7.4 Ontwerp
Voor het bouwen van een Tweede Heinenoordtunnel bestonden technisch gezien twee mogelijkheden: een afgezonken tunnel
en een boortunnel. Het afzinken van tunnels is een in Nederland zeer beproefde tunnelbouwmethode en bovendien veelal goedkoper dan boren. Maar uiteindelijk is er - vooral vanwege de ideale mogelijkheid om kennis en ervaring op te doen met de boortechniek en de relatief geringe meerkosten - gekozen voor een boortunnel.
In opdracht van Rijkswaterstaat, directie Zuid-Holland heeft de Bouwdienst Rijkswaterstaat in nauwe samnewerking met de vier aannemers verenigd in de Tunnelcombinatie Heinenoord (TCH) het ontwerp voor de tunnel geleverd.
In de TCH nemen deel:
- Ballast Nedam Beton en Waterbouw bv
- Van Hattum en Blankevoort bv
- Hollandsche Beton en Waterbouw bv
- Wayss & Freitag AG
7.4.1 De ontwerpfase
Bij het ontwerp moest rekening gehouden worden met de eis dat de hoofdwaterkeringen op beide oevers niet doorbroken mochten worden. Bovendien mocht tijdens de bouw geen grootschalige grondwaterbemaling worden toegepast.
Vooral het niet doorbreken van de hoofdwaterkeringen, gecombineerd met de vereiste diepteligging van de tunnel (om het opdrijven van de buizen te voorkomen), heeft in sterke mate het lengteprofiel van de tunnel bepaald.
Om te voorkomen dat de toeritten voor (brom)fietsers te steil zouden worden, is er voor gekozen dit langzaamverkeer via liften en roltrappen van het maaiveld naar de tunnelingang te brengen en omgekeerd.
Keuze voor twee buizen
Voor het boorgedeelte van de tunnel bestonden twee varianten: Een tunnel die bestaat uit twee buizen met een binnendiameter van elk 7,6 meter en een tunnel met één buis met diameter van 10,6 meter. Er is voor de variant met twee buizen gekozen. Naast de iets grotere technisch-financiële risico's die de variant met één buis met zich meebracht, was ook de "keuze" van de toekomstige gebruikers voor twee buizen belangrijk. Vanuit het oogpunt van verkeersveiligheid achten zij het wenselijk dat het agrarisch verkeer van het overig langzaamverkeer wordt gescheiden. Bovendien biedt het boren van twee buizen - vanwege de tweemaal zo lange boorweg - de Tunnelcombinatie Heinenoord de mogelijkheid om meer kennis van en ervaring met de boortechniek op te doen. Daarnaast is ook is het Centrum Ondergronds Bouwen (COB) in de gelegenheid meer onderzoek te laten verrichten.
Grondonderzoek
Voorafgaand aan het ontwerp heeft uitgebreid grondonderzoek plaatsgevonden. De tunnel bevindt zich in een gebied met diverse grondsoorten. De grens tussen in het holoceen gevormde grondlagen (voornamelijk bestaande uit klei en veen) en pleistoceen sediment (vooral zandgrond) ligt op ongeveer NAP -15 meter. Gekoppeld aan lengteprofiel van de tunnel betekent dit, dat 80% van tunnel in zandgrond ligt.
De uitkomsten van het grondonderzoek vormden mede de basis voor het opstellen van rekenregels waarmee de benodigde tunnelwanddikte - van 35 centimeter - kon worden berekend. Grondonderzoek was verder noodzakelijk om te kunnen bepalen of de bij het boren vrijkomende grond al dan niet verontreinigd is. Uit dit milieutechnisch onderzoek is gebleken dat de afgegraven grond schoon is en zonder bezwaar kan worden gebruikt voor het creëren van een landschapsheuvel.
7.4.2 Het definitieve ontwerp
Na de keuze voor de variant met dubbele buizen is in december 1994 gestart met het definitieve (besteks)ontwerp. De Tweede Heinenoordtunnel zal bestaan uit de volgende delen: * Het gesloten (boor)tunneldeel heeft een lengte van 945 meter lengte en bestaat uit twee buizen met een inwendige diameter van 7,60 meter. De maximale helling is 1:30 en op het diepste punt ligt het wegdek op ongeveer 26 meter onder NAP;
* Op beide oevers bevinden zich een startschacht van 37,5 meter lengte, bestaande uit stalen combiwanden met een vloer van ongewapend onderwaterbeton, die is verankerd door middel van stalen trekpalen. Op de onderwaterbetonvloer is een constructieve betonvloer aangebracht. Om de druk van de grond te kunnen weerstaan is een (definitief) stempelraam aangebracht. Vanuit deze schacht start de boormachine. Nadat de tunnel in gebruik is genomen, vormen deze schachten de overgang van het gesloten naar het open tunneldeel. In elke schacht bevinden zich drie roltrappen en een lift, waarmee (brom)fietsers en voetgangers vanaf het maaiveld de tunnelingang veilig kunnen bereiken.
* Aan beide oevers bevindt zich een toerit van ongeveer 150 meter lengte, die is opgedeeld in drie secties: deels bestaande uit damwanden met onderwaterbeton, stempels en trekpalen, deels uit een betonnen bakconstructie op betonnen palen. De toeritten zijn bestemd voor het agrarisch verkeer, en hebben een helling van 1:15. Ze dienen als verbinding tussen de tunnelingang en het maaiveld.
* De rivierbodem in de Oude Maas wordt tegen erosie beschermt, zodat de bodem van de Oude Maas stabiel blijft en de benodigde bovendekking voor de tunnel is gegarandeerd. De bescherming bestaat uit een zinkstuk met daarop een steenbestorting.
7.5 Bodemonderzoek
De Tweede Heinenoordtunnel wordt aangelegd in een gebied met verschillende grondsoorten. De grens tussen holoceen met overwegend veen en kleidelen en pleistoceen met vooral zandgrond, bevindt zich op circa -15 meter NAP. Gekoppeld aan het lengteprofiel van de tunnelbuizen, betekent dit dat circa 80% van de tunnel in zandgrond ligt.
Om tot een verantwoord en goed ontwerp van de tunnel, de tunnelboormachine en de scheidingsinstallatie te komen, was het noodzakelijk om een exact beeld te krijgen van de ondergrond. Daartoe is uitgebreid grondonderzoek gedaan.
7.5.1 Milieu-aspecten
Het milieu-onderzoeksbureau MH-Nederland heeft de bodem vooral onderzocht op milieu-aspecten. Over de hele lengte van het tunneltracé - zowel op beide oevers als in de rivier - zijn daartoe op verschillende dieptes bodemmonsters genomen. Dit onderzoek was van belang om een antwoord te krijgen op de vraag of de af te graven grond verontreinigingen bevat en wat er vervolgens mee gedaan kan worden.
Uit dit milieutechnisch onderzoek is gebleken dat de grond schoon is en zonder bezwaar kan worden gebruikt voor het creëren van een landschapsheuvel.
7.5.2 Grondmechanisch onderzoek
Voor het technisch ontwerp van de tunnel en de tunnelboormachine was vooral het grondmechanisch onderzoek van wezenlijk belang. Dit onderzoek werd uitgevoerd door Grondmechanica Delft. Op beide oevers zijn op grote schaal sonderingen en boringen uitgevoerd om de samenstelling van de bodem zo nauwkeurig mogelijk in kaart te brengen. Tot het onderzoek behoorde ook het doen van pressiometer,- dilatometer- en monopoolproeven. Bij het kruisen met de rivier de Oude Maas zijn sonderingen (onder andere tot 45 meter -NAP), pulsboringen en elektrische dichtheidsmetingen gedaan. Om te voorkomen dat er tijdens het boren van de tunnel lekwegen van bentoniet uit de tunnelboormachine (TBM) kunnen ontstaan, is speciale aandacht besteed aan de locatie van sonderingen en boringen. Deze vonden zoveel mogelijk plaats in de nabijheid van het tracé, maar niet exact op de plek waar de tunnelbuizen geboord zouden worden. Bovendien zijn de sondeer- en boorgaten weer afgedicht met bentonietkorrels, een mengsel van cement en bentoniet en/of bentoniet zwelstaven.
7.5.3 Rekenregels voor technisch ontwerp
Als uitgangspunt voor het technisch ontwerp van een boortunnel zijn rekenregels nodig. Die rekenregels ontbraken echter voor de Nederlandse situatie. Daarom hebben Rijkswaterstaat, de Tunnel Combinatie Heinenoord, Erdbau Laboratorium Essen en Grondmechanica Delft gezamenlijk - op basis van de uitkomsten van het grondonderzoek - de rekenregels voor dit project opgesteld.
De belangrijkste rekenregels hebben betrekking op:
- opdrijfberekening;
Een zogeheten opdrijfberekening was noodzakelijk om te bepalen hoe groot de bovendekking boven de tunnelbuizen moest zijn. Om te voorkomen dat de tunnelbuizen door de opwaartse druk van het grondwater gaan drijven, is een bovendekking nodig van een halve tunneldiameter. Tijdens de bouwfase is echter een grotere bovendekking (een hele diameter) nodig in verband met de extra druk (steundruk) die op het boorfront staat. De berekening van de bovendekking is vooral ook van belang voor de diepteligging van de tunnelbuizen.
- steundrukberekening;
Met de steundrukberekening kan worden bepaald hoe groot de druk moet zijn van de bentonietslurry, om het boorfront stabiel te houden.
- tunnelwand-berekening;
Deze berekening is van belang voor het bepalen van de dikte van de tunnelwand (lining). De tunnelwand is onderhevig aan grond- en waterdruk (max. 2,5 a 3 bar) en daarnaast ook afhankelijk van de druk van het grout dat door de machine in de annulaire ruimte wordt geperst. Ook spelen tijdens de bouwfase allerlei "handlings"krachten op de segmenten een rol (vervoer, plaatsing en dergelijke). Op basis van deze aspecten zijn modellen opgesteld, waarmee ondermeer de dikte van de tunnelwand (35 centimeter) de benodigde wapening en het rubberen afdichtingsprofiel kon worden berekend.
7.6 Vergunningen
Voor de uitvoering van de werkzaamheden bij de aanleg van de Tweede Heinenoordtunnel is in totaal een 40-tal vergunningen noodzakelijk. (voorstel lijstje vergunningen met daaraan gekoppeld de activiteiten waar de vergunning op van toepassing is)
De administratie en de te volgen procedures die met deze vergunningen zijn gemoeid, worden beheerd door de projectgroep Vergunningen. Hierin zijn Rijkswaterstaat, de Tunnelcombinatie Heinenoord en het milieu-onderzoeksbureau MH-Nederland vertegenwoordigd.
De belangrijkste vergunningen zijn:
- bouwvergunning
- ontgrondingsvergunning
- vergunning in het kader van de Wet Verontreiniging Oppervlaktewateren (WVO)
- vergunning in het kader van de Wet op de Waterhuishouding (WOWH)
- milieuvergunning
7.6.1 Bouwvergunning
De bouwvergunningen zijn afgegeven door de gemeente Barendrecht en de gemeente Binnenmaas. Alle bouwwerken moeten ingevolge de Woningwet aan het bouwbesluit getoetst worden door de (betrokken) gemeente. Omdat het boren van tunnels in Nederland een nieuw fenomeen is, heeft de toetsing plaatsgevonden in overleg met Rijkswaterstaat als opdrachtgever.
7.6.2 Ontgrondingsvergunning
Voor de aanleg van de Tweede Heinenoordtunnel is een ontgrondingsvergunning afgegeven door de provincie Zuid-Holland. De regelgeving is bedoeld om afgravingen en grondstromen te reguleren. In de wet is sprake van ontgronding, wanneer het maaiveld met meer dan 1 meter wordt afgegraven. Dat betekent dat de grond die tijdens het boorproces wordt afgegraven - per buis 55.000 m3 - niet onder de ontgrondingenwet valt: het maaiveld wordt niet afgegraven. De vergunning is wèl van toepassing op de ontgravingen die plaatsvonden bij het aanleggen van de start- en ontvangstschachten en de tunneltoeritten. Momenteel is er een discussie gaande over de vraag of er een eventuele aanpassing van de wet moet plaatsvinden.
7.6.3 WVO en WOWH
De bij de bouw van de Tweede Heinenoordtunnel noodzakelijke vergunningen in het kader van de Wet Verontreiniging Oppervlaktewateren (WVO) en de Wet op de Waterhuishouding (WOWH) worden namens de minister van Verkeer en Waterstaat afgegeven door Rijkswaterstaat, directie Zuid-Holland.
Koelwater
Voor het onttrekken van koelwater uit de rivier de Oude Maas is - gezien de enorme hoeveelheid - een WOWH-vergunning vereist. Normaal mag er niet meer dan 100 m3 uit de rivier worden gehaald, terwijl de pomp een maximale capaciteit heeft van 220 m3/uur.
Voor de lozing van het (verwarmde) koelwater is een WVO-vergunning noodzakelijk. In de wet is bepaald dat het water dat wordt geloosd niet warmer mag zijn dan 30 graden Celsius. Bovendien mag het verschil in temperatuur tussen het "inlaatwater" en "uitlaatwater" 's winters niet groter zijn dan 15 graden. 's Zomers is het maximaal toegestane verschil 7 graden Celsius.
Kleinschalige grondwaterbemaling
Voor de bouw van het begin van de toeritten van de Tweede Heinenoordtunnel, de zogenaamde open bak, en het afgraven van de eerste meters van de start- en ontvangstschacht, heeft op kleine schaal grondwaterbemaling plaatsgevonden. Voor de lozing van het water was een vergunning vereist in het kader van de WVO. Het op grote schaal bemalen van het grondwater zou een grondwaterspiegeldaling tot gevolg hebben. Mede vanwege de aanwezigheid van agrarische bedrijven is er voor gekozen de grondwaterbemaling zoveel mogelijk te beperken. Het bemaalde water is via sloten en de hellingkelder van de bestaande tunnel geloosd op de Oude Maas.
Proceswater
Voor wat betreft het water waarmee de bentonietslurry wordt aangemaakt, ontbreekt vooralsnog duidelijke regelgeving. Dit proceswater heeft door de aanwezigheid van bentoniet een verhoogde pH waarde. Door het milieu-onderzoeksbureau MH-Nederland wordt nu onderzocht wat de gevolgen zijn van lozing op de rivier van dit licht-basische water. Voorlopig wordt het water niet geloosd, maar gebruikt als transportmedium voor het transport van de afgegraven grond die niet voor de landschapsheuvel wordt gebruikt, maar wordt afgevoerd naar de Jan Gerritsepolder.
Huishoudelijk afvalwater
Op de bouwlocatie is geen rioolaansluiting aanwezig. Lozing op de Oude Maas gaat via een sceptic tank.
7.6.4 Milieuvergunning
Op de bouwplaats zijn zoveel installaties aanwezig dat het door de wetgever wordt beschouwd als een met een fabriek vergelijkbare "inrichting". Daarom is er ook regelgeving van toepassing die niet direct gerelateerd is aan de boortechniek. Het gaat bijvoorbeeld om regels met betrekking tot brandveiligheid en opslag van materialen. Ook de productie van geluid is aan regelgeving onderhevig. Door de aanwezigheid van een woonwijk op 1 kilometer van de bouwlocatie, mag het geluidsniveau tussen 11 uur 's avonds en 7 uur 's ochtends niet meer dan 50dB(a) bedragen. Om dit te kunnen realiseren, zijn de dieselgeneratoren en scheidingsinstallatie geluiddicht 'ingepakt'. De bouwplaats bevindt zich op de voormalige locatie van een baggerspeciedepot. De daar opgeslagen verontreinigde grond is weggegraven en opzij gezet. Met de schone grond die tijdens het boren van de tunnel vrijkomt - in totaal gaat het om ongeveer 110.000 m3 - wordt dit baggerslib afgedekt. Uiteindelijk ontstaat daardoor een heuvel die in het kader van de inpassing van de tunnel in het landschap, was voorzien.
volgende pagina
vorige pagina