Heinenoordtunnel

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