| Logistiek Voorzieningen Ontwerp Bodemonderzoek Vergunningen Bouwrijp maken |
Bouw noordelijke start- en ontvangstschacht Brilwand / dichtblok noord Rivierwerk Boren Het boorproces en veiligheid |
7.1 Boren met de tunnelboormachine
Zowel het boren, als de feitelijke tunnelbouw vinden plaats in een tunnelboormachine (TBM). Dit is een stalen buis (ook wel schild genoemd) met een lengte van 8,5 meter, waarin aan de voorzijde door een snijrad (of graafwiel) de grond wordt ontgraven. Aan de achterzijde wordt in het schild de tunnelwand opgebouwd, die bestaat uit betonnen segmenten. Daarachter bevinden zich drie volgwagens met daarop al het tijdens het boorproces benodigde materiaal
7.1.1 Compensatie grond- en waterdruk
Om een tunnel te kunnen boren in slappe - niet cohesieve - grond is het noodzakelijk maatregelen te nemen die voorkomen dat het boorfront instort. Dat kan door de voor het graafwiel aanwezige grond- en waterdruk voortdurend te compenseren. Daarvoor zijn verschillende technieken ontwikkeld. Bepalend voor de keuze van de boortechniek is de samenstelling van de grond waarin geboord wordt en de diameter van de te boren tunnel. Voor het in slappe grond boren van tunnels met een grote diameter komen het zogeheten vloeistofschild (ook slurryschild, of hydroschild genoemd) en het grondrukbalansschild (Earth Pressure Balance Shield = EPB-schild) in aanmerking. Bij het boren van de Tweede Heinenoordtunnel wordt - vanwege de samenstelling van de ondergrond - de vloeistofschildmethode toegepast.
Vloeistofschild
In het geval van een vloeistofschild wordt gebruik gemaakt van een bentonietslurry (water met bentoniet), om aan het boorfront voldoende steundruk te geven. De bentonietslurry heeft een dubbele functie: het dient als steunvloeistof en als transportmedium voor de afvoer van de ontgraven grond. De bentonietslurry wordt door middel van perslucht onder druk gezet. Aan de voorkant van het graafwiel (snijrad) ontstaat een vrijwel ondoorlatende pleisterlaag, die ervoor zorgt dat het boorfront niet instort. Dit is mogelijk omdat bentoniet een bijzondere eigenschap heeft. De sterk op klei lijkende stof is thixotroop: wanneer de bentonietslurry in beweging is, gedraagt het zich als een vloeistof, maar in rust kan de slurry bijvoorbeeld zand in suspensie houden. De afgegraven grond wordt vermengd met de bentonietslurry en via een pijpleiding getransporteerd naar een bovengrondse scheidingsinstallatie. Hier worden de grond en het bentoniet van elkaar gescheiden. De grond wordt afgevoerd naar een opslagdepot en het bentoniet kan worden hergebruikt.
Gronddrukbalansschild
Een gronddrukbalansschild wordt ook wel aangeduid als Earth Pressure Balance Shield (EPB-schild). Bij deze methode wordt de grond die door de boorkop wordt afgegraven, gebruikt als steunmedium om de druk op het boorfront te compenseren. De techniek is voornamelijk toepasbaar in uit klei bestaande ondergrond. Om ervoor te zorgen dat het grondmengsel de benodigde steundruk gelijkmatig over het boorschild verdeelt, kunnen daartoe aan de grond nog homogeniserende stoffen worden toegevoegd.
Keuze voor vloeistofschild
Bij de bouw van de Tweede Heinenoordtunnel wordt gebruik gemaakt van de vloeistofschildmethode. Een van de redenen hiervoor is de samenstelling van de grond waarin de tunnel wordt geboord. De grond bestaat voor 20% uit slappe cohesieve veen- en kleilagen en voor de overige 80 procent uit niet-cohesief zand. In een dergelijke ondergrond ligt het gebruik van een vloeistofschild meer voor de hand dan een gronddrukbalansschild. Deze boormethode wordt vooral toegepast wanneer de ondergrond bestaat uit cohesief en kneedbaar materiaal. Een andere reden voor de keuze van het vloeistofschild is gerelateerd aan de grotere hoeveelheid kennis van en ervaring met de slurryschildmethode bij het boren van tunnels onder hoge waterdruk. Die hoge waterdruk is het gevolg van de diepteligging (dieper dan de meeste andere geboorde tunnels) van de tunnel. Vanwege het ontbreken van ervaring met boren onder hoge waterdruk met een EPB-schild - in combinatie met het nieuwe aspect van boren in slappe grond - vormde de toepassing van een slurryschild daarom een meer voor de hand liggende keuze.
7.1.2 Functies van de tunnelboormachine
de tunnelboormachine
In de tunnelboormachine (TBM) zijn de functies "boren van de tunnel" en "bouwen van de tunnelwand" verenigd. De TBM kan beschouwd worden als het hart van een omvangrijk productieproces dat zich zowel ondergronds als bovengronds afspeelt.
Onder de grond omvat het de volgende elementen:
- een boorschild met graafwiel en vijzels voor de voortbeweging
- een plaatsingsmechanisme (erector) voor de plaatsing van de geprefabriceerde betonnen segmenten waaruit een tunnelring is opgebouwd
- volgwagens (drie in getal) ten behoeve van energievoorzienzing, verlengsystemen en materiaaltransport
- het besturingssyteem voor het besturen van de TBM en het bewaken van de voortgang van het boorproces
Bovengronds bevinden zich:
- een installatie voor het scheiden van bentoniet en de afgegraven grond
- een bentonietmenginstallatie
- een installatie voor de grondafvoer
- de opslag van grondstoffen en/of geprefabriceerde elementen
- de persluchtinstallatie
7.1.3 Onderdelen van de Tunnelboormachine
De belangrijkste onderdelen van de tunnelboormachine (TBM) worden gevormd door het schild, de erector en de volgwagens.
Schild
Het schild van de tunnelboormachine die bij de aanleg van de Tweede Heinenoordtunnel wordt gebruikt, bestaat uit een stalen buis die iets taps toeloopt en een diameter heeft van _ 8,55 meter. De lengte van het schild bedraagt ongeveer 8 meter. De buis bestaat uit een snijdeel (tussen graafwiel en duikwand), een middenstuk (tussen duikwand en drukwand) en een staartstuk.
Snijdeel
Het snijdeel, dat ongeveer 1 meter lang is, vormt het voorste deel van het schild en is geheel gevuld met bentonietslurry. Aan de voorkant draait een vijfarmig graafwiel (snijrad) en aan de achterkant bevindt zich de duikwand. Het snijrad kan in twee richtingen draaien en zich ongeveer 40 centimeter in lengterichting langs de as van de machine verplaatsen. Ook is het mogelijk het snijrad onder een kleine hoek ten opzichte van de lengte-as te plaatsen.
Op twee van de spaken bevindt zich een zogeheten oversnijder. Dit is een hydraulisch uitschuifbare beitel die het mogelijk maakt om - wanneer het graafwiel is uitgeschoven - buiten de diameter van het schild te graven. Hiervan wordt gebruik gemaakt, wanneer de tunnelboormachine bij bijvoorbeeld het maken van een bocht meer (bewegings)ruimte nodig heeft.
In het geval er reparaties nodig zijn, kunnen tussen de spaken van het graafwiel hydraulisch platen worden geschoven, waarmee het boorfront wordt afgeschermd. De ruimte kan via een luik in de duikwand - die zich bevindt aan de achterzijde van het snijdeel - worden betreden.
Middenstuk
Het middenstuk, tussen duikwand en drukwand, is ongeveer 1,5 meter lang. Hierin bevindt zich een beweegbare zuigmond, waarmee het mengsel van afgegraven grond en bentonietslurry wordt afgezogen. Via een leiding wordt dit mengsel afgevoerd naar de bovengrondse scheidingsinstallatie. De boorkamer (het snijdeel van de TBM) kan met behulp van een schuif die voor de opening in de duikwand wordt geschoven, hermetisch van het middenstuk van de TBM worden afgesloten. Het snijdeel en het middenstuk van de TBM zijn gevuld met bentonietslurry. Deze vloeistof wordt onder druk gebracht door middel van perslucht die tussen de duikwand en de drukwand wordt ingebracht en als het ware een drukkussen op de vloeistofspiegel vormt.
Staartstuk
Het staartstuk, dat ongeveer 5,5 meter lang is, vormt het achterste, open gedeelte van het schild. Aan de voorzijde wordt het begrensd door de drukwand. In het staartstuk heerst, evenals in de tunnel achter de TBM, atmosferische druk. Hier bevinden zich de vijzels, de ingang van de druksluis en de erector waarmee de betonnen tunnelsegmenten worden geplaatst. Aan het uiterste einde van het staartstuk bevindt zich in de vorm van een rubberen slab de staartafdichting. Deze slab voorkomt dat er grond en water via de ruimte tussen schildwand en segmenten (de diameter van de tunnelringen is kleiner dan de diameter van het schild) naar binnendringt. Achter deze staartafdichting wordt de ruimte tussen tunnelringen en grond tijdens het boren direct volgespoten met mortel, zodat geen verzakking aan het maaiveld optreedt.
Nieuwe staartafdichting
De boorwerkzaamheden aan de Tweede Heinenoordtunnel werden na een lekkage op 29 mei 1997 voor enige tijd stilgelegd. De lekkage in de tunnel ontstond doordat het rubberen afdichtingsprofiel niet naar behoren functioneerde. Dit profiel bevindt zich aan de achterzijde van de boorkop en ligt over de laatstgeplaatste tunnelring heen. Het afdichtingsprofiel zorgt ervoor dat grond en grondwater de tunnelboormachine niet kunnen binnendringen.
Als oplossing voor het probleem werd gekozen voor het aanbrengen van een nieuwe staartafdichting. Deze zogeheten borstelafdichting, waarbij geen noodafdichting noodzakelijk is, bestaat uit stalen borstels waartussen zich "kamers" bevinden die zijn gevuld met vet. Ook de ruimte tussen de borstels en de (oude) rubberen staartafdichting is met vet opgevuld.
1. De (oude) rubberen staartafdichting bevindt zich aan de achterzijde van de boorkop en ligt over de laatstgeplaatste tunnelring heen. Het afdichtingsprofiel zorgt ervoor dat grond en grondwater de tunnelboormachine niet kunnen binnendringen via de ruimte tussen de binnenwand van de boormachine en de buitenwand van de tunnelring.
Op de illustratie is links van de staartafdichting ook de noodafdichting te zien, die in het geval van een lekkage wordt opgeblazen en de ruimte tussen boormachine en tunnelring afsluit. Wanneer dat gebeurt is de werksituatie veilig, maar kan er niet meer geboord worden en staat de tunnelboormachine stil.
2.Om uiteindelijk aan de binnenkant van de wand van de boormachine de nieuwe staartafdichting te kunnen aanbrengen op de plaats van de oorspronkelijke noodafdichting, was het noodzakelijk om de boormachine zo ver mogelijk naar voren te verplaatsen.
3. Voordat de borstelafdichting werd aangebracht, is als veiligheidsmaatregel de spleet tussen tunnelring en schildwand afgesloten met speciaal voor dit doel gemaakte stalen platen. Ook werd de grond rond de tunnelboormachine door middel van injecties gestabiliseerd.
4. De nieuwe afdichting, waarbij geen noodafdichting noodzakelijk is, bestaat uit stalen borstels. Tussen deze borstels bevinden zich "kamers" die worden gevuld met vet.
5. Nadat de nieuwe afdichting is aangebracht wordt de boormachine weer in zijn oorspronkelijke (operationele) positie teruggebracht. De stalen borstels bevinden zich nu tussen de laatstgeplaatste tunnelring en de wand van de boormachine. Naast de met vet gevulde "kamers" tussen de borstels, is ook de ruimte tussen de borstels en de rubberen staartafdichting met vet opgevuld.
Erector
Met de erector worden de betonnen segmenten, waaruit een tunnelring is opgebouwd, van de aanschuiftafel met een vacuümklem opgepakt en in een ring geplaatst. Door de plaatsing van de segmenten te variëren kan zowel in verticale als in horizontale richting een bocht worden gemaakt. Dit is mogelijk omdat de segmenten enigzins taps zijn.
Volgwagens
Bij de Tweede Heinenoordtunnel worden drie volgwagens (trailers) gebruikt, die elk circa 15 meter lang zijn. Hierop staat al het tijdens het boorproces benodigde materiaal.
De globale indeling van de volgwagens is als volgt:
Op de 1e volgwagen bevinden zich:
* de hydraulische motoren; deze motoren drijven het graafwiel aan
* de besturingscabine; van hieruit wordt het boorproces gestuurd en bewaakt
* de personeelscabine
Op de 2e volgwagen bevinden zich:
* de groutcontainer (mortel) waarin de mortel is opgeslagen (ongeveer 6m3) die wordt ingespoten in de annulaire ruimte tussen de tunnelring en de afgegraven grond
* de groutpompen (mortel) voor het opvullen van de annulaire ruimte
* de hoogspanningskabelhaspel
* de hoofddistributie van de elektriciteitsvoorziening; de spanning van 10.000 volt (10 kV) wordt hier getransformeerd naar werkspanning (380 Volt) met een stroomsterkte van 5000 ampère
* de pomp waarmee de met afgegraven grond vermengde bentonietslurry wordt verpompt naar de bovengrondse scheidingsinstallatie
Op de derde volgwagen bevinden zich:
* voorzieningen voor het verlengen van aan- en afvoerpijpen; het gaat om pijpen voor:
- persluchtleiding
- aan- afvoer van bentonietslurry
- aan- en afvoer koelwater
* voorziening voor het verlengen van het spoor
Onderverdieping volgwagens
De onderverdieping van de volgwagens is geheel vrij: hierin ligt het spoor waarover een trein de benodigde materialen aan- en afvoert. Aan de derde volgwagen is een voorziening aangebracht die de aansluiting op het spoor in de tunnel mogelijk maakt.
De volgwagens zelf lopen op wielstellen met kunststofwielen direct over de tunnellining (tunnelwand).
7.2 Logistiek
Tijdens de bouw van de Tweede Heinenoordtunnel wordt er 24 uur per dag gedurende 5 dagen in de week geboord. Het tempo waarin dat gebeurt, is in hoge mate afhankelijk van de wijze waarop de aan- en afvoer van alle benodigde materialen is georganiseerd: het logistiek proces.
Gemiddeld wordt er elke boordag zo'n tien meter tunnel gebouwd. Het boren zelf is een discontinu proces. Nadat het graafwiel de grond over een lengte van anderhalve meter heeft afgegraven, stopt het boren en kan een nieuwe tunnelring worden geplaatst. Wanneer dat is gebeurd, dienen de randen van deze nieuwe tunnelring als afzetpunt voor de vijzels waarmee de tunnelboormachine (TBM)zich voortduwt. Het monteren van een complete ring, die bestaat uit 8 geprefabriceerde betonnen segmenten, neemt ongeveer 25 tot 40 minuten in beslag. Bij een boorsnelheid van (gemiddeld) 5 centimeter per minuut staat de boor na elke 30 minuten (een tunnelring heeft een breedte van 1,5 meter) ongeveer een half uur stil voor het plaatsen van een volledige ring. Ook moeten tijdens deze perioden van ringbouw verschillende buizen en leidingen verlengd worden.
7.2.1 Productie tunnelsegmenten
Een tunnelring bestaat uit 7 betonnen segmenten en een betonnen sluitsteen. De productie van deze segmenten vindt plaats bij Schokindustrie Strukton Segmenten VOF te Zwijndrecht (SSS). Per week worden hier 28 tunnelringen (224 segmenten) gemaakt in een carrouselsysteem waarbij 32 stalen mallen worden gebruikt.
Het carrouselsysteem is vergelijkbaar met de productielijn van een auto. Op het eerste "station" begint het productieproces van de segmenten met een lege mal. Bij het tweede station wordt de wapening aangebracht. Vervolgens wordt bij station drie het beton in de mal gestort. Nadat het segment "in wording" alle stations heeft gepasseerd, is het uitgehard en kan op het eindstation de bekisting rond het beton worden verwijderd.
De segmenten worden vervolgens voorzien van een rubberen profiel ten behoeve van de waterdichtheid. Daarna vindt opslag plaats op het terrein bij SSS. Om te voorkomen dat de tunnelboormachine - die in een hoger tempo boort dan de segmenten kunnen worden gemaakt - zonder segmenten komt te zitten, is het noodzakelijk een buffervoorraad te vormen.
De betonnen segmenten worden vervolgens per vrachtwagen naar de bouwplaats vervoerd en op een tasveld neergelegd. Hier worden nog enkele aanrustingen - drukverdelingsplaten en een randje ter bescherming van het rubberen profiel - op de segmenten aangebracht.
De segmenten worden, wanneer er een nieuwe ring geplaatst kan worden, met behulp van de portaalkraan de schacht in gehesen, op de trein gezet en naar de tunnelboormachine vervoerd.
7.2.2 Bentoniet
Bentoniet is een sterk op klei gelijkende stof en wanneer het met water wordt vermengd heeft deze bentonietslurry een bijzondere eigenschap: het mengsel is thixotroop. Wanneer de bentonietslurry in beweging is, gedraagt het zich als een vloeistof, maar in rust kan de slurry bijvoorbeeld zand in suspensie houden. De bentonietslurry - die dient als steunvloeistof aan het boorfront, maar ook als transportmedium voor de afgegraven grond - wordt hergebruikt. Toch is het nodig om periodiek nieuwe slurry aan te maken. De reden hiervoor is dat er kleine hoeveelheden bentoniet verloren gaan en de kwaliteit van voortdurend hergebruikt bentoniet afneemt. De productie van de bentonietslurry vindt plaats op het bouwterrein op de noordelijke oever. Hier staat een installatie waar bentonietpoeder wordt vermengd met water in een gewichtsverhouding van ongeveer 1:20. Vervolgens moet het mengsel in bakken een periode van 4 uur "rijpen". Daarna kan het in het boorproces worden toegepast. Het water dat wordt gebruikt bij de productie van de bentonietslurry, is afkomstig uit de Oude Maas en wordt voor gebruik eerst gezeefd. Wanneer de bentoniet voldoende lang gerijpt heeft, wordt het via pijpleidingen de tunnel ingepompt naar de boormachine. Achter het gedeelte van de tunnelboormachine dat de grond ontgraaft en waar de tunnelwand wordt opgebouwd, bevinden zich drie volgwagens. Op de tweede volgwagen staat een pomp die de bentonietvloeistof via een retourleiding terugpompt naar de scheidingsinstallatie. De leidingen moeten, nadat de boormachine een afstand van 6 meter (4 tunnelringen achter elkaar) heeft afgelegd, steeds worden verlengd.
7.2.3 Grout
De tunnelboormachine (TBM) heeft een grotere buitendiameter dan de betonnen tunnelwand. Om te voorkomen dat zakkingen aan het maaiveld optreden wordt de annulaire ruimte - die het gevolg is van dit verschil in diameter - volgespoten met grout (mortel). Deze grout wordt met betonwagens aangevoerd en op de bouwplaats overgeladen in een groutcontainer met een inhoud van ongeveer 6m3. Dat is de hoeveelheid die theoretisch nodig is voor het vullen van de annulaire ruimte van ongeveer 12 centimeter rond een tunnelring. Vervolgens wordt deze container door de portaalkraan de schacht in gehesen, op de trein gezet en naar de TBM vervoerd.
7.2.4 Portaalkraan
In het logistieke proces speelt de portaalkraan, die op rails staat en met behulp van afstandsbediening elektrisch wordt aangedreven, een zeer belangrijke rol: alle benodigde materialen worden met behulp van deze kraan van het maaiveld de schacht in gehesen.
De portaalkraan is gemaakt om:
- segmenten naar beneden te brengen
- mortelcontainers naar het maaiveld te halen waar ze worden gespoeld
- een container naar beneden te brengen met alle benodigde materialen
(verlengstukken buizen, rails, nieuwe haspels voor de stroomvoorziening etc.) De kraan wordt ook gebruikt om een segment te lossen vanaf de vrachtwagen van SSS. Tevens worden - in het geval van een calamiteit - met behulp van de kraan eventuele gewonden uit de schacht naar maaiveldniveau gehaald.
7.2.5 Verlenging leidingen
Na elke voortgang van 1,5 meter worden één of meer van onderstaande zaken verlengd:
Het gaat om leidingen voor:
- perslucht waarmee de bentonietslurry op druk gehouden wordt
- de aan- en afvoer van bentonietslurry
- de aan- en afvoer van koelwater
- rails waarop het treintje rijdt dat de benodigde materialen van tussen schacht en tunnelboormachine (TBM)vervoert.
Ook moet na elke driehonderd meter de hoogspanningskabel worden verlengd.
Op de derde volgwagen van de TBM bevindt zich het aansluitpunt voor de nieuwe leidingdelen. Dit aansluitpunt staat stil ten opzichte van de tunnelwand, maar niet ten opzichte van de volgwagen. Wanneer er geboord wordt en de TBM zichzelf vooruitduwt, wordt de volgwagen onder het aansluitpunt vandaan getrokken. Vanaf dit koppelpunt gaan de pijpleidingen als flexibele leiding verder naar de TBM.
7.2.6 Trein
De tunnelsegmenten, de grout, de pijpleidingen en alle overige benodigde materialen worden per trein vanuit de startschacht naar de tunnelboormachine vervoerd. In de tunnel is daartoe een enkelspoor aangelegd, dat steeds verlengd moet worden. De trein bestaat uit drie wagons en een diesellocomotief. De diesellocomotieven - waarvan er twee beschikbaar zijn - zijn uitgerust met speciale roetfilters om luchtvervuiling in de tunnelbuis te voorkomen. Het formaat is niet vergelijkbaar met een normale locomotief, maar de kleine locomotief heeft wel een dergelijk vermogen. Hij is er op berekend om - exclusief het eigen gewicht - 100 ton tegen een helling van vier procent (de maximale helling van de tunnelbuis) omhoog te trekken.
De wagons
Er is een vaste volgorde in de samenstelling van de wagons. Alle benodigde materialen en middelen staan op een vooraf vastgestelde plaats, zodat ze wanneer de trein de volgwagens van de tunnelboormachine inrijdt, precies op de juiste plek staan. Op de twee voorste wagons worden de tunnelsegmenten geladen. Daarachter bevindt zich een wagon waar plaats is voor twee mortelcontainers. Wanneer de trein in de tunnelboormachine aankomt, wordt de lege mortelcontainer op de daarvoor gereserveerde plaats op de wagon gezet. De volle container wordt opgehesen en op de (tweede) volgwagen getild.
7.2.7 Back-up systemen
Voor het geval er apparatuur of machines kapot gaan, staat er op de bouwlocatie een aantal reserve-onderdelen op de plank. Het gaat om apparatuur die van essentieel belang is voor het functioneren van de tunnelboormachine . Er is een afweging gemaakt tussen de kosten die gemoeid zijn met het in "voorraad" houden van deze onderdelen en de kosten die gemoeid zijn met stilstand van het boorproces.
7.2.8 Planning van het logistieke proces
Het steeds langer worden van de aan- en afvoerlijnen van materialen is een kenmerkend aspect van tunnelbouw. Er is maar één ingang, en dat is tevens ook de uitgang. Het is daarom noodzakelijk alle samenstellende delen van het proces nauwkeurig op elkaar af te stemmen. Naast een projectplanning van dag 0 tot het einde (de "over-all planning"), wordt er door de aannemer met detailplanningen gewerkt. Het is noodzakelijk dat de uitvoerders zich daar strikt aan houden. Zij melden direct wanneer er van de planning wordt afgeweken. De kleinste afwijking aan het begin van het proces, kan "verderop" enorme gevolgen hebben.
7.3 Voorzieningen
7.3.1 Stroomvoorziening
De stroom die nodig is om de tunnelboormachine (TBM)te laten functioneren, wordt geproduceerd in een generatorpark op de bouwplaats aan de noordelijke oever. Hier staat een aantal dieselgeneratoren opgesteld die zoveel stroom leveren dat een stad als Barendrecht ermee van energie zou kunnen worden voorzien. Die grote hoeveelheid is de belangrijkste reden dat de stroom niet van het net betrokken wordt. Bovendien is ter plaatse van de bouw van de Tweede Heinenoordtunnel geen goede (energie)infrastructuur aanwezig. De opgewekte energie wordt - behalve voor de TBM - ook gebruikt voor alle andere stroomvragende voorzieningen op en aan de tunnel en de bouwplaats.
10.000 Volt
Vanaf het generatorpark wordt de opgewekte stroom, die een spanning heeft van 10.000 Volt (10kV) via een hoogspanningskabel naar de tunnelboormachine getransporteerd. Op de tweede volgwagen van de TBM bevindt zich de spoel, waarvan de kabel wordt afgewikkeld. Na elke 300 meter wordt de hoogspanningskabel verlengd. Op de tweede volgwagen bevindt zich een transformatorhuis, waar de stroom wordt getransformeerd naar werkstroom met een spanning van 380 Volt en een stroomsterkte van 5000 ampère.
Back-up stroomvoorziening
Om ook in het geval van het uitvallen van de dieselgeneratoren een aantal wezenlijke onderdelen van de TBM te kunnen laten functioneren is er een back-up systeem aanwezig. Wanneer de generatoren uitvallen, wordt automatisch overgeschakeld op het elektriciteitsnet, zodat de installaties die voorkomen dat het boorfront instort geen moment buiten werking raken. Wanneer ook dit back-up systeem het laat afweten, schakelt de tunnelverlichting over op stroomvoorziening door middel van batterijen. De verlichting in de tunnel kan daardoor nog circa 45 minuten blijven branden.
7.3.2 Perslucht
Bij de gekozen boortechniek houdt een vloeistofmengsel (bentonietslurry) bij een berekende druk het boorfront stabiel. Om deze druk te realiseren wordt gebruik gemaakt van perslucht. In de tunnelboormachine (TBM)wordt met deze perslucht tussen de drukwand en de duikwand boven de bentonietslurryspiegel een luchtdrukkussen overgebracht. Deze druk wordt via de bentonietvloeistof op het boorfront overgebracht.
De luchtbel doet tevens dienst als drukregelaar. Volumeveranderingen van de bentonietslurry in de boorkamer worden daardoor vereffend.
De perslucht is altijd van ademkwaliteit omdat er in de boorkamer - bijvoorbeeld voor onderhoud aan het graafwiel - door mensen gewerkt moet kunnen worden.
De perslucht wordt met dubbel uitgevoerde pijpleidingen naar de TBM getransporteerd. De pijpdelen hebben een lengte van 6 meter en moeten steeds wanneer er 4 complete tunnelringen zijn geplaatst, verlengd worden.
7.3.3 Luchtverversing
Beheersing luchtkwaliteit
De lucht in de tunnel kan ververst worden met behulp van een ventilator met een diameter van 1 meter. Deze ventilator bevindt zich bij de tunnelingang en blaast via een flexibele slang verse lucht naar de tunnelboormachine .
Temperatuurbeheersing
De temperatuur in de tunnel ligt door de bij het boren vrijkomende warmte iets hoger dan de buitentemperatuur. Wanneer de temperatuur hierdoor - of om andere redenen - teveel oploopt, kan deze gereguleerd worden door het "inbrengen" van relatief koudere buitenlucht met de luchtverversingsinstallatie. De warme lucht wordt dan buiten gedreven.
7.3.4 Koelwater
Bij het boren komt warmte vrij. Het snijrad moet - om niet oververhit te raken - worden gekoeld. Dit gebeurt met koelwater, dat via pijpleidingen en met behulp van pompen wordt aan- en afgevoerd. De pijpen hebben een lengte van zes meter en worden telkens wanneer er 4 complete tunnelringen zijn geplaatst, verlengd.
Tijdens het boren van de Tweede Heinenoordtunnel zal per uur maximaal 100 m3 koelwater worden gebruikt; De totale hoeveelheid die nodig is bij het boren van de Tweede Heinenoordtunnel komt daarmee naar schatting op 450.000 m3.
Dit water is afkomstig uit de Oude Maas en wordt na gebruik weer geloosd op de rivier. Belangrijk daarbij is, dat de temperatuur van dit water maar een beperkt aantal graden hoger mag liggen dan de temperatuur van het rivierwater. In de zomer is het toegestane temperatuurverschil tussen rivierwater en koelwater maximaal 7 graden Celsius. 's Winters mag het verschil niet meer dan 15 graden Celsius bedragen.
Dreigt dit verschil te worden overschreden, dan vindt koeling plaats door middel van menging met het rivierwater.
7.3.5 Transport bentoniet
De bentonietslurry wordt op het bouwterrein aangemaakt en moet vervolgens een aantal uren "rijpen". Het transport van de bentonietslurry naar de tunnelboormachine (TBM) - en van de TBM naar de scheidingsinstallatie - vindt plaats via pijpleidingen met behulp van hydraulische pompen. De pijpen hebben een lengte van zes meter en worden telkens wanneer er 4 complete tunnelringen zijn geplaatst, verlengd.
De bentoniet die naar de TBM wordt getransporteerd, heeft de functie van steunvloeistof. De grond die de tunnelboormachine afgraaft, wordt vervolgens met de bentonietvloeistof vermengd, afgezogen en teruggepompt naar de scheidingsinstallatie.
7.3.6 Scheidingsinstallatie
de scheidingsinstallatie
De scheidingsinstallatie, hoewel bovengronds op de bouwplaats gesitueerd, maakt integraal onderdeel uit van het boorproces en is door pijpleidingen ook fysiek onlosmakelijk met de tunnelboormachine (TBM) verbonden. Hier vindt de scheiding plaats van de in de met afgegraven grond vermengde bentonietslurry aanwezige bestanddelen. De hoeveelheid bentoniet en grond die per uur wordt rondgepompt ligt rond de 800 - 1200 m3.
De afgevoerde grond doorloopt in de scheidingsinstallatie verschillende fasen die nodig zijn om steeds fijnere gronddeeltjes van het bentoniet te kunnen scheiden. Allereerst passeert het bentonietslurry-grondmengsel een "grove" zeef die alleen materiaal doorlaat met een diameter kleiner dan 4 mm.
Vervolgens komt de spoeling terecht in zogeheten cyclonen. Zwaar materiaal zet zich af op de zijwand en zakt naar beneden. Licht materiaal komt aan de bovenkant vrij. Daarbij is de diameter van de cycloon bepalend voor de fijnheid van de scheiding.
De eerste serie bestaat uit zes cyclonen met een doorsnede van 680 mm. Hier wordt materiaal gescheiden op een grootte van 0,2 mm. De slurry doorloopt vervolgens een "multicycloon", die bestaat uit 4 maal 35 cyclonen (in totaal 140) met een doorsnede van 75 mm, waarin materiaal wordt gescheiden op 0,06 mm. Hier wordt het bentoniet (met een deeltjesgrootte van 15 mm en kleiner) eruit gehaald om te worden hergebruikt.
Aan het eind van het scheidingsproces bevindt zich nog een centrifuge die het mogelijk maakt om tot nog fijnere scheiding te komen.
De zware fractie uit de tweede cycloonstap wordt over een ontwateringszeef geleid, om nog meer spoeling te regenereren
Hergebruik bentoniet
Het is van belang dat water en bentoniet van de afgegraven grond worden gescheiden. Wanneer dit niet zou gebeuren, komt er een enorme hoeveelheid materiaal vrij (bentonietslurry vermengd met afgegraven grond), die moet worden opgeslagen: bij het ontgraven van 1,5 meter - de breedte van 1 tunnelring - komt 88 m3 grond vrij en wordt 1250 m3 bentonietslurry gebruikt voor de afvoer van deze grond. Daarnaast is bentoniet een dure grondstof en ook dat maakt scheiding en hergebruik interessant.
Aanvulling bentoniet
De bentonietslurry wordt hergebruikt in een vrijwel gesloten systeem. Toch is het nodig om periodiek nieuwe slurry aan te maken. De reden hiervoor is dat er een kleine hoeveelheid bentoniet verloren gaat in het scheidingsproces door aanhechting aan gronddeeltjes. Bovendien raakt het bentoniet gedurende het proces steeds verder vervuild. Het volumegewicht wordt, door aankleving van deeltjes, steeds groter. Dat heeft tot gevolg dat de bentonietslurry minder goed als steun- en transportvloeistof kan dienen. Het volumegewicht van water, grond en bentoniet moet liggen tussen 1,03 kg/liter en 1,35 kg/liter. Wanneer het volumegewicht teveel oploopt, wordt nieuwe bentonietslurry aangemaakt.
Opslagdepot afgegraven grond
Aan de noordzijde bevindt de bouwplaats van de Tweede Heinenoordtunnel zich op de plaats van een voormalig baggerslibdepot. De daar opgeslagen verontreinigde grond is weggegraven en opzij gezet. Met de grond die tijdens het boren van de tunnel vrijkomt - per buis gaat het om ongeveer 55.000 m3 - wordt dit baggerslib geãsoleerd. Uiteindelijk ontstaat daardoor een heuvel die in het kader van de landschappelijke inpassing van de tunnel was voorzien. Het deel van de bij het scheidingsproces vrijkomende grond dat nog teveel water bevat, kan echter niet gebruikt worden voor het creëren van deze landschapsheuvel. Het betreft de volledige onderloop van de tweede cycloonstap samen met het afgewerkte bentoniet. Deze waterige grond wordt naar de Jan Gerritsepolder, een in de nabijheid gelegen baggerspeciedepot van 17 hectare, gepompt en dient daar als afdekking van de verontreinigde baggerspecie.
volgende pagina