“Tijdens de planfase van de ondertunneling in Maastricht, die in 2006 overging in de aanbesteding, zag de wereld er anders uit dan nu. In 2008 begon de economische crisis. Hoe ga je daarmee om?” Wie aan de hand van deze aankondiging van de bijdrage van Projectbureau A2 Maastricht aan het COB-congres op een zuur verhaal rekende, werd meer dan aangenaam verrast. De veranderende omstandigheden leiden juist tot nieuwe kansen.

“Die nieuwe kansen ontstonden achteraf gezien al in 2006, toen het project A2 Maastricht niet langer als een tunnelproject, maar naar marktpartijen als een integrale gebiedsontwikkeling werd gepositioneerd”, vertellen Jos Geurts en Bjorn Vink, die beiden al sinds 2003 bij het project zijn betrokken. Het project A2 Maastricht gaat veel verder dan de gestapelde tunnel. Het project omvat de heling van een stadsdeel. Door de ondertunneling ontstaan (op maaiveld) veel meer kansen dan aanvankelijk gedacht. Projectbureau A2 Maastricht heeft de potentie van het gebied inzichtelijk gemaakt door op verzoek van de opdrachtgevers (het ministerie van IenM en de gemeente Maastricht) een zogeheten kansenkaart te ontwikkelen. Dat heeft geresulteerd in een verdere uitwerking van de gebiedsontwikkeling voor Maastricht-Oost in het actieprogramma ‘Mijn Gezonde Groene Loper 2030’.

Door de aandacht te verleggen van noord-zuid- naar oost-westverbindingen heeft Maastricht een kantelpunt bereikt. De gebiedsontwikkeling rond de tunnel is gekoppeld aan de centrumontwikkeling. Zo wordt er onder andere gekeken naar een korte, mogelijk ondergrondse, verbinding naar het hart van Maastricht. Geurts en Vink: “Daarmee kwam het station als missing link in beeld”. We willen met het plan de Groene Loper geen ‘fremdkörper’ in het oostelijk stadsdeel de stad, dat zich in één bouwfase manifesteert. We kiezen voor het oostelijk stadsdeel voor organische gebiedsontwikkeling die inspeelt op de vragen die zich gedurende een langere periode zullen aandienen. Met de kansenkaart wilden we juist kijken hoe we ook de omliggende wijken bij het project kunnen betrekken.”

Uit alles blijkt dat het de A2-projectorganisatie er veel aan gelegen is om de kansen die de aanleg van de tunnel biedt, maximaal te benutten. Het is niet voor niets dat de woningbouwopgave voor de omgeving van de tunnel onverkort is gehandhaafd, terwijl er van de totale bouwopgave voor Maastricht, die in 2006 nog 12.000 woningen besloeg, nu nog zo’n 2.500 over zijn.

Onverwachte resultaten

De kansenkaart koppelt de gebiedsontwikkeling aan kansen op het gebied van CO2-reductie, schoonheid, sociale cohesie, woonkwaliteit, gezondheid, BREEAM, EPC, gebruik lokale materialen en gedeeld gebruik. Die nieuwe blik leverde onverwachte resultaten op, waaronder het plan om de restwarmte van de dienstgebouwen van de tunnel aan te wenden voor verwarming van onroerend goed. Dat geeft tweeënhalf miljoen euro extra maatschappelijk rendement.

Alle kansen worden meegenomen in de maatschappelijke kosten-batenanalyse (MKBA) waarin een afweging wordt gemaakt ten opzichte van wat in het ontwerp uit 2009 is vastgelegd. Daarbij is naar nieuwe invalshoeken gekeken en kwam men bijvoorbeeld tot de ontdekking dat alle schooltypen in Maastricht zijn vertegenwoordigd langs de Groene Loper. Ook dat aspect is in de kansenkaart zichtbaar. Net als het thema duurzaamheid, dat bijvoorbeeld tot uiting komt in verduurzaming van vastgoed en de inrichting van de Parklaan. “Door met andere materialen te werken, kunnen we het gebied een duurzame groene identiteit geven. De groene ‘arc de triomphe’ is daar het toonbeeld van”, aldus Geurts.

De conclusie is gerechtvaardigd dat de economische crisis de gemeente Maastricht ook veel goeds heeft gebracht. Met behulp van de omgeving is er op creatieve en innovatieve wijze gewerkt aan nieuwe ideeën. De crisis heeft geleid tot herijking van de behoeften in wat een totaal ander speelveld bleek te zijn. De kern van het kansdenken zit in het actief betrekken van de omgeving, onder andere door systematisch co-designsessies te organiseren. “De omgeving gaat meedenken als je als private partij je kaarten op tafel legt”, concluderen Vink en Geurts.

De Finse hoofdstad Helsinki beschikt sinds 2010 over een integraal ondergronds masterplan. Het plan brengt de bestaande ondergrondse toepassingen in kaart en voorziet in reserveringen voor toekomstig gebruik. Volgens Ilkka Vähäaho, hoofd van de geotechnische divisie van Helsinki en voorzitter van de Finse tunnelassociatie, is het plan een onmisbaar hulpmiddel voor duurzame ontwikkeling van de stad en zijn ondergrond.

Vähäaho: “Het masterplan voor de ondergrond is bijvoorbeeld het fundament voor de bijdrage van de ondergrond aan een duurzaam en esthetisch acceptabel landschap en behoud van ontwikkelmogelijkheden voor toekomstige generaties. Zo speelt het masterplan een belangrijke rol in de ruimtelijke ordening.”

Het ondergrondse masterplan voor Helsinki brengt zowel de bestaande als toekomstige ondergrondse ruimten, tunnels en vitale ondergrondse onderlinge verbindingen in kaart. In het plan zijn reserveringen opgenomen voor nu nog onbekende toekomstige ondergrondse toepassingen. Op basis van uitgebreid geologisch onderzoek is bepaald welke plekken in de ondergrond geschikt zijn. Daarbij is vooral gekeken welke nog niet benutte ondergrondse capaciteit in de toekomst een bijdrage kan leveren aan het verminderen van de druk op het stadscentrum. Anders dan in Nederland, waar de meeste ondergrondse bouwwerken ‘stand-alone’ zijn, ontwikkelt de ondergrond van Helsinki zich door het verbinden van bestaande en nieuwe ondergrondse toepassingen steeds meer tot een aaneengesloten ondergrondse stad.

De integrale aanpak biedt extra voordelen boven op die van het sec ondergronds gaan. Er is sprake van multifunctioneel ondergronds ruimtegebruik, zoals bij het ondergrondse zwembad in Itäkeskus, dat in tijden van nood kan worden omgevormd tot schuilkelder. Een datacenter onder een kathedraal wordt via een ondergronds buizenstelsel gekoeld met zeewater. De restwarmte gaat – ook weer ondergronds – naar de stadsverwarming.

Er zijn grote voordelen verbonden aan multifunctionele leidingentunnels. Ilkka Vähäaho geeft aan dat het masterplan ook een bijdrage levert aan een betrouwbare energievoorziening en optimalisatie van energie-opwekking. Kosten kunnen worden gedeeld door meerdere gebruikers. Bovengronds ontstaat ruimte voor nieuwe initiatieven, en het uiterlijk en imago van de stad worden verbeterd. Onderhoud is eenvoudiger en goedkoper en de impact van werkzaamheden aan ondergrondse leidingen op het dagelijks leven bovengronds is beperkt. Bovengronds komt ruimte vrij voor andere doeleinden.

Lange historie

Helsinki heeft een lange historie van ondergronds bouwen. De stad kent nu al meer dan vierhonderd ondergrondse bouwwerken, zestig kilometer tunnels voor technisch onderhoud en tweehonderd kilometer multifunctionele leidingentunnels voor verwarming, koeling, elektriciteit en water. De watervoorziening van de stad is gegarandeerd door middel van een honderd kilometer lange ondergrondse tunnel die in de periode 1972-1982 werd gerealiseerd tussen Lake Päijanne en Helsinki.

Naast voor de hand liggende toepassingen als tunnels, parkeergarages en multifunctionele leidingentunnels voor onder andere stadsverwarming kent Helsinki ook tal van andere toepassingen, zoals muziekcentrum en een zwembad. Ook het bedrijfsleven gaat ondergronds, onder andere met opslag of het eerder genoemde ondergrondse datacenter.

In het masterplan is rekening gehouden met tweehonderd reserveringen voor ondergronds gebruik en nog eens veertig reserveringen zonder vooraf bepaalde bestemming. De gemiddelde oppervlakte van die reservering is dertig hectare, optellend tot een totaal van veertien honderd hectare, ofwel 6,4% van de oppervlakte van Helsinki. In 2011 werd berekend dat er voor elke honderd vierkante meter bovengrondse ruimte een vierkante meter ondergrondse ruimte werd benut. De huidige reserveringen vertegenwoordigen dus nog een enorm ondergronds potentieel.

Bovengrondse kwaliteit

Uitgangspunt is dat wat niet bovengronds hoeft, net zo goed ondergronds kan. Burgemeester Jussi Pajunen daarover in een documentaire van CNN: “Functies die niet gezien hoeven te worden, stoppen we onder de grond. Het is relatief goedkoop, dus waarom zou je er geen gebruik van maken.” De kwaliteit van de bovengrondse ruimte blijkt in veel gevallen de belangrijkste drijfveer. Ilkka Vähäaho: “Niet-Finse deskundigen beweren wel dat de gunstige eigenschappen van het bedrockgesteente en de zeer strenge winterklimatologische omstandigheden de belangrijkste drijfveren voor deze ontwikkeling zijn geweest. Maar er zijn belangrijker argumenten. Finnen hebben een sterke behoefte aan open ruimten, zelfs in de stadscentra, en Helsinki is klein. Het is qua inwoners de grootste stad van Finland, maar behoort qua oppervlakte tot de kleinste.”

Zero-land-use-thinking

Helsinki kent al sinds de jaren tachtig van de vorige eeuw een toewijzingsbeleid voor ondergronds ruimtegebruik. Begin deze eeuw ontstond het idee voor een integraal ondergronds masterplan. De eerste voorbereidingen startten in 2004. De gemeenteraad van Helsinki keurde het masterplan in december 2010 goed. Ilkka Vähäaho noemt het een voorbeeld van ‘zero-land-use-thinking’. Met andere woorden, het uitgangspunt dat nieuwe functies in de stad niet tot extra bovengronds ruimtebeslag mogen leiden.

Hij illustreert dat met een doorsnede van het Katri Vala Park (zie figuur hiernaast). Daar werden sinds de jaren vijftig ondergronds achtereenvolgens opslagruimten, een multifunctionele leidingentunnel, een tunnel voor gezuiverd afvalwater en een warmtepompstation gerealiseerd. In het masterplan is onder dezelfde locatie ook nog ruimte gereserveerd voor toekomstig ondergronds gebruik. Het park is in al die tijd onaangetast gebleven.

Geotechniek voor Ondergrondse Ruimteontwikkeling

Voor het in kaart brengen van geschikte locaties voor toekomstig ondergronds gebruik heeft de geotechnische dienst van Ilkka Vähäaho uitgebreid onderzoek gedaan. Er is onderzoek gedaan naar locaties waar de mogelijk grote aaneengesloten ruimten kunnen worden gerealiseerd. Daarvoor werd een model ontwikkeld op basis van een standaardruimte van 12x50x150 meter (hxbxl). Met behulp van (hoogte)kaarten en boringen zijn de reeds benutte ondergrond en zwakke zones in kaart gebracht.

Het bedrockgesteente ligt in Helsinki niet ver onder het maaiveld. Dat betekent dat er veel goede, veilige locaties zijn voor aanleg van ondergrondse bouwwerken en installaties. Het onderzoek maakte zichtbaar dat er buiten het centrum vijfenvijftig locaties zijn waar in de buurt van verkeersknooppunten redelijk grootschalige ondergrondse voorzieningen gerealiseerd kunnen worden. Deze plekken zijn gemarkeerd als mogelijke toekomstige toegangen tot ondergrondse bouwwerken en infrastructuur.

Ambities
In Finland wordt ook buiten de hoofdstad gekeken naar de mogelijkheden die de ondergrond biedt. Ilkka Vähäaho noemt de steden Tampere, de derde stad van het land, en Oulu als voorbeelden. En er wordt serieus gekeken naar de haalbaarheid van een tachtig kilometer lange onderzeese tunnel tussen Helsinki en de Estse hoofdstad Tallinn, die dan samen zouden moeten uitgroeien tot de tweelingstad ‘Talsinki’, met de potentie om te gaan concurreren met steden als Stockholm en Kopenhagen.

In ondergrondse bouwprojecten zijn grote sprongen gemaakt op het gebied van monitoring. Om die nieuwe kennis bij volgende projecten te kunnen benutten, werken experts aan een rapport met best practices. “Met dit rapport willen we bestaande richtlijnen toetsen aan de praktijk. Wij geven op basis van onze recente ervaringen nog wat bijkomende tips”, aldus Hans Mortier, voorzitter van de COB-werkgroep.

Monitoren wil zeggen ‘in de gaten houden’. Bij bouwprojecten gaat het dan hoofdzakelijk om de omgeving: in hoeverre verandert die naar aanleiding van de bouwwerkzaamheden? Werkgroepvoorzitter Hans Mortier, afdelingshoofd Engineering bij Dimco (voorheen CFE): “Met monitoring meet je de impact van de bouw. Vooraf zijn er inschattingen gedaan voor de effecten die het bouwproject op de omgeving kan hebben, zoals deformaties van gebouwen en veranderingen in het grondwaterpeil. Monitoring is er enerzijds op gericht om te controleren of alles volgens plan verloopt. Anderzijds kun je monitoren om het bouwproces te sturen. Dat is het geval bij de Observational Method (zie kader).”

“Bij het inrichten van het monitoringsproces wordt nu nog te vaak het warm water opnieuw uitgevonden”, stelt Mortier. “Een ingenieur die start op een nieuw project, begint blanco aan zijn monitoringsplan, met alleen de bestaande richtlijnen als basis. Dat is zonde. We hebben dit zelf ondervonden bij het maken van het rapport. Als we sommige van elkaars bevindingen eerder hadden geweten, waren we in onze projecten echt anders te werk gegaan. Kennis over monitoring wordt nu alleen benut als toevallig de juiste persoon betrokken is bij het project.”

Universeel

De experts in de werkgroep komen uit drie projecten: A2 Maastricht, Spoorzone Delft en de Noord/ Zuidlijn. Alle drie binnenstedelijk, maar verder heel verschillend. Mortier: “In Amsterdam is de tunnel geboord en zijn de stations op grote diepte aangelegd, terwijl Delft meer ‘rechttoe rechtaan’ bouwt met de open bouwput- en wanden-dakmethoden. Maastricht is weer anders vanwege de afwijkende ondergrond en de toepassing van de Observational Method.” Toch zijn de ervaringen te combineren: “De monitoring draait om hetzelfde, namelijk het meten van de impact. We gebruiken dezelfde meettechnieken en dezelfde verwerkingsprocessen. In het rapport geven we bijvoorbeeld tips over het omgaan met grenswaarden; dat is een aspect dat je in elk project tegenkomt.”

Een andere universele tip gaat over de ‘zachte kant’ van monitoring. “Monitoring levert niet alleen informatie op voor de techneuten. Ook de buitenwereld, de omgeving van het project, vindt monitoring belangrijk. Maar hoe communiceer je over metingen? Als je te gedetailleerd bent, heb je kans dat niet iedereen het begrijpt en mensen misschien verkeerde conclusies trekken. Aan de andere kant is er tegenwoordig al zo veel informatie online te vinden, dat het averechts kan werken om terughoudend te zijn. In het rapport gaan we in op deze afwegingen.”

Mortier vervolgt: “Het gaat om transparant en eerlijk communiceren over meetwaarden. Dat geldt ook al in het voortraject. Precontractuele monitoring is altijd een heikel punt. Wat als de metingen niet kloppen? Ons advies is om de monitoring zo open mogelijk te bespreken. Wat is er gemeten, wat zijn de onzekerheden? Voor de risicoverdeling kunnen de partijen ook een frame rondom de meetwaarden afspreken. Zolang de echte waarde binnen een bepaalde marge valt, kan de opdrachtgever niets worden verweten.”

Nulmeting

Eén van de projecten waarvoor de best practices nuttig kunnen zijn, is Zuidasdok. Vorig jaar is dit grootschalige Amsterdamse infraproject op de markt gezet en zijn er bouwbedrijven geselecteerd voor de dialoogfase. De gunning staat gepland voor februari 2017. “Aangezien een van onze belangrijkste conclusies gaat over het hebben van een nulmeting, zien we graag dat het rapport door de geselecteerde bedrijven wordt gebruikt. Onze ervaring is dat een goede nulmeting een enorme meerwaarde geeft. Als je een tijd kunt monitoren vóórdat er gewerkt wordt, en je zo goed zicht krijgt op de ‘normale’ meetwaarden, dan kun je later tijdens het bouwen de meetwaarden veel beter interpreteren. Je kunt dan de ruis eruit filteren, zodat je alleen datgene overhoudt wat echt door het bouwproces veroorzaakt wordt. Helaas is zo’n nulmeting vaak maar beperkt aanwezig, doordat men te laat begint met meten. Voor Zuidasdok ligt er nu de kans om het beter te doen. Over een nulmeting zijn al eisen opgenomen in de aanbesteding. Ons rapport kan helpen bij de invulling van die eisen.”

Een goede risico-inventarisatie vooraf en vervolgens een intensieve monitoring. Die combinatie zorgde ervoor dat de complexe verbouwing van het voormalige Sweelinck Conservatorium tot vijfsterrenhotel zonder noemenswaardige problemen verliep. Geotechnisch expert Almer van der Stoel van CRUX Engineering en Martijn Snel van projectontwikkelaar IQNN Vastgoed blikken terug op een geslaagde samenwerking. 

Wie het Conservatoriumhotel binnengaat aan de Amsterdamse Van Baerlestraat kan zich moeilijk voorstellen dat dit gebouw onlangs nog werd bevolkt door muziekstudenten. Alleen de mobile bij de entree, gemaakt van een groot aantal violen, verwijst nog naar de vorige gebruiker van het pand. De metamorfose van het gebouw is het resultaat van een ingrijpende verbouwing die ruim drie jaar duurde. 

Uitdagend
“Toen wij door constructeur Van Rossum bij het project werden betrokken, werd snel duidelijk dat het geotechnisch uitdagend zou worden”, vertelt Van der Stoel. “De plannen voorzagen onder andere in de bouw van een tweeënhalfl aags kelder op de voormalige binnenplaats. Voor de bouwkuip hiervan moesten er damwanden op ongeveer een halve meter vanaf de gevel worden geplaatst, terwijl het diepste deel van de bouwkuip moest worden ontgraven tot bijna elf meter beneden NAP. En dat allemaal bij een historisch pand uit 1898, gefundeerd op houten palen, in het hartje van de binnenstad met in de directe omgeving allerlei kwetsbare gebouwen. En dan ook nog eens een pand vol monumentale details die niet beschadigd mochten raken.”

De zorgen van CRUX betroffen vooral de eventuele afname van de draagkracht van de houten palen door het ontgraven van de bouwkuip. Van der Stoel: “Bij het weggraven van grond uit een bouwkuip buigen de damwanden uit. In dit geval leidde dat ertoe dat de grond onder het pand zou ontspannen. Daardoor zouden de palen minder weerstand ondervinden en kunnen verzakken. Wat vervolgens weer tot vervormingen van het gebouw zou kunnen leiden met ongewenste schade tot gevolg.”

Risicoanalyse

Van der Stoel vervolgt: “Om tot een goed ontwerp van de bouwkuip te komen en de invloed van de ontgraving nauwkeurig in beeld te krijgen, hebben we de bouwkuip gemodelleerd met het eindige elementenmodel Plaxis. Vervolgens hebben we een risicoanalyse gedaan en hebben we de maximaal toelaatbare horizontale en verticale verplaatsingen berekend. Ook hebben we, voorafgaand aan de bouw, een uitgebreid monitoringplan opgesteld. Hierin hebben we alle metingen opgenomen, maar ook de grens- en alarmwaarden en de te nemen maatregelen bij overschrijdingen van de grenswaarden.“

“Als directievoerder waren wij blij met de uitgebreide monitoring”, vertelt Snel. “In combinatie met de van tevoren vastgestelde grenswaarden, was het steeds zonneklaar wanneer we moesten ingrijpen. Toen we de ondiepe bouwkuip aan het ontgraven waren, verzakte het pand ernaast ineens fors. We hebben de werkzaamheden direct stilgelegd en zijn de fundering van dit pand gaan onderzoeken. Deze bleek minder goed dan we op grond van de oorspronkelijke bouwtekeningen verwachtten. Op basis van nieuwe berekeningen hebben we vervolgens besloten om de grond in stroken weg te graven, extra vijzels te plaatsen en deze voor te spannen. Dat bleek afdoende om verdere verzakkingen te voorkomen.”

Snel: “Door de metingen zagen we ook andere processen. Voor het funderingsonderzoek bij het buurpand moesten we het grondwater tijdelijk verlagen. Terwijl we dat deden zagen we het pand verder zakken. Maar we zagen ook dat het pand weer omhoog kwam toen het grondwater weer terugging naar het eerdere peil.”

“Richting de aannemer was de monitoring eveneens waardevol”, aldus Van der Stoel. “De aannemer vond het in eerste instantie niet nodig om de diepe bouwkuip in stroken te ontgraven. Om hem te overtuigen hebben we toen aan de hand van onze metingen laten zien hoe ver de damwand al uitboog bij het graven van de eerste sleuf.”

Calamiteit

“De diepe bouwkuip hebben we nat ontgraven”, vertelt Snel. ”Toen de kuip op diepte was en we het water begonnen weg te pompen, zagen we dat het bovenste stempelframe was weggezakt. Ook bij deze calamiteit bewees de monitoring zijn waarde. Het droogmalen hebben we onmiddellijk gestopt. Om te kunnen inspecteren wat er aan de hand was, moesten we het waterpeil met anderhalve meter verlagen. Voordat we dat hebben gedaan, heeft CRUX met het Plaxismodel berekend of dat kon zonder een onacceptabele uitbuiging van de damwand. Vervolgens hebben we de voorspellingskracht van het model getoetst. Daarvoor hebben we aan de hand van de monitoringsgegevens gekeken of de damwand zich tot tot dan toe had gedragen zoals verwacht. Dat bleek het geval. Na de inspectie hebben we de kuip weer gevuld met water en hebben duikers het stempelframe gerepareerd.”

Recept

Op de vraag wat het recept is voor een probleemloos project onder geotechnisch lastige omstandigheden, blijven Snel en Van der Stoel even stil. Dan zegt Snel: “Goede en deskundige partijen vinden, is niet zo ingewikkeld. Veel lastiger is het om je opdrachtgever ervan te overtuigen dat georisicomanagement cruciaal is bij dit soort projecten.” Van der Stoel beaamt dit: “Het is een luxe om voor een opdrachtgever te werken die inziet dat georisicomanagement loont. Verder is het belangrijk dat de toezichthouder verstand heeft van bouwputten en niet alleen van procesvoering of utiliteitsbouw. Daarnaast zijn onderling vertrouwen en goede communicatie essentiële randvoorwaarden.”

In september 1999 is de Tweede Heinenoordtunnel in gebruik genomen. Het is de eerste geboorde tunnel in Nederland. De tunnel is bestemd voor langzaam verkeer en heeft twee tunnelbuizen. Hij ligt naast de Heinenoordtunnel die dertig jaar eerder, in 1969, openging en gebouwd is volgens de zogeheten afzinkmethode.

Aanleiding

Jarenlang was een brug bij Barendrecht de enige vaste verbinding tussen de eilanden IJsselmonde en Hoekse Waard. Door het toenemende autoverkeer en meer scheepvaart op de Oude Maas – waardoor de brug vaker open moest – staan er in de jaren zestig steeds vaker files bij deze brug. Om deze files te voorkomen, wordt besloten om een tunnel aan te leggen, de Heinenoordtunnel.

Deze afzinktunnel heeft twee tunnelbuizen met elk drie rijstroken. In iedere tunnelbuis zijn twee stroken bestemd voor snelverkeer en een voor langzaam verkeer, zoals landbouwvoertuigen, fietsers en voetgangers. Bij de opening van de tunnel wordt ervan uitgegaan dat maximaal 30.000 voertuigen per dag gebruik maken van de tunnel. Eind jaren tachtig zijn dat er al bijna 60.000 per dag met als gevolg dagelijks forse files.

Om de filedruk te verminderen, wordt in 1991 de oostelijke tunnelbuis voor het autoverkeer richting Barendrecht en Rotterdam verbouwd, waarbij de rijstrook voor het langzame verkeer geschikt wordt gemaakt voor snelverkeer. Daardoor verdwijnen de files tijdens de ochtendspits. Het verkeer dat ‘s avonds naar het zuiden moet, staat echter nog steeds vast. Een oplossing voor dit probleem is de aanleg van een nieuwe tunnel voor het langzame verkeer naast de bestaande tunnel, zodat het snelverkeer ook in de westelijke tunnelbuis kan beschikken over drie rijstroken.

Proefproject

Na overleg met kennisinstellingen en aannemers besluit Rijkswaterstaat de Tweede Heinenoordtunnel aan te leggen als boortunnel. Er is in Nederland weliswaar nog geen ervaring met boortunnels, maar in landen als Japan en Duitsland is ondertussen aangetoond dat het mogelijk is om boortunnels aan te leggen in slappe grond. Bovendien lijkt de bouwtechniek kansrijk in ons dichtbevolkte land, bijvoorbeeld voor de aanleg van een nieuwe metrolijn in Amsterdam, waar de traditionele bouwmethode veel te veel overlast zou veroorzaken.

De bouw van de Tweede Heinenoordtunnel wordt gezien als een uitgelezen kans voor een proefproject. Niet alleen omdat de tunnel wordt gerealiseerd in een gebied zonder bebouwing, maar ook vanwege de relatief kleine diameter van het boorgat (8,3 meter). Daardoor is de aanleg van deze boortunnel relatief eenvoudig. Daarnaast is het aantrekkelijk dat er op de bouwlocatie ruimte en mogelijkheden zijn om praktijkexperimenten en metingen te doen. Zo worden er op een plek boven het boortracé funderingspalen inclusief allerlei meetapparatuur aangebracht om het effect van het boorproces op paalfunderingen te kunnen bepalen. Bovenop de palen worden volle containers geplaatst om gefundeerde huizen na te bootsen.

Bouw

In 1995 is de bouw van de nieuwe tunnel gestart met de aanleg van twee diepe bouwputten, één op de noordelijke en één op de zuidelijke oever van de Oude Maas. Hiervoor zijn combiwanden tot 27 meter diepte in de grond geheid. De bouwputten dienden als start- en ontvangstschacht voor de tunnelboormachine. Om te voorkomen dat de startschacht bij de start van het boorproces vol water zou lopen, is gewerkt met een zogeheten dichtblok. Dat is een waterdichte overgangsconstructie die bij de start van het boorproces wordt doorboord. Voor het maken van dit dichtblok is over de hele breedte van schacht een smalle bouwkuip gemaakt, die is volgestort met waterdicht lagesterktebeton.

De gebruikte tunnelboormachine was zestig meter lang. De boorkop – een holle stalen cilinder die tijdens het boren en bouwen van een tunnelbuis de grond ondersteunt, grondwater tegenhoudt en voorop een graafwiel heeft – had een diameter van ongeveer acht meter. Met deze machine is eerst een tunnelbuis van noord naar zuid aangelegd. Na aankomst in de ontvangstschacht op de zuidelijke oever is de tunnelboormachine voor een deel gedemonteerd en omgedraaid, zodat de tweede tunnelbuis van zuid naar noord kon worden geboord. Per etmaal bewoog de machine zich met ongeveer tien meter voort.

Om in de slappe grond onder de Oude Maas te kunnen boren, is gewerkt met de vloeistof- of slurryschildmethode. Hierbij wordt in de boorkop de ruimte achter het graafwiel gevuld met een water-bentonietmengsel en onder druk gezet. Door de druk van dit mengsel af te stemmen op de grond- en waterdruk kan er geen water en grond ongecontroleerd in de graafkamer stromen en blijft het boorfront stabiel. De losgeboorde grond valt in de boorkamer en vermengt daar met het water-bentonietmengsel. Vervolgens wordt deze slurry via buizen afgevoerd naar een scheidingslocatie, waar de bentoniet wordt teruggewonnen.

Nadat de tunnelboormachine een paar meter heeft geboord, wordt in het achterste deel van de boorkop, het zogeheten staartschild, met gebogen betonnen segmenten een tunnelring gebouwd. Als dit is gebeurd, zet de boormachine zich met vijzels af op deze ring om het volgende stuk te boren. De tunnelbuizen van de Tweede Heinenoordtunnel bestaan elk uit ongeveer 10.000 segmenten. De buitendiameter van een tunnelbuis is iets kleiner dan de diameter van de boorkop. De ruimte tussen de buitenkant van de buis en het boorgat, de staartspleet genoemd, wordt opgevuld. Hiervoor wordt grout geïnjecteerd.

Geleerde lessen

Tijdens het boren van de Tweede Heinenoordtunnel zijn allerlei metingen gedaan. Zo zijn de waterspanningen voor het boorfront, de snijkrachten, de slijtage van de messen, de boorfrontdrukken en de druk waarmee het grout in de staartspleet werd geïnjecteerd, gemeten. Vooraf waren met modelberekeningen voorspellingen gedaan. Gedurende de bouw zijn de gemeten waarden vergeleken met de voorspellingen, wat tot veel nieuwe kennis heeft geleid. Door bijvoorbeeld de groutinjectiedruk en de zettingen aan maaiveld te meten, werd het verband tussen deze twee parameters duidelijker. Dat leidde al bij het boren van de tweede tunnelbuis ertoe dat de zettingen aanmerkelijk kleiner waren dan bij de eerste. De ‘palenproef’ (metingen aan de funderingspalen) heeft kennis opgeleverd die later is gebruikt bij het boren van de tunnels van de Noord/Zuidlijn.

Aangezien er nog weinig ervaring was met boren in slappe grond, ging er bij de bouw ook af en toe wat mis. Een belangrijk incident was een ‘blow out’ tijdens het boren van de eerste tunnelbuis: tussen het boorfront en de ruim acht meter hoger gelegen rivierbodem ontstond een open verbinding, waardoor de boorfrontdruk wegviel en het water-bentonietmengsel kon wegstromen. Dit leverde een forse vertraging op, maar bleek ook een uiterst leerzame gebeurtenis. Zo stelde het de betrokken onderzoekers in staat om de maximale boorfrontdruk nauwkeurig vast te stellen.

Gemeenschappelijk praktijkonderzoek

Na de aanvankelijke twijfels raakten alle betrokken partijen door het succesvolle praktijkonderzoek bij de Tweede Heinenoordtunnel ervan doordrongen dat boortunnels in de Nederlandse slappe bodem een geschikte optie waren. Tegelijkertijd werd duidelijk dat er nog veel meer kennis nodig was om de risico’s rond het boren van tunnels beter te kunnen inschatten en beheersen. Dit leidde in het jaar 2000 tot het besluit om de tunnelboortechniek verder te verbeteren aan de hand van nieuwe praktijkprojecten. Hiermee kwam een uniek samenwerkingsprogramma tot stand, het Gemeenschappelijk Praktijkonderzoek Boortunnels (GPB).

Binnen het GPB werkten overheden, aannemers en kennisinstellingen samen, waaronder ook het COB. Nadat een kennisagenda was vastgesteld, is goed gekeken welk project het meest geschikt was voor de beantwoording van een onderzoeksvraag. Verder is steeds geprobeerd om de onderzoeksuitkomsten van een project te gebruiken als input voor een volgend project. In de publicatie De toekomst is aangeboord zijn de resultaten van het GPB tot 2005 beschreven