de wortel uit het debiet: dc= d0+ K*\/~Qwaarin d0 de diameter van de doorstroomopening voorstelt.De variatie van de waterdruk in net contactvlak tussen zandmassa en tunnelbodem bedraagt bijeen straal r:H =1~1lnrmax - lnrcwaarin Amax de straal van de zandmassa voorstelt en rc de straal van de krater.H, waarmee de waterdruk in de krater wordt aangeduid, moet door experimenteel onderzoekworden vastgesteld. Hij is afhankelijk van de rivierlengte.In het algemeen wordt de opwaartse druk beperkt tot 1000-3000 kN door de diameter van de af-gezette zandmassa te beperken.Een grotere opwaartse druk houdt in dat de tunnel meer ballastwater dient te bevatten. Dit leidtweer tot grotere kosten van de ballasttanks. Aan de andere kant houdt beperking van dediameter van de zandmassa in dat er meer injectie-openingen nodig zijn. Een optimaliserings-onderzoek zal leiden tot de meest economische combinatie.In principe kunnen alle soorten zand worden gebruikt. Het is niet gebleken dat toepassing vangrof zand een betere funderingslaag oplevert. Wel is het zo dat grof zand een grotere waterdoor-laatbaarheid bezit, zodat het debiet tamelijk groot dient te zijn. Wanneer dat niet het geval is,wordt het toegevoerde water door de zandmassa afgevoerd en ontstaat er in het geheel geenrivier.Het resultaat van de beschreven injectiemethode is een zandlaag van dezelfde kwaliteit als diewelke wordt verkregen met de zandonderspoelmethode. Het kleine nadeel van be?indiging vanhet proces met een niet opgevulde krater en rivier kan worden tegengegaan door aan het eindevan het proces het debiet te verkleinen. Daardoor zal de rivierbreedte afnemen. Theoretisch ishet mogelijk alle ruimte volledig te vullen.Het praktisch gebruik van deze methode kan worden ge?llustreerd met een beschrijving van deeerste toepassing, nl. ten behoeve van de Vlake-tunnel. Latere toepassingen verschillen wei-nig; alleen de hoeveelheid instrumentarium is minder geworden als resultaat van de waar-nemingen die bij de Vlake-tunnel zijn gedaan.De Vlake-tunnel bestaat uit twee afgezonken elementen met een lengte van 125 m elk. Detunnel bestaat uit twee kokers met een totale breedte van ca. 30 m. Al het zand werd vanaf deene zijde van de tunnel aangevoerd, zodat de lengte van de buisleiding ca. 300 m bedroeg. Depompinstallatie was in een ponton ondergebracht waarop een dragline was opgesteld ten be-hoeve van het hanteren van de zuigleiding (fig. 8).8Zandinjectie-inrichting bij de Vlaketunnela. zuigbuis, b. zandschuit, c ponton, d.dragline, e. pijpleiding voor zandtransport,f. flexibele verbindingen, g. waterdichtekopschotten, h. kogel-afsluiter intunnelbodemCement XXX (1978) nr. 12 5919Vlaketunnel, vloeipatroon bij zandinjectie10Vlaketunnel, uitstroomopening kogel-afsluiter)a. pijpleiding voor zandtoevoer, b. afsluiter,c manometer, d. kogel11Kogel-afsluiter die wordt ingebetonneerd inde tunnelbodemfoto: Van Hattum & BlankevoortDe buisleiding, ??n in elke tunnelkoker, had een profiel ? 200 mm. De pomp bezat een capaciteitvan 300 m3per uur bij een 28 m waterkolom. De stroomsnelheid in de buisleiding bedroeg maxi-maal 3 m per seconde. In de middellijn van de bodem van beide tunnelkokers waren 13openingen aangebracht op onderlinge afstand van ca. 20 m. Dienovereenkomstig was de straalvan de zandmassa aangenomen op 12 m (flg. 9). De doorvoeropeningen waren voorzien vaneen ventiel met daarin een met rubber beklede stalen kogel (zgn. balafsluiter). Wanneer waterdoor de opening wordt geperst, zal de kogel omlaag gedrukt worden en zo het zand-watermeng-sel laten passeren. Houdt de toevoer op, dan wordt de kogel door de waterdruk omhoog geduwden sluit zodoende de leiding af (fig. 10-11).In beide kokers was de buisleiding tegelijkertijd op drie openingen aangesloten. Nadat de ruimteonder een bepaalde opening was gevuld, werd de ruimte onder de voorgaande opening nage-vuld. Dit werd gedaan om alle kleine ruimtes die zouden kunnen ontstaan als gevolg van zettingvan de zandfundering zo snel en goed mogelijk op te vullen. Nadat het injecteren via drie achter-eenvolgende openingen was voltooid, werden de drie daarop volgende openingen aangesloten.Intussen werd het proces in de andere koker aangevangen.Ten einde de werkzaamheden te kunnen controleren en ook om de theorie?n die ten aanzienvan het proces waren ontwikkeld te kunnen verifi?ren, werd het injecteren met behulp van eenuitgebreid instrumentarium gevolgd.Daarbij werden de volgende gegevens geregistreerd:1. waterdruk ter plaatse van de doorvoeropeningen,2. vijzeldruk ter plaatse van de tijdelijke funderingsplaten,3. concentratie van het mengsel,4. aangebrachte hoeveelheid zand.Het proces was in zekere mate geautomatiseerd. Zo werd bijv. de registratie van de mengsel-concentratie benut om deze concentratie eventueel bij te sturen. Dit geschiedde door ter plaatsevan het mondstuk van de zandzuiger water toe te voegen. Ook zou de bedieningspomp voor deaanvoer van het zand-watermengsel automatisch afslaan wanneer de opwaartse druk tegen detunnelbodem te hoog werd.Om verder te kunnen nagaan of de ruimte onder de tunnel inderdaad was gevuld, waren in detunnelbodem een aantal kleine inlaatopeningen aangebracht. Wanneer de ruimte onder dezecontrole-openingen met zand zou zijn gevuld, moest hierdoor het zand-watermengsel naarbinnen vloeien wanneer de inlaten geopend werden.Dit systeem werkte niet goed. De beste methode om de zandvulling te controleren bleek peilingmet de hand of echolood-peiling langs de buitenwand van de tunnel.Cement XXX (1978) nr. 12 59212Vlaketunnel, sondering door detunnelbodem13Vlaketunnel, zetting van de tunnelelementena. zetting van de voeg tussen TE1 en TE2,b. zetting van de westelijke eindvoeg, czetting van het middendeel TE2De tunnelbodem bevatte eveneens openingen waardoor sonderingen konden worden verrichtom de kwaliteit van de zandfundering na te gaan. In de meeste gevallen bleken de conus-waarden hoger dan verwacht mocht worden, gezien het lage spanningsniveau. Ter hoogte vande overgang tussen de aangebrachte zandlaag en de oorspronkelijke grondslag werden lageconusweerstanden gevonden, mogelijk als gevolg van een onaanzienlijk laagje slib (fig. 12).Nadat de tijdelijke fundatieplaten waren ontlast en de tunnel op de zandbedding was komen terusten, werd de zetting gedurende lange tijd gecontroleerd. De maximale zetting van ca. 70 mmtrad op in de buurt van de laatste zandinjectie (fig. 13). Dit kan het gevolg zijn van een opeen-hoping van slib. Deze zetting lijkt groot, anderzijds moet niet uit het oog worden verloren dat,zoals reeds is uiteengezet, bij de toegepaste uitvoeringsmethode het optreden van zetting-verschillen over het lengteprofiel niet bezwaarlijk is.Nadat de uitvoeringswerkzaamheden waren afgerond is nog een poging ondernomen om decorrelatie vast te stellen tussen de waterdruk ter plaatse van de doorvoeropeningen enerzijds ende opwaartse druk tegen de onderkant van de tunnel en de concentratie van het zand-water-mengsel anderzijds. Dit bleek evenwel niet mogelijk als gevolg van het gecompliceerde stati-sche systeem van de tunnelelementen, veroorzaakt door het ge?njecteerde zand, de tijdelijkefunderingen en de flexibele rubberverbindingen tussen de elementen onderling. Algemeen kanworden opgemerkt dat de opwaartse kracht zoals berekend volgens de ontwikkelde theorie nietwerd overschreden.De zandinjectie onder de tunnel kwam tot stand in 200 werkuren gedurende 30 dagen. Theore-tisch zou een hoeveelheid van 11 000 m3zand voldoende zijn geweest. In werkelijkheid werd13 000 m3zand gebruikt, dat meerdere was voornamelijk het gevolg van de opeenhoping vanzand langs de buitenwanden van de tunnel die groter was dan verwacht werd. De gemiddeldekorrelafmeting van het gebruikte zand varieerde tussen 160 en 270 ,m.Tot besluit van deze paragraaf kan worden opgemerkt dat de volgende grote tunnel in Neder-land, de Hem-spoortunnel in Amsterdam, ook door middel van onderstromen zal worden gefun-deerd. Ten einde te besparen op de van balafsluiters voorziene doorvoeropeningen, is beslotenhier de zandaanvoer van buiten de tunnel aan te sluiten op in de vloer ingestorte pijpen (fig. 14).Deze oplossing is mogelijk door de gunstige plaatselijke omstandigheden zoals het ontbrekenvan getijdebeweging en stroming.14Hemspoortunnel, zandinjectie-systeema. zandzuiger, b. zandaanvoer per bak, c.pijpleiding, d. ingebetonneerdezandtoevoerCement XXX (1978) nr. 1259315Beneluxtunnel, tijdelijke funderinga. betonnen funderingsblok, b. ophangpunt,c horizontale vijzel, d. verticale vijzel,e. ophangstaaf, f. horizontale plunjer,g. verticale plunjer16Afrijtoren voor grindbeddena. torenconstructie, b. beweegbare grind-trechter, trechters voor grindtoevoer,d. regelbare ondersteuningTijdelijke funderingenDe methode van zandonderspoellng of van injecteren van een zand-watermengsel onder eenafgezonken tunnel is uiteraard alleen mogelijk wanneer de tunnelbodem tijdelijk op een bepaal-de hoogte boven de gebaggerde sleuf wordt gehouden.Dit gebeurt met behulp van tijdelijke fundaties waarop de tunnel steunt door middel van verticaleen horizontale plunjerstangen. Binnen de tunnel zijn de plunjerstangen gekoppeld aan hydrauli-sche vijzels, zodat de tunnel na de afzinkoperaties nauwkeurig kan worden gesitueerd. Detijdelijke fundatie bestaat uit een betonnen plaat van ca. 5 ? 5 m2met een dikte van ca. 1 m (fig.15).Het tijdelijk funderen heeft een ontwikkeling ondergaan naar een systeem waarbij het tunnel-element aan een einde via consoles rust op het voorgaande element en aan het andere einde optwee fundatieblokken. De vroegere methode om door middel van vijzels horizontale correcties inde ligging te brengen, is thans gewijzigd door deze vijzels te plaatsen in de voegen tussen deelementen. Terwijl de fundatieblokken aanvankelijk werden gestort op de bodem van hetbouwdok en met het tunnelelement verbonden waren, worden de blokken tegenwoordig in desleuf geplaatst alvorens de tunnelelementen daarop af te zinken. Het voordeel hiervan is dat dediepgang van het drijvende tunnelelement kleiner is, zodat het bouwdok minder diep uitgebag-gerd behoeft te worden en de bemalingscapaciteit kleiner kan zijn.In verband met de beperkte slag van de verticaal geplaatste vijzels, werden de tijdelijke funda-tieblokken vroeger op een grindbed in de sleuf geplaatst. Deze grindbedden werden op de juistehoogte afgewerkt met behulp van een vakwerktoren op hydraulische poten die geplaatst werd inde gebaggerde sleuf en uitgerust was met een afrijbalk (fig. 16). In latere jaren echter bleek heteconomischer meer te investeren in vijzels met een grotere slag en sterkere fundatieblokken. Deblokken kunnen dan rechtstreeks op de sleufbodem worden geplaatst zonder een tussenliggendgrindbed.Andere funderingsmethodes; paalfunderingen; grindbeddenIn het voorgaande is de fundering van tunnels op een zandbed uitvoerig behandeld. Zand-bedden zijn bij de Nederlandse tunnels het meest gebruikelijk, echter voor speciale gevallen zijnook andere methodes toegepast.Zo werd ten behoeve van de metrotunnel onder de Nieuwe Maas in Rotterdam een specialepaalfundering ontwikkeld (fig. 17). De redenen daartoe waren de volgende:. De stijfheid van de grondslag in langsrichting varieerde aanzienlijk, zodat grote zettingsver-schillen moesten worden verwacht. Zoals reeds opgemerkt zijn zettingsverschillen bij eenspoorwegtunnel aanzienlijk hinderlijker dan bij een tunnel voor wegverkeer.. De massa van de tunnel in relatie tot de dynamische belasting door een passerend metrostel istamelijk klein. Daardoor bestond de vrees dat de tunnel in trilling zou worden gebracht, die danop de ondergrond wordt overgebracht. Als gevolg hiervan zouden weer zettingen verwachtmoeten worden wanneer de tunnel op een zandbed zou zijn gefundeerd.Daar het niet mogelijk zou zijn de palen precies op hoogte te heien, werd een speciaal type paalontwikkeld met een nastelbare kop. Deze palen werden als volgt uitgevoerd:Eerst werd een stalen mantel met 0,62 m diameter, voorzien van een gietijzeren schoen in degrond geheid. Onder in de paal werd 0,5 m3betonspecie gestort. Vervolgens werd een geprefa-briceerde betonnen paal met nastelbare kop in de stalen mantel neergelaten. Door de aan-wezigheid van de betonspecie kwam een goede verbinding met de ijzeren schoen tot stand. Destalen mantel werd daarna getrokken.Cement XXX (1978) nr. 12 59417Metrotunnel Rotterdam, dwarsdoorsnedea. betonconstructie, b. funderingspalen metregelbare kop18Metrotunnel Rotterdam, regelbare paalkopa. paalkop, b. nylon mof, c mortelpijpverbinding, d. geleidestand,e. geprefabriceerd paaldeel, f. mortelinjectie19Funderingsmethode Utunnela. funderingspalen, b. betonnen kesp,c. gewapend betonnen duikerklok, d.ponton, e. ankers, bestaande uit hollebetonblokken, f. luchtsluis (personen),g. luchtsluis (materieel)Hierdoor ontstond een verbrede paalvoet die aanzienlijk bijdraagt aan het draagvermogen vande paal. De nastelbare paalkop bestond uit een los betongedeelte dat via een nylon mof met derest van de paal was verbonden (fig. 18).De tunnelelementen werden op een speciale stelbalk afgezonken. Deze balk droeg op vierspeciaal hiervoor gemaakte palen en fungeerde als een geleidingssysteem voor een nauwkeu-rige plaatsing. Na plaatsing van de tunnelelementen op de tijdelijke fundering werden depaalkoppen tegen de tunnelbodem omhoog gedrukt door de nylon mof met injectiemortel tevullen. Dit werk werd uitgevoerd door duikers.Eventuele geringe afwijkingen van de paalkop uit de verticale stand konden worden opge-vangen doordat de paalkop over voldoende rotatiecapaciteit beschikte. Een viltbekleding op hetdraagvlak zorgde voor een uniforme belastingsoverdracht.Een ander voorbeeld van een op palen gefundeerde tunnel vormt de verkeerstunnel onder het IJin Amsterdam. Hier leidde de slechte grondgesteldheid ter plaatse tot deze funderingswijze. Defundering bestaat uit geboorde palen, met diameter van 1,08 m en een maximale lengte tot 90 mbeneden NAP. Elk element wordt gedragen door kespen die groepen van 8 tot 12 palen metelkaar verbinden. De palen werden gemaakt vanaf een hefeiland.De kespen werden onder water gemaakt in een gewapend betonnen duikerklok die vanaf eendrijvende dubbele ponton werd neergelaten. De ponton was verankerd met stalen kabels aan opde bodem van de rivier geplaatste holle betonnen blokken (fig. 19).Nadat de tunnelelementen waren afgezonken op drie tijdelijke ondersteuningen op de kespen,werd de permanente oplegging van de tunnel tot stand gebracht. Deze bestaat uit 24 met groutge?njecteerde rubber slab opleggingen, uitgevoerd als glijopleggingen om horizontale krachtenop de palen te voorkomen die kunnen ontstaan door bewegingen ten gevolge van temperatuur-veranderingen.Als een laatste voorbeeld van een tunnelfundering die op een andere manier tot stand is ge-komen dan door middel van zandonderspoeling of met de injectiemethode wordt de duiker onderhet Amsterdam-Rijnkanaal nabij Jutphaas genoemd. Deze duiker bestaat uit slechts ??n afzink-element met een lengte van 122 m en een breedte van 8,89 m.In een dergelijk geval geeft het bepaalde voordelen een methode toe te passen waarvoor geenkostbaar hulpmaterieel nodig is. De oplossing werd gevonden door gebruik te maken van eenzgn. grindtoren, die al eerder was gebruikt voor het aanbrengen van grindbedden voor tijdelijkefundaties voor verkeerstunnels. Deze toren die op de bodem van de sleuf werd geplaatst, wasvoorzien van een stortkoker om het grind naar beneden te brengen en van een afrijbalk om hetbed nauwkeurig op hoogte te kunnen afwerken. Het grindbed werd met een nauwkeurigheid vanCement XXX (1978) nr. 12 59520Zandinjectie-methode bij een proef met eengroot modela. betonplaat 10 ? 10 m, b. betonnenbassin, b zand-water pomp, d.uitstroomopening, e. waterdruk meter,f. elektrische lastopnemers, g. na uitvoeringvan de proef werd de betonplaatverwijderd, h. zanddepot21Resultaat van de proef van figuur 20;indrukken van de bekisting gebruikt voor deproefplaat zijn zichtbaar in de zandafzettingfoto: Ballast-Nedam, Bagger Divisie?1 cm afgewerkt. De grindbedden waren aangebracht op kleine onderlinge afstanden, zodatvan boven gezien een dambord-achtig patroon ontstond. De duiker werd dus slechts gedeelte-lijk ondersteund, maar hiermee was bij het ontwerp rekening gehouden.Onderzoek betreffende funderingsmethodesZoals uit het voorgaande kan worden geconcludeerd, heeft gedurende de laatste 15 jaar eenvoortdurende ontwikkeling van funderingssystemen voor gezonken tunnels plaatsgehad. Datheeft er onder meer toe geleid dat er vele experimenten zijn ondernomen, sommige op waregrootte om er van verzekerd te zijn dat de ontwikkelde fundering zich overeenkomstig het ver-wachtingspatroon zou gedragen.Als voorbeeld van research op dit gebied, wordt een indruk gegeven van het onderzoekings-programma ten behoeve van de injectiemethode.Om een duidelijk inzicht te krijgen in het mechanisme van het proces, werden eerst proeven opkleine schaal uitgevoerd. De proefmodellen waren vervaardigd van plexiglas zodat het procesduidelijk kon worden waargenomen.Bij de modelbeproeving op verkleinde schaal is geen poging ondernomen om de zandconcen-tratie en de opwaartse druk te meten, daar de invloed van het verschalen moeilijk vast te stellenviel. Na afronding van de proevenserie op kleine modellen werden proeven op min of meer waregrootte doorgevoerd.Voor dat doel werd een groot betonnen model gebouwd, bestaande uit een betonplaat van 10 ?10 m2(fig. 20). Deze piaat werd gehangen in een met water gevuld betonnen bassin opzodanige wijze dat via een doorvoeropening in het midden van de plaat een zand-watermengselkon worden ge?njecteerd. De plaat was aan de vier hoeken op elektrische lastopnemers opge-legd. Verder was de proefopstelling voorzien van waarnemingsvensters, waterdrukmeters,gronddrukmeters en openingen voor het maken van grondsonderingen. Ook werd het debiet vanhet zand-watermengsel alsmede de zandconcentratie van het mengsel geregistreerd.Na uitvoering van het experiment werd de plaat verwijderd om het resultaat van de proef tekunnen bestuderen (fig. 21). Op deze wijze werd een groot aantal proeven uitgevoerd metverschillende types zand, debieten en zand-concentraties. Dank zij de proeven was het mogelijkhet proces te kwantificeren, speciaal wat betreft de relatie tussen mengselconcentratie en hetverhang in de 'zandrivier' (fig. 22).Literatuur1. Sand Injection or Sand Flow Process, A.Griffioen en R.van de Veen; Research and Develop-ment of the Foundation of a Tunnel by means of a Sand Flow System; Tunnels and Tunnelling,juli 19732. Onderstromen van Tunnels; niet gepubliceerd rapport van de Rijkswaterstaat, directie Sluizenen Stuwen, afdeling Tunnels3. Het afzinken van de Benelux Tunnel, H.Engel, J.Haring en A.van leperen; Otar (1967)54. Vlaketunnel, Ondergrondse Schakel in Rijksweg 58, C.G.Purmer en A.Schouten; Oiar (1975) 25. De Tunnel onder de Oude Maas tussen Dordrecht en Zwijndrecht, H.J.C.Oud, J.M.van Geest enV.L.Molenaar; Cemenf XXVI (1974) nr. 126. De Hemspoortunnel, P.Kieft en B.W.van EldikThieme; Cement XXX (1978) nr. 27. Metrobouw in Rotterdam, G.Plantema; De Ingenieur 80, nrs. 34 en 35,19688. De Bouw van de Utunnel in beeld; Polytechnisch Tijdschrijft nrs. 22, 23 en 24,19689. Nieuwe Bouwmethode voor Tunnels, H.C.Wentink, A.GIerumen J.P.Serl?; Cement XXIII (1971)nr. 722Relatie tussen mengselconcentratie zand-water en het verhang van de 'rivier'a. gemiddelde waarden, b. uitersten van deproefresultatenCement XXX (1978) nr. 12 596