Ontwerp en uitvoering van start- en ontvangstschachten voor boortunnels voor spoor- en wegverkeer

Abstract

Voor de voorbereiding van toekomstige projecten is het gewenst dat er een ontwerphandboek voor start- en ontvangstschachten is. Dit vormt het onderwerp van dit rapport. In het handboek zijn de eisen opgenomen waaraan een grote diameter boortunnel in West-Nederlandse omstandigheden, slappe bodem en hoge grondwaterstand, dient te voldoen. Er wordt daar waar nodig onderscheid gemaakt tussen twee verschillende boormethoden. Dit zijn de gronddrukbalansmethode (EPB) en de hydroschild-methode. Hiernaast zijn ook beschrijvingen van details van de brilring, de mantelring, het afzetframe, het schildzadel, het drukdeksel, de afdichtingsprofielen en alle daarbij horende procedures in de uitvoering opgenomen. Voorts zijn aspecten als de aanlegdiepte en de hiermee samenhangende locatie van schachten, het type overgangsconstructie en het horizontaal evenwicht onderzocht. Tenslotte is ook een beschrijving van veel voorkomende praktijkprablemen en de aanpak hiervan in dit rapport opgenomen. Om enig begrip te krijgen van het bouwproces van een boortunnel is dit eerst beschreven. Vervolgens is een functieanalyse gemaakt van de start- en de ontvangstschacht. De belangrijkste variabele voor het ontwerp ervan is de aanlegdiepte, die samenhangt met de locatie in het tunnelalignement. Bij grotere aanlegdiepte wordt het geboorde tunneldeel korter en het aansluitende deel langer en dieper. Per saldo zou dat minder economisch zijn. Een voorwaarde is dat er bij het begin van de boortunnel voldoende gronddekking zal zijn op de kruin van de tunnel. Er zijn in principe drie varianten voor een start- en ontvangstschacht met betrekking tot de aanlegdiepte. Bij de eerste variant wordt de aanlegdiepte van de schacht zo gekozen dat er zonder ophogingen op het maaiveld aan te brengen voldoende gronddekking boven de tunnelbuis aanwezig is. Bij de tweede variant wordt de aanlegdiepte beperkt door wel een ophoging op het maaiveld aan te brengen. Bij de derde (theoretische) variant zou de benodigde tegendruk geleverd kunnen worden door het aanbrengen van een verankerde plaatconstructie op het maaiveld. Deze variant zou gecombineerd kunnen worden met zowel variant 1 als 2. Welke variant toegepast kan worden hangt af van de locatie waar de schacht moet komen. Voor de schachtlocatie zijn er twee mogelijkheden. De eerste is een vooraf vastgestelde plek, bijvoorbeeld door beperkingen in een stedelijk gebied. Indien dit niet zo is zou de ideale plaats langs het trace bepaald kunnen worden. Uitgangspunt is dan dat de aanlegdiepte van de schacht wordt geminimaliseerd. Voorts wordt de locatie van de schacht meestal bepaald door de benodigde ruimte op het maaiveld. Behalve de aanlegdiepte worden ook de benodigde breedte en lengte van de schacht afgeleid. De inrichting van de start- en ontvangstschacht en het werkterrein op het maaiveld is belangrijk voor het soepellaten verlopen van het boorproces. Op het maaiveld is de beschikbare ruimte vaak de bepalende factor voor de inrichting van het werkterrein. De onderdelen die in ieder geval direct naast de startschacht geplaatst dienen te worden zijn: de segmentenbewerkingsloods (tevens opslag), buffer segmentenopslag, opslag van leidingen en rails, opstelplaats kraan voor (de)montage van de TBM en toevoerwegen. De groutinstallatie, bentonietinstallatie (aanmaak en eventueel scheiding), koelwatersysteem, compressoren en overige installaties kunnen op enkele tientallen meters afstand geplaatst worden. De inrichting van het werkterrein bij de ontvangstschacht is minder kritisch. Wel dient bij het ontwerp van zowel de start- als ontvangstschacht de montage en demontage van de TBM meegenomen te worden. Een belangrijk onderdeel hiervan is de opname van de grote belasting van de kraan die de TBM-onderdelen in de schacht moet plaatsen. Het is gunstig om de pompkelder in de schacht op te nemen, omdat hier tevens een verdieping nodig is voor het opstellen en ontvangen van de TBM Om te voorkomen dat er tijdens de start- of de ontvangst van de TBM grond- en/of water de schacht instroomt wordt een overgangconstructie toegepast. In dit rapport worden drie basisoplossingen voor een overgangsconstructie beschreven. Dit zijn: de polder, het dichtblok en de brede wand. De polder kan alleen toegepast worden bij de start. Bovendien is de polder economisch alleen interessant indien er een van nature waterremmende laag in de ondergrond aanwezig is welke bovendien op de juiste diepte zit. Het dichtblok kan gevormd worden door een monoliet dichtblok (Lage Sterkte Mortel), een lamellenwand of een in de grond gevormd dichtblok (vriezen of jetgrauten). Het LSM dichtblok verdient in Nederland de voorkeur uit economisch oogpunt, maar tevens omdat hiermee een goede waterafdichting mogelijk is. Een in de grond gevormd dichtblok wordt alleen toegepast als er geen andere mogelijkheid is. Een mogelijke toepassing is het maken van een dichtblok op grote diepte. De brede wand is alleen toepasbaar indien niet in het grondwater gestart of ontvangen wordt. Er wordt ingegaan op twee zaken die tot nu toe prablemen opleverden bij de overgangsconstructies, namelijk het verwijderen van damwand uit drage grond (bij toepassing van een polder) en het optreden van lekkage van het dichtblok na ontvangst. Door de boordruk en door de bouwfasering aan de inritzijde van de startschacht moet aan het langsevenwicht van de bouwkuip bijgedragen worden door de overdracht van langswrijving op de grand via de langswanden. Om die reden zijn bij de startschacht van de Botlekspoortunnel de combiwanden door monolithische voorzetwanden in het langsvlak verstijfd. Uit constructief oogpunt zijn deze monolithische voorzetwanden niet noodzakelijk. Wel dient de bouwkuip aan de bovenzijde voorzien te zijn van continue stijve gordingen en dient de bouwkuip aan de onderkant aan te sluiten op de onderwaterbetonvloer. Voorwaarde is wel dat de sloten de schuifkracht over kunnen brengen. Dit kan met lichte kettinglassen opgelost worden.