Aanpassing uitvoeringstechnieken aan de stedelijke omgeving

Ir. G. Versweyveld Projectleider Burgerlijke Bouwkunde Jan de Nul NV Adjunct-projectdirecteur THV Leophat

Samenvatting De nieuwe spoorwegtunnel SchumanJosaphat wordt gebouwd in het hartje van de Europese wijk van Brussel. Het tracé van de tunnel kruist bestaande constructies van diverse aard: kantoorgebouwen, een bestaande tunnel en historische woningen. De randvoorwaarden van toegankelijkheid en hinder t.o.v. de omgeving zijn bovendien stringent. Dit maakt dat bij de bouw van deze tunnel diverse speciale uitvoeringstechnieken aangewend worden. In dit artikel wordt bondig toegelicht hoe de uitvoeringstechnieken aangepast werden aan de omstandigheden.

Figuur 1 Galerij in uitvoering.

Spoorwegtunnel Schuman-Josaphat in hartje Brussel

Aanpassing uitvoeringstechnieken aan de stedelijke omgeving Meiser

Brussel-Schuman Merode

Brussel-Luxemburg

Mouterij L 161

L 26

Etterbeek Delta

Arcaden

Watermaal

Figuur 2 Schematische situering tunnelproject.

8

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

De beheerder van de Belgische spoorweginfrastructuur, Infrabel, heeft een plan in uitvoering gebracht om het spoorwegnet uit te breiden in de wijde omgeving van Brussel, Gewestelijk Express Net genaamd. Dit ten behoeve van het woon-werkverkeer, en in de hoop daarmee een deel van het fileleed op de weg op te lossen. Een van de belangrijke schakels in het plan bestaat uit de verbinding van 2 bestaande spoorweglijnen in het centrum van Brussel – de lijnen 161 en 26, gelegen in het hartje van de Europese wijk (figuur 2 ). Dit project, ’spoorverbinding Schuman-Josaphat’ genaamd, heeft een waarde van € 210.000.000 en werd in mei 2008 gegund aan de Tijdelijke Handelsvereniging Leophat, samengesteld uit Jan de Nul NV, Cei-demeyer, Galere, Wayss & Freitag en Franki Foundations Group. De werken dienen afgerond te zijn in de loop van juni 2012. Voor dit project treden Beliris en Infrabel gezamenlijk op als bouwheer. Het aanbestedingsontwerp werd opgesteld door

de THV Bagon-SGI (eerste deel) en Grontmij (tweede deel). De uitvoeringsstudie wordt door de aannemer uitgewerkt. De verbinding tussen beide lijnen gebeurt door middel van een tunnel van circa 2 km lang. Het tracé van die tunnel kruist diverse bestaande constructies en structuren, die voor een goed begrip verder gebundeld worden in drie items: Gebouweneiland Archimedes, Kortenbergtunnel en Huizeneiland Plasky (figuur 3). Door de complexiteit van de kruisingen, en door de onmogelijkheid om grote bouwputten aan de oppervlakte te maken, werd voor de bouw van deze tunnel geopteerd voor een aantal speciale technieken, die we hier verder zullen toelichten. Geologisch gezien bevindt de nieuwe tunnel zich quasi integraal in de zandsteenhoudende fijnkorrelige zandlagen van het Lediaan en het Brusseliaan. De zone van de werken is gekend voor de aanwezigheid van oude zandsteenontgin-

Figuur 3 Overzichtsplan tunneltracé.

Figuur 4 Grondplan passage onder Gebouweneiland Archimedes.

Figuur 5 Realisatie van micropalen.

ningen in de ondergrond. Uit deze kleine oude mijngangen en holtes werden de bouwstenen voor de historische gebouwen van Brussel gedolven. Uiteraard vormen deze bestaande gangen een gevaar voor instortingen en zettingen tijdens de werken. Over het algemeen zijn de zanden dichtgepakt, doch plaatselijk komen ook ontkalkte zones voor beperkte samenhang. In het vervolg van de tekst wordt het tracé van de nieuwe tunnel overlopen en worden de particulariteiten van dit project nader toegelicht.

Gebouweneiland Archimedes (figuur 4) Het tracé start bij de onderdoorgang van Gebouweneiland Archimedes. Dit bestaat uit 6 kantoorgebouwen van een tiental bouwlagen (2 à 3 ondergronds), waaronder de ambassades van Portugal, Nederland en Oostenrijk. De gebouwen zijn gefundeerd op staal. De afstand tussen het te realiseren tunneldak en de funderingszolen van de gebouwen is 0,5 à 2,5 m. De toelaatbare zettingen tijdens de werken zijn beperkt tot 5 mm (waarschuwings-

peil) en 10 mm (alarmpeil). Om dit te monitoren werd een automatisch, online consulteerbaar waterpassysteem geïnstalleerd in de kelders van de gebouwen. Slechts 2 van de 6 kelders zijn voor de werken toegankelijk, zij het erg beperkt. Daarom werd geopteerd voor een aantal speciale technieken. Daar waar de tunnel op zeer korte afstand onder de bestaande funderingen passeert (< 1,5 m) worden in de kelders micropalen gerealiseerd. D.m.v. een structuur bestaand uit stalen liggers, klemkragen in beton en tijdelijke vijzels wordt de draagstructuur van de bestaande gebouwen overgebracht op de micropalen. De tijdelijke vijzels maken compensatie van zettingen mogelijk tijdens de bouwfase. Eenmaal dit gerealiseerd, worden vanuit de kelder de tunnelwanden handmatig uitgegraven d.m.v. de techniek van beschoeide sleuven, met een breedte van 1,05 m tot een diepte van circa 15 m. Na plaatsing van de wapening worden de sleuven gebetonneerd. Vervolgens wordt tussen de micropalen uitgegraven tot het niveau

Figuur 6 Typesnede passage onder Gebouweneiland Archimedes.


9

Figuur 7 Dwarsdoorsnede deel onder Kortenberglaan.

In een volgende fase word de tunnelsectie in stross uitgegraven onder het tunneldak en wordt de vloerplaat gerealiseerd. Hierbij worden ook de micropalen afgebroken (figuur 5).

Figuur 9 Typesnede overgang ArchimedesKortenbergtunnel.

onderzijde tunneldak en wordt het tunneldak gebetonneerd. Hierbij worden alle bestaande funderingszolen afgebroken. Tenslotte wordt een direct contact gerealiseerd tussen de bestaande draagstructuur en het tunneldak d.m.v. definitieve platte vijzels, geplaatst in paar.

10


Daar waar de tunnel op grotere afstand onder de bestaande funderingen loopt (1,5 à 2,5 m), wordt gebruikt gemaakt van de galerij-techniek (figuur 6). Vanuit 2 fronten worden hoofdgalerijen met sectie B 2,6 x H 2,6 m handmatig uitgegraven, volgens de langszin van de tunnel (figuur 1). Deze hoofdgalerijen situeren zich aan beide zijkanten van de dwarssectie, ter hoogte van het tunneldak Vervolgens worden tussen beide hoofdgalerijen dwarsgalerijen van B 1,5 x H 1,8 m handmatig uitgegraven, gewapend en gebetonneerd. Deze worden onderling in langszin verbonden d.m.v. schroefmoffen en vormen zo het tunneldak. Vanuit de langsgalerijen worden eveneens beschoeide sleuven B 1,05 m gegraven die na betonneren de wanden van de toekomstige spoortunnel zullen vormen.

Figuur 8 Betonneren van een beschoeide sleuf.

Wanneer deze operatie afgelopen is, wordt de tunnelsectie in stross uitgegraven en de vloerplaat gerealiseerd. In deze zone wordt de zettingscompensatie op diverse manieren uitgevoerd, afhankelijk van de geometrie van de bestaande funderingen en de beschikbare hoogte tussen tunneldak en fundering. Zo worden plaatselijk consolidatieinjecties uitgevoerd, d.m.v. horizontaal geboorde TAM’s onder bepaalde funderingen. Elders worden galerijen plaatselijk verhoogd tot aan de funderingszool en worden vanuit de galerij vijzels geplaatst tussen de zool en het toekomstige tunneldak. Grondwater wordt slechts in dit deel van de tunnel tegengekomen, met name in de onderste meters van de nieuwe tunnelwand. Daartoe wordt een bemaling d.m.v. dieptebronnen geïnstalleerd. De aard van de ondergrond, en de historische voorbelasting die hij onderging, maken echter het gevaar voor zettingen t.g.v. de bemaling zeer klein.

Aanpassing van de uitvoeringstechnieken aan de stedelijke omgeving

Onder de bestaande Kortenbergtunnel Eenmaal het Gebouweneiland Archimedes voorbij, loopt de nieuwe tunnel onder de Kortenberglaan, meer bepaald onder de wegtunnel die zich daar al bevindt. De bestaande wegtunnel dateert uit de jaren ‘80. Hij werd gebouwd door middel van de wandendak methode. De wanden bestaan eveneens uit beschoeide sleuven. De nieuwe tunnel situeert zich binnen de steek van de bestaande beschoeide sleuven (figuur 7). In eerste instantie wordt vanuit een strossgat, gelegen in de bestaande wegtunnel, de bestaande vloerplaat ondergraven (stross-fase 1) en wordt het nieuwe tunneldak gebouwd op volle grond. Vervolgens wordt de tweede stross-fase uitgegraven onder het nieuwe tunneldak, tot circa halve hoogte van de toekomstige tunnel. Vanop dat niveau worden de wanden van de nieuwe tunnel gebouwd, opnieuw onder de vorm van beschoeide sleuven (figuur 8). Op de beschoeide sleuven wordt een kroonbalk en steunmuur gebouwd om de verbinding te maken van de dakplaat. Hierbij wordt ook een verbinding gerealiseerd met de bestaande tunnelwand, zodat de lasten van de bestaande tunnel overgedragen worden naar de nieuwe. Om de zetting van de bestaande tunnel te beperken wordt gewerkt in fases van maximaal 6 m lang. Dat betekent dat over deze lengte zowel beschoeide sleuven, als kroonbalk en steunmuur gerealiseerd moeten worden alvorens de naast-

liggende sectie aangevat mag worden. Op die manier wordt het gewicht van de bestaande tunnel zo snel mogelijk overgedragen op de nieuwe en wordt het risico op zakking van de bestaande tunnel door ontspanning van de fundering ervan geminimaliseerd. Tenslotte wordt de derde stross-fase uitgegraven en wordt de nieuwe tunnelvloer gebouwd. Complexer wordt het ter hoogte van de overgang tussen Gebouweneiland Archimedes en de bestaande wegtunnel (figuur 9). Daar moet immers ingebroken worden in de bestaande tunnelwand. Daartoe wordt opnieuw de techniek van galerijen aangewend. In eerste instantie wordt gefaseerd een opening van circa 2x2 m in de bestaande tunnelwand geschoten vanuit de strossfase. Deze opening dient als aanzet van de dwarsgalerijen die loodrecht op de tunnelas gegraven worden en zo de draagbalken van de nieuwe tunneldak zullen vormen. Aan het uiteinde van de dwarsgalerij wordt de nieuwe tunnelwand gebouwd, onder de vorm van een beschoeide sleuf. Tussen de dwarsgalerij en de bestaande tunnelwand worden platte vijzels geplaatst om de lasten van de bestaande tunnel zettingsvrij over te brengen naar het nieuwe tunneldak. Eenmaal de vijzel op spanning, kan de naastliggende dwarsgalerij aangevat worden.

Figuur 10 Grondplan passage onder Huizeneiland Plasky.

Onder het Huizeneiland Plasky De laatste sectie van de nieuwe tunnel maakt de verbinding met de bestaande lijn 26, die zich op deze plaats ook in een tunnel bevindt (figuur 10 en 11). Die bestaande tunnel werd gebouw rond 1920. Hij heeft een halfcirkelvormige sectie en is gebouwd in ongewapend beton. Destijds werd hij eveneens via galerij-techniek gebouwd, wat maakt dat in de bestaande tunnel veel stortnaden aanwezig zijn. Daardoor wordt de aansluiting op de bestaande tunnel een delicate aangelegenheid. Allereerst wordt het dak van de nieuw tunnel gebouwd boven dat van de bestaande. Hiervoor wordt de techniek van het buizendak aangewend. Vanuit een centrale werkput worden twee stalen buizen diameter 3000 mm ingeperst d.m.v. TBM-techniek, en dit in de langse zin van de tunnel. De langse persingen situeren zich aan elke uiteinde van het dak, in dwarssectie beschouwd. De centrale werkput is aan de oppervlakte slechts zichtbaar onder de vorm van een schacht van 8 bij 8 m. Ondergronds meet de put echter circa 30 bij 8 m. De overbreedte t.o.v. de schacht wordt gerealiseerd d.m.v. galerijen en beschoeide sleuven. Vanuit de stalen buizen worden vervolgens de tunnelwanden gebouwd d.m.v. beschoeide sleuven, met breedtes tussen 1,40 en 1,80 m

Figuur 11 Typesnede passage onder Huizeneiland Plasky.


11

Vanuit die zelfde stalen buizen worden eveneens dwarsboringen uitgevoerd, van langse buis naar langse buis. Het betreft betonnen buizen dia. 1600 mm die ingeperst worden d.m.v. open front-techniek. Op de plaats waar de oude en de nieuwe tunnel naast elkaar lopen is de overspanning te groot om nog met een buizendak te kunnen werken. Daar worden de dwarse verbindingen dan ook gemaakt d.m.v. galerijen B 1,80 m x H 2,20 m. Eenmaal de structuur van de nieuwe tunnel over de oude gemaakt is, en de oude tunnel daardoor ontlast werd, wordt de ruimte tussen de nieuwe en de bestaande tunnel gedeeltelijk uitgegraven. Vervolgens worden onder de bestaande tunnel stempelbalken gebouwd, opnieuw onder de vorm van galerijen, die de twee nieuwe tunnelwanden met elkaar verbinden. Wanneer dit alles gebouwd is, kan de bestaande tunnel volledig vrijgegraven en gefaseerd afgebroken worden. Dit gedeelte van de nieuwe tunnel loopt onder residentiële bebouwing. Het betreft namelijk woningen van rond 1900, bestaande uit een 5-tal bouwlagen. Het tunneldak bevindt zich circa 4 m onder de kelders van deze woningen.

Figuur 12 Grondplan Compensation Grouting.

12


Als grenswaarde voor absolute zettingen wordt hier 20 mm gehanteerd. De differentiële zetting dient beperkt te worden tot 1/1000 (waarschuwingspeil) en 1/500 (alarmpeil). Om de zettingen in dit gedeelte te compenseren, wordt Compensation Grouting toegepast vanuit 2 werkputten in de middenberm van de Plaskylaan. Vanuit de werkputten worden injectiebuizen horizontaal ingeboord in waaiervorm, met een onderlinge tussenafstand van maximaal 1,60 m. De injectiebuizen bevinden zich circa 2,5 m onder het niveau van de kelders (figuur 12). Na het boren van de TAM’s worden voorinjecties uitgevoerd in opeenvolgende fases. In eerste instantie wordt grout geïnjecteerd met de bedoeling om de horizontale spanningen in de ondergrond groter te maken dan de vertikale (prestressing-fase). Vervolgens wordt opnieuw geïnjecteerd om een horizontaal scheurvlak ter hoogte van de TAM’s te creëren en wordt de grond boven de TAM’s lichtjes opgedrukt (preheaving-fase). Eenmaal dit doorlopen, is het systeem operationeel en kan ingegrepen worden telkens zettingen in de woningen vastgesteld worden boven de grenswaarde. Bij elke interventie worden de

zettingen gecompenseerd door het heffen van de grond tussen de injectielaag en de woningen. Dit door middel van gerichte groutinjecties. Het systeem van Compensation grouting wordt gestuurd door een meetsysteem op basis van automatische waterpassing dat in de kelders van de bestaande woningen geïnstalleerd wordt. De metingen zijn online beschikbaar. Tijdens de prestressing en preheaving fase wordt een relatie vastgelegd tussen de geïnjecteerde hoeveelheden per injectiepoort en de respons van de bovenliggende structuur. Hiervoor wordt gespecialiseerde software gebruikt. Wanneer tijdens de tunnelwerken zettingen vastgesteld worden op een bepaalde plaats kan dan ook zeer gericht opgetreden worden. Op dat moment zal de software aanduiden vanuit welke injectiepoorten hoeveel grout geïnjecteerd moeten worden om de gewenste heffing te bekomen. Met deze verzameling van speciale technieken is het toch mogelijk om een nieuwe spoortunnel te bouwen in een zeer druk gedeelte van de stad waar al veel infrastructuur aanwezig is. Hierbij is de hinder aan de oppervlakte minimaal. Bovendien zijn de gehanteerde technieken aangepast aan de specifieke aard van de ondergrond.

Aanpassing uitvoeringstechnieken aan de stedelijke omgeving

Recommend Documents