De schipholtunnel

(1)

ing.!. van Zutphen

project ingenieur afd. Betonbouw, NV Nederlandse Spoorwegen

1

Tunnelvakken 1 t/m 17, bü de luchthaven Schiphol

17 Tunnel parts at Schiphol Airport

Cement XXVlil (1976) nr. 1

De Schipholtunnel

Lezing Betondag 1975, 27 november jl. te Utrecht

Constructieve aspecten van de tunnel die een onderdeel vormt van de

Schipholspoorlijn

1 . Overzicht

De totale lengte van de Schipholtunnel zal 5780 m gaan bedragen. Hiervan is 5140 m gesloten; de open opritten hebben een gezameniUke lengte van 640 m. De tunnel is verdeeld in 17 vak-ken; elk vak in een variabel aantal moten van 20 m lengte. De vakverdeling is in hoofdzaak bepaald door de mogeiUkheden, die de plaatseiUke toestand biedt. Zo onderkruist de tunnel tweemaal Rüksweg 4. Deze weg moet enkele malen worden omgelegd, ten einde de bouw mogelUk te maken. De boogstralen van de weg en de mate waarin de omgelegde weg in het landingsterrein van de luchthaven kon dringen, hebben de scheiding bepaald van bijv. de vakken 15 en 16. De scheiding tussen de vakken 14 en 15 wordt beheerst door de aanwezig-heid van Rijksweg 4 en de rijbaan van de luchthaven die over deze rijksweg kruist.

De lengte van vak 3 werd destijds bepaald naar de breedte van de vliegtrog van de start- en landingsbaan 09-27. Andere vakken zijn in hun lengte beperkt door omleggingen van wegen of kabels en leidingen of door plannen voor parkeergarages op het luchthaventerrein. De tunnelvakken zijn van noord naar zuid doorlopend genummerd van 1 tot 17 (fig. 1). Waarom

zij verschillend van lengte zijn is hierboven globaal aangeduid. Nu lijkt de volgorde van uit-voering erg willekeurig: vak 3 kwam gereed in 1967, vak 6 in 1972, vak 8 in 1973. Op 1 juni 1974 werd begonnen met de vakken 1, 2, 4 en 5 en in december 1974 met vak 7. Ook hier zijn weer redenen voor: vak 3 moest destüds worden gebouwd, opdat de startbaan 09-27 er over-heen gebouwd zou kunnen worden. Vak 6 moest gebouwd, opdat de luchthaven de noodzake-lijke uitbreiding van haar stationsgebouw kon maken: de nieuwe noordwestpier en de nieuwe verhoogde voorrijweg staan op vak 6. Vak 8 ging vooraf aan vak 7, ten einde de Jan Dellaert-weg te kunnen opbreken, waar het werkterrein van vak 7 moest komen.

De vakken 1, 2, 4 en 5 worden ook weer niet in de genoemde volgorde gebouwd, wat het gevolg is van eisen van de luchthaven om niet tegelOkertijd twee rijbanen buiten dienst te nemen en verder uit overwegingen van damwandeconomie. De vakken 1, 2, 4 en 5 - samen 2080 m tunnel - moeten op 1 mei 1977 gereed zijn. Vak 7, samen met de vakken 6, 8 en 9 het ondergrondse station vormend, komt in het najaar 1976 ger.eed, waarna onmiddellük met de aanleg van het NS-stationsgebouw op vak 7 wordt begonnen.

Eind 1978 zal de lün van de halte Minervalaan in Amsterdam tot het station Schiphol compleet gereed zijn.

(2)

1340

2

Dwarsdoorsnede tunnel

Cross section tunnel

3

Dwarsdoorsnede stationsgedeelte

Cross section at the station part of the

tunnel 4 Spoorconstructie Superstructure

:

i

I

:

' L---·.J ' Cement XXVlil (1976) nr. 1

i

!

I

' I L---.J 701 3420

r

5 1 730

rq

400

yq

1410 440 _sta tiensvloer ~

=====:::fF=~~~~~======i"f==nl

I

tunneldek

~=n

_

360 ~

-540-r"

_{vaste trap} rolpad I -perron ---_- _--- perron

vaste trap-I iL=--IL...I

~

- ..

rolpadt~

1 -

I

"o.;.

1 ~

perron

J!tt~~

~~

P- '~][== ~':IÏ=-"'

f-r

~~-rr===~~~J

---~---

...

~-~----~

Ir

f- veenlaag

~

f-waterafslultende laag wLkvloer grlnd(aag voor drainage

~

_1120-1

h

_1220-v e e n l a a g - ~

waterafsluitende laag

In het voorjaar van 1976 wordt in het lijngedeelte naar Den Haag begonnen met de bouw van vak 16. Het plan is de ruwbouw van de tunnel in zijn geheel medio 1980 gereed te hebben; inmiddels is dan reeds de afbouw ver op streek: het maken van voetpaden, het aanbrengen van verlichting, het maken van isolatie en het aanbrengen van de spoorb lokken.

Aansluitend op deze werkzaamheden volgen het leggen van het spoor, het aanleggen van de beveiligingsinstallatie en het maken van de elektrische bovenleiding. De zuidelijke tak naar Den Haag zal in 1981 operationeel zijn.

2. Dwarsprofiel

In rechtstanden is de benodigde inwendige breedte voor twee treinen en twee voetpaden 9,80 m. In bogen is i.v.m. de verkanting een breedte van 10 m nodig. Ten einde een uniforme, rijdende bekisting te kunnen toepassen, hebben ook de rechtstanden een inwendige breedte van 10 m gekregen (fig. 2). In het station komen twee perrons, een eilandperron en een zij-perron (fig. 3). De zij-perrons zijn van de hal uit met hellingbanden en vaste trappen bereikbaar. De opgaand!l banden en trappen zijn zo gesitueerd, dat zij op perronniveau op ongeveer

i

deel van de perronlengte beginnen; dit om de loopafstanden zo gering mogelijk te maken. Hoewel er normaal op het eilandperron één kolommenrij voorkomt op het midden van het perron (kolomafstanden ongeveer 3,60 m), is er bij de hellingbanden en trappen een dubbele rij kolommen geplaatst met een tussenruimte van 4 m. De vrije ruimte tussen deze kolommen en voorkant perron is 3 m. Het zijperron heeft een breedte van 6 m en het is bij de helling-banden en trappen verbreed tot 7 m. De breedte van het ondergrondse station is normaal 30 m, plaatselijk verbreed en aan de einden iets nauwer.

3. Sporen

De hoogte van bovenkant spoor ( = BS) is afhankelijk van de terreinsituatie en van de con-structiehoogte van de elektrische bovenleiding. In afspaninrichtingen van de bovenleiding is de constructiehoogte 0,75 m en daarbuiten 0,50 m. De terreinhoogte op Schiphol varieert van 3,60 m -NAP tot 4,00 m -NAP. De hoogte van bovenkant dek varieert van 4,80 m -NAP tot 5,05 m -NAP. Met een afstand van 4,80 m tussen rijdraad en BS en een dekdikte van 0,60 m, komt BS als bovenkant dek op 4,80 m -NAP ligt, ter plaatse van een spaninrichting der bovenleiding op 10,95 m -NAP en als de bovenkant van het dek op 5,05 m -NAP ligt,

buiten de span inrichting, eveneens op 10,95 m -NAP.

Op plaatsen waar het dek op 4,80 m -NAP ligt en waar geen spaninrichting aanwezig is, stijgtBS naar 10,70 m -NAP. De boogstralen van de sporen direct aan de noordzijde van de perrons bedragen rond 3000 m en die direct aan de zuidzijde rond 1500 m. In het stations-gedeelte hebben de sporen geen verkanting. Nabij Rijksweg 4 aan de zuidkant is de straal ongeveer 3000 m, en de verkanting 10 cm. Bij Rijksweg 4 aan de noordkant is de boog-straal ongeveer 1400 men de verkanting 8,5 cm.

De spoorafstand buiten het station bedraagt 4 m. Tussen de sporen bevindt zich een beton-muur, hoog 0,70 m, ten einde te verhinderen, dat een ontspoorde trein in het naastliggende spoor geraakt.

De spoorconstructie bestaat uit spoorstaven, profiel UIC 54; zij worden op rubberplaatjes gesteld en met klemveren bevestigd. Deze klemmen zijn bevestigd aan ankers, die zijn op-genomen in prefab-betonblokken, lang 0,60 m. Deze blokken worden aan de onderkant en aan de zijkanten voorzien van platen kurkisomeer, met behulp van dummyspoorstaven gemon-teerd in tevoren in de betonvloer gespaarde sleuven, breed 0,43 m en diep 0,065 m. De holle ruimte tussen de kurkisomeerplaten en de betonsleuf wordt aangegoten met epoxyhars (fig. 4).

4. Rookverspreiding bij lokale brand

Buiten de gebruikelijke beveiliging bij NS is bijzondere aandacht geschonken aan de moge-lijke gevolgen van een in brand geraakte trein, die zich in de tunnel bevindt. Op dit gebied bestond er weinig bruikbare literatuur. Samenspraak tussen de overheid en NS leidde tot inschakeling van TNO, die een tweetal rapporten opstelde. Ofschoon uit een algemene oriën-tatie bleek, dat de kans op slachtoffers door een treinbrand in de Schipholtunnel aanzienlijk kleiner is dan de meeste andere ongevalskansen in het verkeer of bij andere categorieën

(3)

5

Landingsgestel 8oeing 7478; plattegrond Undercarriage 8oeing 7478; in plan

ongevallen door brand, werd TNO verzocht zich te beperken tot de vraag: àls er maatregelen

ter verbetering van de veiligheid worden verlangd, wèlke maatregelen komen dan in aanmer-king en welk effect wordt daarmee bereikt. Met name: wat moet de afstand van ventilatie-openingen en van nooduitgangen zijn, opdat de passagiers zich binnen vijf minuten uit een al of niet door noodremming tot stilstand gebrachte trein in veiligheid kunnen stellen.

Het kernpunt was de rookontwikkeling. De rook verspreidt zich langs het plafond en zal door afkoeling dalen. De wind buiten de tunnel heeft invloed op deze rookverspreiding en dit leidde tot de eerste maatregel: beperking van de windinvloed bij de in- en uitrit van de tunnel, door het aanbrengen van vijf sleuven in het dek van elk 20 m2 _{over een totale lengte van 50 m.} De tweede maatregel is het aanhouden van een afstand van 300 m tussen de nooduitgangen en het in de onmiddellijke nabijheid van deze nooduitgangen maken van twee ventilatie-openingen van elk 10m2

• Tussen deze ventilatie-openingen geen andere ventilatie-openingen maken. In het operationele gebied van de luchthaven is het niet mogelijk om nooduitgangen te maken. Tussen het zuidelijk eind van vak 2 en de perrons in vak 6 kunnen bijv. geen nood-uitgangen komen; dit tunneldeel is 1200 m lang. Hier nu zijn bijzondere maatregelen nodig. De rook moet zo lang mogelijk warm blijven en dit wordt bereikt door het aanbrengen van een thermische isolatie tegen de onderzijde van het plafond en over een hoogte van 2 m langs de wanden, gemeten vanaf het plafond. De aan deze isolatie gestelde eis is dat moet worden voldaan aan 'J../d ~ 5 W/m2 _°C.

Er is nog geen materiaalkeuze gemaakt, maar hieraan voldoen bijv. 2,5 cm herakiiet of hout-wolcement, of 1 cm cafco, of 3 cm vermiculite-spuitlaag, of 2 cm glaswolplaat.

Een tweede maatregel in dit 1200 m lange traject is een ventilatie-opening in vak 4, groot 5 X 8 m2

• Deze opening heeft een dubbel rooster gekregen: het bovenste voor VOSB klasse 45 verkeer en het onderste in de vorm van een druppelvanger, die de daarop vallende vloei-stof naar goten en vervolgens naar het rioolsysteem van de luchthaven afvoert. Algemeen is gesteld dat, waar de afstand L tussen twee nooduitgangen groter is dan 300 m, de lengte van de thermische isolatie

4!J

(L- 300) m moet bedragen. Andere, niet bouwkundige

voorzienin-gen, betreffen het in noodgevallen blokkeren van het treinverkeer en een vluchtwegsignale-ring. De reizigers kunnen zich in geval van nood over een 1 ,30 m breed voetpad naar de nood-uitgangen begeven, waar zij, boven gekomen, niet het landingagebied van de luchthaven be-treden, maar op een dienstweg uitkomen, waarna transport met auto's plaats kan hebben. 5. Belastingen

Vak 3 werd in de zestiger jaren berekend op de belasting van een DC 10, nl. 268 tf. Toen dit tunnelgedeelte gereed was, deed de Jumbo zijn intrede, zodat al spoedig de vraag kwam of de tunnel ook 330 tf kan dragen. Een gelukkige omstandigheid was de gunstiger wielconfigu-ratie. Aan de hand van proefbelastingen en rekmetingen, gevolgd door een hernieuwde bere-kening, kan worden vastgesteld dat vak 3 ook de Jumbo kan dragen. Deze snelle ontwikkeling in de vliegtuigbouw noopte wel tot voorzichtigheid bij de aanname van vliegtuigbelastingen voor de berekening van de dan nog te bouwen tunnelvakken in het operationele gebied van de luchthaven. Voor deze tunnelvakken is nu ingevoerd 1 ,5 X de belasting door de hoofdwiel-stellen van een Boeing 747 B, d.w.z. 1,5 X 330 tf = 495 tf (fig. 5). Deze belasting wordt

uiter-aard in verschillende standen ingevoerd, ten einde de maximale invloeden langs de randen van de tunnelmoot en die in tussengelegen gebieden te vinden.

Bijzondere belastingen geven de kolommen van de nieuwe D-pier op vak 6 en de steunpunten van de nieuwe verhoogde voorrijweg die nodig was door uitbreiding van het stationsgebouw van de luchthaven. Voor deze kolommen, die eveneens op tunnelvak 6 staan, zijn belastingen tot 1000 tf en momenten in x- en y-richting van ongeveer 100 tfm ingevoerd. Ten einde deze krachten af te voeren, waren enkele massief stalen pendelkolommen in de tunnel nodig.

5

i

I

---1

PLATTEGROND LANDINGSGESTEL , (Boeing 7478)

(4)

Andere bijzondere belastingen waarop moet worden gerekend, ontstaan door het denkbeeld van de N.V. Luchthaven Schiphol om eventueel een parkeergarage schuin over de tunnel-vakken 9 en 10 te bouwen en door het denkbeeld het hooggelegen parkeerplatform voor het stationsgebouw eventueel te verbreden. Op alle andere plaatsen is de VOSB-belasting, klasse 60, ingevoerd.

Een bijzonder zware eis van de luchthaven is, dat er op gerekend moet worden, dat de stijg-hoogte van het diepe grondwater tot 9 m -NAP moet kunnen worden verlaagd. Uitgaande van de maximum stijghoogte van het diepe grondwater tot 4 m -NAP, betekent dit dus een vermindering van de opwaartse belasting met 5 tf/m2

• Waar onder normale omstandigheden de palen trek opnemen, worden zij in deze toestand in combinatie met een excentrisch op een tunnelmoot staand vliegtuig, zeer zwaar op druk belast.

Extreme trekbelasting op de palen ontstaat bij grote stijghoogte van het diepe grondwater, gecombineerd met een verwijdering van de grond op het tunneldek en het afwezig zijn van mobiele belastingen.

6. Kernpunten van de statische berekening

Tunnelvak 3 is berekend aan de hand van de invloedsl{jnen van Pucher en voorts met de Cross-methode. Bij de overgang van de volledig 'met de hand' gemaakte berekeningen naar berekeningen met de computer werd de Cross-berekening vervangen door een berekening met een raamwerkprogramma. Dit programma levert voor belastingen, die over de gehele tunnelmoot constant blijven, uitstekende resultaten. Treden echter plaatselijk geconcentreer-de belastingen op, dan moet een schatting worgeconcentreer-den gedaan naar geconcentreer-de belastingspreiding. De belastingspreidingen in de direct belaste constructiedelen, door de VOSB klasse 60 verkeers-lasten of door vliegtuigen op het tunneldek en door treinen op de tunnelvloer kunnen met behulp van CUR-rapport 16a en b worden bepaald, maar dit geldt niet voor de spreiding in de tunnelwanderr.

Om deze reden is overgestapt op het ruimtelijk doorrekenen van de tunnelmoten. Deze me-thode maakt het mogelijk het hele krachtenverloop te kennen in tunneldek, wanden, vloer en funderingspalen. De elementen-indeling van een tunnelmoot van 20 m lengte wordt zodanig gekozen, dat de eigenschappen van de voorliggende moot zo goed mogelijk worden bena-derd door die elementen.

Verder is het zo, dat

1. de plaatsen van gelijkmatig verdeelde belastingen samenvallen met de elementen en de lijn-belastingen met de randen, de puntlasten met de knooppunten zodat de invoer van deze be-lastingen gemakkelijk plaats kan vinden;

2. op de plaatsen van extreme momenten knooppunten aanwezig zijn, die informatie geven over die extremen.

De eigenschappen van elk moment worden verkregen door het 'over elkaar leggen' van een buigelement met 3 vrijheidsgraden per knoop en een schijfelement met 2 vrijheidsgraden per knoop. De uitvoer van de ruimtelijke berekening is in zodanige vorm, dat direct de momenten voor de bepaling van de wapening zijn bepaald, nl. Mxx

±

Mxy en Myy

±

Mxy·

De voordelen van de ruimtelijke berekening ten opzichte van de vlakke raamwerkberekening zijn:

1. beter inzicht in de spreiding van de belastingen; dit inzicht leidde tot een vermindering van de wapening, vooral in de tunnelwanden, omdat de spreiding gunstiger blijkt dan vroeger aan-genomen;

2. vermindering van het rekenwerk van de constructeur. Nadelen zijn:

1. (tijdelijk) de aanloopmoeilijkheden bij de overgang op een nieuw systeem;

2. het wegvallen van een stuk werk binnen het NS-concern, nl. van het raamwerkprogramma dat door de NS-dochteronderneming CVI te Utrecht wordt gedraaid, waardoor de communicatie-lijnen zijn verlengd;

3. de ruimtelijke berekening is aanzienlijk duurder.

Alles overwegende, kan worden geconcludeerd, dat er in financieel opzicht weinig wordt ge-wonnen, maar dat. de ruimtelijke berekening bevredigender voor de constructeur is dan de raamwerkmethode.

Tot zover over de berekeningsmethoden. De tunnel wordt nu beoordeeld naar vier grens-toestanden:

1. grenstoestand met betrekking tot de vervormingen; 2. grenstoestand met betrekking tot de scheurwijdte;

3. grenstoestand met betrekking tot bezwijken in de bouwfase; 4. grenstoestand met betrekking tot bezwijken in de gebruiksfase.

Daarbij wordt het volgende opgemerkt:

ad 1. Rekening houdend met de verminderde buigstijfheid t.g.v. scheurvorming, heeft deze grenstoestand nergens invloed op het ontwerp.

ad 2. De grenstoestand m.b.t. de scheurwijdte (0,2 mm in de vloer en 0,25 mm in wanden en dek) is soms bepalend voor de hoeveelheid wapening. Dit vindt zijn oorzaak in de keuze van de temperatuur- en krimpinvloeden, die alleen in deze grenstoestand worden meegenomen. ad 3 en 4. De grenstoestand m.b.t. bezwijken is bepaald door y = 1,4 in de bouwfase en in bijzondere gevallen in de gebruiksfase, zoals bijv. de door de luchthaven gestelde eis van grondwaterstandverlaging tot 9 m -NAP. Overigens wordt de grenstoestand m.b.t. bezwijken in de gebruiksfase bepaald door

y

= 1 ,7.

(5)

6

Samenstelling van het zandpakket Composition sand /ayer

Internationaal is de grootte en de wijze van toepassing van de: y-waarden in discussie. Bij de berekening van de Schipholtunnel is niet zonder meer een factor y op de som van de ge-bruiksmomenten toegepast, maar verschillende y-waarden op de onderdelen, waaruit die som is opgebouwd, en wel y = 1,7 voor onderdelen met een vergrotende invloed op die som en y = 1 voor de onderdelen met een verkleinende invloed op de som.

Ter nadere toelichting van deze gedachte moge het volgende voorbeeld dienen. Stel dat men een tweezijdig opgelegde gewapend-betonvloer van 1 meter dikte heeft, die aan een op-waartse waterdruk van 2,40 meter is onderworpen. Men vindt dan in de gebruiksteestand geen momenten. Bepalen we uit deze gebruiksteestand de bezwijktoestand, dan vindt men weder-om geen mweder-omenten.

Dimensioneert men evenwel de onderwapening op 1,7 Qe.9

+

1,0 Qwater en de bovenwapening op 1,0 Qe.g

+

1,7 Qwater. dan wordt een reële veiligheid ingebouwd.

De temperatuur- en krimpinvloeden zijn in de grenstoestanden m.b.t. bezwijken niet in reke-ning gebracht, omdat verwacht wordt dat in de doorsneden voldoende rotatiecapaciteit be-staat om de krachtswerking van deze opgelegde vervormingen te elimineren.

De y-waarden inzake de palen zullen bij de beschrijving van de palen worden vermeld. 7. Bodemgesteldheid

Ten behoeve van het ontwerp zijn er voor de tunnelvakken 1 t/m 8 23 diepsonderingen ge-maakt en 8 boringen. Er werden vele monsters gestoken, aan de hand waarvan cp-waarden, volumegewichten, poriënvolumes, korrelverdelingen en kalkgehaltes werden bepaald. Soort-gelijk onderzoek vindt ook voor de overige vakken plaats. Een indruk van de bodem wordt verkregen uit een tweetal sonderingen (DKM1 en DKM2) en een daartussen gelegen boring A. Dit grondonderzoek betrof de afrit van de tunnel in vak 1. De reeds eerder genoemde veen-Jaag ligt hier vrij diep, nl. op 11 m -NAP. De dikte van deze Jaag is hier 0,50 m. Direct boven de veenlaag bevindt zich een pakket klei, met silt, schelpen en veenlaagjes van ongeveer 1 ,30 m dikte. Daarop ligt overwegend grijs silthoudend fijn zand met vele klei laagjes. Onder de veenlaag treft men grijs fijn zand aan en in de allerdiepste lagen ook matig fijn tot matig grof zand. Van 17,80 tot 18,90 m -NAP worden in het daar aanwezige silthoudende fijne zand enkele dunne veenlaagjes aangetroffen. In de sonderingen tekent zich het verschil tussen de grond boven en onder de veenlaag scherp af. Boven de veenlaag lage sondeer-waarden, behoudens een enkele piek; de wrijvingsweerstand is hier gemiddeld minder dan 10 kgf/cm2

• Onder de veenlaag Jopen de sondeerwaarden snel op naar een gemiddelde van 140 kgf/cm2

, met pieken naar 320 kgf/cm2 en hoger; de wrijvingsweerstand varieert hier van 20 tot 80 à 90 kgf/cm2

•

Het volumegewicht van het zand onder de veenlaag toont variaties van 1,87 tot 1,96 t/m3 , met een gemiddelde waarde van 1,92 t/m3_._{Het poriënvolume van dit zand schommelt tussen 38,8} en 44.4%. met een gemiddelde van 40,9%. Deze waarden zijn o.m. van belang voor de bepa-ling van het verticale evenwicht van de injectielaag ter diepte van onderkant damwand en voor het voorspellen van de benodigde hoeveelheid injectievloeistof, waarover verderop wordt gesproken. In boring A is aangeduid op welke diepten monsters uit de grond zijn gestoken. In fig. 6 wordt een beeld gegeven van de samenstelling van het zand van de monsters 17, 19 en 26. Zandmonster 17 is ontleend aan het silthoudende fijne zand dat op een diepte van 17,80 tot 18,90 m -NAP werd aangetroffen; de monsters 19 en 26 zijn meer representatief voor het diepe zand. Uit monster 9, dat vlak onder de veenlaag werd gestoken, blijkt dat daar de grond een cp-waarde van 33,5° bezit. In de bovenlagen (boven het veen) zijn de cp-waarden erg wisselend, nl. van 16 tot 33,5°.

n

ó

...

1

90 "0 8o

~~0

~ OI 60 (f' _6o

.!:

_4o -~

...

30 11

E ao

~ 10 0 en

klei

7 korrel9rool'te in mm. (d)

~

0

~ '8~iid~~s~

0 oco 10 m \!)

~

oó

ó óóó

';!;

1\iiiÎ ~ 1\1 \J

"

o· d ó ó ~ 19 ~ , / / '

_:...

I

//

!

I

Ij

I

!

I

f

I I I

...

. ..:::v

sili"

Fqn

middel _'Zömd s~erlc smhoudend f~n

z;md

9r~s moaH9

fyn

'X~nd

9rqs

m;~H9 Fyn

zoand

10

_li

b i!O"Q

ao'#-4o

~ tl !io (T'

c

6o'-"

IJo ·..;:

8o

~

9o

E

₀ 111 qroF 9rind sfenen 16.oo ~ 16,4'o } ·

1~.8o ...

y.1o

diepfe in

m.~mv.

(6)

7

Doorsnede en bovenaanzicht vüze/gemaa/

Section and view pumping engine

8. De waterhuishouding

Door de aanleg van de spoortunnel wordt de afwatering van het gebied ten oosten van de startbaan 01 R-19L tot aan de dijken van de Ringvaart en Het Nieuwe Meer en in noordelijke richting tot aan Rijksweg 4 verstoord. Het maaiveld ligt op ongeveer 4 m -NAP, bovenkant tunneldek op 4,80 m -NAP en het polderpeil is 5,70 m -NAP (momenteel 5,90 m -NAP). De oppervlakte van het gebied bestaat uit de volgende onderdelen.

a. het gebied dat valt onder de onderbemaling van de luchthaven

b. het terrein tussen de westelijke dijk van Het Nieuwe Meer en de luchthaven c. een gedeelte van het luchthaventerrein in het westen van het betrokken gebied

580 ha 282 ha 98 ha totaal 960 ha De onderbemaling van het gebied onder a heeft een capaciteit van 60 m3_{/minuut; dit komt} overeen met ongeveer 10 m'/min./1 00 ha, een norm derhalve die landelijk wordt gehanteerd voor de bemalingscapaciteiten van agrarisch gebied en waarnaar ook in de Haarlemmermeer-polder wordt gestreefd.

Voor het onder b genoemde gebied is daarom ook met een afvoer van 10 m'/min./100 ha ge-rekend, evenals voor een 13 ha van het onder c genoemde gebied: 282 ha+ 13 ha heeft dus een bemalingscapaciteit van 30 m'/min. nodig.

Van gebied c is 85 ha grotendeels verhard of zal in de toekomst wellicht worden verhard. Hier wordt gerekend op een afvoe'rcapaciteit van 1 m'/min./ha, d.w.z. dat een regenbui van 12 mm in een uur in die tijd voor de helft wordt afgevoerd en voor de helft door vertraging en berging nog achterblijft.

De hoeveelheid water die naar de westkant van de tunnel moet worden gebracht is derhalve 60 + 30 + 85 = 175 m'/min. Voor dit doel is zowel een syfon als een vijzelgemaal ontworpen. Op grond van de veronderstelling dat een sifon veel onderhoud zou vergen aan het weghalen van slib, is de keus gevallen op een gemaal met 4 vijzels, met een totale capaciteit van 180 m3_{/min. (fig. 7). Voor de aan- en afvoer werden langs de tunnel parallelsloten gegraven} met een breedte van het wateroppervlak van 10 m; de oevers zijn beschermd met azobé-betuiningen. Het gemaal is aangebracht in tunnelvak 2; voor het zuidelijk deel van de tunnel wordt in vak 16 eenzelfde gemaal gemaakt.

Een ander probleem in de waterhuishouding wordt veroorzaakt door lekwater in de bouwput. Dit lekwater komt door damwandsloten en door de later te noemen injectielaag op

±

21,50 m -NAP in de bouwput. De hoeveelheid lekwater kan nauwelijks worden voorspeld, terwijl de hoeveelheid zout in het grondwater erg variabel is.

(7)

b"Y<?JlA~lï<~~~'VVT/X0&7/X\'V':</77/0..-.."\J

~'1;!J~';'C'li'"}:\Z~,;;:•·

!•?:

,·ii~~.~;•·:;:?'A:?!~il\ciJ;!JJ§\;!if~';%1\''':~l~

,ç--6.00- .

i

. _ 3.80~-14---3.80 ----l 8

Overgangsconstructie van het 330 meter

naar het 190 meter tunnelgedeelte

lunetion between the 330 meter to the

190 meter tunnel part

Tunnelvak 3, dat 520 m lang is, is destijds gemaakt volgens het diepwandprocédé. Er is een deel van 330 m lengte, dat een bodem kreeg van onderwaterbeton (1 m dik) èn trekpalen, terwijl op het onderwaterbeton een constructievloer van 0,40 m dikte werd aangebracht en er is een deel van 190 m lengte, waar de diepwanden tot 20 m -NAP reiken, terwijl op die diepte

een monosollaag, dik 1 m, is aangebracht d.m.v. injectie (fig. 8). Deze laag èn de diepwanden samen hebben een lekkage van 5 m'/uur, een zeer geringe hoeveelheid voor deze bouwwijze. De bouwputten in vakken 2 en 4, bestaande uit Belval damwanden, BZ 550, staalkwaliteit 50/60, lang 18 m en een injectielaag van een 1 ,50 m dik zandpakket, gevuld met een gelvormende vloeistof op basis van silicaten (monosol) op 21,50 m -NAP, hebben een gemiddelde lekkage van 4 à 5 m'/uur/1 00 m tunnel. Het chloor-ionengehalte van het lekwater in dit gebied be-draagt 150 à 200 mg/liter, wat minder is dan het chloor-ionengehalte in het slootwater van de

Haarlemmermeerpolder, waar wel 300 mg/liter wordt gemeten. Lozing van dit lekwater op de

sloten werkt dus enigszins milieuverbeterend.

Op het voorplein van de luchthaven is de toestand geheel anders. De daar toegepaste bron-bemaling t.b.v. de bouw van het luchthavenstation, heeft het dieper gelegen zeer zoute water voor de duur van vele jaren hoog opgetrokken. Men pompte weliswaar dit zoute water op afstand weer de bodem in met retourbronnen, maar in het hele voorpleingebied is het grond-water verzilt tot 3000 à 8000 mg chloor-ionen per liter. Dit water troffen wij aan in de bouw-putten van de tunnelvakken 6, 7 en 8.

Er is hierboven reeds meegedeeld, dat de lekkage in de smalle bouwputten van de tunnel-vakken 2 en 4 betrekkelijk gering is.

Sommeert men de oppervlakte van de injectielaag met de waterkerende vlakken van de dam-wanden, dan bedraagt daar de lekkage 1 liter per m2 _{per uur. In vak 7 is de lekkage aanzienlijk} meer, nl. 12 à 141/m2

/h, met de ongelukkige omstandigheid, dat het chloor-ionengehalte nabij het luchthavenstation ruim 30 maal zo hoog is• als bij de vakken 2 en 4. Hier moet worden opgemerkt, dat de bouwput van vak 7 onder zeer moeilijke omstandigheden moest worden gemaakt. Er is nl. tijdens de aanleg van Schiphol-Centrum reeds een stukje spoortunnel - als proefvak met diepwanden - gebouwd. Behalve als proefvak had dit stukje tunnel zin, omdat het een steunpunt van de afrit van de verhoogde voorrijweg van het luchthavenstation moest dragen.

Ten tijde van de aanleg van Schiphol-Centrum werd bij NS nog aan een tweesporig station gedacht, zodat ook het proefvak voor dubbelspoor werd gemaakt. Later besloot NS tot de

aanleg van een driesparig station, wat tot verlegging van de as leidde. Vanwege de reeds spoedig noodzakelijk gebleken uitbreiding van het luchthavenstation, moest de verhoogde voorrijweg mede worden verlengd, een nieuwe afrit gemaakt en de bestaande afrit gesloopt. Wat overbleef was een stukje tunnel van 15 m lengte, dat met geen mogelijkheid in het drie-sparig NS-station kon worden gepast. Dit moest dus eveneens worden gesloopt en wel binnen de bouwput van vak 7, die dan eerst droog moest zijn. De damwanden van deze bouw-put konden gemakkelijk om het proefvak heen worden geslagen, maar om de injectielaag ter hoogte van onderkant damwand te kunnen maken, moest er dwars door het dek en door de

constructievloer - beide van gewapend beton - èn door een onderwaterbetonvloer van 1 m dikte èn tussen de trekpalen van het proefvak door worden geïnjecteerd. Eenvoudig verteld, maar geen eenvoudige operatie! Deze problemen hebben ongetwijfeld bijgedragen tot de

verhoogde lekkage, ondanks de consciëntieuze behandeling van de injectie door aannemer en toezichthebbers.

Een andere zaak is, dat de Belval-damplanken ons niet altijd een genoegen hebben bereid: zij willen wel uit het slot lopen, en waar dat niet het geval is, laten zij plaatselijk, ondanks het knijpen van sloten en ondanks de verwerking van Seitan in de sloten, soms vrij veel water door. Het is niet aardig om kritiek op papier te zetten, de heier heeft ook zijn invloed, maar de

kritiek geldt ook onszelf, omdat wij de planken hebben gekozen. Om het even, of de planken nu worden ingetrild dan wel geheid, de moeilijkheden blijven dezelfde. Waar de damwand-sloten sterk lekken, wat soms onder de bouwputbodem het geval is, wordt er achter de dam-wand een bodeminjectie gepleegd, wat enig soelaas biedt.

Ondanks alle inspanningen is het chloor-ionengehalte in vak 7 zo hoog gebleven, dat het lek-water niet zonder meer op de tochten en sloten van de polder kon worden geloosd. De ervaren bestekschrijver had daarom reeds in een persleiding van

±

3 km lengte voorzien, die uitmondt in de Hoofdvaart, even ten zuiden van het gemaal De Lijnden. Door de intensieve menging van het lekwater met ander water in de Hoofdvaart werd het geheel weer aanvaard-baar.

9. Redenen voor de huidige bouwmethode

Bij de aanleg van vak 3 is gebleken, dat de diepwandmethode, zo goed gelukkend in de

breccies van bij voorbeeld Milaan en Parijs, in de bodem van de Haarlemmermeerpolder niet tot optimale resultaten leidde. Er is veel reparatiewerk aan de diepwanden nodig geweest om

de lekkages te dichten en ook dat is niet voor 100% gelukt. De gebreken, die zich in vak 3 aan de diepwanden manifesteerden, deden de wens herleven verder te gaan met een metho-de, die zoveel mogelijk inspectie tijdens de bouw mogelijk maakt; nl. bouwen in een open sleuf. De zijkanten van deze sleuf konden worden gevormd met stalen damwanden, die weer werden verwijderd voor volgend gebruik (zie fig. 2).

T.a.v. de bodem van de sleuf waren er twee mogelijkheden: een gewichtsvloer van onder-waterbeton, die tevens als gewichtselament tegen het opdrijven van de tunnel dienst kan doen è>f een waterkerende chemische injectielaag tussen de onderkanten van de damwanden die in verticaal evenwicht werd gehouden door het aanwezige zand dat nog resteerde, nadat

(8)

9

Volgorde van de werkzaamheden Building phases

f

maken van in de grond gevormde palen

9

--~ Cement XXVlil (1976) nr. 1

de bouwput tot ± 12 m -NAP ontgraven zou zUn; een analogie derhalve met het 190 m lange gedeelte van vak 3, nu echter bedoeld voor een tUdelUke toestand. Er is voor deze methode gekozen, zU het dan dat nog een derde mogelUkheid overwogen is, nl. het verwUderen van het spanningswater, d.m.v. bronbemaling c.q. persleiding of retourbemaling. Deze mogelUkheid is afgewezen op grond van financiële en milieutechnische overwegingen.

In het programma van eisen was ook de waterkerende veenlaag op 10,50 à 11 m- NAP van belang. Onder deze veenlaag bevindt zich water met een hoog chloor-ionengehalte. Ter voor-koming van de vermenging van zout en zoet water moest er weer een dichting tot stand komen tussen deze veenlaag en de tunnel waarvan de onderkant op 12 m -NAP ligt. De conceptie voor de bouwmethode werd, kort samengevat: tunnelbouw in een open bouw-sleuf, die werd gevormd door tUdelUke stalen damwanden en een chemische injectielaag op het niveau van onderkant damwanden; herstel van de waterkerende laag op

±

10,50 à 11 m -NAP. Waar de bouwsleuf smal is, t.b.v. de tweesporige tunnel, bleek het economisch de damwanden onderling te stempelen op ongeveer maaiveldhoogte; waar de bouwput breed is, nl. in het gebied van het ondergrondse station, worden stempels te zwaar en worden derhalve de damwanden aan de bovenzOde verankerd aan groutanl<ers (zie fig. 3).

10. De uitvoering van de tunnelvakken 1, 2, 4 en 5

Het werkterrein bestaat uit een van de drukste luchthavens van Europa. Daarom zUn er geen mogelUkheden voor een optimaal, ononderbroken bouwproces van de tunnel. Ter plaatse van de stationsvakken zUn er heel specifieke uitvoeringsproblemen, zodat hier kortheidshalve hoofdzakelUk volstaan wordt met het geven van een overzicht van de uitvoering van een aan-tal 'normale' tunnelvakken, zoals de vakken 1, 2, 4 en 5, die samen 2080 m tunnel vormen, verdeeld in moten van 20 m lengte. Slechts terloops zal er iets over de stationsvakken worden gezegd. Om in spoortermen te spreken, vormen de werkzaamheden een produktietrein (fig. 9). 1. de voortrein: inbrengen van de damwanden en vervolgens van de injectie-elementen,

inpom-pen van de injectievloeistof en installeren van de bemaling van de bouwput (fig. 9a, ben c). 2. de bouwput: aanbrengen van gordingen en stempels, ontgraven van de grond, drainage

aan-leggen, grindlaag aanbrengen (fig. 9d ene).

3. de fundering: maken van de funderingspalen (fig. 9f).

4. het betonwerk: maken van de werkvloer, de vloer en de wanden met het dek (fig. 9h eng).

5. de natrein: het herstellen van de waterkerende laag ter diepte van de veenlaag, aanaarden,

stempels verwUderen, damwand trekken (fig. 9j enk).

6. tunnelafwerking: voetpaden maken, spoorblokken lUmen, kabelgoten aanbrengen,

verlich-tings- en krachtstroomkabels aanbrengen, definitieve verlichting maken. Thermische isolatie aanbrengen, pompinstallatie maken, perrons maken.

Spoor leggen, elektrische bovenleiding monteren, seinwezen- en telecom-installatie maken.

inbrengen injektietonsen

b

inpompen ifiektievloeistof

c

installeren bemaling gedeeltelijke ontgruving voor aanbrengen van gordingen en stempels aanbrengen d~pbema~ng

d

gnnálaag ont§roven op diepte aanbrengen. drainage en eerste grindloog

e

! -aanbrengen herstellen waterafsluitende laag aanvullen tot bovenkant tunnel tweede laag grind

en v.'erkvloer storten tunnelvloer -~ t -10

h

storten V,'anclen en dak

~

fl

c--'

.

j

-~

verwijderen stempels en gordingen aanvullen tot maaiveld trekken damwand

r---~

•

.ti

k

eindsituatie

(9)

4gaten

10

Injecteer-element lnjection element

De volgorde van werkzaamheden aan de afwerking is willekeurig. Deze werkzaamheden ver-lopen planmatig en zijn zodanig verdeeld over de verschillende vakken, dat de diverse groe-pen elkaar nauwelijks hinderen.

De afwerking van het station, zowel bovengronds als ondergronds, vormt een hoofdstuk apart. 10.1 Inbrengen damplanken, bodeminjectie, installatie van de bemaling

De trein van de ruwbouw (zie.de punten 1 t/m 5) beweegt zich met een constante snelheid van 4,30 m per dag langs het tracé. Deze snelheid is bepaald aan de hand van een planning-systeem - de line of balance - waarin eigenlijk alle werkzaamheden op het kritieke pad liggen. De bouwput is verdeeld in compartimenten van 100 m lengte en 13,40 m breedte. De compar-timenten worden gevormd door tussenschermen, waarvan het bovenste gedeelte wordt afge-brand bij het passeren van het betonwerk. Aldus wordt in het begin het optreden van een calamiteit door een onverwacht grote lekkage beperkt en wordt niet de gehele bouwtrein, die

±

600 m lang is, getroffen. Voor de damwand wordt het type BZ 550 van Belval gebruikt. De damplanken zijn 18 m lang; in de sloten wordt een teer-vet-mengsel toegepast. De planken zijn op de fabriek in de sloten geknepen; zij worden in de grond gebracht m.b.v. een Schenck-vibrator, type DR 40, die verbonden is aan een Hitachi-kraan type 180. Het vermogen van de vibrator komt overeen met een slagkracht van 40 tf, die desgewenst kan worden opgevoerd tot 50 tf. Tijdens het intrillen wordt de (dubbele) plank geleid door een raam, dat aan de voet van de stelling is gemonteerd. Het intrillen van een plank duurt 1 à 2 minuten.

De produktie wordt in hoofdzaak bepaald door het onder de stelling brengen van de planken. Per dag gaan er zonder tegenslag 30 planken de grond in.

Door het bevestigen van een verbindingsstuk aan de vibrator, is het mogelijk zes injectie-lansen aan de vibrator te bevestigen, die alle zes tegelijk in de grond worden getrild. Een injectielans heeft een binnen- en een buitenbuis. Het injecteerelement bevindt zich onderin de buitenste buis (fig.10). De bovenkant van dit element is afgeschuind en vindt steun tegen een conisch uitgefreesde binnenkant van de buitenbuis. Aan het ondereind vindt het element steun aan een rubberring met cirkelvormige doorsnede. Een plaatje aan de onderkant van het injecteerelement voorkomt, samen met een waterkolom in de injectielans, het indringen van grond in de injectielans. Het injecteerelement is aan een slang gekoppeld, die door de binnenbuis is gevoerd. Als het injecteerelement op de juiste diepte in de grond is gebracht wordt het met behulp van een vijzel die op de kop van de binnenbuis drukt naar buiten geduwd, terwijl de buitenbuis vibrerend getrokken wordt. Het trekken van de injectielans geschiedt met beperkte snelheid, zodat de grond de gelegenheid krijgt zich goed rond de achterblijvende injectielans te vleien. Dit is nodig om te voorkomen, dat later, tijdens het injecteren, de injec-tievloeistof langs de injectieslang omhoog geperst wordt. Nadat de injectielansen zijn getrok-ken, steken de injectieslangen boven het maaiveld uit; zij worden tegen verontreiniging van het inwendige dubbel geslagen en van een genummerde label voorzien. Deze nummering is nodig voor de uiteraard noodzakelijke nauwkeurige administratie, zonder welke het maken van een injectielaag een farce wordt.

De injecteerelementen staan in een driehoekig patroon; de afstanden tussen deze elementen is ongeveer 0,90 m. Genoteerd worden: de afwijkingen van de vastgestelde hoogteligging en van het vastgestelde stramien, de datum van injecteren, de pompdruk bij het begin van de injectie en tijdens het verdere verloop tijdens het injecteren, de hoeveelheid vloeistof per element. Verder wordt op elke 6 injecties een monster getrokken uit de injectievloeistof, ten einde de zgn. kiptijd te bepalen, d.w.z. het moment, waarop de injectievloeistof tot gel wordt. De injectievloeistof wordt gemaakt op basis van silicaten, waaraan vlak voor het injecteren een reactievloeistof, waarin natronloog en natrium-kalium-aluminaat, wordt toegevoegd. Door variatie in het mengsel kan men de reactiesnelheid regelen. In elk injectiepunt wordt 410 liter injectievloeistof (monosol) verwerkt. Aangezien per m2 _{575 liter monosol in het bestek is} geëist zal, bij een aangenomen poriëngehalte van 40%, een laag zand van gemiddeld 1,50 m worden geïnjecteerd.

De maximum snelheid van injecteren is 10 I/min, zodat er per injectiepunt minimaal 41 minuten nodig zijn. Aan de injectie-unit, waarin het gehele injectieproces wordt beheerd, zijn tegelijker-tijd 6 slangen verbonden. De maximale injectiedruk bedraagt ongeveer 10 atmosfeer. Beneden bij het injecteerelement aangekomen vindt de injectievloeistof een weg naar buiten door 4 gaatjes van 5 mm diameter, waarover een rubber manchet zit, die tijdens het persen naar buiten wordt gedrukt, zoals dit bij een ventiel gebeurt. Tussen de plaats waar geïnjec-teerd wordt en de plaats waar lansen in de grond worden gebracht, moet een voldoend grote afstand aanwezig zijn; een overal geldige maat kan hiervoor niet worden gegeven. Bij een te kleine afstand kunnen t.p.v. de nieuw aangebrachte injecteerelementen monosol-transporten langs de slangen omhoog plaatshebben, omdat daar de grond zich nog onvoldoende gestabi-liseerd heeft. Het oppersen van injectievloeistof tot op het maaiveld kan óók gebeuren bij een te hoge druk, bijv. 15 ato, of een te hoge injectiesnelheid. Op sommige plaatsen op Schiphol is de injectiesnelheid verlaagd tot 6 I/min.

Men kan zich nog afvragen of de hoeveelheid vloeistof van 575 l/m2

niet aan de hoge kant is. Het antwoord hierop is, dat in het 190-m-gedeelte van vak 3 een hoeveelheid vloeistof van 300 l/m2 _{voldoende is gebleken, maar dat een hoeveelheid van 360}

_{1/d in vak 8 zeer}

onvol-doende is gebleken: daar was een lekkage door damwanden èn injectielaag van 200 m3

/uur in een bouwput van 30 X 45 m. 575 l/m2 _{is voor de normale bouwsleuf van 13,40 m breedte aan} de rijke kant, maar er is waargenomen, dat de vloeistof de neiging heeft langs de damwand wat hoger opgeduwd te worden dan de gemiddelde maat van 1,50 m en dat is erg nuttig tegen de vaak voorkomende lekkage door de damwandsloten heen. Injectievloeistof kost geld, maar een calamiteit onnoemelijk veel meer.

(10)

11

Vibro-trekpaal Vibrq tension pile

10.2 Verticale grondinjecties

Verticale injecties zijn o.m. gemaakt bij de aansluiting van vak 3 aan vak 4; dit was nodig omdat ten tijde van de bouw van vak 3 niet bekend was, dat vak 4 later volgens een geheel andere bouwmethode zou worden gemaakt.

10.3 Opheffen van lekkages in de damwand

Verticale injecties worden ook toegepast bij onregelmatigheden in de damwand. De toegepas-te methode hangt af van de aard, de plaats en de hevigheid van de lekkage. Een lekkend slot kan soms vanuit de bouwput d.m.v. breeuwen worden gedicht. Is er echter lekkage onder het niveau van de bouwputbodem, dan is het vaak mogelijk met sleufpijpen achter de damwand een bentoniet-injectie te plegen. Is de lekkage ernstiger, dan kan het nodig blijken de dam-wandsloten boven de bouwputbodem te dichten met opgelaste stalen platen. Onder de bouw-putbodem heeft in dat geval een bentoniet- of cementinjectie weinig zin, omdat de vloeistof onmiddellijk door de stroom wordt meegevoerd. In zo'n geval is een kleidam aan de binnen-kant nodig, ten einde het drukverschil van het water te verkleinen. In het ergste geval kan men de stroomsnelheid tot nul reduceren door een compartiment (100 m lengte) onder water te zetten. Dergelijke zeer ernstige calamiteiten die zich voordoen bij een uit het slot gelopen damplank vragen om meer dan één sleufpijpinjectie. Het slaan van één of meer damplanken achter de damwand, het verwijderen van de grond daartussen en het opvullen van de ruimte (die met water is gevuld) met Dämmer (een mengsel van cement, water en bentoniet) biedt dan soelaas. Dergelijke gevallen zijn voorgekomen, maar gelukkig slechts sporadisch. 10.4 Bemaling van de bouwput

In de bouwput worden gaten 0 400 mm gemaakt met boorbuizen; hierin worden PVC-bron-buizen 0 250 mm geplaatst tot ruim 1 m boven onderkant damwand. In deze buizen worden klokpompen met een diameter van 190 mm gehangen; rond de bronbuizen is filtergrind ge-stort. Langs de damwanden worden drainagebuizen van hard PVC, omwikkeld met cocos-vezels, in sleuven aangebracht, die worden aangesloten op pompputten en op de bronbuizen. De bouwputbodem wordt bedekt met een laag grind. Ook bij sterke lekkage, zoals in de tun-nelvakken 7 en 8 optrad, ontstaat aldus een droge bouwput.

1 0.5 Gordingen en stempels

Het inbrengen van de damwanden en injectielansen alsmede het injecteren geschiedt van het maaiveld af. Hierboven werd reeds gesproken over de drainage en de bemaling van de bouw-put en over het teniet doen van lekkages. Deze werkzaamheden kunnen echter pas plaats-hebben, nadat de grond van de bouwput is ontgraven en dit is pas mogelijk nadat gordingen langs de damwanden zijn aangebracht en de damwanden onderling zijn afgestempeld. De afmetingen van de gordingen en de daarbij mogelijke afstand van de stempels zijn zodanig gekozen, dat de machines voor het ontgraven van de grond en voor het maken van de vibro-palen telkens met gestreken giek onder de stempels door kunnen. De stempelkrachten zijn 110 tf per stempel. De stempels hebben aan beide einden een verdeelplaat, terwijl ter plaatse dwarskrachtelementen in de gording zijn gemaakt. De stempels zijn aan de korte kant gehou-den; daarom wordt tussen gording en stempel een plastic zak aangebracht, waarin een beton-vulling met aluminiumcement de stempel passend maakt. Dit vulbeton is van een splijtwape-ning voorzien.

10.6 Funderingspalen

In het 330 m lange gedeelte van tunnelvak 3, dat met diepwanden, onderwaterbetonvloer, con-structievloer en trekpalen werd gemaakt, hebben de trekpalen een schacht van 0,25 X 0,25 m, terwijl aan de voet een kruisvormig ankereind is gemaakt. Deze onderdelen zijn aan elkaar èn aan de vloer verbonden met een Dywidagstaaf 0 26 mm (fig. 8). Deze trekpalen, die dieper reiken dan de onderkant van de diepwanden, zijn met behulp van twee Rüttelapparaten spui-tend in de grond gebracht. Vooral bij het terughalen van deze Rüttelapparaten is de grond ver-dicht; goed voor de palen, minder aardig voor de diepwanden, die tot 0,10 m zetting onder-vonden. Bij het ontwerp van tunnelvak 6, dat in een open bouwput werd gemaakt volgens de stalen damwand/bodeminjectie-methode, bleek de grondslag op 12 m -NAP uitermate ge-schikt om op staal te funderen. In deze conceptie mochten de trekpalen geen neerwaarts gerichte belastingen opnemen, reden om deze palen op de kop van een 0,10 m dik neopreen kussen (cellenrubber) te voorzien (fig. 11).

De constructie vond toepassing in de eerste vier moten van tunnelvak 6. Op de volgende twee moten van hetzelfde tunnelvak moesten plaatselijk zeer hoge puntlasten van verhoogde voor-rijweg en parkeerplatform worden opgenomen, waartoe plaatselijk bundels drukpalen nodig waren, terwijl in de omgeving daarvan weer trekpalen nodig waren.

Toepassing van trekpalen met neopreen kussens zou de fundering in de berekening onover-zichtelijk hebben gemaakt: er zou nl. een vloerplaat zijn ontstaan die gedeeltelijk op staal en gedeeltelijk op drukpalen zou rusten. Daarom werden hier palen toegepast, die alle vast ver-bonden werden aan de vloer en die, afhankelijk van de rekenuitkomsten, Of trekpaal àf druk-paal àf trek/drukdruk-paal bleken te zijn. De altijd op druk belaste palen werden met Torstaal gewapend; de trekpalen en de trek/drukpalen werden voorzien van een Dywidagstaaf, terwijl in deze palen de zachtstaalwapening achterwege bleef i.v.m. het betonstorten (fig. 12). Deze noodzaak om een trek/drukpaalfundering te maken, bleek niet zo erg oneconomisch, zodat ook in de overige tunnelvakken paalfunderingen zijn gemaakt, waarbij de gedachte aan funde-ren op staal is verlaten.

Het gebruik van prefabpalen - ook van voorgespannen prefabpalen - is in de zandlagen van

(11)

12

Voorgespannen druk-trekpaal Prestressed pressure-tension pi/e

voorqesp~nnen

Schiphol, die hoge weerstanden bieden, gevaarlijk. Dèze palen zouden tijdens het heien mogelijk aan scheurvorming onderhevig zijn. Daardoor en door het hoge chloor-ionengehalte van het grondwater was de gedachte aan corrosie van het staal geen trouvaille. Vandaar dat de keus op de Vibropaal viel. De Vibropaal is een in de grond gevormde paal, die ontstaat door het inheien van een stalen buis (hier met een schachtdoorsnede van 1460 cm2

) die aan de onderzijde is voorzien van een losse bodemplaat. Nadat de wapening, c.q. de Dywidagstaaf met zijn verankering, gesteld is, wordt de buis met beton gevuld en wordt de buis alternatief heiend en trekkend teruggewonnen. Deze handelwijze geeft een gunstig geribbeld oppervlak aan de paal, waardoor deze een hoge wrijvingsweerstand in de grond krijgt; een bijkomend voordeel t.o.v. een prefabpaaL

Het ontwerp van een Vibrotrekpaal is onderworpen aan drie criteria: 1. De Dywidagstaaf moet voldoen aan de veiligheidsfactor y = 1 ,7.

2. De schuifweerstand tussen paalschacht en grond moet voldoen aan

y

=

2. Hierbij wordt als vuistregel toegepast de eis dat 2 'tmax

<;

0,5% van de gemiddelde sondeerwaarde van de grond.

3. De paal moet lang genoeg zijn om voldoende kluitgewicht te mobiliseren. De vorm van de kluit wordt bepaald door het raster waarin de palen zijn geplaatst en door de cp-waarde van de grond; aldus ontstaat een merkwaardig lichaam, dat beneden de vorm heeft van een afge-knotte kegel, boven van een parallellepipedum en een tussenvorm. T.a.v. het kluitgewicht wordt een

y

= 1 ,5 geëist.

Voor de trek/drukpalen komen hier nog enkele criteria bij, zoals de breukdruksterkte. Het beton is van de kwaliteit B 22,5 volgens klasse 11, waarbij onder de uitwendige belasting door vliegtuigen en treinen y = 1 ,7 wordt aangehouden.

Bij het bovendien incalculeren van de eis van de Luchthaven Schiphol, dat de grondwaterstand tot 9 m -NAP moet kunnen worden verlaagd, wordt de veiligheidsfactor y = 1 ,3 voor de drukkracht aangehouden.

Aldus rekenend, blijken er in de dwarsdoorsnede van de tweesporige tunnel 2 palen nodig, die in lengterichting op 2 m afstand staan, behoudens aan de einden, waar wegens excentrische vliegtuigbelasting de afstand verkleind is tot 1 ,70 m. Deze palen staan, wellicht in tegenstel-ling tot de verwachting, niet onder de wanden. Hieraan ligt een kluitbehoedende gedachte ten grondslag: bij het trekken van de damwand moet de grond rond de paal zo min mogelijk wor-den verstoord; enige afstand tussen paal en damwand werd daarom aantrekkelijk gevonwor-den. Er zijn uiteraard trekproeven op enkele Vibropalen verricht. Wij komen hierop terug bij de beschrijving van een paar alternatieve palen.

De bescherming van het Dywidagstaal heeft grote aandacht gekregen. De blanke staaf wordt in een extrudeermachine omhuld met een zachte hypalonlaag, die weer wordt beschermd door een polyethyleenlaag. De dichtheid van deze lagen wordt tijdens het fabricageproces onder-zocht d.m.v. afvonken. Aangezien de staaf nog moet worden gerekt bij het aanspannen van paal aan vloer, moet hij los in het beton zitten en dit wordt bereikt door tijdens de montage op het werk, waar onder meer de verankeringen worden aangebracht, een polyethyleenslang met een wanddikte van 3,5 mm om de staaf te schuiven en deze slang aan de onderkant van de staaf vast te klemmen. Aan het bovenste draadeind moet i.v.m. het spannen van de staaf de boven beschreven omhulling worden weggenomen, zodat daar via een injectieslang een epoxybescherming wordt gecreëerd, waarna ook de verankering aan de kop met epoxyhars wordt nabehandeld. De sparingen in de vloer, voor de verankeringen, worden met cement-zandmortel aangebrand en gevuld met beton B 22,5. In de fase tussen het verwijderen van de fabriekmatig vervaardigde bescherming t.p.v. de verankering en het injecteren met ,epoxyhars aan het boveneind van de staaf, wordt het bovenste draadeind beschermd met Shell Ensis 264.

(12)

13

De verschillende bekistingen The various types of formwork

10.7 Betonwerk

Ofschoon op een Betondag eigenlijk veel over beton zou moeten worden gesproken, zullen we ons zeer matigen, omdat het betonwerk slechts één der facetten van de tunnelbouw is, wat hierboven reeds is gebleken.

Het beton is van de kwaliteit B 22,5, klasse 11 en de wapening bestaat in hoofdzaak uit staal FeB 400 HK-NR. De kolommen in het ondergrondse deel van het NS-station zijn alle 0 0,49 m en 0 0,46 m, zij hebben voor een deel een zeer zware wapening, die oploopt tot 8% van de doorsnede. De kolommen die een hogere belasting te verduren hebben dan bereikt kan wor-den met de genoemde kolommen, vinwor-den een remplaçant in de vorm van stalen buiskolommen met dikke wand en gevuld met beton.

Worden de belastingen nog hoger, wat onder de verhoogde voorrijweg van de luchthaven het geval is, dan zijn pendelende smeedstalen kolommen met 0,10 m dikke kop- en voetplaat toe-gepast; het tunneldek is dan verdikt.

De langswapening in de wanden is bepaald door de wens scheuren in het beton te voor-komen en de wapening is één der middelen. De langswapening van de wanden bedraagt on-geveer 0,5% van de doorsnede, maar tussen 0,50 m en 2,50 m uit de bovenkant van de vloer gemeten' is het percentage 0,9.

De tunnelmoten zijn 20 m lang en het blijkt dat zij bij goede uitvoering vrij van scheuren kun-nen zijn. Aangezien het beton als zodanig ook goed dicht is, is aan de buitenzijde van wanden en dek volstaan met het aanbrengen van een conventioneel laagje steenkoolteerpek.

In het thans onder meer in uitvoering zijnde tunnelstuk van 2080 m lengte worden 2 stel be-kistingen meer dan 50 maal gebruikt. Er worden hoge eisen gesteld aan de maatvastheid van de constructies en vooral aan die van de railgoten. Om deze redenen, de grote repetitie en de maatvastheid, zijn in dit gedeelte stalen bekistingen gebruikt, dit in tegenstelling tot het stationsgedeelte (fig.13). Voor het normale tweesporige tunnelgedeelte zijn in de

vloerbekis-ting te onderscheiden: de kist van de zijkanten, de kopkisten, de railgotenkist en de opstart-kisten voor de schuine aanzet van de wanden. De wanden- en dekbekisting bestaat uit buiten-schotten en een verrolbare binnenbekisting, waarvan de wanden in- en uitklapbaar zijn. Een buitenschot bestaat uit 4 panelen van 5 m breedte. Zij kunnen tussen de stempels van de damwanden, die h.o.h. 6 m afstand hebben, met een kraan in- en uit de bouwput gebracht worden. De binnenkist bestaat uit 4 segmenten van 5 m lengte, maar ook op de lengte-as is een naad aangebracht, zodat deze bekisting tevens bij een in de breedte verlopende tunnel dienst kan doen. Een dergelijk verbreden van de tunnel vindt bij voorbeeld plaats in vak 5, waar wissels tussen de twee sporen komen, alsmede een wissel voor aansluiting van het derde spoor bij het station.

doorsnede bekisting dilatatie-voeg (tunnelvloer)

handgreepl

ootkisten

bekisting wandopstort en watergoot

1 j

klst op w\e!ste!len

tunnelkist (deelbare uitvoering) kistopvijzels

14 -damwand I snelspanner

-·~

_op_{~okerprotÎel}

.... ,., ... :---1

_J

~:J

L_"___l,A

doorsnede randkist vloer

1513

railgotenkist vooraanzicht frame

(13)

14

Het koelsysteem

Coating

system Cement XXVlil (1976) nr. 1

~I

]).S'/t W/1/Yf) tgr pLRRTJ LJ91l Ha=L _ PVPE/t t /7ECTEf!IYT$i _1!!5fTHNOHQVDER suPPoRr. -ti

~

1i

~

...

..

.,

...

,,.

".

..

r---

~~ / -~ -~ -~ ~

1-

.-~

-- ~~--~ ~ ~~ ~ tfOCLCI?/lFJE/f

~

i!

~-=

_____...,

~ · -~ -~ ~~ 5 ·~ .. ---=tifOE~ 9 = HOE:LWI/'1.

--- ---_f----1

I

~~-~: ~

~

LIRE _~IQ /'i.

Het beton wordt gestort met giekpompen; de zetmaat voor de vloer en het dek is 4-6 cm en voor de wanden 6-8 cm. De gemiddelde stortsnelheid is 30 m3_{/uur. Een vloer bevat 220 m}3 _en wanden en dek samen310m3 _{beton. In het beton wordt een plastificeerder verwerkt.} De bovenste laag van elk stort wordt 1 à 1i uur na het storten naverdicht. De bekisting wordt gelost als het beton 70% van de geëiste sterkte heeft bereikt en als 5 etmalen zijn verstreken. Nabehandeling bestaat uit het afdekken met plastic folie en het vochtig houden van het beton. Voor de wintertijd zijn er overkappingen die boven de bouwsleuf worden geplaatst en ver-plaatst. Waterdichtheid van de voegen tussen de tunnelmoten wordt verkregen met rubber-bandstaalstroken, breed 0,35 cm.

Hierboven is reeds gesproken over de wandwapening i.v.m. het verdelen van de krimpkrach-ten. In dit opzicht is ook de hoeveelheid en soort cement van belang, terwijl er bovendien koeling van het beton in de wanden plaatsheeft; hierover gaat het volgende punt.

10.8

Koeling van het beton

Koeling van het beton begint bij het toepassen van cement met lage hydratatiewarmte en bij het beperken van de hoeveelheid ervan. Het cementgehalte bij deze tunnelbouw bedraagt 280 kg/m3

; het tekort aan fijne korrels dat hierbij optreedt, wordt aangevuld met glaciaal zand. De soort cement is hoogovencement. Afvoer van de hydratatiewarmte vindt plaats d.m.v. koel-buizen in de wanden (fig.14). Er is gestreefd naar een geleidelijke vermindering van de tem-peratuur van het verse beton in het dek naar de heersende temtem-peratuur in het verharde beton van de vloer; de temperatuursprong tussen de vloer en de wanden dient zo klein mogelijk te zijn. Uiteraard kwamen al deze wensen voort uit de hoofdbegeerte een scheurvrije tunnel te maken.

Thermokoppels (ijzer-constantaan meters) nemen de temperaturen op van de buitenlucht, van het ingevoerde water, van het uitkomende water, van het beton in de vloer, onder de stort-naad en van het beton op verschillende hoogten in de wand. Alhoewel in beide wanden ge-koeld wordt, worden slechts in één van de wanden temperaturen opgenomen. Het sturen en registreren gebeurt met een automaat, die is gebaseerd op een ontwerp van de Afd. Beton-bouw van NS en die is ontwikkeld in samenwerking met de aannemer en de Rotterdamse firma Croon & Co. Met de apparatuur kan aan het begin van de procestijd een tijdsduur wor-den ingesteld, waarna de koeling automatisch begint. Een recorder tekent het temperatuur-verloop ter plaatse van de bovengenoemde meetpunten op. Het koelwater is leidingwater, dat met behulp van een koelaggregaat op de vooraf ingestelde temperatuur gebracht kan worden. Het debiet is eveneens instelbaar d.m.v. twee doorstroommeters en het bedraagt veelal 750 I per uur, maar het kan worden aangepast aan de heersende buitentemperatuur. De normale druk op het leidingwater is 3 ato; indien deze druk door enigerlei oorzaak lager wordt dan 1

A

ato, treedt de pomp in werking, die de druk opvoert tot 4 ato. Stijgt de leidingwaterdruk weer boven 1

A

ato, dan wordt de pomp automatisch uitgeschakeld.

Bij stijgende betontemperatuur blijft de koeling in werking, ook wanneer gedurende kortere of langere tijd een dalende tendens is geregistreerd. Er is nl. tevoren een minimale koeltijd in-gesteld. Aan het eind van de geprogrammeerde minimum koeltijd zijn er twee mogelijkheden: de betontemperatuur stijgt nog, of hij daalt. Indien de temperatuur stijgt, schakelt de koeling zich weer in; als de temperatuur 1 °C daalt, wordt de koeling automatisch tot stilstand ge-bracht. Indien er zich nu weer een temperatuurstijging van 1

oe

voordoet, schakelt de koeling zich weer in, enz. Het gehele proces eindigt 60 uren na de inwerkingstelling van de automaat.

(14)

Als de elektrische stroom uitvalt, zorgt een noodbatterij (NC-accu) voor een gelijkspanning, die via een ingebouwde transistoromvormer de nodige stroom voor de recorder levert. Deze noodbatterij wordt op spanning gehouden door een druppellader. Ondanks het uitvallen van de elektrische stroom, blijft dus de recorder doorschrijven. Het nu verder niet gereguleerde koelwater blijft circuleren door de druk van de waterleiding. Storingen in de automaat worden door signaallampen zichtbaar gemaakt.

10.9 Herstel van de waterafsluitende veenlaag en trekken van damwanden

Voor het herstel van de waterdichte laag wordt aan weerszijden van de tunnel tussen 10,50 en 11,50 m -NAP een laag grind met korreldiameter 30-80 mm aangebracht. Deze beide grind-pakketten sluiten vooralsnog aan tegen de damwanden. De holle ruimte wordt gevuld met een mengsel van 300 kg poederklei, 50 kg bentoniet op 1 m3 _{water en 1 kg NaOH. Tijdens het} trekken van de damwand wordt door een injectielans ter hoogte van de onderkant van dit grindpakket een cementhoudende bentonietspoeling aangebracht. Tijdens deze injectie mag de plank slechts langzaam getrokken worden.

De controle op het niet passeren van zoutwater door de dichtingslaag vindt plaats in peil-buizen, waaraan watermonsters worden ontleend. Voordat de damwand kan worden getrok-ken, heeft eerst de zandaanvulling aan weerszijden van de tunnel plaatsgehad, de stempels zijn verwijderd en vervolgens ook de gordingen en ten slotte is er ongeveer een meter grond op het tunneldek aangebracht, tenzij er een baan van de luchthaven over de tunnel heen ge-voerd moet worden. Het uittrillen van de damwanden gaat soms moeilijk en in die gevallen ontstaan er vrij aanzienlijke bodemzettingen en dit verschijnsel kan plaatselijk weer kosten aan het herstel van wegen of platforms veroorzaken. De invloed op de bodemzetting door de diverse bewerkingen: inbrengen damwand, inbrengen injecteerlansen, heien van Vibrobuizen en uittrekken van damwand is nog niet op alle onderdelen vastgesteld. Er zijn metingen gaan-de om hierin meer inzicht te krijgen.

1 0.10 Groutankers

In de tunnelvakken van het stationsgedeelte is de toepassing van stempels tussen de dam-wanden niet goed mogelijk, de onderlinge afstand van de damdam-wanden is hier ruim 30 m. Daar-om zijn de damwanden hier aan de bovenzijde verankerd met behulp van groutankers. De inbrenghoek is afwisselend 33,5° en 38,5° met de horizontaal. De staven bestaan uit Dywidag-staal 0 32 mm, kwaliteit 80/105 met opgewalste schroefdraad.

De staven zijn in tweeën gedeeld die onderling zijn verbonden door een koppelmof, die op 14,25 m -NAP zit. Dit was nodig ingevolge een eis van de luchthaven, die alle ankers tot op de in dit gebied gebruikelijke heidiepte van palen, verwijderd wil hebben. Het onderste deel van de D-staaf moet in de koppelmof worden gelijmd.

Het groutlichaam (verankeringsgebied) is 5 m lang; de grout bestaat uit HA

+

leidingwater. Rond het bovenste deel van de D-staaf is een polyethyleenslang aangebracht, waarbij er is gezorgd dat er bij het inpersen van de grout geen grout in deze slang dringt. De ankers wor-den minimaal 7 dagen na het maken van het groutlichaam gespannen in trappen tot 18, 36, 45 en 54 tf en vervolgens afgelaten tot 80% van de werkbelasting. Per 10 ankers wordt 1 exem-plaar, na het spannen als boven vermeld, ontlast tot nullast en vervolgens in twee trappen weer opgespannen tot 80% van de werkbelasting. De krachtwegdiagrammen worden hierbij geregistreerd.

De draadeinden aan de bovenzijde worden tegen corrosie beschermd; bovendien zijn alle ankerplaten met een staaldraad geborgd, zulks nadat eenmaal na spanningscorrosie een ankerplaat de put in vloog. In tunnelvak 7 is het nodig gebleken op enkele plaatsen de anker-lichamen 6 m in plaats van 5 m te maken, nadat tijdens proefbelasting was gebleken, dat de vereiste ankerkracht niet geleverd werd.

11. Onderzoek naar trillingen in de bodem

Ten tijde dat tunnelvak 6 werd gebouwd, waren de kelders van de uitbreiding Noord van het luchthavenstationsgebouw in aanbouw. De bouwputten lagen dicht bij elkaar. In tunnelvak 6 moesten achtereenvolgens damplanken en injectie-elementen de bodem worden ingetrild en na ontgraving van de bouwput moesten Vibropalen worden geslagen. Uiteraard werd de vraag opgeworpen of de in vak 6 geproduceerde trillingen schade aan het (verse) betonwerk van het luchthavenstationsgebouw konden aanrichten. Daarom heeft de researchafdeling van NS tijdens de genoemde drie fasen van het werk aan vak 6 zowel de amplituden als de ver-snellingen van de verticale en de horizontale trillingen gemeten.

Tijdens het intrillen van de damwand is gemeten op 10, 15, 20 en 30 m afstand. Op 30 m afstand waren de verticale amplituden kleiner dan 8 micron, de horizontale kleiner dan 20 micron en op 10 mafstand resp. 50 en 55 micron.

De verticale en horizontale versnellingen waren maximaal 0,5 resp. 0,6 m/sec2

(fig. 15). Bij het aanbrengen van de injectie-elementen bleek, dat voor afstanden groter dan 10 m de amplitu-den niet groter zijn dan 50 micron. (Figuur 15 is onderdeel van een rapport waarin veel meer metingen worden beschreven, maar deze figuur geeft wel de maximum- en minimumwaarden weer).

Bij het heien van de palen bleek op 25 m afstand de amplitude max. 23 micron te bedragen. De afstanden tussen de activiteiten in beide bouwputten varieerden van 30 tot 60 m. Er is geen schade veroorzaakt.