5 2017 vakblad over betonconstructies vakblad over betonconstructies 5 2017 vakblad over betonconstructies Tunnels Munterij 8, 4762 AH Zevenbergen ? Postbus 17, 4760 AA Zevenbergen ? T 0168 - 33 12 400 ? E info@bbtec.nl ? www.bbtectools.com/nl "Structural Anchoring Systems" voor Constructieve Veiligheid Voor Constructeurs, Architecten, Staalbouwers, Aannemers, etc. MET GRATIS DESIGNFIX ONDERSTEUNING NIEUW NIEUW Nieuwe Anker Design Software DesignFiX® gratis anker calculatie soft- ware voor B+BTec SAS en BIS anker syste- men. ? Complete invoer vrijheid en 3D interface ? Resultaten in één oogopslag ? Automatische berekening ef ectieve zetdiepte ? Geïntegreerde FEM berekening voor bepalen dikte voetplaat Nieuwe BIS Injectie Systemen Pure-Epoxy 3:1 voor ultra hoge lasten. ETA goedkeuring voor gescheurd en ongescheurd beton, diamant geboorde en watergevulde gaten. Seismische Goedkeuring C1 en C2. Voor de installatie van stek- en draadeinden. Vinylester voor hoge lasten. ETA goedkeuring voor ge- scheurd en ongescheurd beton en watergevulde gaten. Seismische Goedkeuring C1. Styreen vrij. Voor de installatie van stek- en draadeinden. Polyester voor gemiddelde lasten. ETA goedkeuring voor ongescheurd beton en holle steen. Styreen vrij. Voor de installatie van draadeinden. CEMENT_15_09.indd 1 14-09-15 13:29 5 2017 vakblad over betonconstructies vakblad over betonconstructies 5 2017 vakblad over betonconstructies Tunnels Munterij 8, 4762 AH Zevenbergen ? Postbus 17, 4760 AA Zevenbergen ? T 0168 - 33 12 400 ? E info@bbtec.nl ? www.bbtectools.com/nl "Structural Anchoring Systems" voor Constructieve Veiligheid Voor Constructeurs, Architecten, Staalbouwers, Aannemers, etc. MET GRATIS DESIGNFIX ONDERSTEUNING NIEUW NIEUW Nieuwe Anker Design Software DesignFiX® gratis anker calculatie soft- ware voor B+BTec SAS en BIS anker syste- men. ? Complete invoer vrijheid en 3D interface ? Resultaten in één oogopslag ? Automatische berekening ef ectieve zetdiepte ? Geïntegreerde FEM berekening voor bepalen dikte voetplaat Nieuwe BIS Injectie Systemen Pure-Epoxy 3:1 voor ultra hoge lasten. ETA goedkeuring voor gescheurd en ongescheurd beton, diamant geboorde en watergevulde gaten. Seismische Goedkeuring C1 en C2. Voor de installatie van stek- en draadeinden. Vinylester voor hoge lasten. ETA goedkeuring voor ge- scheurd en ongescheurd beton en watergevulde gaten. Seismische Goedkeuring C1. Styreen vrij. Voor de installatie van stek- en draadeinden. Polyester voor gemiddelde lasten. ETA goedkeuring voor ongescheurd beton en holle steen. Styreen vrij. Voor de installatie van draadeinden. CEMENT_15_09.indd 1 14-09-15 13:29 Partners 1 Meer informatie over deze bedrijven en over het partnerschap staat op www.cementonline.nl/partners . partners 5 2017 Centraal overleg Bouwconstruc ties Stufb Studievereniging ? b -N ederland Partners van Cement , kennisplatform betonconstructies Cement is een platform van én voor constructeurs. Het platform legt kennis vast over construeren met beton, en verspreidt deze onder vakgenoten. Om het belang hiervan te onderstrepen kan een bedrijf kennispartner van Cement worden. Een partner geniet een aantal voordelen, zoals een flinke korting op het abonnement en een profielpagina op Cementonline . Het partnerschap is voorbehouden aan bedrijven voor wie de kennis daadwerkelijk is bedoeld. Hebt u ook interesse om partner te worden, neem dan contact op met Jacques Linssen, j.linssen@aeneas.nl . 2 4 Een tunnel onder een Amsterdams park T Tussen de knooppunten Holendrecht en Diemen, aan de Gaasperdammerweg, wordt gewerkt aan een 3 km lange landtunnel in de A9. 18 A4 na meer dan 60 jaar gereed T In het ontwerpproces van de 2 km lange Ketheltunnel, samengesteld uit vijftig ter plaatse gestorte betonnen tunnelmoten, vroegen progressive collapse en negatieve kleef bijzondere aandacht. 24 Een tunnel die werkt T Een toelichting op het aanbestedingsproces en het globaal ontwerp van de 1,6 km lange nieuwe boortunnel in de Rotterdamsebaan in Den Haag. 30 Boren tussen de A4 en de A44 T De boortunnel in de RijnlandRoute kent diverse uitdagingen, onder meer ten aanzien van de lining, dwarsverbindingen en positie van de boorterpen. 46 Zinktunnel tussen Duitsland en Denemarken T Voor de nieuwe Femernbeltverbinding tussen Denemarken en Duitsland wordt een bijna 18 km lange zinktunnel gebouwd; de langste ter wereld. 52 Zinktunnel onder extreme omstandigheden T In het ontwerp van de afgezonken tunnel door de Gouden Hoorn in Istanbul speelden extreme geotechnische en seismische omstandigheden een grote rol. 4 ? 69 Tunnels Er worden momenteel veel tunnels gerealiseerd, zowel in Nederland als in het buitenland. In dit themanummer volgen we de ontwikkelingen in tunneltechniek en belichten we enkele belangrijke tunnelbouwprojecten. 38 - 45 Schipholspoortunnel: Euro code, NEN 8700 of RBK? Door uitbreiding van parkeer garage P1 bovenop de Schipholspoor tunnel zullen geconcentreerde kolom belastingen met circa 50% toenemen. Toch hoeft de tunnel slechts minimaal versterkt te worden. 70 ? 73 De Holland herontdekt Architectuur van Sybold van Ravesteyn, herbestemd tot Nationaal Onderwijs- museum. De Holland is een voorbeeld voor betonrestauratie van jonge monumenten. 1 Partners 74 Column 76 Boekbespreking 80 Service / online 80 Colofon september 2017 / jaargang 69 inhoud 5 2017 Inhoud 3 60 Bijzondere belastingen op afgezonken tunnels T De laatste jaren is de invloed van bijzondere belastingen, zoals scheepsbelastingen, explosies en aardbevingen op het (detail)ontwerp steeds groter geworden. 78 De jonge constructeur Pim van der Aa vertelt over zijn rol bij de uitvoering van de krimpberekeningen voor het protonentherapiecentrum van het Universitair Medisch Centrum Groningen. Wereldspeler? Met ongeveer 30 tunnels langer dan een kilometer heeft Nederland veel minder tunnels dan veel berg - achtige landen. En onze langste tunnel, de Groene Harttunnel, steekt met 7,2 km schril af tegen de 57 km lange Gotthard trein - tunnel. Daarmee lijken we op tunnelgebied dus op het eerste gezicht geen wereldspeler. Maar als je beter kijkt, zie je wat anders. Want bovenstaande feiten gaan over aantal en lengte. Op het gebied van tunneltechniek kunnen we ons zeker meten met de wereldtop. De in Nederland toegepaste technieken hebben voor een belangrijk deel bijgedragen aan de maritieme Hollandse glorie! Zo hebben wij voor het eerst een boortunnel gebouwd onder stedelijk gebied op paalfunderingen in slappe grond. En onze kennis van zinktunnels wordt over de hele wereld geëxporteerd. In dit themanummer zijn diverse voorbeelden van toepassing van Nederlands vernuft in binnen- en buitenland terug te vinden. Voor een buitenstaander mogen het misschien minder spraakmakende voorbeelden zijn dan de 1,5 km lange tunnel waardoor in 2015 drugsbaron El Chapo uit de gevangenis wist te ontsnappen. Maar voor de civiel ingenieur zijn het hoogstandjes om van te smullen. Steeds wordt er gezocht naar integrale oplossingen ten aanzien van techniek, veiligheid, onderhoud, levensduur, beschikbaarheid en invloed op de omgeving. En de ontwikkelingen staan niet stil, zoals u kunt lezen in deze Cement -editie. Een pessimist zit in een donkere tunnel. Een optimist ziet licht aan het einde van de tunnel. Een realist leest deze Cement om te vernemen dat we in Nederland een sterk staaltje tunneltechniek in huis hebben en wereldwijd meespelen. Tot slot: heeft u genoten van de interessante en soms prikkelende columns van Rob Nijsse, dan kan dat nog één keer. Want na twee jaar neemt Erik Middelkoop het stokje over. Bedankt voor je bijdragen Rob! Veel leesplezier gewenst! Dick Hordijk Voor reacties: d.hordijk@cementonline.nl Voorpagina:Tunnel Gaasperdammerweg A9 in aanbouwfoto: Irvin van Hemert i.o.v. Rijkstwaterstaat Redactioneel 5 2017 Inhoud 4 thema Tunneltechniek door de jaren heen Toelichting op ontwikkelingen afzinkmethode, in-situbouwmethode en boormethode De afzinktechniek komt in Nederland goed tot haar recht. Er zijn veel rivieren met een breedte van 600 tot 800 m, een maat die voor een boortunnel veel minder gunstig is. Ten opzichte van bruggen hebben tunnels als oeververbinding het grote voordeel van een zeer hoge beschikbaarheid. De eerste afgezonken tunnel in Nederland is de Maastunnel in Rotterdam, gebouwd in 1942. Er volgen er nog vele. In Baren- drecht wordt ten behoeve van de bouw van de Heinenoordtunnel (1969) een speciaal bouwdok voor tunnelelementen aangelegd. Hierin worden later ook elementen gebouwd voor onder andere de Willemspoortunnel, de Noordtunnel, de Wijkertunnel en de Tweede Beneluxtunnel. De techniek ontwikkelt zich in de loop der tijd verder, ook om langere, diepere en bredere tunnels mogelijk te maken. Denk bijvoorbeeld aan de 6 km lange Øresund Link tussen Kopenhagen en Malmö of de 18 km lange Femernbelttunnel tussen Duitsland en Denemarken. Ook op het gebied van opdrijven, transporteren, afzinken, onderstromen en voegen worden optimalisaties doorgevoerd. In-situmethode Ondertussen wordt ook de in-situ- ofwel cut-and-covermethode veel toegepast. Deze techniek is zeer geschikt voor landtunnels en toeritten, maar ook voor gesloten delen van tunnels onder waterwegen is de methode bruikbaar. In 1957 wordt de in-situ - Er zijn grofweg drie technieken te onderscheiden waarmee tunnels in Nederland worden gebouwd: de afzinkmethode, de in-situbouwmethode en de boormethode. Deze methoden zijn de afgelopen decennia flink verbeterd. Afzinkmethode Van oudsher is Nederland een 'afzinkland'. Onze civieltechnische ingenieurs hebben zich in de tweede helft van de vorige eeuw ontwikkeld tot wereldleider op het gebied van kennis van zink - tunnels. Daarbij is aanvankelijk dankbaar gebruikgemaakt van ervaringen bij onder meer de bouw van de Holland Tunnel in de Verenigde Staten en enkele tunnels in Antwerpen. Ook kan Nederland bogen op een hoog kennisniveau op het gebied van beton. Door de toenemende behoefte aan mobiliteit is in ons land de afgelopen 75 jaar een groot aantal tunnels gebouwd. En ook de komende jaren staan veel spraakmakende tunnelprojecten op stapel, niet alleen onder waterwegen maar ook onder land en zelfs bebouwing. De technieken die daarbij worden toegepast, hebben zich in die periode sterk ontwikkeld. De redactie van Cement stak haar licht op bij drie prominente tunneldeskundigen: Predrag Jovanovic, Frank Kaalberg en Bart Hendrix. Bronnen Dit artikel is tot stand gekomen dankzij inbreng van Predrag Jovanovic (Movares), Frank Kaalberg (Witteveen+Bos) en Bart Hendrix (Rijkswaterstaat). Tevens is dankbaar gebruikgemaakt van het boek 'Tunnels in Nederland ? een nieuwe generatie', een uitgave van Rijkswaterstaat. thema Tunneltechniek door de jaren heen 5 2017 5 methode voor het eerst gebruikt, bij de bouw van de Velsertunnel onder het Noordzeekanaal. Ook deze techniek wordt in de loop der jaren verder ontwikkeld. Momenteel worden de nieuwste inzichten toegepast in bijvoorbeeld de Gaasperdammertunnel. Boormethode In de jaren negentig maken we ons ook de boortunneltechniek eigen. Aanvankelijk zijn deskundigen van mening dat deze techniek in Nederland vanwege de slappe bodem niet geschikt is. Maar onder leiding van de minister van Economische Zaken gaat er in 1991 een 'expertmissie' naar Japan om kennis te maken met de aanleg van boortunnels in vergelijkbare onder - grond. De overtuiging bestaat dat deze techniek goed van pas kan komen op plekken waar de afzink- of in-situmethode niet mogelijk zijn, bijvoorbeeld onder gebouwde omgeving. Dit leidt uiteindelijk tot twee pilotprojecten: de Tweede Heinenoord - tunnel en de Botlekspoortunnel. Deze tunnels worden gebouwd volgens in Duitsland gangbare ontwerpmethodieken. Maar eigenwijs als Nederlanders zijn, willen we niet blindvaren op kennis van derden. Daarom worden deze projecten gebruikt om eigen kennis en rekenmethodieken te ontwikkelen. Bijna heel bouwend Nederland is erbij betrokken. Het COB, opge - richt in 1994, speelt hierbij een prominente coördinerende rol. De ontwikkelde kennis wordt ingezet bij latere boortunnel- projecten als de Tunnel Pannerdenschkanaal, de Westerschelde - tunnel, de Groene-Harttunnel en de Noord-Zuidlijn. Die laatste twee trekken internationaal veel aandacht. De Groene-Hart - tunnel is destijds de tunnel met de grootste diameter ter wereld (15 m) en de Noord-Zuidlijn is de eerste tunnel onder stedelijk gebied op paalfunderingen in slappe grond. De boortechniek staat nog steeds niet stil, zeker internationaal. Boormachines worden groter (tot wel 20 m in diameter), er wordt geëxperimenteerd met afwijkende doorsneden en er zijn zelfs schachten die worden uitgevoerd door ze verticaal te boren. In Nederland zijn er momenteel twee boortunnelprojecten in uitvoering: de Rijnlandroute en de Rotterdamsebaan (de tunnelboormachines draaien hier nog niet). Gemeenten en provincies blijken ook steeds geïnteresseerder in deze techniek, vooral vanwege de beperkte overlast. Nederlanders over de hele wereld De kennis van tunnelbouw bij Nederlandse ingenieurs wordt over de hele wereld ingezet. Hierbij gaat het vooral om kennis van ontwerpen, ingezet in landen waar geen rijke tunnelcultuur bestaat. In de uitvoering van geboorde tunnels nemen Neder - landse aannemers echter niet echt een internationale positie in, behalve BAM dankzij de overname van het Duitse Wayss & Freytag. In Europa zijn het vooral Duitse, Franse en Oostenrijkse bouwers die de scepter zwaaien. In China doen bouwers ook steeds meer ervaring op. Het grote voordeel daar zijn de grote hoeveelheid tunnels en het aanwezige geld. Daardoor is het mogelijk kennis op te doen op basis van trial-and-error. Ook cultuur speelt onmiskenbaar een rol. De Nederlandse ingenieursmentaliteit is er meer een van eerst denken en dan doen. Alles moet hier vooraf tot in detail worden uitgedacht en alle risico's moeten vooraf worden geanalyseerd. Misschien wel om die reden worden Nederlandse ingenieurs nog altijd vaak betrokken bij internationale projecten, bij het ontwerp of als reviewer. Zo is TEC, een samenwerkingsverband tussen Witteveen + Bos en Royal HaskoningDHV, een internationale speler van formaat. 1 1 De Sluiskiltunnel, een boortunnel in de N62 onder het kanaal van Gent naar Terneuzenfoto: BAM Infra Tunneltechniek door de jaren heen 5 2017 Tunneltechniek door de jaren heen 5 2017 6 thema 2 Bouw van de Koning Willem-Alexandertunnel, de in-situlandtunnel in de A2 bij Maastrichtfoto Peter Wijnands, A2 Maastricht3 Renovatie van de Velsertunnel, waar uitgebreide aanpassingen aan de civiele constructie zijn uitgevoerd ten behoeve van veiligheidsvoorzieningen foto: Rijkswaterstaat 4 Veiligheidsconcept Nederlandse Tunnelsbron: Rijkswaterstaat Hinder en veiligheid Er komen de laatste jaren in Nederland veel tunnels bij. Een aantal tunnels is momenteel in uitvoering en er zijn diverse uitdagende projecten in voorbereiding (zie kader 'Actuele tunnel - projecten'). De technieken die voor deze tunnels worden toege - past, hebben zich ruimschoots bewezen. Een van de grote uitda - gingen ligt momenteel op het gebied van hinderbeperking. Het is belangrijker dan ooit dat het verkeer zijn doorgang kan vinden en ook aandacht voor omwonenden is van groot belang. Dat zijn dan ook de belangrijkste aandachtspunten van Rijkswaterstaat bij de uitvraag van projecten. Ook communicatie is essentieel. Op dat gebied hebben opdrachtgevers en bouwers de laatste jaren een enorme ontwikkeling doorgemaakt. Een andere belangrijke uitdaging is veiligheid. De consequenties van incidenten zijn in tunnels veel ingrijpender dan elders en hulpdiensten kunnen minder snel ter plaatse komen. Enkele grote tunnelbranden eind vorige eeuw, onder meer in de Alpen, zijn voor het Europese Parlement reden om in een Europese tunnelrichtlijn strenge veiligheidseisen vast te leggen. De richt - lijn wordt in 2004 ingevoerd en verplicht alle EU-landen om tunnelveiligheid vast te leggen in nationale wet- en regelgeving. In Nederland wordt de Europese tunnelrichtlijn in 2006 omgezet in de 'Wet aanvullende regels veiligheid wegtunnels' Verder voert Rijkswaterstaat in 2011 de Landelijke Tunnelstan - daard (LTS) in voor nieuwe tunnelprojecten. Hierin is vastgelegd hoe qua tunnelinstallaties, processen en procedures een aantoon - baar veilige, betrouwbare en werkende (Rijks)tunnel moet worden aangelegd, gebruikt of gerenoveerd. Deze standaard wordt continu up-to-date gehouden. Het grootste deel van het civieltechnische ontwerp van de tunnel is echter niet in de LTS, maar in het Handboek Tunnelbouw vastgelegd (zie artikel 'Kennisbeheer tunnels georganiseerd' elders in dit nummer). In de praktijk wordt de veiligheid in Nederlandse tunnels goed gewaarborgd, doordat altijd gescheiden rijbanen worden toege - past (éénrichtingverkeer in een verkeersbuis). Hierdoor komen frontale aanrijdingen niet voor. Daarnaast wordt in het geval van brand de rook van het incident weggeblazen door de ventilatie en staat er in principe niemand in de rook. Dit alles wordt onder- steund door de tunnelinstallaties en een veilige vluchtroute (fig. 4). Waterdichting De waterdichting van tunnels wordt in de loop der tijd sterk verbeterd. Hierdoor worden tunnels op grotere waterdiepten mogelijk. Enerzijds worden voegprofielen (Gina, Omega, W9U) ontwikkeld en anderzijds wordt daadwerkelijk waterdicht beton 2 3 7 en de Velsertunnel. Bij de Velsertunnel (foto 3) zijn uitgebreide aanpassingen aan de civiele constructie uitgevoerd ten behoeve van de aangepaste veiligheidsvoorzieningen. Zo is een deel van de stempelconstructie in de toeritten weggehaald ten behoeve van de nieuwe ventilatoren of vluchtruimten die zijn gemaakt in de vervallen (dwars)ventilatiekanalen. mogelijk. Dit laatste doordat scheurvorming beter wordt beheerst, onder meer dankzij koeling van het beton. Daardoor wordt het mogelijk waterdichte tunnels te bouwen zonder toepassing van een waterdicht membraan aan de buitenzijde van de tunnel. Betonkoeling wordt voor het eerst toegepast bij de Vlaketunnel. Renovatie Een aspect dat nu en in de toekomst steeds meer aandacht vraagt is renovatie. Want net als bruggen en viaducten, zijn ook veel tunnels aan onderhoud toe. Helemaal te vergelijken met bruggen is de problematiek voor tunnels echter niet. Zo zijn de belastingen niet of nauwelijks veranderd; de belastingen worden grotendeels opgelegd vanuit grond en water. Toch komt het bijvoorbeeld voor dat een vaarwegbeheerder het doorvaart - profiel wil verruimen, waarbij het dan belangrijk is dat het verticale evenwicht van de constructie is geborgd. Verder spelen vaarwegverbredingen en dijkverleggingen en -verhogingen qua belasting op de tunnel een grote rol. Maar vaker gaat het bij een tunnelrenovatie om de technische installaties en afbouw. Uiteraard speelt beton daar ook wel enige rol in; hoe moet de afbouw worden geïntegreerd in de constructie bijvoorbeeld. Bekende recente renovatieprojecten zijn de Eerste Coentunnel Fire engineering Het brandveilig maken van tunnels is een grote uitdaging. Om tot goede oplossingen te komen, kunnen brandadviseurs gebruikmaken van Performance Based Fire Engineering (PBFE). Het principe van PBFE is gebaseerd op fysieke testen en het uitvoeren van (computer)analyses om de effecten van een brand op de constructie vast te stellen. PBFE maakt onder andere gebruik van modellen voor vloeistofmechanica om de versprei - ding van rook te simuleren, het simuleert de evacuatie van mensen of voertuigen met gedragalgoritmes en het analyseert met EEM-analyses de effecten van de brand op de sterkte van de constructie. Meer over PBFE verschijnt binnenkort in een Cement -artikel, geschreven door twee fire engineers van het Nieuw-Zeelandse/Australische/Amerikaanse bureau Holmes Fire, onderdeel van Holmes Group. 4 1 VerkeerscentraleHoudt 24 uur per dag de verkeerssituatie in de gaten. Wat gebeurt er bij een brand in een tunnel? 6 Verkeerlichten gaan op rood. 7 Slagbomen gaan neer. 8 Ventilatie in nevenbuis in calamitei - tenstand zetten. 9 Contourverlichting en lichtbakken boven deur inschakelen. Vluchtinstructies afspelen via speakers. Vluchtinstructies uitzenden via autoradio. Hulpverleners rijden naar nevenbuis. 1 MTM-systeem detecteert snel - heidsverlaging door file. Borden gaan automatisch op 70 en 50 km/u. 2 Snelheidsonderschreidingssyteem geeft melding aan tunneloperator. Camera's tonen locatie van incident. Operator drukt op calamiteitenknop. 3 Tunnelventilatie in incidenten - buis gaat op 'hard blazen' en voert rook in rijrichting af. 4 Vluchtweg wordt in gereedheid gebracht: inschakelen overdrukven - tilatie en verlichting middentunnel. 5 Verlichting gaat maximaal branden. Hulpverleners betreden incidenten - buis via nevenbuis en gaan boven - strooms door veilige vluchtdeur voor nadere verkenning. Na hulpverlening en controle van installaties en constructie arriveren andere reparatiediensten voor reparaties, inspecties, etc. 10 11 12 13 14 Tunneltechniek door de jaren heen 5 2017 8 5 Vervoer van een tunnelelement voor de Tweede Coentunnel, een zinktunnel onder het Noordzeekanaal in de A10foto: Rijkswaterstaat6 Elementen van de Tweede Coentunnel in het bouwdok in Barendrechtfoto: Aerophoto Schiphol, Rijkstwaterstaat7 Boormachine ( TBM) van de Sluiskiltunnel in Terneuzen Tunnelbouwmethoden Afzinkmethode Bij de afzinkmethode worden tunnelelemen - ten (bestaande uit meerdere tunnelmoten) in een bouwdok gebouwd (foto 6). Aan de kopse kanten worden de elementen voor - zien van tijdelijke waterdichte schotten en aan één zijde rondom voorzien van een voegprofiel. Ten behoeve van het transport worden de tunnelelementen voorgespannen zodat de mootvoegen niet open gaan staan. Vervolgens wordt het bouwdok vol water gezet waardoor de elementen gaan drijven. Vanuit het bouwdok worden de elementen met sleepboten getransporteerd naar de bouwlocatie van de tunnel (foto 5). Hier is in de waterweg een sleuf gebaggerd waarin de elementen één voor één worden afgezonken en vervolgens aan elkaar gekoppeld. Wanneer de elementen tegen elkaar aan liggen, wordt het water tussen de kopschotten weggepompt, waarna door de waterdruk tegen het andere eind van het element, de elementen tegen elkaar worden gedrukt. Als alle elementen nauwkeurig op hun plaats liggen, worden de tijdelijke kopschotten verwijderd, de zinkvoegen afgewerkt en wordt de zinksleuf afgedekt. In-situmethode De in-situbouwmethode, ook wel cut-and- covermethode genoemd, is een bouwme - thode waarbij de tunnel ter plaatse in een bouwput of -kuip wordt gebouwd. De werk - zaamheden vinden plaats vanaf het maaiveld of de bodem van de waterweg. Voor het kruisen van autowegen en waterwegen zijn bijzondere maatregelen noodzakelijk, zoals tijdelijke omlegging of (gedeeltelijke) afsluiting. Afhankelijk van onder meer de beschikbare ruimte en de inpassing in het landschap, kan worden gekozen voor een bouwkuip met rechte wanden (damwanden of diepwanden) of een bouwput met geleide - lijk aflopende taluds. Droge bouwmethode Bij de droge bouwmethode worden aller - eerst de wanden van de bouwkuip geplaatst, waarna de grond binnen de bouwkuip 'in den droge' wordt ontgraven. Indien nodig wordt de grondwaterstand door bemaling verlaagd tot onder de bodem van de bouwkuip of bouwput. Als onder- afsluiting van de bouwkuip of bouwput wordt gebruikgemaakt van een aanwezige kleilaag, van een folie of een injectie van slecht doorlatende stof in de bodem. Natte bouwmethode Ook bij de natte bouwmethode worden eerst de wanden van de bouwkuip geplaatst, maar wordt deze ontgraven terwijl de waterstand zo veel mogelijk gelijk blijft aan die in het omliggende gebied. Na ontgraving wordt onder water een fundering aangebracht en wordt met behulp van onderwaterbeton, bodeminjec - tie of een folie, een afsluitende bodem in de bouwput of -kuip gelegd. Na het leeg - pompen van de bouwkuip kan worden begonnen met de bouw van de constructie. Wanden-dakmethode In sommige gevallen ? zoals in stedelijke omgeving ? is het noodzakelijk dat de ruimte van de bouwkuipen slechts korte tijd onttrokken wordt aan de openbare ruimte. In dergelijke gevallen maakt men gebruik van de wanden-dakmethode. Hierbij wordt na het aanbrengen van de damwanden of diepwanden het dak van de tunnel aange - bracht. Daarna wordt de grond onder het dak ontgraven en wordt de tunnel verder afgebouwd. Boormethode Bij de boormethode wordt de tunnel onder - gronds gebouwd met behulp van een tunnelboormachine (TBM) (foto 7). TBM's heb je in allerlei soorten en maten. Het precieze ontwerp hangt af van het project (omgeving, grondsoort of diepte). In het voorste deel van de TBM wordt grond weggegraven met een graafwiel, waarbij verschillende typen snijraden kunnen worden gebruikt. Om te voorkomen dat het boorfront instort, wordt de graafkamer voortdurend onder druk gehouden. De ruimte wordt bijvoorbeeld gevuld met een steunvloeistof, meestal een mengsel van bentoniet en water. Tijdens het graven mengt de vloeistof met de afgegraven grond en deze mix wordt steeds afgevoerd naar een (bovengrondse) scheidingsinstallatie. Daar wordt het bentoniet gescheiden van de grond, zodat deze steunvloeistof meerdere malen kan worden gebruikt. Een alternatief op deze methode is toepassing van de zoge - noemde Earth Pressure Balance (EPB) shield- machines, waarbij de grond, eventueel geconditioneerd met additieven, als 'steun - vloeistof ' wordt gebruikt. Achter de boor worden prefabbetonnen tunnelelementen aangebracht die samen telkens een complete ring vormen, de lining. Tijdens het graven zet de TBM zich met de uitschuifbare cilinders af tegen de al gebouwde tunnelbuis. Zo graaft de boor zichzelf naar voren. Omdat de machine een grotere diameter uitgraaft dan de definitieve tunnelconstructie, ontstaat een tussenruimte tussen de grond - laag en de tunnelwand. Om te voorkomen dat de omringende grond zou inklinken, wordt deze tussenruimte gevuld met grout. De uitgeharde groutlaag vormt tevens een funderingsbed voor de tunnel. Om de stabiliteit van het boorfront te verzekeren, is het noodzakelijk dat de boor - machine op voldoende diepte in de grond haar activiteiten verricht. Als richtlijn wordt een gronddekking aangehouden die gelijk is aan 0,7 ? 1 maal de boordiameter. Dit betekent dat boortunnels over het algemeen langer moeten zijn dan zinktunnels of in-situtunnels in een vergelijkbaar tracé. thema Tunneltechniek door de jaren heen 5 2017 9 Themanummer Cement Tunnelbouw is een onderwerp dat de civieltechnische wereld al decennialang bezighoudt. Nederlandse ingenieurs hebben zich op dit gebied altijd kunnen onderscheiden. Dat is mede te danken aan de uitdagingen die de Nederlandse overheid op de markt heeft durven zetten. Omdat wij in ons poldermodel gewend zijn oplossingsgericht te denken, is het vaak gelukt indrukwekkende en grensverleggende projecten te realiseren. Maar het is niet evident dat wij die leidende rol kunnen blijven vasthouden. Veel landen borduren voort op onze kennis en stellen meer geld be- schikbaar voor onderzoek. Bovendien hangt kennis ook vast aan mensen. Kennisborging is daarom essentieel. Hopelijk weet dit themanummer van Cement daar een steentje aan bij te dragen! ? Jacques Linssen Bij tunnelrenovaties (en bij werken aan de infrastructuur in het algemeen) wordt steeds meer het principe 'werken met de winkel open' gehanteerd. Het verkeer moet tijdens de werk - zaamheden zonder noemenswaardige hinder kunnen blijven doorrijden. Voor een tunnelrenovatie betekent dit nogal wat: er moeten soms ingrijpende civieltechnische werken worden uitgevoerd in een renovatie. Maar belangrijker nog is dat de tunnelveiligheidsinstallaties (deels) buiten werking zijn. Zonder die installaties kan een tunnel niet voor verkeer worden opengesteld. En aangezien een tunnel veelal een unieke oever - verbinding is in het netwerk, levert afsluiting enorme hinder op voor het verkeer. Bij recente grote renovaties als de Eerste Coentunnel en de Velsertunnel, was het grote voordeel dat er een tweede tunnel naast lag (resp. de Tweede Coentunnel en |de Wijkertunnel). Hierdoor bleef de hinder voor het verkeer beperkt. De tunnels die in het komende decennium op de planning staan voor renovatie hebben niet de luxe van een 'reserveverbinding'. De opgave wordt hierdoor des te complexer. Ook in dit leerproces speelt het COB een rol door partijen (nationaal en internationaal) bij elkaar te brengen en kennis te ontsluiten. Actuele tunnelprojecten Op Cementonline staat bij dit artikel een overzicht van actuele tunnelprojecten. 6 7 5 Tunneltechniek door de jaren heen 5 2017 10 thema Een tunnel onder een Amsterdams park 1 Ontwerp van de langste landtunnel van Nederland: de A9 Gaasperdammerweg thema Een tunnel onder een Amsterdams park 5 2017 11 1 In de nieuwe tunnel in de Gaasperdammerweg wordt voor elke rijbaan een afzonderlijke tunnelbuis wordt gerealiseerd; met twee parallelrijbanen, twee hoofdrijbanen en een wissel - baan resulteert dat in vijf tunnelbuizenfoto: Rijkswaterstaat2 Oorspronkelijk situatie3 Toekomstige situatie (aanzicht tunnelmond west) Het project A9 Gaasperdammerweg is onderdeel van de weguitbreiding Schiphol-Amsterdam-Almere (SAA). In dit project wordt, tussen de knooppunten Holendrecht en Diemen, de snelweg verbreed naar vijf rijstroken per rijrichting en een wisselstrook (fig. 4). De extra rijstroken zorgen ervoor dat de doorstroming verbetert en daarmee de bereikbaarheid van de noordelijke Randstad. Om dit te kunnen realiseren, moeten diverse kunstwerken worden vernieuwd zoals de brug over de Gaasp. Andere kunstwerken worden verbreed, zoals het viaduct over de Muntbergweg in de A9 en enkele kunstwerken ter plaatse van knooppunt Holendrecht. Het meest spraakmakende onderdeel van het project is onge - twijfeld de 3 km lange landtunnel. De reden om een tunnel aan te leggen, is schonere lucht in de woonwijken langs de tunnel en minder geluid. Boven op het dak van de tunnel komt een groot park waarmee de huidige fysieke barrière tussen de wijken de Bijlmer (ten noorden van A9) en Gaasperdam (ten zuiden van de A9) wordt opgeheven (foto 2 en 3). Over de lengte van tunnel worden naast diverse fiets- en voet - paden ook drie onderliggende wegen ? de Huntumdreef, de Gooiseweg en de Kromwijkdreef ? gepasseerd en tevens de spoorlijn Amsterdam-Utrecht en twee metrolijnen. Een bijzon - derheid is dat er halverwege de tunnel een directe aansluiting is op de Gooiseweg. De tunnel zal verder worden voorzien van twee vloeistofkelders nabij de Huntumdreef en de Kromwijkdreef en drie dienstge - bouwen waarvan de middelste, gelegen nabij de Gooiseweg, de grootste is. Tunnelontwerp Het ontwerp voorziet in een tunnel waarbij voor elke rijbaan een afzonderlijke tunnelbuis wordt gerealiseerd. Met twee parallelrijbanen (elk drie rijstroken), twee hoofdrijbanen (twee rijstroken en vluchtstrook) en een wisselbaan (een rijstrook) resulteert dat in vijf tunnelbuizen (fig. 5). Tussen de hoofd- en ir. Patrick van Berkel IXAS / Heijmans Infra BV ing. René Lansink MSEng IXAS / Witteveen + Bos BV ing. Tim Janssen MSEng IXAS / Nobleo Bouw en Infra BV In opdracht van Rijkswaterstaat werkt het samenwerkingsverband IXAS aan de uitbrei - ding van de A9 tussen de knooppunten Holendrecht en Diemen: de Gaasperdammer - weg (foto 2). Onderdeel van het project is een 3 km lange landtunnel. In twee artikelen wordt zowel het ontwerpproces als het ontwerp van de tunnel zelf beschreven. In dit eerste artikel zal nader worden ingegaan op het ontwerpproces. 3 2 Een tunnel onder een Amsterdams park 5 2017 Een tunnel onder een Amsterdams park 5 2017 12 thema De vijf tunnelbuizen aan de westzijde eindigen in één lijn (foto 3). Aan de oostzijde eindigen de buizen versprongen ten opzichte van elkaar. De tunnelbuizen hebben hierdoor een ongelijke lengte. Aan deze geometrie liggen geluids- en lucht - kwaliteitseisen voor het aangrenzende bewoonde gebied ten grondslag. parallelrijbanen liggen twee middentunnelkanalen. Deze fungeren als dienstgang en in geval van een calamiteit als veilige ruimte voor vluchtende weggebruikers vanuit de hoofd- en parallelrijbaan. In geval van een calamiteit op de wisselbaan moet worden gevlucht naar de naastgelegen hoofdrijbaan. 4 0?????? ??                    ???? ????fi  ? ????fi?    fifi ? ? ?fi
  ??    ?    ??? ???? ? ? ???  
 
 ? ???? ?  fi ? ?  ?  ?  ??? ?? ? ?   ?? ??    ?  ? ? ?     ? ?   ?   ???        ?  ?? ???? fi ??  ? ??? ?
 
? ? ?fi ?fi ? ?fi fi  ?        ?      ?  ?  ?? ?  ??
? ? ? ? ? ???  ?      ?    ?  ????fi ?  ?  ???           ? ?      ?   
   13 4 Verbreding A9 Gaasperdammerweg door IXAS5 Doorsnede standaardtunnelmoot6 Bovenaanzicht en langsdoorsnede tunnel lengte is gekozen omdat veel noodzakelijke voorzieningen in de tunnel, zoals vluchtdeuren en hulpposten, met een repeterende afstand van 50 m kunnen worden aangebracht. Daarnaast is de paalfundatie over de gehele tunnellengte uitsluitend onder de wanden van de tunnel aangebracht. Na de productie van de palen bleef de ruimte tussen de tunnelwanden daardoor vrij beschikbaar voor transport en bouwactiviteiten. Fasering In het ontwerp is een bypass ten zuiden van de tunnel voorzien. Over deze bypass worden drie rijstroken richting Diemen en twee rijstroken richting Holendrecht geleid. Om aan de gevraagde verkeerscapaciteit te voldoen, zijn nog twee rijstroken richting Holendrecht noodzakelijk. Deze worden over het tracé Alignement Het verticale alignement van de tunnel beschrijft een W-vorm (fig. 6). Het had de voorkeur de tunnel zo hoog mogelijk boven de grondwaterstand te leggen. Er waren echter twee zones waar een dwingend niveau bovenzijde dak was opgegeven. Op die twee laagste delen is de tunnel deels beneden de grondwater - stand gelegen en is hier een tunnelvloer aangebracht. In totaal is ongeveer 50% van de tunnel voorzien van een vloer. Invloed logistiek op ontwerp Bij het ontwerp is in het bijzonder uitgegaan van een zo kort mogelijke bouwtijd. Voor ruwbouw is ongeveer anderhalf jaar beschikbaar. Daarom is rekening gehouden met een zo opti - maal mogelijke bouwlogistiek en zo weinig mogelijk verstoring in productiesnelheid en aanpassingen aan de geometrie. De tunnel is mede om deze reden opgedeeld in zestig moten waardoor de lengte van de meeste moten 50 m bedraagt. Deze 5 6 Een tunnel onder een Amsterdams park 5 2017 14 Vanwege deze fasering is de uitvoering van de betonnen vloer van de wisselbaan circa zes maanden voorgetrokken ten opzichte van de bouw van de naastgelegen tunnelbuizen. Dit betekent dat de tunnelbuizen aan weerszijden van de wissel - baan gebouwd moeten worden, dus naast de in gebruik zijnde faseringsweg (fig. 7). Langs de bypass is een damwand aangelegd, die in de definitieve situatie zijn grond- en waterkerende functie behoudt. Na reali - satie van deze damwand is op de bypass ruimte beschikbaar voor een extra rijstrook. Daarmee zijn er op de bypass drie rijstroken richting Diemen en drie rijstroken richting Holend - recht beschikbaar. Hierdoor kon de wisselbaan als faseringsweg komen te vervallen. In plaats daarvan wordt de wisselbaan gebruikt als tijdelijke bouwweg. Openstelling Ook de openstelling van de tunnel zal gefaseerd worden uitge - voerd. In eerste instantie zullen de vier tunnelbuizen voor parallel- en hoofdrijbanen in gebruik worden genomen. In feite bestaat het systeem dan uit twee tunnels die weliswaar met elkaar communiceren maar fysiek worden gescheiden door de wisselbaan. Na ingebruikname van deze tunnels kan de tunnel - buis voor de wisselbaan worden afgebouwd ? dat wil zeggen voorzien van een dak en de benodigde technische installaties. Na de noodzakelijke testen kan de openstelling van de gehele tunnel plaatsvinden. Op dat moment kan het park op het tunneldak worden ingericht. Drive korte uitvoeringstijd Het contract tussen Rijkswaterstaat en IXAS is een Design, Build, Finance en Maintain (DBFM) contract. In dit type contact is opdrachtnemer niet alleen verantwoordelijk voor het ontwerp en de realisatie, maar ook voor het onderhoud en de financiering. Dit betekent ook dat IXAS niet wordt betaald voor het opleveren van een constructie maar voor de beschik - baarheid (bruikbaarheid) van weg (en tunnel). Er volgt een eenmalige betaling bij oplevering tunnel (Beschikbaarheids- datum, BD), een eenmalige betaling bij oplevering gehele werk (Voltooiingsdatum, VD) en een periodieke vergoeding vanaf het moment dat IXAS de verantwoordelijkheid over de beschikbaarheid van de A9 overneemt van RWS (Aanvangs- datum, ofwel AD) tot aan de einddatum (ED). Aangezien het grootste deel van de kosten wordt gemaakt in de realisatiefase is er een aanzienlijke voorfinanciering nodig (fig. 8). Hierdoor ontstaat er een drive de ontwerp- en uitvoeringsfase zo snel mogelijk te doorlopen. Snel betekent in dit verband een korte bouwtijd met een daarbij behorende logistieke opgave en (hinder) gevolgen voor de omgeving. Met name de logistieke opgave 7 plaatsen geluidsschermen hulpbrug auto's aanleg bouwweg van asfalt hulpbrug fietsers en voetgangers aanleg tijdelijk rijstroken op snelweg 3. middelste tunnelbuis: aanbrengen vloer 2. middelste tunnelbuis: aanbrengen heipalen 1. middelste tunnelbuis: aanbrengen damwanden Stap 1: Ruimte maken voor verkeer Stap 2: Ruimte maken voor de tunnel Stap 3: Bouwen van de tunnel Stap 4: Vergunningen krijgen, opruimen en inrichten park afgraven terp schermen bij bouwweg bouwweg in gebruik aanbrengen damwanden verkeer rijdt over tijdelijke rijstroken wisselbaan verkeer rijdt over tijdelijke rijstroken 1. bouw tunnel:aanbrengen heipalen 2. bouw tunnel: maken vloer, wanden en dak 3. bouw tunnel:aanbrengen asfalt 1. bouw tunnel:aanbrengen installaties slopen oude as aanbrengen dak op wisselbaan aanleg park opruimen bouwwegen opruimen hulpbruggen verkeer door tunnel thema Een tunnel onder een Amsterdams park 5 2017 15 complexe keuzen zijn deze afwegingen gemaakt aan de hand van een trade-off-matrix. Vergunningstraject In de planfase is voor het project weguitbreiding Schiphol- Amsterdam-Almere (SAA) een tracébesluit vastgesteld. In de fase van het ontwerptracébesluit (OTB) is voorts het tunnelveiligheidsplan (TVP) opgesteld. In de ontwerpfase is het tunnelontwerp verder uitgewerkt in het bouwplan. Het bouwplan geeft de tunnelbeheerder inzicht in de wijze waarop de tunnel wordt gebouwd. Tevens geeft het de tunnelbeheerder de verantwoording dat het mogelijk is een veilig tunnelsysteem inclusief alle uitrustingen te bouwen en in stand te houden, wat aan alle wet- en regelgeving voldoet. Ook wordt hiermee aangetoond dat met het ontwerp en het voorziene gebruik aan de veiligheidsnormen wordt voldaan. Vanuit het DBFM-contract is de verantwoordelijkheid voor het aanvragen van de omgevingsvergunning 'bouwen tunnel' belegd bij IXAS. IXAS heeft dan ook in het voorjaar van 2015 het bouwplan opgesteld namens de tunnelbeheerder en de omgevingsvergunning voor het bouwen van de tunnel in november 2015 aangevraagd bij het college van burgemeester en wethouders van de gemeente Amsterdam. De omgevingsvergunning is in juni 2016 verleend en was daarmee het startsein voor de uitvoering van de tunnelcon - structie. Ontwerptraject Het aanbiedingsontwerp had per ontwerpopgave een verschillend uitwerkingsniveau. Afhankelijk van de verwachte mate van dwingt tot een aanpak met als resultaat minimaal materiaal- gebruik, minimaal grondverzet en vermijden van tijdelijk werk. Om het project tot een succes te maken, is er dan ook een aantal randvoorwaarden: - Het in korte tijd integreren van veel verschillende partners tot één goed functionerend team. Vanwege de geringe beschikbare tijd en het grote aantal benodigde verschillende disciplines waren er zowel in de ontwerpfase als uitvoeringsfase grote aantallen fte's nodig, vanuit verschillende bedrijven en zzp'ers. Op het hoogtepunt waren 400 fte's betrokken in alleen al de ontwerpfase. - Een andere aanpak dan gebruikelijk ten aanzien van verificatie en validatie. Ervaring met andere projecten leert dat discussie ten aanzien van de verificatie van contracteisen kan leiden tot vertraging doordat deze pas wordt gevoerd nadat het ontwerp of zelfs de uitvoering gereed is. Om de potentiële discussie in tijd naar voren te halen ? waardoor hier tijdig op kan worden ingespeeld ? zijn bij de start van een ontwerpfase alle eisen van die fase uitgebreid gevalideerd met de diverse stakeholders (zie onder kopje 'Eisenverificatie en validatie'). Vanuit de geringe beschikbare tijd ontstaat er een uitdagende planning met veel parallelle activiteiten en veel verschillende milestones. Om desondanks de integraliteit te kunnen waar - borgen, is het belangrijk veel aandacht te besteden aan raak - vlakmanagement. - Stick to the plan. Het is belangrijk geen wijzigingen te genereren of te accepteren ten opzichte van het tenderontwerp. Indien dit toch noodza - kelijk was, zijn optimalisaties pas doorgevoerd wanneer deze aantoonbaar en integraal voordelen boden. Bij grote en/of periodieke inkomsten tender realisatie exploitatiefase (BD) ( VD) (AD) (ED) inkomsten uitgaven 8 7 Fasering bron: Jeroen van der Liende8 Betalingsmechanisme DBFM Een tunnel onder een Amsterdams park 5 2017 Een tunnel onder een Amsterdams park 5 2017 16 thema Integraal VO Gelet op de openstellingsproblematiek van recente tunnel- projecten in Nederland heeft IXAS gefocust op een slimme en vooral integrale aanpak van het ontwerpraakvlak tussen civiel en TTI. In de eerste fase, het integraal VO, is bewust geen opdeling naar disciplines (civiel, installatie, ICT) gemaakt, maar is gekozen voor één integraal ontwerpteam, onder leiding Kentallen - 10 000 heipalen - 10 000 ton damwand - 47 000 ton wapening - 235 000 m 3 beton - 185 000 m 3 ontgraven veen - 550 000 m 3 ontgraven grond - 1 470 000 m 3 ontgraven zand - 205 000 ton asfalt - 50 000 m geleiderail impact op kosten of planning is een aantal onderdelen tot VO-niveau uitgedetailleerd en aantal onderdelen tot het niveau van UO. Dit heeft tot gevolg dat ontwerpbeslissingen vanuit het aanbiedingsontwerp in verschillende ontwerpfasen zijn ingebracht, variërend van VO- tot UO-niveau (fig. 10). 9 10 11 DO VO IVO UO aanbiedings ontwerp analyseren specificeren externreviewen internreviewen controleren ontwerpen/verifiëren startnota vaststellen baseline 17 9 Werkzaamheden uitbreiding van de A9 tussen knooppunt Holendrecht en knooppunt Diemen 10 Fasen aanbiedingsontwerp 11 Ontwerpcyclus Uitvoeringsfase Uitvoeringsoptimalisaties die multidisciplinair zijn, worden in dit project beperkt tot een minimum. Dit vanwege het grote aantal raakvlakken met andere disciplines en de gevolgen die wijzigingen hebben op het ontwerp of uitvoering van die andere disciplines. Er moeten zwaarwegende redenen zijn deze optimalisaties door te voeren. Toch zijn optimalisaties gedurende de uitvoering niet te voor - komen. Ze kunnen bijvoorbeeld nodig zijn omdat blijkt dat een uitgedacht bouwprincipe niet geheel naar wens functioneert of omdat door welke oorzaken dan ook een bouwmethodiek gewijzigd moet worden. De meeste van deze optimalisaties zijn derhalve monodisciplinair. Voordat een vraag vanuit de uitvoering inhoudelijk in behan - deling wordt genomen, wordt deze beoordeeld op noodzaak en haalbaarheid (technisch en financieel), en of de vraag al eerder is gesteld en eventueel beantwoord. Het resultaat hiervan wordt kortgesloten met het uitvoeringsteam. Wordt een vraag inhou - delijk in behandeling genomen, wordt deze door een site-engi - neeringsteam opgepakt. Bij afhandeling wordt de vraag gekoppeld aan het betreffende mootnummer en de bijbehorende berekeningen en tekeningen. Tevens wordt aangegeven of de beantwoording impact heeft op het definitief ontwerp en eventueel as-built-gegevens. Dankzij deze systematiek wordt al bij de beantwoording (deels) invul - ling gegeven aan het as-built- ofwel opleveringsdossier. Boven - dien is de aantoonbaarheid van de beantwoording hiermee geborgd. Tot slot Afgezien van site-engineering, is het civiel ontwerp van de tunnel op het moment van schrijven (red. voorjaar/zomer 2017) afgerond. De ruwbouw van de tunnel nadert zijn voltooi - ing en het aanbrengen van de tunneltechnische installaties is al in volle gang. Hierdoor kunnen de systemen tijdig worden getest en kan het verkeer in 2020 door de tunnel rijden. In een tweede artikel zal meer worden ingegaan op enkele tech - nische ontwerpaspecten van de tunnel Gaasperdammerweg die noodzakelijk waren om aan het beschreven ontwerpproces te kunnen voldoen. ? ? PROJECTGEGEVENS project A9 Gaasperdammerweg, in het bijzonder de landtunnel opdrachtgever Rijkswaterstaat opdrachtnemer (DBFM) IXAS, een samenwerkingsverband tussen Ballast Nedam, Fluor, Heijmans en 3i van één ontwerpmanager. Bijkomend voordeel is dat het hiermee eenvoudiger wordt de integraliteit tussen de diverse ontwerpdisciplines ook in de vervolgfasen te waarborgen, wanneer er wél een splitsing naar discipline is aangebracht. Eisenverificatie en validatie In elke fase van het ontwerp is voor de start een selectie gemaakt van relevante eisen. Deze eisen zijn door alle verschil - lende ontwerpteams geanalyseerd, waarbij ze zijn voorzien van een 'SMART-heidscijfer' (Specifiek, Meetbaar, Acceptabel, Realistisch en Tijdgebonden). Hierbij worden cijfers van 1 (= totaal niet SMART) tot 5 (= SMART) toegekend. De eisen zijn vervolgens besproken met de verschillende stakeholders (onder andere RWS, gemeente Amsterdam, ProRail en water - schap Amstel Gooi en Vecht) totdat alle eisen het SMART- heidscijfer 5 hebben verkregen. Daarbij is daar waar nodig een toelichting geformuleerd op de eis. Voor een aantal eisen heeft dit zelfs geleid tot aanpassing van de eistekst. De toelichting of aangepaste eistekst is vervolgens wederzijds vastgelegd en om integraliteit te waarborgen tevens opgenomen in het eisen- managementsysteem (Relatics). Controle en review Na de eisenanalyse is aan de hand van de startnota het ontwerp opgesteld. Na afronding van ontwerpproducten (tekeningen, berekeningen, ontwerprapporten, eisenverificatie) is gecontro - leerd of het ontwerp technisch inhoudelijk juist is, of alle raak - vlakken (in voorgaande ontwerpfase geconstateerde mogelijke conflicten tussen disciplines onderling) zijn opgelost en of de eisen juist zijn geverifieerd. Vervolgens zijn de ontwerp- producten voor een technische review aangeboden aan de overige (ontwerp)disciplines. Deze reviews zijn stoppunten waarbij IXAS (onderbouwd) besluit of het verantwoord is door te gaan naar een volgende (ontwerp)fase. De deelnemers, waar - onder ook Rijkswaterstaat, is gevraagd om op basis van vooraf vastgestelde criteria en kaders commentaar te geven. Met de voltooiing van het reviewproces is de momentopname van het ontwerp als referentiepunt vastgesteld (baseline). De ontwerpcyclus wordt afgesloten met het vaststellen van de specificatie voor de volgende ontwerpfase (fig. 11). De baseline- reviews worden niet eerder uitgevoerd totdat de laatste disci - pline gereed is voor review. De baseline wordt daarmee dus integraal vastgesteld. De genoemde stappen worden in elke ontwerpfase doorlopen. Milestones - Integraal VO najaar 2014 - Bouwplan voorjaar 2015 - Aanvangsdatum (AD) augustus 2015 - Aanvraag omgevingsvergunning tunnel november 2015 - Verlening omgevingsvergunning tunnel en start uitvoering juni 2016 - Verkeer door tunnel (BD/TVD) 2020 - Park op het dak van de tunnel, voltooiingsdatum, (VD) 2021 - Einddatum (ED) 2038 Een tunnel onder een Amsterdams park 5 2017 18 thema aansluiting met verdiepte ligging aansluiting met Kethelplein A4 na meer dan 60 jaar gereed 1 Landtunnel completeert snelweg tussen Delft en Schiedam Onderdeel van de nieuwe snelweg tussen Delft en Schiedam is de Ketheltunnel, een 2 km lange landtunnel. Deze tunnel is samengesteld uit vijftig ter plaatse gestorte betonnen tunnelmoten. Progressive collapse en negatieve kleef vroegen bijzondere aandacht in het ontwerpproces. Brederoweg Kethelplein Europaboulevard landtunnel thema A4 na meer dan 60 jaar gereed 5 2017 19 aansluiting met verdiepte ligging aansluiting met Kethelplein De plannen voor het ontbrekende stuk snelweg in de A4 tussen Delft en Schiedam lagen er al in de jaren vijftig van de vorige eeuw. Met de aanleg van het zandlichaam eind jaren zestig leek de bouw van de snelweg door te gaan. Maar door aanhoudende tegenstand uit de omgeving werd de bouw in het decennium daarna stopgezet. Ruim veertig jaar later, op 18 oktober 2011, tekende Combinatie A4all een contract met Rijkswaterstaat voor de realisatie van het 7 km lange tracé, met een landtunnel als belangrijk onderdeel hiervan (foto 1). Ligging en scope De landtunnel wordt aan de zuidzijde begrensd door knoop - punt Kethelplein (kruising A4/A20) en sluit aan de noordzijde aan op de verdiepte ligging van de A4 richting Delft. De tunnel is opgebouwd uit twee tunnelbuizen die gescheiden zijn door een middentunnelkanaal (MTK). Dit kanaal biedt ruimte aan een vluchtweg en een dienstgang. De oostelijke tunnelbuis (voor het verkeer van Rotterdam naar Delft) is circa 330 m korter dan de westelijke tunnelbuis (voor verkeer vanuit Delft naar Rotterdam). Hiermee is de aansluiting van het Kethelplein op de landtunnel mogelijk gemaakt. Ter hoogte van de Bredero - weg/Europaboulevard wordt de tunnel bovenlangs gekruist door een trampassage en een voet-fietspad (foto 3). De tunnel is volledig op maaiveldniveau gebouwd, waardoor het noodzakelijk was het aanwezige zandlichaam te verwijderen (foto 2). De landtunnel ligt vrij horizontaal. Aan de noordzijde duikt het verticaal alignement ten behoeve van de verdiept gelegen A4 en aan de zuidzijde stijgt het alignement ten behoeve van de aansluiting bij het Kethelplein (fig. 4). Het tunneldak is bedekt met een halve meter grond die naar de zijkanten door middel van een talud 1:3 is afgewerkt. In deze taluds zijn, als onderdeel van de landtunnel, drie dienstgebouwen weggewerkt (Noord, Midden en Zuid, foto 6). Op deze gebou - wen wordt in dit artikel verder niet ingegaan. Ontwerp De landtunnel is ontworpen conform de Landelijke Tunnel Standaard, ROK 1.0 en de vigerende Eurocodes. De tunnel is samengesteld uit vijftig ter plaatse gestorte betonnen tunnel - moten en grotendeels opgebouwd uit een dubbele kokercon - structie. Alleen over de laatste 330 m nabij het Kethelplein bestaat de tunnel uit enkele kokerconstructies (fig. 7 en 8). Door de lage grondwaterstand is een waterafsluitende vloer - constructie niet nodig. Wel is onder de wegverharding drainage aangebracht voor de drooglegging van de wegconstructie. In het ontwerp is onderscheid gemaakt tussen standaardmoten en afwijkende moten. De standaardmoten hebben een lengte van 40 m en effectieve hoogte van 4,7 m met hierboven een ruimtereservering van 0,5 m voor technische installaties. Naast de standaardmoten zijn er tunnelmoten die geometrisch afwijken vanwege bebordingen, ventilaties en afwijkende belastingen op het tunneldak. ir. Duraid Shayout, ir. Roeder Sewgobind VolkerInfra ( VolkerWessels) zandlichaam 2 3 4 1 Snelweg A4 Delft-Schiedam2 Situatie aan de zuidzijde vóór aanleg landtunnel3 Situatie Brederoweg met trampassage en voet-fiets - pad4 Verticaal alignement A4 na meer dan 60 jaar gereed 5 2017 20 350 17090 2770 18590 350 39 150 310 2150 310 PVR (4.7m + 0.5m = 5.2m)PVR (4.7m + 0.5m = 5.2m) 1000 16465 3370 17965 1000 4389 700 4389 700 2.5% 2100 2600 2.5% 2.5% 2.5% 16000 1100 1100 Oostbuis richting Delft Westbuis richting Rotterdam 25810 6189 2910 22450 450 3102150 450 3510 218251100 800 25 810 2,5%dek voorzienvan sparingsbuizen 5486 2,5% middentunnelkanaal: - boven dienstgang - onder vluchtweg PVR (4,7 m + 0,5 m = 5,2 m) 2910 22450 450 310 2150 450 3510 21825 1100 800 25 810 2,5% dek voorzienvan sparingsbuizen 5486 2,5% middentunnelkanaal: - boven dienstgang - onder vluchtweg PVR (4,7 m + 0,5 m = 5,2 m) De tunnel is gefundeerd op vibropalen met onder elke wand steeds één palenrij. De tunnelmoten zijn 'normaal' gewapend met uitzondering van de daken van de enkele kokers, die voor - gespannen zijn vanwege de grote overspanning van de daken. Met de minimale afmetingen van de betonconstructie van de tunnel was het een hele uitdaging de constructie met de bijbeho - rende eisen te dimensioneren op basis van de vigerende Eurocodes. Het gevolg van toepassing van de Eurocodes was een toename van de hoeveelheid wapening met 10 tot 15% ten opzichte van de VBC. De slankheid van de tunnelconstructie is afgestemd op het bezwijkdraagvermogen, de vervorming en de stabiliteit van de diverse onderdelen. De keuze om een enkele palenrij (met een h.o.h.-afstand van maximaal 3 m) onder de wanden toe te passen, waarmee de constructie flexibeler is dan met meerdere palen - rijen, heeft hieraan een gunstige bijdrage geleverd. Belastingen en modellering Er is rekening gehouden met onder meer een veranderlijke belasting van 5 kN/m 2 en een onderhoudsvoertuig van 300 kN (3 assen × 100 kN) (fig. 10) en daarnaast belastingen conform de vigerende Eurocodes en de ROK 1.0. Ten behoeve van het bepalen van de belastingsspreiding als gevolg van een onder - hekwerk schanskorven met groenvulling (leuring) dak landtunnel bovenleiding tamplus b.s. +5,400 1200 +5,597 +5,400 lichtmast betonplaten t.b.v. doorgang Noord-Zuid uitvullaag t.g.v. verkanting dak hekwerk uitvullaag t.g.v. verkanting dak en t.b.v. bevestigen spoorstaven 1200 +5,537 1200 6 5 7 8 thema A4 na meer dan 60 jaar gereed 5 2017 21 houdsvoertuig en aanrijding door verkeer is gebruikgemaakt van een 3D-model (fig. 11). Verder is rekening gehouden met sportvelden op het tunneldak, tussen de noordelijke tunnel - mond en de kruising Brederoweg. De wanden worden belast door grond uit het talud. Om de interactiekrachten tussen tunnelwand en grond te bepalen, is een Plaxis-berekening gemaakt. Bijzondere belastingen De landtunnel is een categorie C-tunnel. Bij deze categorie geldt een beperking voor gevaarlijke goederen die aanleiding kunnen geven tot een grote explosie. Met die belasting hoeft daarom niet te worden gerekend. Vanwege de geografische ligging zijn seismische belastingen ook niet aan de orde. Wel is gerekend met progressive collapse en brand. Progressive collapse Rekening houden met progressive collapse betekent dat lokaal bezwijken van een van de elementen 'dak' of 'buitenwand' andere tunnelbuis of het middentunnelkanaal (veilige vlucht - route). Tevens mag constructief bezwijken van de middenwand niet escaleren tot het compleet (constructief ) bezwijken van de overige hoofdconstructiedelen. Met betrekking tot progressive collapse zijn zes bezwijkmechanismen bekeken: - bezwijken oostelijke binnenwand van de MTK; - bezwijken westelijke binnenwand van de MTK (fig. 12); - bezwijken oostelijke buitenwand; - bezwijken westelijke buitenwand; - bezwijken oostelijke tunnelbuis; - bezwijken westelijke tunnelbuis. Bij de calamiteitbeschouwing van progressive collapse is uitgegaan van de buitengewone belastingscombinaties, waarbij geen varia - bele belasting of onderhoudsvoertuig aanwezig is op het tunnel - dak. De optredende snedekrachten uit de bovenstaande situaties zijn vergeleken met de UGT-capaciteit van de betonnen doorsnede. Indien de UGT-capaciteit is overschreden, zijn de snedekrachten ter plaatse van de overschrijding door UGT-capaciteit begrensd. De extra optredende snedekrachten worden herverdeeld. Kruising Brederoweg Een interessant kunstwerk van dit project is de Kruising Brederoweg, die de landtunnel bovenlangs kruist. Het kunstwerk heeft een lengte van circa 172 m en bestaat uit twee separate kunstwerken met een tussenruimte van 4 m (fig. 5). Het noordelijke kunstwerk is geschikt als voet-fietspad en in de toekomst ook voor autoverkeer, het zuidelijke kunstwerk is bedoeld voor tramverkeer. Dit kunst - werk is vooral interessant vanwege de diversiteit aan constructie - typen die hier zijn toegepast en de verschillende belastingen die hierop werken. De variatie in constructietypen in combinatie met het tramverkeer er bovenop maken het complexer. Onderstaand een opsomming van de verschillende constructietypen (foto 9): - Aardebaan Door de slechte ondergrond en de (strenge) vervormingseisen is gekozen de aardebanen op te bouwen uit op staal gefundeerde EPS-blokken. - Gewapende grond i.c.m. paalmatras Om horizontale belastingen op aangrenzende constructies te vermijden, zijn de delen van de kruising die direct tegen de landtunnel aan liggen, opgebouwd uit gewapende grond gefundeerd op een paalmatras (er worden kunststofwapening- slagen in de grond opgenomen, waarmee het grondmassief aanzienlijk grotere schuifspanningen kan opnemen). De hoogte van de gewapende grond varieert tussen circa 5 en 7,5 m. - Viaducten De viaducten zijn opgebouwd uit prefabbetonnen dekken. Opgelegd op tussenpijlers en laaggelegen landhoofden die in situ zijn gebouwd en gefundeerd op prefab-betonpalen. - Tunnelmoot Op het 'centrale punt' van de kruising liggen de kunstwerken direct op het in situ vervaardigde dak van tunnelmoot 27. Deze moot is gefundeerd op vibropalen (onder het middentunnelkanaal) en prefab-betonpalen (onder de buitenwanden). Dit laatste om de optredende horizontale belastingen door spoor- en wegverkeer op te kunnen nemen. Om horizontale vervormingen vanuit trambelastingen te beperken, zijn de wanden van deze moot dikker uitgevoerd. Het samenspel tussen deze constructievormen met hun specifieke funderingen moet dusdanig zijn dat de trambelastingen gedragen kunnen worden, met inachtneming van de toelaatbare vervor - mingen. Om de verdeling van de rem- en temperatuurbelasting vanuit het spoor op de constructies te bepalen, is een langs - krachtenberekening gemaakt. Hierbij is een gevoeligheidsanalyse gemaakt met een grote bandbreedte van veerstijfheden van de verschillende constructietypen. 4 viaducten viaduct tunnelmoot hulpbrug EPS gewapende grondconstructie EPS 9 5 Aanzicht kruising Brederoweg bovenop tunnel6 Situatie noordzijde, dienstgebouw en rookmuur7 Dubbele kokerconstructie (standaardtunnelmoot)8 Enkele kokerconstructie9 Brederoweg in aanbouw A4 na meer dan 60 jaar gereed 5 2017 22 geen horizontale grondsteun dit geldt voor alle rekenmodellen 500 500 500 500 rekenkundig extra grondbelasting grondaanvulling bij oplevering brandwerendheid 2,5 % 1,5 m 4,0 m 10t 10t 10t grond kan wel of niet aanwezig zijn verandelijke belasting SkN/m 2 (500 kg/m 2), in combinatie met onderhoudsvoertuig 2,5 % 1 uur 1 uur 1 uur 1 uur 2 uur 2 uur 250 250 500 500 500 250 10 Belastingsschema standaardtunnelmoot 11 2D- en 3D-model standaardtunnelmoot 12 Schematisatie progressive collapse, bezwijken westelijke binnenwand MTK NAP -18 m. Door het dikke pakket slappe lagen en een dikke toplaag van zand kunnen de negatieve kleefbelastingen fors oplopen. Volgens NEN 9997-1 mag de negatieve kleef worden verwaarloosd bij een restzetting kleiner dan 20 mm. Door de grondwallen naast de tunnel zal de zetting na honderd jaar echter groter zijn dan deze grenswaarde, zo bleek uit berekeningen met D-Settlement. Derhalve is voor de palen onder de buitenwanden gerekend met volledige negatieve kleefbelasting, variërend tussen 700 en 1450 kN per paal (conform NEN-EN-1997 en de bijbeho - rende nationale bijlage). De palen onder het middentunnelkanaal bevinden zich allemaal in een ontgraving. Het noordelijke deel heeft een geringe voorbe - lasting gehad, terwijl over het zuidelijke deel relatief weinig voor - belasting is verwijderd. In beide situaties bleek de restzetting groter dan 20 mm. Hierdoor was het noodzakelijk zowel het noordelijke als het zuidelijke deel van de tunnel te berekenen op de volledige negatieve kleefbelasting. Voor het middengedeelte van de tunnel is de ontlasting dusdanig dat de restzetting kleiner is dan 20 mm, waardoor hier geen negatieve kleef in rekening is gebracht. Naast de negatieve kleefbelasting heeft de grote variatie in conusweerstanden in de funderingszandlaag (pleistoceen) ook een groot stempel op het geotechnische ontwerp gedrukt. In de periode dat deze laag is afgezet, werd het landschap geken - merkt door vlechtende rivieren. Hierdoor wisselt de pakking Brand De landtunnel moet voldoen aan RWS-krommen en de regels conform ROK 1.0. In figuur 10 is de minimale brandwerendheid in uren conform de RWS-brandkromme aangegeven. De aan- sluitvlakken van de tunnel met de naastgelegen dienstgebouwen hebben een brandwerendheid van minimaal twee uur. In verband met deze eisen moet de constructie aan twee criteria voldoen: temperatuur op de wapening en afspatten van beton aan de brandzijde. Ten behoeve van het eerste criterium zijn tempera - tuurberekeningen gemaakt met het programma PC Temp Flow. Om de temperatuur op de constructieve wapening te beheersen, zijn grotere betondekkingen toegepast. Het criterium afspatten van het beton is afhankelijk van de betondrukspanning en is beheerst door het toepassen van polypropyleenvezels (PP-vezels) in het betonmengsel. Geotechnische aspecten Het traject waarop de landtunnel is gebouwd, is ruim veertig jaar voorbelast geweest. De A4 komt grotendeels lager te liggen dan deze aardebaan, waardoor de ondergrond dus wordt ontlast. De ondergrond bestaat uit ophoogzand tot gemiddeld NAP -6 m. Daaronder bevindt zich een pakket slappe lagen van veen en klei. De bovenkant van de pleistocene zandlaag ligt gemiddeld op 10 11a 11b 12 thema A4 na meer dan 60 jaar gereed 5 2017 23 geen horizontale grondsteun dit geldt voor alle rekenmodellen 500500 500 500 rekenkundig extra grondbelasting grondaanvulling bij oplevering brandwerendheid 2,5 % 1,5 m 4,0 m 10t 10t 10t grond kan wel of niet aanwezig zijn verandelijke belasting SkN/m 2 (500 kg/m 2), in combinatie met onderhoudsvoertuig 2,5 % 1 uur 1 uur 1 uur 1 uur 2 uur 2 uur 250 250 500 500 500 250 13 Verri