Tunnelbouw – het bijzondere is gewoon geworden

Afgelopen jaar werd Nederlands oudste tunnel, de Maastunnel in Rotterdam, gerenoveerd en oogt deze weer als nieuw. Daarmee beschikt Nederland over een ondergronds monument van allure. Of andere tunnels ooit die status bereiken, is de vraag. Nederland telt er inmiddels meer dan zeventig. Waar het bij de Maastunnel nog om uniek pionierswerk ging, is tunnelbouw anno 2020 niet meer zo bijzonder als het was. En dat is misschien wel de grootste verdienste van de sector.

Anno 2020 zijn er diverse tunnels in aanbouw. Het tunneloverzicht op de website van het COB telt in totaal momenteel meer dan zeventig (geplande) tunnels. Daarnaast is de ontwikkeling die de tunnelbouwsector in Nederland heeft doorgemaakt ook zichtbaar in tunnels tot ver buiten onze landsgrenzen. Nederlandse bedrijven zijn de afgelopen decennia betrokken geweest bij tal van prestigieuze tunnelprojecten in vrijwel alle werelddelen.

Bij de Maastunnel begon het marktleiderschap op het gebied van afgezonken tunnels. De vele rivierkruisingen in de dichtbevolkte Hollandse delta leidden tot steeds meer afzinktunnels en bij elk project namen het kennisniveau en de status van Nederland als tunnelbouwland toe. De ambitie om in slappe bodem ook tunnels te kunnen boren, leidde tot de Tweede Heinenoordtunnel. Een kwart eeuw later zijn ook geboorde tunnels heel normaal. Bovendien zijn het niet meer alleen ‘obstakels’ als waterwegen die tunnelaanleg rechtvaardigen: landtunnels faciliteren stedelijke groei én doorstroming van weg- en spoorverkeer.

Afzinktunnels

Het bouwprocedé voor afzinktunnels is in al die jaren niet wezenlijk veranderd. In een dok bouw je een aantal 100 tot 150 meter lange betonnen dozen, waarvan de kopse kanten open zijn. De kopse kanten maak je wel tijdelijk dicht, zodat ze drijvend getransporteerd kunnen worden. Op de plaats waar de tunnel moet komen, graaf je een sleuf in de rivierbodem of sla je een palenbed. De tunneldelen laat je gecontroleerd afzinken in de sleuf, waarna de tussenwanden worden verwijderd en een aaneengesloten tunnel ontstaat.

Wat in het ene project werd uitgeprobeerd, konden we verder brengen in het volgende project. De projecten konden als het ware steeds op elkaars schouders gaan staan.

De precieze invulling van het proces veranderde in de loop der tijd natuurlijk wel degelijk. Tal van nieuwe vindingen hebben de afzinktunnel verder geperfectioneerd. In de begindagen moesten de afzinkcommandanten het nog zonder elektronica doen. Landmeters op de kant, duikers onder water, extra mensen op het tunnelelement en op de sleepboten voorzagen de afzinkcommandant continu van informatie. Deels per telefoon, maar vaak ook met vlagsignalen. Inmiddels zijn gps en geavanceerde software niet meer weg te denken. De afzinkcommandant kan een tunneldeel met een lengte van meer dan honderd meter met een tolerantie van millimeters op zijn plek brengen.

De uitdagingen bij het vervoer van de tunnelelementen zijn in de loop der jaren fors toegenomen. De eerste afzinktunnels werden nog in de directe omgeving van de afzinkplaats gebouwd. Al sinds de jaren zeventig van de vorige eeuw wordt voornamelijk gebruikgemaakt van een bouwdok bij Barendrecht. Dat betekende bijvoorbeeld voor de Wijkertunnel dat voor het eerst vervoer van tunnelelementen over de Noordzee en het Noordzeekanaal plaatsvond. Kort daarna werden de eerste tunnelelementen voor de Piet Heintunnel, gebouwd in Antwerpen, eveneens via de Noordzee naar Amsterdam vervoerd. Het waren belangrijke ervaringen voor latere projecten, zowel in eigen land als ver daarbuiten.

TTOW

De afdeling Tunneltechniek en ondergrondse werken (TTOW) van het Koninklijk instituut van ingenieurs (KIVI), opgericht in 1971, heeft een belangrijke rol gespeeld in de ontwikkeling en borging van de kennis over afzinktunnels. De oprichting van de sectie Tunneltechniek van het KIVI was een uitvloeisel van een internationale conferentie over tunnelbouw, geïnitieerd door de Organisation for economic co-operation and development (OECD), waar werd gepleit voor meer internationale samenwerking. De Nederlandse afdeling zou een vehikel zijn om samenwerking met andere landen tot stand te brengen. In 1981 leidde de toevoeging ‘en ondergrondse werken’ tot de huidige naam.

Kennis delen en samen nieuwe wegen onderzoeken, waren in de beginjaren van TTOW de belangrijkste drijfveren. Zo werden in de begintijd studies uitgevoerd naar de waterdichtheid van afgezonken tunnels, de invloed van temperatuurschommelingen op de tunnelconstructie, retourbemaling, ventilatie van railtunnels en de kosten van verschillende bouwmethodes. In de loop der jaren werd bijvoorbeeld ook het voorkomen van opdrijven van zinktunnels in teamverband bestudeerd.

“Het was een beetje een zoektocht om afspraken op het gebied van ondergronds bouwen op papier te krijgen”, vertelde prof. ir. A. (Toon) Glerum in een interview ten behoeve van het boek 40 jaar passie voor ondergronds bouwen in 2011. “We zochten naar normen voor gebieden waar we nog niets van wisten. Daarin speelde ook de internationale component. Via de International tunneling association (ITA) werkten we mee aan het opstellen van regels.” In de beginjaren speelde Nederland al een relatief grote rol binnen de ITA. In 1971 telde Nederland al zeven verkeerstunnels en twee railtunnels, waarvan de meeste waren gerealiseerd met de afzinkmethode. In 1996 werd het aantal afzinktunnels wereldwijd geschat op 81, waarvan 21 in Nederland. Professor Glerum: “In die tijd was het afzinken een zaak van de Amerikanen en van ons. Maar het waren compleet naast elkaar bestaande werelden. Nadat de Denen de Maastunnel met betonnen elementen hadden aangelegd, zijn we in Nederland op die voet verdergegaan. In de Verenigde Staten was het altijd staal.”

Invaren stalen zinktunnel bij Boston. (Foto: bron onbekend)

Gemeenschappelijke praktijkonderzoek boortunnels (GPB)

Zoals de binnen TTOW verenigde ingenieurs gezamenlijk aan kennisontwikkeling werkten ten aanzien van onder andere afzinktunnels, zo werd vanaf 1995 binnen het COB in gezamenlijkheid gewerkt aan de kennis die nodig was om in slappe bodem geboorde tunnels te kunnen verwezenlijken. Peter van den Berg, nu directeur infrastructuur bij Deltares, was vanuit zijn geotechnische achtergrond destijds nauw betrokken bij het Gemeenschappelijke praktijkonderzoek boortunnels (GPB): “Het platform GPB ontstond rond 2000. Daarvoor was ik al betrokken bij onderzoek rond de Tweede Heinenoordtunnel en de Botlekspoortunnel. Daar ging het nog met name om geotechnisch onderzoek, tunnelconstructie en boortechniek. De daar opgedane kennis kon ik later oppakken binnen het platform GPB. Het was een heel mooi onderzoeksproject. Er waren zes projecten (de Westerscheldetunnel, de Sophiaspoortunnel, de tunnel onder Pannerdensch Kanaal, de Boortunnel Groene Hart, de Noord/Zuidlijn en RandstadRail) van waaruit gezamenlijk onderzoek werd geïnitieerd. Wat in het ene project werd uitgeprobeerd, konden we verder brengen in het volgende project. De projecten konden als het ware steeds op elkaars schouders gaan staan. Ik gebruik het voorbeeld van deze vorm van praktijkonderzoek nog heel vaak. Deze manier van werken, waarbij je projecten direct in je onderzoek betrekt en ruimte hebt om te experimenteren, levert namelijk heel veel op. Niet alleen qua kennis, maar ook omdat er tussen aannemers, opdrachtgevers en ingenieursbureaus automatische kennisdeling ontstaat.”

Peter van den Berg vervolgt: “Het was een mooie, rijke tijd. We hebben het boren in slappe bodem met het GPB enorm snel kunnen ontwikkelen. Daarbij ging het overigens niet alleen om het door het COB gefaciliteerde onderzoek, maar ook om de samenwerking met het buitenland, zoals bijvoorbeeld Japan. Daar was ondergronds bouwen al veel meer gemeengoed. Zo werkte het COB nauw samen met de Japan tunnel association (JTA) en had GeoDelft (nu Deltares) een intensieve uitwisseling met het Geo-research institute in Osaka. De kennis en ervaring daar hebben we geabsorbeerd. Het mooie aan de Japanse aanpak was dat daar heel veel meetgegevens werden verzameld. In Nederland willen we begrijpen wat er precies gebeurt en bouwen we daar modellen op. Met de Japanse aanpak konden die modellen ook gevalideerd worden. Daar ontstond dus een mooie complementariteit.”

“Met het onderzoek in het kader van het GPB hebben we het gecontroleerd boren in slappe bodem in de vingers gekregen. Dat hebben we bijvoorbeeld teruggezien bij het boren van de Noord/Zuidlijn. In dat project is zoals bekend wel een en ander misgegaan, maar dat had niets te maken met het boorproces. Dat is gecontroleerd verlopen. Dat is een resultaat dat mede te danken is aan het GPB.” De aanpak zoals in het GPB paste volgens Peter van den Berg in de ontwikkelingsfase van geboorde tunnels op dat moment. “Voor zo’n programma heb je wel projecten nodig die dergelijke vragen hebben. Dat is op technisch vlak nu weer aan de orde, maar de vragen zijn anders. We hebben kennisleemtes op het gebied van deformaties, degratie en voegen. De vragen anno 2020 gaan ook over andere aspecten, zoals de inpassing in de omgeving en de klimaatbestendigheid van infrastructuur.”

Razendsnelle ontwikkeling

De ervaringen in Japan zorgden ervoor dat men het in Nederland ook aandurfde om tunnels te gaan boren. Na de eerste praktijkproef ging het snel. In de vijftien jaren die daarop volgden, werden tien tunnels geboord. Daarbij werd de techniek van het boren in slappe bodem per project verder vervolmaakt. Indachtig de Nederlandse waterbouwtraditie, werden innovatieve oplossingen niet geschuwd. De tweede geboorde tunnel, de Westerscheldetunnel tussen Zeeuws-Vlaanderen en Zuid-Beveland, was met zestig meter meteen een van de diepste geboorde tunnels ter wereld.

Met de sinds 1995 opgedane ervaring heeft Nederland zich razendsnel ontwikkeld in de nichemarkt voor boren in slappe bodem. Nederlandse ingenieursbureaus kunnen vanuit hun gecombineerde kennis over zink- en boortunnels op basis van de omstandigheden en de vraag van de klant een afgewogen keuze maken voor de ene of de andere techniek. Op die manier heeft ook de kennis van tunnelboren een weg naar het buitenland weten te vinden.

Landtunnels

De behoefte aan ‘nieuwe’ ruimte in steden heeft geleid tot steeds meer ondergrondse infrastructuur, zoals weg- en spoorverbindingen die niet per se ondergronds hoeven vanwege een obstakel als een rivier of een bestaande spoorlijn, maar waar voor ondergronds wordt gekozen omdat er bovengronds geen ruimte is, of de impact van infrastructuur op de leefomgeving te groot zou zijn. In die gevallen komen ondergrondse weg- en spoortunnels nadrukkelijk in beeld. Niet alleen in de grote steden in de Randstad, maar ook steeds vaker daarbuiten.

Bij de Sijtwendetunnel (Leidschendam-Voorburg) en de overkapping Barendrecht werd voor het eerst gekozen voor het ondergronds brengen van infrastructuur om de stad te helen. Bekende recente voorbeelden zijn Spoorzone Delft, de Leidsche Rijntunnel bij Utrecht en de Willem Alexandertunnel in Maastricht. In feite zijn alle locaties waar aaneengesloten stedelijke gebieden doorkruist worden door wegen en/of spoorlijnen, in potentie gebieden waar landtunnels een oplossing kunnen zijn.

Door het ondergronds brengen van de spoorlijn in Delft is een barrière in de stad weggenomen. (Foto: Flickr/Wattman)

Nieuwe uitdagingen

Tunnelprojecten zijn per definitie complex, waarbij naast verschillende overheden (Rijk, provincie en gemeenten) ook veel andere belanghebbenden zijn betrokken. De plaatselijke omstandigheden, eisen vanuit wet- en regelgeving en wensen van betrokkenen zijn van grote invloed op de te kiezen technische oplossing. De tunnelsector staat allang niet meer voor alleen technische uitdagingen. Het wordt steeds ingewikkelder om ondergrondse infrastructuur aan te leggen, te onderhouden en te renoveren. Sinds in 1995 het COB werd opgericht om kennisontwikkeling rondom het boren van tunnels in slappe bodem te realiseren, zijn er steeds weer andere uitdagingen de boventoon gaan voeren.

De verbreding van de kennisvraag werd de afgelopen vijfentwintig jaar niet alleen ingegeven door de complexiteit van tunnelprojecten. Er waren ook externe ontwikkelingen die tot grote veranderingen hebben geleid. Zo ontstond er na een brand in de Mont Blanctunnel op Europees niveau nieuwe wetgeving, die er in Nederland toe leidde dat niet alleen nieuwe, maar ook bestaande tunnels aan nieuwe voorschriften moesten voldoen. Problemen met openstellingsvergunningen als gevolg van veiligheidseisen en de complexiteit van de tunnelinstallaties leidden tot de Landelijke Tunnelstandaard (LTS). En in het afgelopen decennium groeide het besef dat de beschikbaarheid van het bestaande tunnelareaal onder druk zou komen te staan als gevolg van noodzakelijke renovaties. Deze ontwikkelingen hebben veel invloed op de kennisvragen die bij het COB geadresseerd worden.

Focus op veiligheid

De extra aandacht voor tunnelveiligheid zoals vastgelegd in de Wet aanvullende regels veiligheid wegtunnels (Warvw), was een rechtstreeks gevolg van een aantal branden in Alpentunnels rond de eeuwwisseling, waarbij tientallen doden vielen. Naar aanleiding van die rampen stelde de Europese Unie een bindende richtlijn op. Al in 2001 kwamen de ministers van verkeer van Oostenrijk, Frankrijk, Duitsland, Italië en Zwitserland bij elkaar om de veiligheidseisen voor tunnels te harmoniseren. Op Europees niveau kwam men tot de conclusie dat ‘tunnelveiligheid een aantal maatregelen vereist, onder meer met betrekking tot geometrische vorm en ontwerp van de tunnel, beveiligingsapparatuur inclusief verkeerstekens, verkeersbeheer, training van alarmdiensten, interventieprogramma’s, informatie voor gebruikers over gedrag in tunnels en betere communicatie tussen de verantwoordelijke autoriteiten en alarmdiensten zoals politie, brandweer en reddingsteams’.

De in 2004 gepubliceerde richtlijn was van toepassing op ‘alle tunnels in het trans-Europese wegennet van meer dan 500 meter lang, ongeacht of deze in gebruik, in aanbouw, dan wel in de ontwerpfase zijn’. In Nederland werd daar anders over gedacht. In de Warvw, die in 2006 werd aangenomen, is sprake van tunnels langer dan 250 meter, waarbij overigens wel werd bepaald dat tunnels van voor 2006 langer dan 500 meter uiterlijk in 2014 aan de nieuwe wet zouden moeten voldoen en dat voor tunnels langer dan 250 meter 2019 als uiterste datum zou gelden.

Landelijke Tunnelstandaard

Eind 2008 ontstonden problemen rond de openstelling van de Roer- en Swalmentunnel bij Roermond. Omdat technische installaties niet op tijd af waren, kon het bevoegd gezag de tunnels slechts gedeeltelijk openstellen. “Die situatie was de aanleiding voor wat de Landelijke Tunnelstandaard (LTS) is geworden”, weet Ronald Gram van Covalent, die van het begin af aan een rol speelde in de totstandkoming en implementatie van de LTS.

“Hoogleraar ondergronds bouwen Bandy Horvath werd naar aanleiding van de situatie rondom de Roer- en Swalmentunnel om advies gevraagd. De conclusie was dat het niet om een technisch, maar om een organisatorisch probleem ging. Horvath en zijn commissie adviseerden om een tunnelregisseur aan te stellen die mandaat moest hebben van zowel de opdrachtgever als de opdrachtnemer. En zo is het ook gebeurd. Hans Ruijter werd aangesteld als tunnelregisseur voor die projecten. Ik werd vanuit Rijkswaterstaat als technische man aan het team toegevoegd. Al snel bleek dat de problematiek bij meer tunnels speelde. Er waren op dat moment vijf tunnelprojecten in verschillende ontwikkelingsfases, waar vergelijkbare problemen speelden of dreigden te gaan spelen. Het ging om de A2 Maastricht, Combiplan Nijverdal, de Tweede Coentunnel, de Leidsche Rijntunnel en de Ketheltunnel in de A4.”

Het inzicht dat we dit niet per tunnel moesten oplossen, maar met een brede oplossing moesten komen, leidde tot het idee van een landelijke standaard.

“Uit een quickscan bleek inderdaad dat de risico’s bij die projecten vergelijkbaar waren. De opdracht aan Hans Ruijter werd verbreed en hij werd landelijk tunnelregisseur. Het inzicht dat we dit niet per tunnel moesten oplossen, maar met een brede oplossing moesten komen, leidde tot het idee van een landelijke standaard. Daarin moest worden beschreven wat nodig was om een tunnel veilig in gebruik te kunnen stellen, aangevuld met een convenant met betrekking tot het voorzieningenniveau, zodanig dat een en ander zo ingepast zou kunnen worden in de nieuwe Warvw. Op basis van die uitgangspunten is de LTS geschreven en vervolgens meteen getoetst in de praktijk van projecten. De Tweede Coentunnel is daar uiteindelijk buiten gebleven, omdat openbreken van het contract tot te grote risico’s zou leiden, maar de andere vier projecten voldeden wel om de LTS te vervolmaken.”

Ronald Gram vervolgt: “Met de LTS ligt er een basis met aanknopingspunten als je een nieuwe tunnel wilt bouwen of er een wilt renoveren. De standaard biedt veel handvatten. Hoe controleer je de techniek en hoe toepassing in bediening en beheer? Je hoeft niet alles opnieuw te verzinnen.”

“Achteraf kun je beredeneren dat veiligheid zo’n belangrijk onderwerp is geworden, doordat men onzeker was. In de periode 2005-2009 zorgde een omwenteling bij Rijkswaterstaat ervoor dat men de gewenste functie ging omschrijven, in plaats van rechtstreeks aansturen. Dat betekent dat je op een heel andere manier moet aantonen dat je aan de eisen hebt voldaan. De LTS was in feite het antwoord van opdrachtgevers en opdrachtnemers om aan de onzekerheid die daaruit volgde, een einde te maken.”

Tunnelprogramma

Een andere kijk op veiligheid, samenwerken in projecten, ruimtedruk, mobiliteitsdruk, smart mobility, big data, de veranderende overheid, de mondige burger, de energietransitie en klimaatadaptatie. Dat zijn tegenwoordig de ontwikkelingen die op een of andere manier deel zijn gaan uitmaken van de kennisvraag met betrekking tot tunnels, zo is geconstateerd bij het formuleren van een langetermijnvisie op tunnels in 2016. Inmiddels is het daaruit ontstane tunnelprogramma volop in uitvoering.

De komende tien jaar staan er zo’n dertig tunnelprojecten (nieuwbouw en renovatie) op de agenda. Het is opnieuw belangrijk dat de krachten worden gebundeld. In het tunnelprogramma wordt gewerkt aan onderzoeksprojecten die ervoor zorgen dat de praktijkprojecten met minder hinder en meer waarde gerealiseerd kunnen worden. De kennisvraag is dus anders dan 25 jaar geleden, maar de gezamenlijke precompetitieve aanpak die in 1995 is gekozen om kennishiaten snel en adequaat in te vullen, is anno 2020 nog steeds de basis voor de succesvolle aanpak van het COB.