4 Vier keer schuiven in negen dagen Korte buitendienststelling en bijzondere vormgeving hebben grote invloed op constructie en uitvoering van twee onderdoorgangen in Zutphen Vier keer schuiven in negen dagen 6 2016 5 Sinds eind 2015 verbinden twee tunnels in Zutphen de binnen- stad, de Noorderhaven en het bedrijventerrein De Mars. Beide onderdoorgangen, De Marstunnel en Kostverloren, kennen een bijzonder, letterlijk kleurrijk ontwerp. Om de over- last te beperken, zijn ze in zeer korte tijd ingeschoven. Vier keer schuiven in negen dagen 1 ir. Johan Bolhuis RO BAM Infraconsult Niels van der Woude MSEng RC Sweco 1 Marstunnel met ribben en verlichting foto: Frans Blok, 3Develop De Marstunnel is bestemd voor zowel auto's, fietsers als voet- gangers. Deze tunnel aan de westzijde van het station voert onder zeven sporen door. Kostverloren is een onderdoorgang alleen voor fietsers en voetgangers. Deze gaat onder vijf sporen door en bevindt zich aan de oostzijde van het station. Bij het station zijn twee perrons aanwezig, het zuidelijke (perron 1) en het middenperron (perron 3 en 4). Beide tunnels zijn gebouwd onder één architectonische visie met veel aandacht voor verlichting en vormgeving. Een van de uitdagingen was de beperkte buitendienststelling van negen dagen. Daarom zijn de tunnels naast de uiteindelijke locatie gebouwd en ingeschoven. Voor dit inschuiven waren zelfs alleen de weekenden beschikbaar omdat er nog wel (gedeeltelijk) treinen reden naar het station. Marstunnel Het constructieve ontwerp van de Marstunnel is sterk bepaald door de vormgeving van de constructie en de assen van de sporen en weg. De kruisingshoek van het spoor en de weg is circa 60°. Aan de onderzijde van het dek en tegen de wanden zijn ribben aangebracht. De constructie wordt verlicht met verlichting tussen deze ribben (foto 1). Bij de wanden is gekozen de ribben als prefab-betonkolommen vast te maken aan de achterliggende constructie. Aan de boven- zijde zijn de ribben opgenomen in het dek. Latere montage zou gevaar opleveren bij een aanrijding van de ribben. Om het effect van de verlichting te versterken, is de gehele constructie na ople- vering van de betonconstructie voorzien van een coating. Constructie De tunnel bestaat uit twee overspanningen. Een overspanning van 13,85 m voor het deel voor de auto's en 7,80 m voor het lang- zame verkeer. Het tussensteunpunt bestaat uit een rij kolommen. Vier keer schuiven in negen dagen 6 2016 6 N.A.P. 527 2715 5272715 527 W.S. + 6.700 + 7.221 detail 5 1500 stepbarrier verzwaring vloer t.b.v. hwa-leiding asfalt door derden hwa-leiding Ø 160 ontwikkelen met isolatie hwa-leiding Ø 125 werkvloer d =7 0 5058 24964 + 6.889 26250 9045 12645 400 550 (SE-0028) + 6.359+ 6.254 tubexpalen + 2.370 8040 1000 14912 + 3.320 hwa nader uit te werken in de uo fase z asfalt door derden 1000800 + 5.142 800 550 550 400 + 6.369 + 6.273 + 7.200 (SE-0028) 26250 R = -375m 29404 H = 7% 120971 (op as wegen gemeten) R = -675m H = -7% R = 375m H = 0% oss N 5223 myriad pro light 2 Langsdoorsnede Marstunnel 3 Bovenaanzicht dekken Marstunnel met in blauw de perrons spanning toeneemt (fig. 3). Daarom is het dek ter plaatse van perron 1 voorzien van 0,60 m extra beton in plaats van zand. Bij perron 3/4 is het zandpakket gedeeltelijk vervangen door EPS (geëxpandeerd polystyreen) ter reductie van de belastin- gen rond de voeg tussen de dekken (fig. 2). Bouwfasering De dekken zijn aan beide zijden van het spoor gebouwd en vervolgens in twee opeenvolgende weekenden op schuifbanen ingeschoven. De dekken zijn in de tijdelijke situatie aan de uiteinden opgelegd op damwanden die in een eerdere buiten- dienststelling waren aangebracht, en in het midden op 25 buis- palen Ø670mm met paalpuntniveau van NAP -10,0 m (lengte is 18,0 m) (fig. 5). Ten behoeve van de oplegging is aan de bovenzijde van de damwand een stalen plaat aangebracht. Over de buispalen is een onderslagbalk aangebracht van 2× HEB600. Na het inschuiven van de dekken is de grond onder de dekken afgegraven en zijn de vloer en wanden gemaakt. 1,25 m naast de buispalen zijn de definitieve kolommen gerealiseerd. De damwanden moesten door zwerfstroomcorrosie als verlo - ren worden beschouwd in de definitieve toestand. De stalen De onderzijde van het dek volgt het alignement van de weg in langsrichting. Hierdoor verloopt de dikte van het dek van 1,20 m aan de zuidzijde tot 0,75 m aan de noordzijde (fig. 2). Er is daarom voor gekozen aan de noordzijde een ballastloos spoor toe te passen (direct bevestigd). Hier is tevens een randbalk aangebracht om extra stijfheid te krijgen. De zuidzijde is wel van een ballastspoor voorzien. De ribben in het dek volgen de richting van het spoor en zijn dus onder een hoek aangebracht. De afmetingen van de ribben bedragen b × h = 0,45 × 0,30 m 2. Rekening houdend met de minimale dekking kon de benodigde hoofdwapening niet in de ribben worden aangebracht. Daarom is ervoor gekozen de ribben constructief niet mee te rekenen en alleen te voorzien van wapening om de scheurvorming te beperken (11 staven Ø8). De hoofdwapening is in twee lagen in het dek zelf aange- bracht (2Ø32-125). Het dek bestaat uit twee delen (spoordek noord en spoordek zuid) die elk vanaf een zijde zijn ingeschoven. Bij stompe hoeken van de dekken ontstaan concentraties van krachten. Met name bij het zuidelijke dek loopt deze concentratie op. Dit komt doordat de weg hier een bocht maakt waardoor de over - 2 3 Vier keer schuiven in negen dagen 6 2016 7 Fase 3 : I n schui ven s poor dek op schui fb aa n 3750 15100 4500 F ase 4 : A ate n s p oor dek op d am wande n e n bui sp ale n 13450 9900 F ase 5/6 : O ntg raven , bouw v lo er, w ande n e n k o lo m m en 850 850 1250 13850 7800 F ase 7 : O ver pakken sp oor dek van bui sp aa l op ko lo m 13850 7800 Fase 10 : Damw an d afw ezig t g v z w erfs tr o om co rro sie 13850 7800 F ase 9 : V loe r t p v b uis p aal a fs to rte n A schuifbaan spoordek schuifbaan B C damwand damwand tijdelijke buispaal denitieve vloer denitieve wand denitieve wand denitieve kolom D 2 527 2715 527 583 682 355 541 2700 541 na stucwerk (6mm) zonder stucwerk 358 589 689 121.318° 4 Bouwfasering Marstunnel 5 Constructieschema's verschillende fasen De constructieschema's zijn weergegeven in figuur 6. Om alle effecten goed mee te kunnen nemen, is met SCIA Engineer een model gebruikt met twaalf fasen om alle toenamen van belas- tingen inzichtelijk te krijgen. Bij twee fasen waren zeven sporen in gebruik. Wiebervormige kolommen Door de wiebervorm van de dekken is de verdeling over de kolommen niet gelijkmatig. In de zuidelijke kolommen treedt in de eindsituatie een maximale normaalkracht N Ed = 7000 kN op. De kolommen, 450 × 680 mm in wieber - vorm, zijn daarom uitgevoerd in C55/67 (fig. 6). De druk wordt via de ribben ingeleid vanuit de kolommen in het dek. buispalen zijn na het overpakken op de kolommen verwijderd en hebben geen dragende functie meer (zie ook onder kopje 'Tijdelijke palen en vloer'). De tunnel is in de aardebaan van het spoor gebouwd en is in de eindsituatie om die reden op staal gefundeerd. De constructie moest op vier belastingstoestanden worden berekend: ? schuiven dek (A); ? tijdelijke oplegging op damwanden en buispalen (B); ? koppeling met wanden en definitieve kolommen, damwan- den actief (C); ? koppeling met wanden en definitieve kolommen, damwan- den vervallen (D). 6 Wiebervormige kolommen (boven kolommen is aan- zicht lage afscheidingswand tussen deel voor fietsers/ voetgangers en deel voor auto's) 4 5 6 Vier keer schuiven in negen dagen 6 2016 8 werkvloer d =70 mm 45 1543 3043 1593 + 4.223 + 4.223+ 4.223 + 4.225 7 Overpakken middenkolommen Marstunnel 8 Houten klossen tussen de damwanden en de bovenste rand van de wand 9 Excentriciteit uit de stempelkrachten op de dekken vroeg om een koppeling 10 Detail strook tussen afgedichte sparing t.p.v. buispalen 11 Onderdoorgang Kostverloren met schuine vlakken in het wegdek en de wanden 12 Voor het noordelijk dek van de Marstunnel zijn drie schuifbanen toegepast mortel gerealiseerd. Het overpakken van het dek van de buis- palen naar de kolommen is overdag uitgevoerd. Hierbij was het mogelijk de dienstregeling zonder hinder te laten doorgaan (foto 7). Door het vijzelen is de vervorming van de ondergrond ? door het overbrengen van de belasting vanaf de buispalen naar de vloer ? goed te monitoren. De vloer zal door de belasting op de kolommen circa 10 mm zakken. Door het monitoren van de vervorming uit de ondergrond tijdens het vijzelen, is in het dek een gelijkmatige krachtenverdeling bereikt. Koppeling dekken tijdens bouwfase Zoals gezegd is het dek uit twee delen opgebouwd. Tijdens de bouwfase van de onderbouw fungeerden de dekken als stempel van de damwanden. De koppeling tussen het dek en de damwand is uitgevoerd met houten klossen tussen de bovenste rand van de wand, die al was meegenomen bij het maken van het dek en de damwand (foto 8). Omdat de dekken wiebervormig zijn, hadden de stempelkrach- ten uit de twee damwanden niet dezelfde werklijn in het dek (fig. 9). De excentriciteit bedroeg circa 15,0 m. Bij het zuide- De ribben zijn daarom lokaal uitgevoerd in dezelfde betons- terkteklasse als de kolommen. Overpakken tijdelijke buispalen naar definitieve kolommen Het overpakken van de tijdelijke buispalen naar de definitieve kolommen is een belangrijke fase. Door het architectonische beeld van de kolommen konden geen oplegblokken worden toegepast. De eerste gedachte was de kolommen direct onder het dek vast te storten en daarna de tijdelijke palen te verwijde- ren. Voor de UGT zou dit geen bezwaar zijn. Echter, doordat de kolommen 1,25 m naast de buispalen staan, zou bij het over - pakken een groot permanent moment ontstaan in de kolom- men. De drukspanningen in de kolommen zouden hierbij zo groot worden dat er vermoeiingsproblemen zouden optreden voor de betondrukzone. Om het moment in de kolommen te beperken, is gekozen de verticale krachtsafdracht tijdelijk te verplaatsen naar de lijn van de kolommen. Hiervoor is het dek tussen de kolommen gevij- zeld. Nadat de vijzels de belasting hadden overgenomen, zijn de onderslagbalken op de buispalen verwijderd. Vervolgens is de verbinding tussen het dek en de kolommen met snelhardende 7 8 10 9 spoordek Noord spoordek Zuid trekkoppeling gronddruk gronddruk gronddruk drukkoppeling gronddruk Vier keer schuiven in negen dagen 6 2016 9 een betonplaat van 0,50 m (fig. 10). De wapening (t.b.v. moment en dwarskracht) in de vloer is geconcentreerd aange- bracht in de stroken tussen de palen. Om te voorkomen dat de buispaal tegen het beton zou drukken, is er samendrukbaar materiaal op de buispaal aangebracht. lijke dek was dit nog iets meer omdat de westwand het aligne- ment van de weg volgt en afbuigt. Daarom zouden de dekken de neiging hebben weg te draaien (roteren) en instabiliteit van de damwanden veroorzaken. Om de stabiliteit van de damwand in de bouwfase te verzekeren, zijn beide dekken gekoppeld (fig. 9). Hierdoor ontstond één groot dek en heeft de excentriciteit minder invloed. De drukkoppeling tussen de dekken is uitgevoerd met houten klossen. De trekkoppeling is uitgevoerd met staalplaten. Hiervoor zijn in de dekken staalpla- ten met deuvels gestort waartussen ? na het schuiven ? een staalplaat is gelast. De voeg in het dek is niet doorgezet in de onderbouw. Hier - door zijn de dekken in de eindsituatie verbonden door een doorgaande wand. Ter plaatse van de voeg in het dek is in de wanden extra wapening opgenomen om de lokale krachten op te vangen. Tijdelijke palen en vloer In de ontwerpfase is gekeken of het mogelijk was de buispalen ook in de eindsituatie te gebruiken als fundering van de vloer. Hiermee zou een gecombineerde fundering op palen en op staal ontstaan. Omdat de kosten van toevoeging van stalen kragen aan de 25 palen beduidend hoger zouden zijn dan de besparingen die dit zou opleveren, is ervoor gekozen palen af te branden op 0,60 m onder de bovenzijde van de vloer, na het overpakken van het dek op de kolommen. De vierkante sparin- gen ter plaatse van de buispalen in de vloer zijn afgedicht met 11 12 Vier keer schuiven in negen dagen 6 2016 10 verticale ribben vlakken in het dek Kostverloren De tunnel Kostverloren heeft een bijzondere vormgeving aan de binnenzijde. Er zitten repeterende schuine vlakken in het dek en de wanden (foto 13). Ook hier speelt de verlichting weer een belangrijke rol. In de wanden zijn verlichtingselementen aange- bracht om het dek en de wanden aan te stralen. In het open gedeelte zijn tegen de wanden verticale architectonische ribben aangebracht (fig. 14). Deze ribben zijn constructief gebruikt zodat de wanddikte kon worden beperkt. Doordat de grondwaterstand ruim onder de tunnel ligt, zijn de open delen slechts 8 m lang. Hierna is de grondkering uitgevoerd met prefab keerwanden. Extra maatregelen in de uitvoering Twee van de zeven sporen liggen niet in een ballastbed. Hierdoor is er veel aandacht aan de maatvoering besteed. Tijdens het schuiven was het voor het noordelijke dek ook nodig hoge stop- pingen toe te passen, omdat het dek krom liep aan de onderzijde en daardoor veel verloop had in dekdikte terwijl de schuifbanen recht waren. Vanwege het grote gewicht van het dek was het nodig drie schuifbanen bij het inschuiven van het noordelijke dek toe te passen (foto 12). Vanwege het statisch onbepaalde dek met grote verschillen in dekdikte, moest bij het inschuiven goed naar de drukverdeling van de vijzels worden gekeken. 13 14 Vier keer schuiven in negen dagen 6 2016 11 3128 850 50 200 2828 2730 (SE-0245) B.S. + 11.580 3500 650 as etspad gestabiliseerd zand D = 500 HWA Ø125 stelconplaten as schuifbaan 650 650 10400 100 W.S. + 6.600 verharding door derden(SE-0211) + 6.802 + 9.930 + 10.780 4678 + 6.152 250 9100 517 8066 517 4033 + 10.830 min. 2850 afwatering dek (SE-0060) mantelbuizen 2x PVC Ø125 alle HWA/mantelbuizen omwikkelen met densoband mantelbuizen 3x PVC Ø110 13 Inschuiven tunnel Kostverloren 14 Bovenaanzicht onderdoorgang Kostverloren met schuine vlakken en archi- tectonische ribben 15 Dwarsdoorsnede tunnel 16 Stortvoeg tunnel kostverloren de tunneldelen vlak langs moesten worden geschoven. De schuifbaan ging door de fundering van de buitentrap voor de toegang tot de bedieningsruimte. Daarom is voor de ondersteu- ning van het bordes een tijdelijke voorziening aangebracht aan het bestaande gebouw. Om de tunnel op de juiste diepte te bouwen, is rondom de voorbouwlocatie een CSM-wand (cutter soilmix-wand) aange- bracht zodat de direct naastgelegen bebouwing geen invloed ondervond van de ontgravingen. Een deel van de CSM-wand had ook een definitieve grondkerende functie. Daar is deze afgewerkt met een betonschil om de strakke lijnen uit de tunnel door te zetten. Tot slot Het werk in Zutphen bleek zeer uitdagend. Vooral omdat vlak bij een station en onder meerdere sporen door moest worden gebouwd. De tunnels zijn nu in gebruik en hebben door hun bijzondere architectuur iets toegevoegd aan de stad. ? In tegenstelling tot de Marstunnel, waar alleen de dekken zijn ingeschoven, is deze tunnel in zijn geheel ingeschoven (foto 13). Constructie De dekdikte van de tunnel varieert door de vlakken tussen 0,85 m en 1,05 m. De kruisingshoek met de sporen, 17º, is doorge- zet in de vlakken in de tunnel waardoor deze ook schuin lopen. De dikte van de wand varieert van 0,52 m tot 0,97 m. Hierdoor is aan de binnenzijde van de tunnel de hoofdwapening verder naar binnen geplaatst. Om de contouren van het beton te volgen, is er huidwapening toegepast zodat de scheurvorming beheerst is. Uitvoering De tunnel is als een volledige koker in twee delen gebouwd aan de noord- en zuidzijde van het spoor, met een fundering op staal. Beide delen zijn, zoals gezegd, ingeschoven in de grote buitendienststelling. In een eerdere buitendienststelling zijn tijdelijk damwanden aangebracht om grond te keren. Bij het middenperron zijn de moten circa 2,5 m uit elkaar geplaatst (foto 16). Hiertussen is de tunnel in het werk gestort om een doorgaande tunnel zonder voegen te realiseren. Er is geen voeg aangebracht, maar de stekwapening uit beide delen is doorgezet in de betonwand als stortstrook. De stortstrook is verticaal doorgezet als vide naar het middenperron om extra daglicht in de tunnel te verzorgen. Wat bij de bouw een complicatie gaf, was dat aan de zuidzijde van het station een monumentaal treinleidingshuis stond waar 16 15 ? PROJECTGEGEVENS project Twee onderdoorgangen De Mars, Zutphen opdrachtgever ProRail uitvoering BAM Infra ontwerpleiding BAM Infraconsult ontwerp betonwerk Sweco Nederland architectuur Railinfra Solutions Vier keer schuiven in negen dagen 6 2016