Verbouwing station Tilburg4201412Verbouwingstation TilburgStation Tilburg ondergaat de komende jaren een complete facelift. Deperiode tussen 18 en 24 oktober 2014 wordt een cruciaal moment in hetproject. Tijdens een buitendienststelling van zes dagen wordt een nieuwereizigerstunnel ingeperst, waarmee de transfercapaciteit van het stationaanzienlijk wordt vergroot. In dit artikel een vooruitblik.1Nieuwe reizigerstunnel wordt in buitendienststellingvan zes dagen ingeperstVerbouwing station Tilburg 42014 13In oktober dit jaar staat station Tilburg (foto 2) een week langonder hoogspanning. En dat terwijl het station dan tijdelijk nietper spoor bereikbaar is. Tijdens een buitendienststelling van al hettreinverkeer van zes dagen wordt de transfercapaciteit van hetstation aanzienlijk vergroot. In deze periode wordt de bovenlei-ding tijdelijk opgevangen, worden sporen verwijderd, de spoor-dijk afgegraven en een nieuwe reizigerstunnel ingeperst metdaarop spoordragende constructies en perron. Na herstel vanspoor en bovenleiding kan de dienstregeling worden hervat alsofer niets is gebeurd. Na de afbouw van de tunnel en de perronswordt na circa een jaar de nieuwe reizigerstunnel geopend, dietevens dienstdoet als interwijkverbinding, en is station Tilburgklaar voor de toekomst.Reizigerstunnel en interwijkverbindingMomenteel verwerkt station Tilburg dagelijks circa 30 000 reizi-gers. Dat aantal neemt de komende jaren toe tot ruim 40 000. Omdeze groei op te vangen, wil ProRail de transfercapaciteit van hethuidige station vergroten door onder andere een brede reizigers-tunnel onder alle sporen van het station te realiseren. Dezevervangt de huidige, smalle tunnel en verbetert de toegankelijk-heid en doorstroming van en naar de perrons.Dit plan valt samen met de gemeentelijke ontwikkelingen aan denoordkant van het station. Op de plek van een van de werkplaat-sen van de Nederlandse Spoorwegen ontwikkelt de gemeente hierde `Spoorzone', met functies als wonen en werken. De reizigers-tunnel (fig. 1) krijgt naast de transferfunctie van en naar deperrons tevens de functie van interwijkverbinding tussen dezeSpoorzone en de centrumzijde, compleet met winkels, nieuweentrees en pleinen.Nadat de voorontwerpfase medio 2011 was afgerond, is eind 2011het definitief ontwerp opgestart en begin 2012 opgeleverd. Hetbesteksontwerp is de tweede helft van 2012 opgesteld. De bouw isgestart in het najaar van 2013 en er wordt medio 2016 opgeleverd.Eisen en randvoorwaardenDe stakeholders hebben voorafgaand aan het voorontwerp eisenen randvoorwaarden geformuleerd. De voor het ontwerp enuitvoering belangrijkste zijn:? tunnel moet kruising van vier sporen en ??n perron mogelijkmaken;? hoogte tunnel van 3,20 m;? peil is bovenkant vloer bestaande stationshal;? ligging vloer hoger dan 0,95 m onder peil;? locatie en hoogte spoorassen blijven ongewijzigd;? duur buitendienststelling zes dagen.Voor alle sporen geldt als profiel van vrije ruimte de Ruimtereser-vering PVR-GC volgens de Ontwerpvoorschriften van ProRail(OVS). Aanvullend geldt voor de twee meest zuidelijke sporenhet zogenoemde Rode Meetgebied, dat iets ruimer is dan hetPVR-GC (fig. 3). Binnen dit gebied kan onder voorwaarden hetvervoer van lading die buiten het voertuig uitsteekt, wordentoegelaten.BuitendienststellingVanwege de korte periode van buitendienststelling is toepassingvan zo veel mogelijk geprefabriceerde elementen noodzakelijk.Om de duur van de buitendienststelling te beperken, zijn devolgende afwegingen gemaakt:? Kan de tunnel op staal worden gefundeerd?23ing. Martijn roverts rcAntea Group1500PVR-Gc50004250500552250Ruimtereservering, de ruimte behoort ook tot het Rode meetgebiedRode meetgebied2250187518751500 1500BSBS15001 Artist's impression van de nieuwe tunnel onder Station tilburg2 Station tilburg in 19653 Ruimtereservering PVR-Gc volgens de OntwerpvoorschriftenVerbouwing station Tilburg4201414zodat vijzels met een lagere capaciteit en lichter dodebed kunnenworden toegepast.Na afweging van de risico's en de kosten heeft de aannemer beslo-ten de tunnel te persen. Daarmee is het mogelijk de tunnel naastde uiteindelijke plek te prefabriceren en tijdens de buitendienst-stelling naar de definitieve plaats te transporteren (foto 4).ConstructieopbouwDe reizigerstunnel wordt aan de noordzijde van het stationgebouwd. De tunnel bestaat uit een U-vormige, gewapendebetonnen bak van circa 28 ? 42 m (lengte ? breedte). Op detunnel rusten de spoordragende constructies en het perron. Despoordragende constructies worden door drie kolomrijen en hetperron door twee kolomrijen ondersteund (fig. 5). Het stramienvan de opleggingen van de trogbruggen is 7,575 ? 13,225 ? 13,225? 7,575 m.De tunnel wordt zoals gezegd op staal gefundeerd. De verwachtezetting(s)(verschillen) geven aanleiding zowel de spoordragendeconstructies als het perron los op de tunnel met kolommen tefunderen. Na het persen van de tunnel op de definitieve locatieworden, voorafgaand aan de ingebruikneming van het spoor, despoordragende constructies en perron gevijzeld en de opgetredenzettingen genivelleerd.? Is het mogelijk de tunnel, compleet met spoordragendeconstructies en perron, te prefabriceren?Uitgebreid grondonderzoek heeft uitgewezen dat de grondslagonder de tunnelvloer op de definitieve locatie ook zonder toepas-sing van palen over voldoende draagkracht beschikt. Een tijdro-vende paalfundering kan dus achterwege blijven. In een vroegstadium is de expertise ingeschakeld van een specialist in verplaat-singstechnieken. Zowel het persen als het schuiven van de tunnelbleek mogelijk, mits rekening werd gehouden met de draagkrachtvan de ondergrond en vormgeving van de tunnelvloer (afschui-ning in de te schuiven richting).Het principe van het persen omvat het verplaatsen van de tunnelmet behulp van vijzels, waarbij de verplaatsing direct over deondergrond plaatsvindt. Om de wrijvingsweerstand tussen devloer van de tunnel en de werkvloer te overwinnen, zijn zeer grotevijzelkrachten benodigd. Deze vijzelkrachten kunnen wordengeleverd door toepassing van vijzels met een hoge capaciteit eneen zwaar uitgevoerd dodebed. Hetzelfde principe geldt voorschuiven, echter wordt hier gebruikgemaakt van een schuifbaandie deels verloren gaat. De wrijvingsweerstand tussen de vloer vande tunnel en de schuifbaan is vele malen lager dan bij het persen,perronspoordragendeconstructietunnelbak 544 tunnelvloer gereed, wanden in uitvoering5 modellering 1D-staafelementen en 2D-oppervlakte-elementenVerbouwing station Tilburg 42014 15bare hoogte voor de spoorconstructie en spoordragende construc-tie 1,10 m (fig. 8).Voor de spoordragende constructie is een voorgespannen plaat eneen trogbrug overwogen. Daartoe is de benodigde constructie-hoogte van beide varianten vergeleken:hplaat= 0,70 m; gezien de puntvormige ondersteuning is deconstructiehoogte vergroot tot 0,90 m.hvloer trogbrug= 0,50 + 1% dwarsverkanting = 0,525 m.Vergelijking van de benodigde en de beschikbare hoogte resulteertin:hplaat+spoor= 0,90 + 0,70 = 1,60 m >> 1,10 mhvloer trogbrug+spoor= 0,525 + 0,70 = 1,225 m > 1,10 mDe voorgespannen trogbrug past als enige binnen de gestelderandvoorwaarden, waarbij ontheffing was benodigd voorverlaging van de dikte van de spoorconstructie van 0,70 m tot0,575 m.De geometrie van de trogbruggen moet worden afgestemd op devoorgeschreven ruimtereserveringen en de huidige spoorassen.Aangezien de spoorassen 901 en 902 op trogbrug zuid dichter bijelkaar liggen dan de spoorassen 903 en 906 op trogbrug noord,wijkt de geometrie van beide trogbruggen ten opzichte van elkaaraf (fig. 9).De slankheid van de trogbruggen duidt op het eerste gezicht opeen robuuste constructie (tabel 1). De voorgeschreven ruimtere-serveringen beperken echter de balkbreedte, vooral ter plaatse vande middenbalk van trogbrug zuid en de randbalken. Het weer-standsmoment van de balken is hiermee aan de lage kant. Hier-Ontwerp en geometrie spoordragende constructiesGebaseerd op een volledig gesloten tunnel (fig. 7) bedraagt deverwachte restzetting van de tunnelvloer in de gebruiksperiode20 tot 40 mm. Een variant op de gesloten tunnel is de portaalcon-structie. Op basis van engineering judgement is gesteld dattoepassing van een portaalconstructie gefundeerd op staal zouleiden tot volgens de OVS onacceptabele zettingen. Hierdoor zoueen fundering op palen een vereiste zijn. En tijd om in de buiten-dienststelling een paalfundering uit te voeren, is er niet.In verband met mogelijke correctie van het spooralignementmoet de spoorconstructie in een doorgaand ballastbed wordenuitgevoerd. Deze spoorconstructie beschikt over een voorgeschre-ven hoogte van 0,70 m.Rekening houdend met een vastgestelde hoogte voor de spoor-constructie en de eisen van de stakeholders, bedraagt de beschik-Tabel 1 Afmetingen en slankheden trogbruggentrogbrug zuidrandbalkenmiddenbalk trogbrug noordrandbalkenmiddenbalkbreedte [m] 0,8 0,62 0,8 1,4hoogte [m] 1,2 1,58 1,2 1,3slankheid 1/11 1/8 1/11 1/1066 Integrale modellering tunnel, trogbruggen en perronVerbouwing station Tilburg4201416door is in berekeningen aanzienlijke inspanning geleverd om dekrachtswerking te weerstaan en aan de relevante criteria tevoldoen.Modellering en belastingenDe krachtswerking en vervorming van de constructie-elementenen de bedding onder de tunnelvloer be?nvloeden elkaar onderling.Om de integraliteit van de krachtswerking te waarborgen, is degehele constructie gemodelleerd in ??n driedimensionaal eindig-elementenmodel. Dit model is opgebouwd uit 1D-staafelementenen 2D-oppervlakte-elementen (fig. 5 en 6).De modellering van de tunnelwanden en -vloer bestaat uit platenen schijven; de kolommen zijn gemodelleerd als staven. De trog-bruggen zijn gemodelleerd als 2D-oppervlakte-elementen voor-zien van subregio's om de invloed van de trogbrugbalken envouten in rekening te brengen. Het perron is gemodelleerd als2D-oppervlakte-element waarbij de hoofddraagconstructie alsplaatribben zijn gemodelleerd.Onzekerheden ten aanzien van de heterogeniteit van de bodemzijn in de modellering opgenomen door gebruik te maken vanonder- en bovengrenzen van de bedding. Met toepassing van dezegrenzen is een analyse uitgevoerd om de gevoeligheid van dekrachtswerking in het overall model inzichtelijk te maken. Deondergrens van de bedding resulteert in de maatgevende krachts-werking in tunnel, trogbruggen en perron.Aangezien is gebruikgemaakt van ??n integraal model, moetenook de eigenschappen van de opleggingen van de trogbruggen enperron op de tunnelwanden worden gemodelleerd. De gebruiktesoftware (Scia Engineer) bood niet de mogelijkheid verendepeil = 0 (NAP +14,60)kolom = ?750kolom = ?750kolom = ?800 +2250NAP +13 55032002250950800507 125 13 225 13 225 71255080042 4007bovenkant spoor (BS)beschikbare hoogte(+17,95 - 14,60 + 0,95 - 3,20 = 1,10mbovenkant vloer passagebovenkant vloer bestaandestationshalpeil = NAP +17,95 m3,20 m peil = NAP +14,60 m< 0,95 m8B.S. B.S.800120047311001585473110012008003465 3465620spoor901spoor902B.S. B.S. B.S. B.S.80012004731100158547311004731100473110013001200120012008003465 3465620 800 8003548 35481400spoor901spoor902spoor903spoor90697 Doorsnede tunnel8 Beschikbare hoogte voor de spoorconstructie en spoordragende constructie9 Doorsneden trogbruggen met spoorassen en relatie met beschikbare constructiehoogtesteunpunten te modelleren tussen 2D-oppervlakte-elementen. Ditis opgelost door de veerstijfheden van de oplegblokken te vertalennaar staven met equivalente eigenschappen door aanpassing vanstaafdoorsnede en elasticiteitsmodulus (fig. 10).Voorspanverloop spoordragende constructiesHet vervormingsgedrag van beide trogbruggen is gezien degeometrische verschillen en toepassing van een integraal modelniet gelijk aan elkaar. Vanwege de opgelegde beperkingen door deruimtereservering is het noodzakelijk gebleken van elke trogbalkseparaat het voorspanverloop te bepalen. De maatgevendeontwerpcriteria zijn toelaatbare betontrekspanningen en de opleg-belastingen.Verbouwing station Tilburg 42014 17verondersteld. De optredende spanning is per locatie getoetst aande gestelde criteria. Gezien de opgelegde beperkingen door deruimtereservering is de sterkteklasse voor beton gerelateerd aande maximale trekspanningen: C55/67.Conform NEN-EN 1990 artikel 6.5.3 moet voor de quasi-blij-vende combinatie rekening worden gehouden met:Formule artikel 79k,j 2,i k,ij 1 i 1G P Q + + In NEN-EN 1990 artikel A2.2.6 is het volgende vermeld: `Indienmen voor blijvende en tijdelijke ontwerpsituaties rekening houdtmet de vervorming behoort 2voor spoorwegverkeersbelastingengelijk te zijn genomen aan 1,00' . Met inachtneming van dit artikeldient de treinbelasting met 2= 1,00 in de quasi-blijvende combi-natie te worden opgenomen met als gevolg dat met de beschikbaredoorsnede van de trogbruggen niet is voldaan aan hetcriterium in de OVS ten aanzien van betontrekspanningen.Contact met Stichting Expertisecentrum Regelgeving Bouw heeftechter uitgewezen dat de vertaling niet correct is (normcommissieis inmiddels op de hoogte). De originele Engelse normtekst isnamelijk: `If deformation is being considered for Persistent andTransient design situations, 2,ishould be taken equal to 1,00 for railtraffic actions'. Hieruit volgt dat enkel indien de vervormingenworden beschouwd, de treinbelasting met 2= 1,00 in de quasi-blijvende combinatie moet worden opgenomen.De verdeling van de overspanningen zorgt ervoor dat de oplegbe-lastingen op de tunnelwanden gering zijn. Een van de uitgangs-punten bij de bepaling van het voorspanverloop is een drukbelas-ting onder permanente belasting in alle opleggingen. Om dit tegaranderen, grijpt het zwaartepunt van de voorspanning aan dekop van de trogbruggen onder de neutrale lijn aan. Hiermeewordt een extra neerwaartse belasting op de opleggingen gecre-eerd (fig. 11). Ruimte voor een verzwaarde constructie in de eind-velden om extra massa te cre?ren en drukbelasting te garanderen,is er namelijk niet. Onder mobiele belasting worden de opleggin-gen op de tunnelwanden opwaarts belast. Gezien deze belastings-situatie ligt de toepassing van bolsegmentopleggingen het meestvoor de hand. Vanuit het oogpunt van onderhoud en mogelijkevervanging is geen verticale verankering toegepast. Ter plaatse vande kolommen worden gewapende rubberoplegblokken toegepast.In tabel 2 is de voorspanningsconfiguratie van beide trogbruggenweergegeven. Toepassing van deze voorspanning resulteert inkrommingsdrukken en normaalkrachten die als belastingen inhet overall model zijn gemodelleerd (fig. 12).Toetsing criteria spoordragende constructiesBelastingen op de tunnel, troggen en perron zijn voorgeschrevenin de Eurocode, evenals de toetsingscriteria. Voor direct doorspoor belaste constructies schrijft ProRail aanvullingen en wijzi-gingen voor, onder andere voor de toelaatbare betontrekspannin-gen in de overspanningsrichting van voorgespannen constructies.Deze eisen vari?ren per belastingscombinatie (tabel 3).Op relevante locaties is in de modellering de betonspanningopgevraagd in de trogvloer en trogbalken, gebaseerd op een line-air-elastische berekening waarbij de doorsnede ongescheurd isTabel 3 Eisen toelaatbare trekspanningentoelaatbare betontrekspanningen zijde voorspanning [N/mm2] geen voorspanning [N/mm2]quasi-permanente combinatie 0 0frequente combinatie 0 < 0,5 ? fctk;0,05,maximaal 1,50 N/mm2karakteristieke combinatie < 0,5 ? fctk;0,05,maximaal 1,50 N/mm2< 0,75 ? fctk;0,05,maximaal 2,25 N/mm2bouwfase maximaal 3,00 N/mm2maximaal 3,00 N/mm2Tabel 2 configuratie voorspanningtrogbruggen randbalken middenbalken vloerenkabels4 kabels ? 12 strengen?15,7 mm6 kabels ? 12 strengen?15,7 mm2 kabels ? 12 strengen?15,7 mmkwaliteit FeP1860 FeP1860 FeP1860verloop gekromd gekromd recht1010 modellering oplegblokken met equivalente staafeigenschappenVerbouwing station Tilburg4201418serveringen resulteren na een uitgebreide rekenslag in een geopti-maliseerd voorspanverloop waarin weinig marge zit (fig. 13). Dituit zich tijdens de toetsing aan het vermoeiingscriterium in eenpraktisch volledig gedrukte doorsnede. Het aanwezige wapenings-staal wordt op deze wijze onvoldoende benut. Hieruit kan wordenopgemaakt dat toepassing van de eisen uit de OVS resulteert ineen zeer veilig ontwerp met een hogere betrouwbaarheidsindex .De constructeur dient echter te waken voor overdimensionering.Tot slotDe nieuwe reizigerstunnel onder de sporen van station Tilburgstaat niet op zichzelf. Zowel de spoordragende trogbruggen als hetperron worden door de tunnel ondersteund. Deze schijnbaarafzonderlijke elementen zijn niet los van elkaar te zien en hetinzichtelijk maken van de onderlinge interactie is van grootbelang.In een vroeg stadium is onderkend dat de beschikbare ruimtevoor de trogbruggen aandacht verdient door de ruimtereserverin-gen op spoorniveau en in de tunnel. Toetsing aan de criteria heeftaangetoond dat de beschikbare ruimte en daaruit volgend degeometrie van de tunnel, perron en vooral trogbruggen volstaat,zij het dat de voorgeschreven grenzen van het toelaatbare zijnbenaderd.Aankomende herfst wordt de tunnel met trogbruggen en perronop zijn definitieve locatie geperst. Na afbouw van de tunnel,inrichting van de winkelruimten en de interwijkpassage, isTilburg een grote stap dichterbij om de groeiende stroom reizigerste ontvangen en stadsdelen met elkaar te verbinden. proJectgegevensproject Verbouwing stationtilburgopdrachtgever ProRailopdrachtnemer Besixontwerpend ingenieursbureau Antea Groupoplevering de buitendienststelling vindt plaats in oktober 2014, hetproject wordt medio 2016 opgeleverdMet dit gegeven is het wel mogelijk gebleken het voorspanverloopen -configuratie per trogbalk en -vloer te ontwerpen zodanig datvoldaan is aan het criterium ten aanzien van de betontrekspan-ningen.In vervolg hierop zijn criteria getoetst als:? bezwijkmoment;? wringing en dwarskracht;? ophangwapening;? vermoeiing;? doorbuiging.Hieruit volgde dat ten aanzien van dwarskracht in combinatie metwringing, voorzieningen zijn benodigd in de vorm van beugels enophangwapening. Ten aanzien van vermoeiing is gebleken datenkel ter plaatse van het middelste steunpunt extra langswapeningboven in de trogbalken is benodigd. Hier is een relatie te leggenmet het criterium ten aanzien van de toelaatbare betontrekspan-ningen. De aanvullende eisen uit de OVS en opgelegde ruimtere-middenwand trog zuidneutraal vlak trog zuidgemodelleerd systeemvlakFpi,midd. wand= 6 x 2190 = 13 140 kNFpi,gemodelleerdstramien 1/5370 4331585212 3508004008751123 4 5 67 8 9311121311 Door het zwaartepunt van de voorspanning aan de kop van de trogbruggen onder de neutralelijn aan te laten grijpen, wordt een extra neerwaartse belasting op de opleggingen gecre?erd12 Gemodelleerde normaalkrachten, krommingsdruk en excentriteiten door voorspanning trog-brug zuid13 Verloop voorspanning over de halve lengte van de trogbruggen