Constructie & uitvoering Boortunnel cement 2005 1 25 De basisfilosofie voor het tunnel- ontwerp is het zo ver mogelijk in het tracé dóórboren met de tun- nelboormachine (TBM) en de voorkeur van het boren in het Pleistocene zand. Het zo ver mogelijk doorboren met de TBM heeft grote voordelen voor het stedelijk gebied en voor de in het tracé aanwezige infra- structuur (onder meer de Goudse lijn en het NS-spooremplace- ment). Ook de investeringskosten zijn bij een gegeven boortunnel- concept geringer, zolang de kosten voor benodigde aanvullende of mitigerende maatregelen beperkt blijven. Het boren in het Pleistocene zand is gunstig voor de krachtswerking in de lining en minimaliseert de kans op het doorboren van obsta- kels. Tevens boort de TBM een- voudiger door homogene zand- grond dan door Holocene lagen. Dwangpunten Voor het ontwerp gelden enkele dwangpunten, met als belangrijk- ste: ? de aansluiting op de Hofplein- lijn op maaiveldniveau (BS = NAP - 0,3m); ? een gewenste hoge ligging van de boortunnel bij station Blij- dorp. Dit in verband met de gebruiksvriendelijkheid van het station en de exploitatiekosten; ? de aansluiting op de bestaande metrolijn bij Centraal Station (BS = NAP - 9,5m = circa maai- veld -9,5 m) (foto 1); ? het op basis van de functionele en stedenbouwkundige eisen vastgestelde horizontale aligne- ment. De ontwerpfilosofie in combinatie met de dwangpunten geeft het ver- ticaal alignement zoals weergege- ven in figuur 2. Principeoplossingen Nabij de dwangpunten ligt de tun- nel gedeeltelijk of geheel in de slappe Holocene bodem. Hier heeft de ontwerper een construc- tief probleem met de sterkte van de betonnen tunnellining als deze voor meer dan de helft in de Holo- cene lagen is gelegen. Ook het boorproces en de invloed op de omgeving worden negatief beïn- Ontwerpfilosofie en principeoplossingen ir. H.M.A. Pachen, ir. D.C. van Zanten enir. J. Gerritsen, Projectbureau RandstadRail Rotterdam Een ontwerpfilosofie is noodzakelijk voor het goed laten verlopen van het ont- werpproces. Hiermee wordt de afweging tussen verschillende ontwerpalter- natieven vereenvoudigd, waardoor zowel de kwaliteit van het ontwerp als de voortgang van het ontwerpproces positief wordt beïnvloed. 1 |De ontvangstschacht wordt aansluitend aan het NS-emplacement in de Conradstraat gebouwd (foto: Hollandse Hoogte) Constructie & uitvoering Boortunnel cement 2005 1 26 vloed. Een oplossing kan worden bereikt door toepassen van een versterkte lining of toepassing van grondverbeteringen voor de lining c.q. het boorproces. Aanvullend kunnen mitigerende maatregelen bij bedreigde objecten noodzake- lijk zijn. Uit kostentechnische overwegin- gen is toepassing van grondverbe- teringen en eventuele mitigerende maatregelen de eerste keuze. Indien een grondverbetering tech- nisch niet realiseerbaar is, dan wel de overlast naar de omgeving niet acceptabel is, wordt een versterkte lining toegepast. Als afweging tussen verschillende ontwerpalternatieven zijn de vol- gende criteria gehanteerd: ? minimale hinder voor de omge- ving; ? risicobeheersing voor zowel de bouw- als de gebruiksfase; ? duurzaamheid, de ontwerple- vensduur van de tunnel is gesteld op 100jaar; ? minimalisering van de investe- ringskosten. Hierna worden de ontwikkelde oplossingen kort omschreven. Begonnen wordt met het lining- concept, daarna volgt de locatie- keuze van de start- en ontvangst- schacht en een principebeschrij- ving van de toegepaste grondver- beteringen. De te nemen mitige- rende maatregelen zijn beschre- ven in het artikel 'Invloed boortunnels op de omgeving'. Van de conventionele tunnel worden de belangrijkste ontwerp- aspecten van de bouwputten beschreven. Liningconcept boortunnel De boortunnel bestaat voor het grootste gedeelte van het tracé uit een betonnen lining met een bin- nendiameter van 5 ,8 m en een wanddikte van 350 mm. De li- ning is opgebouwd uit 1 ,5 m brede ringen. De segmenten wor- den in een halfsteensverband ver- springend aangebracht en in ringrichting onderling verbonden via een vlakke voegverbinding. Per ring worden zeven segmen- ten en één kleine sluitsteen toe- gepast. De ringen zijn onderling gekoppeld via twee kom-nokver- bindingen per segment. Deze keuze is gebaseerd op de ge- dachte dat niet mag worden gere- kend op een gehele of gedeelte- lijke krachtsoverdracht door wrijving tussen de ringen. Het is namelijk zeer onzeker of de voor- spankracht ten gevolge van het aandrukken van de ringen door de TBM, gedurende de levens- duur van de tunnel, aanwezig blijft. Dit heeft te maken met de op veel plaatsen gewenste of noodzakelijke hoge ligging van het alignement en de minimale horizontale boogstraal van 240 m. De in deze zones aanwe- zige Holocene bodemlagen kunnen relaxeren, waardoor de voorspankracht niet behouden blijft. Zodra de kruin van de tunnel boven het Pleistocene zand uit- komt, is een constructieve ver- binding van de ringen onderling absoluut noodzakelijk vanwege de vervorming en daardoor de waterdichtheid. Uit oogpunt van uniformiteit van lining en boor- proces wordt de betonnen lining met kom-nokconstructie ook in het Pleistocene zand toegepast. Wanneer de tunnel minder dan 180° is ingebed in de draagkrach- tige Pleistocene zandlaag wordt de betonnen lining te zwaar belast en is ervoor gekozen een grondverbe- tering of een stalen lining toe te passen. In principe gaat uit kosten- technische overwegingen de voor- keur uit naar de toepassing van een grondverbetering. Wanneer dit vanwege de activiteiten op het maaiveld niet kan, wordt een sta- len lining gehanteerd. Locatie startschacht In de Sint Franciscus Driehoek, de locatie van de startschacht, is ruimte aanwezig voor werkterrei- nen en kan worden voldaan aan de basisfilosofie dat de nabijgelegen Goudse lijn met de boortunnel wordt gekruist. De precieze locatie is bepaald door het direct aan het tracé grenzende, kwetsbare onder- station. Het onderstation herbergt apparatuur voor onder meer de exploitatie van de Goudse lijn. Omdat het alignement van de boortunnel hier voor een belang- rijk deel in slappe Holocene bo- dem ligt, zijn omvangrijke grond- verbeteringen noodzakelijk. De trillingseisen van de opgestelde apparatuur en de bouwkundige staat van het gebouw zijn zodanig dat de risico's voor het aanbrengen van grondverbeteringen niet ac- ceptabel zijn. Trillingsvrije grond- verbeteringen bleken ofwel onvol- doende duurzaam (grondstabi- lisatie met (kalk)cement in het 2 |Verticaal alignement met dwangpunten en sche- matisch geotechnisch profiel Constructie & uitvoering Boortunnel cement 2005 1 27 Hollandveen) dan wel te kostbaar (jetgrout). Locatie ontvangstschacht De gronddekking op de ontvangst- schacht, direct achter het NS- emplacement in de Conradstraat, wordt zodanig klein dat uit oog- punt van de vereiste boorfrontsta- biliteit, alsmede de constructieve eisen voor de inbedding van de lining, zeer omvangrijke en daar- om kostbare grondverbeteringen nodig zouden zijn. De schacht wordt daarom direct aansluitend aan het emplacement gebouwd. Grondverbeteringen Wanneer de boortunnel geheel of gedeeltelijk in de slappe Holocene bodem ligt, kan door het aanbren- gen van grondverbeteringen een voldoende veilig en duurzaam ont- werp worden verkregen. Een groot nadeel van het aanbrengen van grondverbeteringen is dat de aan- leg gepaard gaat met overlast. Tijdens het ontwerp is onderzocht of de grondverbetering vanuit de te boren tunnelbuizen of vanuit een hulptunnel kon worden aange- bracht. Technisch gezien bleken er mogelijkheden, zoals het jetgrou- ten onder luchtdruk of het afvoeren van de retourstroom naar maaiveld via een drukreguleer-inrichting. Ook het persen van een hulpbuis boven een verlaagd grondwaterni- veau ter plaatse van het NS-empla- cement is overwogen. Omdat het plaatselijk toepassen van een stalen lining technisch eenvoudiger en minder risicovol bleek, is verder afgezien van de uitwerking van deze alternatieven. Ondiepe bouwputten Tot BS = NAP -13, 5m (ontgra- vingsniveau circa NAP -16, 5m) worden bouwputten met onderwa- terbeton en trekpalen toegepast. Dit is het geval bij de Sint Francis- cus Driehoek en de Conradstraat. Voor de diepste delen is dan wel een additionele spanningsbema- ling noodzakelijk. De zijdelingse begrenzing van de bouwputten wordt gerealiseerd met stalen dam- wanden, voor de diepere delen met stalen combiwanden. De tunnel- constructie kan vervolgens in den droge worden afgebouwd. De benodigde bemaling (capaciteit en duur) wordt bij deze aanpak geminimaliseerd, wat de risico's voor schade als gevolg van water- standsverlaging bij de aanwezige kwetsbare bebouwing reduceert. Ten opzichte van een oplossing zonder bemaling (Kedichemput) heeft deze oplossing lagere investe- ringskosten. Diepe bouwputten voor start-, ont- vangstschacht en station Blijdorp De diepe bouwputten (BS = tot NAP - 18,0m, ontgravingsniveau circa NAP - 21,5m), zijn ontwor- pen als Kedichemput. Bij deze oplossing wordt een tijdelijke polder met diepwanden tot in de laag van Kedichem gerealiseerd waarbinnen de grond in den droge wordt ontgraven en vervolgens de afbouw via een fundering op staal kan plaatshebben. Deze oplossing is toegepast voor de bouwputten voor de start- ontvangstschacht en voor het station Blijdorp. Groot- schalige bemalingen of zeer diepe trekpaalfunderingen tot in of on- der de laag van Kedichem worden op deze wijze voorkomen. Het toepassen van diepwanden is in stedelijk gebied en gezien de aanwezige kwetsbare infrastruc- tuur bij de gevraagde ontgravings- diepten noodzakelijk. In vergelij- king met stalen dam- en combi- wanden wordt de geluid- en tril- lingshinder sterk gereduceerd en wordt een stijve bouwputwand verkregen. De deformaties van nabijgelegen funderingen, nutslei- dingen en sporen kunnen zo wor- den beperkt. Bij station Blijdorp heeft de diepwand ook een perma- nente constructieve functie. Door verdeuveling wordt een integrale buigstijfheid met de later aan te storten voorzetwand verkregen. ? 3|Wat er straks met het stukje viaduct van de Hofpleinlijn gebeurt, is nog niet duidelijk