Tag archieven: Delft

Artikelen

Coastal Urbanization Technology

Coastal Urbanization Technology

 

The day after Christmas, a tsunami triggered by an earthquake deep under the Indian Ocean came crashing down on the Asian coast. It left behind a trail of death and destruction and the firm realization that the world-wide urbanization of low coastal areas renders humanity completely vulnerable to the forces of nature. Living in close proximity to the world’s seas and oceans will become an important theme in technology development in the 21st Century.

 

The World Bank predicts that by 2008 some 3.4 billion people (over 50% of the world population) will be living within 40 miles of the coast. Less than ten years later, with the world population approaching nine billion, this number will reach 75%.

 

People living in LA and Japan are reasonably well prepared for a disaster as they are accustomed to living with the threat of earthquakes. However, hotspots like these are the exception rather than the rule. The coast stretches out over thousands upon thousands of miles and the urbanization of these areas brings with it a whole new set of dangers.

 

Coastal Defense

 

If the tidal wave that wreaked havoc in Banda Aceh had showed up at the coast of Sjanghai instead, where billions of dollars are invested, the economical damage would have been beyond compare. How to prepare for such a scenario? Many of the dangers and problems confronting the world population in this new century have long been understood in the Dutch Delta (southwest Netherlands). People living in coastal communities in other parts of the world can benefit greatly from the experience of the Dutch in preventing and managing floods, over-population, traffic congestion, infectious diseases and unhealthy urban eating patterns, to name a few.

 

With 1184 inhabitants per square mile, the Netherlands is the third most crowded country on earth, following Japan and South Korea. Over two thirds of the country is below sea level. A flood will inevitably cause the living hole the Dutch have pumped dry to fill up again. Apart from housing a lot of people, this tub, with a base of 8,500 square miles (an area measuring a mere 93 by 93 miles), holds a considerable amount of investment.

 

The gross investment in fixed capital (installations, buildings and infrastructure) comes up well over a hundred billion dollars. Measured in purchasing power, the Netherlands are the sixth most prosperous nation on earth (a position they share with Germany and Austria – according to figures of the OECD). The average income of the population puts the country in the top ten wealthiest nations on earth. Major investments in urban development and infrastructure have spurred an interest in risk assessment. There is comfort in knowing how real the chances are that one of those dikes protecting the man-made landscape will collapse.

 

Even though the risk is quite small (estimated at once every ten thousand years), the consequences of a possible dike breach are incalculable. Bas Jonkman, civil engineer for Rijkswaterstaat (Dutch Agency for Water and Traffic Management) and Nathalie Asselman, a researcher with Delft Hydraulics, recently simulated a dike breach near the Dutch town of Capelle aan de IJssel. At 22 feet below sea level, the polder land behind the dike constitutes the lowest part of the Netherlands.

 

The number of residents living in the area flooded in Jonkman and Asselman’s scenario is 942 thousand. Of these, an estimated 485 thousand would not be evacuated in time. The number of casualties was projected at 72 thousand. In a matter of hours, the village would see the water rise by as much as 5 to 6 meters.

 

To understand the magnitude of such a catastrophe, one should bear in mind that the number of fatalities caused by the largest actual flood disaster in the country’s recent history was a comparatively low 1800. During the North Sea flood of 1953 a number of sea dikes in the southwestern part of the country gave way under a tidal surge caused by a combination of a high spring tide and northwestern storm. The disaster spurred one of the largest hydraulic projects in the country’s history: the Delta Works. The inlets and estuaries in the southwestern part of the Netherlands were closed off by a system of dams and storm surge barriers. Only two main arteries remain open: the river mouth of the Rhine and Meuse near Rotterdam and the estuary of the Scheldt near Antwerp. In 40 years time, the Dutch coastline was decreased by 435 miles. The estuary near Rotterdam, the second largest harbor in the world, was fitted with the most massive, intricate storm surge barrier ever built: the Maeslant Barrier. A fully automatic system uses real-time weather information to close the giant doors in the event of an approaching spring tide.

 

The last quarter century or so, most every aspect of the sea defense system has become computerized. The soft Dutch soil is made up of a combination of sand, clay and peat, which mean the coastline changes over time. Not surprisingly, scientific interest in coastal morphology in the Netherlands is strong. The reaction of water and sediments (in this case sand and clay) to human interference can be quite accurately simulated. The predictive knowledge obtained will play an increasingly important role as human civilization is concentrated more and more in coastal areas.

 

The proportionately large scientific interest in meteorology and climatology is due largely to the country’s geographic location. Lower coastal areas are greatly affected by weather and climate changes. Weather and climate systems, like shifting sediments and the current of rivers and seas are chaotic systems that can be described in non-linear models. These models are a popular subject of (mathematical) research.

 

The pumping stations that keep the Dutch polder from turning into flooded marshland can anticipate prolonged rain spells and mechanical storm surge barriers can be closed in time when a massive storm is approaching. In the construction of dikes, climatological changes are taken into account. The Netherlands have been keeping a log of climatological data since the early 17th Century. Dutch climate researchers are internationally acclaimed. Rob Dorland of the Royal Netherlands Metereological institute is lead author of the IPCC report to come out in 2007. The Dutch interest in weather and climate manifested itself in the country’s early involvement in space projects in the area of atmospheric research and earth observation. In the 60s, the Netherlands made the smart decision of locating the headquarters of the European Space Agency, the European Space Technology Center, in the Dutch coastal town of Noordwijk. In the surrounding area, companies manufacturing instruments for earth observation and astronomic research blossomed.

 

Water Management

 

As became apparent after the recent tsunami, insuring a drinking-water supply is as important as alertness and the defense against the sea. Sanitation is crucial in any urban community, but becomes a matter of life and death in disaster areas. Contamination of drinking water with feces leads to the rapid spread of contagious diseases and even epidemics. In the Netherlands the drinking-water chain is a fully closed system. Sewage water is purified to a level at which it can be safely discharged on the surface water. In recent years, the purification of drinking water has been perfected through the use of new, environmentally friendly techniques – using ultra-membranes and ultraviolet light that kills bacteria. As a result, the quality of the drinking water is now comparable to that of bottled mineral water. Behind the technology is Dutch water company PWN who worked on the project with Canadian-Dutch scientist Hans van der Laan. His company, Trojan, is currently talking to the Chinese authorities in Peking and Shanghai. ‘They are very interested in this method of water purification,’ reveals Van der Laan. According to Peer Kamp, head of innovation at PWN, the next challenge will be the removal of all traces of pharmaceutical drugs. With the ageing of the population, the use of these drugs will only increase.

 

Public Health

 

Because of its vast urban history, the Netherlands have long been aware of the importance of public health. This awareness manifests itself in the close monitoring of the food quality, the prevention of epidemics and the effective treatment of common diseases. The efforts are financed not only through government funding, but also from collection money of individual funds supporting, for instance, cancer, diabetes, Alzheimer and AIDS research. As the average age of the Dutch population increases, this type of research becomes ever more important. The disproportionately high citation rate of the Netherlands in the international citation indexes proves the work is not done in vain.

 

Last year, we approached the top 50 influential people in Dutch R&D (in terms of purchasing power) and asked them what they felt the Netherlands should excel in. Mentioned a number of times was an electronics valley in the area surrounding Dutch electronics giant Phillips. This technology haven would include the Technological University of Eindhoven and, across the border, those of Aken in Germany and Leuven in Belgium. New mentions were a food and a medical valley. ‘The Dutch expertise with the combination of stored patient material and molecular biology is unparalleled. In the area of genomics, this could lead to new diagnostics and insights into prevention,’ explains Peter Folstar, manager of the Dutch Genomics Institute. Paul van der Maas, board member of the University Hospital in Rotterdam noted that a first step to creating a medical valley should be to bring the country’s eight university hospitals down to two or three operating under one central management.

 

Food Safety

 

To feed the tightly packed population, the Dutch agricultural sector started its industrialization process early. In the 17th Century, large stock farms were established on newly reclaimed land in the north of the country. The novel industry ensured that fresh produce such as cheese and butter and perishables like milk, meat and vegetables were always available at a short distance from the city. In combination with the country’s network of waterways, 17th Century Netherlands already possessed of an intricate production and distribution system capable of feeding an urban society of, at that time, one million people. The Netherlands were truly the largest ‘city’ of Europe. Today, agricultural produce (dairy and meat) and flowers still make up 20% of Dutch export. The country is home to the largest dairy corporation in the world, the Dutch-Danish Campina-Arla. One and a half million Dutch dairy cows each produce around 7 thousand liters of milk a year. The cow itself has become a factory.

 

In recent years, a large number of outbreaks of foot-and-mouth disease, hog cholera and fowl pest plagued the Dutch agricultural sector. Each outbreak led to the preventative clearing of, in some cases, millions of animals. The very real danger of new infections has instigated intense research into the growth and mutation of viruses. Dutch laboratories are currently leading the way in the area of, among others, influenza, SARS and fowl pest research. With the bio-industry came the use of antibiotics and growth hormones which posed a serious threat to public health. In response to these developments, the authorities introduced legislation and an elaborate monitoring system.

 

The Netherlands is heavy populated by any definition. In addition to 17 million people, the small country houses 3.7 million cows, 11 million pigs and 18 million chickens. The lessons learned in veterinary healthcare are also applied in the area of human healthcare. HIV and AIDS are considered one of the side-effects of ‘intensive people rearing’, as life in the city means more indiscriminate (sexual) contacts. The University Hospital of Amsterdam, especially, has done a lot of research in this field. Attention is paid to sexually transmitted diseases in general and the treatment of drug addicts in particular.

 

Intensive stock rearing has further meant a burdening of the environment through the emission of ammonia and the pollution of ground water by nitrates and phosphates. In part under pressure of European legislation, this development has spurred a series of innovations.

 

Hand in hand with the agricultural sector is an impressive food processing industry that is gradually becoming more intertwined with the pharmaceutical industry. The distinction between food and drugs is slowly disappearing. The Dutch-British firm Unilever is the biggest in this sector. Over the past few years, R&D efforts have been directed at developing food products with specific qualities. One example is milk with added cholesterol reducers and calcium to prevent osteoporosis. It is the beginning of a trend to produce function foods that contributes to the prevention of heart and vascular disease and, at a later stage, possibly also cancer and diabetes. Obesity is perhaps the biggest challenge currently facing the food industry.

 

Health insurance companies already offer products covering the (additional) costs of these function foods; knowing that they will more than recoup their costs in the long run. With the rapid ageing of the population, the market for function foods is booming, as is the demand for medical home care – an area Philips considers a significant growth market.

 

Logistics

 

The Netherlands are a major exporter of agricultural produce and food. Because of its perishable nature, agricultural products need to be transported quickly. Dutch flower growers operate a unique just-in-time system. Flowers cultivated in greenhouses are harvested at night, auctioned off in the early morning and shipped in climate controlled airplanes to arrive in cities such as Tokyo, Moscow and New York ready to be sold in the afternoon.

 

In the coming years the market farmer will become a process operator: regulating the fertilization and night lighting in his green houses and controlling the harvest on demand system of his genetically enhanced crops based on the market prices he follows real-time via online auctions.

 

Above anything, the Netherlands are Europe’s depot and transit port for petrochemical products, chemicals and (bulk) goods. To bring these products into the country and export them, the Netherlands have a massive sea port near Rotterdam and an equally impressive airport near Amsterdam. In Europe, Schiphol Airport is surpassed only by the airports of London, Paris and Frankfurt. Rotterdam further has the honor of housing the world’s largest fully automated container terminal. It meets all US security requirements, allowing for an uninhibited flow of goods across the Atlantic Ocean.

 

The close proximity to a major city forces Schiphol Airport management to walk a political tightrope. The presence of the city of Amsterdam also requires a great deal of technological effort to solve planning conflicts and keep the strain on the environment limited to a minimum by ensuring noise and emissions stay within agreed levels and industrial disaster scenarios are kept in check. The reclaiming of land from the North Sea for airport and other purposes is fast approaching.

 

The Netherlands has become an economical pressure cooker. Other coastal areas will inevitably follow.

 

Translation: Angela den Tex, Textenz

 

Sources:

 

CBS (Statistics Netherlands): The Netherlands measure 13,040 square miles, 60% of which is protected by dikes and therefore at risk of flooding.

 

Bas Jonkman and Nathalie Asselman in ‘Land + Water’, 4 April 2004, p. 28-29.

 

Delta Works: www.deltawerken.com

 

The World Bank: http://lnweb18.worldbank.org/ESSD/envext.nsf/42ByDocName/CoastalandMarineManagement)

 

Delft Hydraulics: http://www.wldelft.nl/

 

Wageningen Agricultural University : http://www.wau.nl/

IHE Institute for Hydraulics Engineering was renamed Unesco-IHE, Institute for Water Education, Delft, Netherlands. The mission of UNESCO-IHE is to contribute to the education and training of professionals and to build the capacity of sector organisations, knowledge centres and other institutions active in the fields of water, the environment and infrastructure, in developing countries and countries in transition. www.ihe.nl

http://www.unileverresearch.com/nl/ R&D-site Unilever

http://www.unilever.nl/www/scripts/content.php?pID=40   corporate site Unilever

KNMI:   http://www.knmi.nl/ = Royal Dutch Meteorological/Weather Institute

www.nki.nl Dutch Institute for Cancer Research

 

Artikelen

HSL-ZUID LIGT OP COMPLEET ZETTINGSVRIJE SPOORBAAN +DE LANGSTE IN SLAPPE GROND GEBOORDE TUNNEL TER WERELD (2002 22/23)

 

p22-26 Dossier_1

 

Hier klikken voor de PDF van het artikel: p22-26 Dossier_1

mt_06

vls_11ZLANG1Gele tracékaart met kunstwerken

 

 

 

 

Het Dossier

HSL

Het grootste

infraproject

van Nederland

 

 

HSL-ZUID LIGT OP COMPLEET ZETTINGSVRIJE SPOORBAAN

 

Een pijl door het Groene Hart

 

De Hoge Snelheids Lijn-Zuid is het grootste Nederlandse verkeersproject ooit. Het traject is de ingrijpendste modernisering op het spoor sinds de vervanging van stoomtractie door elektrisch materieel. Bovendien komt de spoorbaan compleet zettingsvrij te liggen. Het pronkstuk is de in diameter grootste in slappe grond geboorde tunnel ter wereld. Hoe blijft zo’n project beheersbaar?

 

Elke tijd heeft zijn eigen techniek. De trein was tot ver in de twintigste eeuw de icoon van – letterlijke – vooruitgang. Meestal verbeeld door een reusachtige (stoom-)locomotief die op een reclameposter kwam aandenderen. Het vliegtuig nam na de oorlog die symboolfunctie over, maar heeft inmiddels zijn glans verloren. Op trajecten tot 600 km is een trein die een kruissnelheid haalt van 300 km/h en midden in de stad aankomt, superieur aan een vliegtuig in reistijd en comfort.

De Fransen hadden de Europese primeur van een hoge-snelheidsnet; in 1981 reed de eerste TGV van Parijs naar Lyon. Inmiddels hebben ook Duitsland, Italië en Spanje hoge-snelheidslijnen. De Europese spoorwegtechnologie is zelfs een exportartikel naar Noord-Amerika en Azië. Nederland is betrekkelijk laat, maar de aanleg van de HSL-Zuid is om een aantal redenen bijzonder. Zo is het project het grootste infra-karwei dat in ons land ooit ter hand is genomen: de aanleg kost volgens de laatste opgave 5,724 miljard euro. Het traject heeft een minimale boogstraal van 4500 m. Kleiner kan niet om hard te kunnen rijden. Het vermijden van scherper bochten vereiste echter nog al wat planologisch vernuft.

Bovendien – minstens zo belangrijk – is de bodemgesteldheid in West-Nederland uitermate beroerd. De spoorlijn moet zettingsvrij worden aangelegd: de constructie mag na aanleg over 100 m niet meer dan 0,5 cm zakken. Diepere ‘kuilen’ dan wel ‘hobbels’ brengen het risico met zich dat de trein uit de rails stuitert. De HSL-Zuid is daarom over vrijwel zijn gehele lengte onderheid met betonnen palen, waarop betonnen platen rusten waarop de rails worden bevestigd.

 

HOLLANDSCH DIEP

In het traject bevinden zich 170 kunstwerken, waarvan de boortunnel door het Groene Hart (zie pag. 26) en de brug over het Hollandsch Diep het meest tot de verbeelding spreken. Maar in feite is het hele traject vanwege de zettingsvrije aanleg op palen te beschouwen als een gigantisch aaneengesloten kunstwerk.

Bijzonder is dat in Nederland in één klap de topsnelheid van treinen omhoog gaat van 140 naar 300 km/h, terwijl dat in landen waar al veel langer snelle treinen rijden, veel geleidelijker is gegaan. Voorts gaat het voltage omhoog van 1500 V gelijkstroom naar 25 kV wisselstroom.

Internationaal heeft de wijze van aanbesteding van de bovenbouw, de spoorrails en alles wat zich daarnaast en boven bevindt aan installaties, veel aandacht getrokken. Het Britse tijdschrift Project Finance Magazine/Euromoney kende de contracten tussen de staat en het bouwconsortium Infraspeed (Siemens, BAM/NBM, Fluor Daniel en de beleggers Charterhouse en Innisfree) dit jaar twee prijzen toe: de European PPP deal of the Year (2001) en de European Deal of the Year Award. (PPP staat hier voor Public Private Partnership ofwel Publiek Private Samenwerking, PPS). Het is niet alleen het grootste PPS-contract (1,3 miljard euro) dat Nederland ooit gesloten heeft, het is tevens de grootste rail-PPS in Europa.

 

GARANTIE

Ir. Leendert Bouter, Hoofdingenieur Directeur (HID) van de Directie HSL-Zuid legt uit wat er zo speciaal aan is. ‘In het contract met Infraspeed is afgesproken dat de overheid niets financiert. Dat wordt door banken gedaan. Degene die bouwt, krijgt pas betaald op het moment dat het werk is opgeleverd. Dus Infraspeed is vijf jaar aan het bouwen met geleend geld van de bank. Over de opgenomen bouwkredieten rekent de bank rente die bij de schuld wordt opgeteld. Vanaf het moment van oplevering gaat de staat aan Infraspeed 25 jaar lang een jaarlijks bedrag betalen voor de beschikbaarheid van de spoorlijn. Infraspeed zal na oplevering van de bovenbouw namelijk het onderhoud van het gehele tracé  (onder- en bovenbouw) , het consortium dat de bovenbouw aanlegt, zal na oplevering ook het onderhoud van de onderbouw op zich nemen. op zich nemen. Het consortium heeft zich verplicht de spoorlijn kwalitatief zo te bouwen en te onderhouden dat er 99 % van de tijd treinen veilig en comfortabel met 300 km/h over kunnen rijden. Met dat bedrag moet Infraspeed al zijn kosten dekken: de investering plus de jaarlijkse onderhoudskosten. De staat heeft de zekerheid dat zij 25 jaar lang nooit méér hoeft te betalen dan dat bedrag. Dus al het risico is vervreemd van de staat.’

Wordt die 99%-eis niet gehaald, dan gaat er een strafkorting af van de bijdrage. Bij minder dan 94 % beschikbaarheid bedraagt de strafkorting al 80 %. Die 99 % moet de staat gezekerd hebben, want zij geeft een concessie aan een vervoerder: High Speed Alliance (NS en KLM).

Bouter: ‘Als je nu kijkt naar de staatsinkomsten gedurende die vijftien jaar dat de vervoersconcessie loopt en je vergelijkt dat met de uitgaven die we gedurende 25 jaar moeten betalen aan Infraspeed, dan rest er een positief saldo. De staat heeft de onderbouw grotendeels klassiek gefinancierd a fond perdu, maar kan de investeringslasten deels dekken met het positieve exploitatiesaldo van de bovenbouw.’

Als Infraspeed met de HSL onder de beschikbaarheidsnorm duikt levert zij dus wanprestatie en daardoor zou deze private onderneming failliet kunnen gaan. Boutert acht die kans echter niet groot. ‘De kans dat de vervoerder failliet gaat is misschien groter, omdat die vaste uitgaven heeft voor de concessie, terwijl de reizigersmarkt aan schommelingen onderhevig kan zijn. Maar alles bij elkaar genomen ben ik er van overtuigd dat het goed in elkaar zit.’ Het contract met de infraprovider wordt aangeduid als Design Build Finance and Maintenance (DBFM).

 

BEPROEFDE TECHNIEK

Het meest spectaculaire deel van die onderbouw is natuurlijk de boortunnel, die wordt gebouwd door de combinatie Bouygues/Koop. Civiel-ingenieur ir. Hans Burger was tot voor kort manager van het Projectbureau Noordelijk Holland. Acht jaar lang was hij bij de HSL-Zuid gedetacheerd via DHV Milieu en Infrastructuur. Hij legt uit hoe Rijkswaterstaat uiteindelijk de hele engineering kon uitbesteden aan de aannemer, maar toch voldoende greep houdt op de kwaliteit en de kosten van de tunnel.

‘We hebben eerst zelf een referentie-ontwerp gemaakt met twee buizen van 9,5 m intern. Dat is beproefde techniek. We hebben toen ook wel naar een grote tunneldiameter gekeken en ook naar een Double O-Tube(DOT)tunnel, zo’n bril – dan draaien twee koppen naast en achter elkaar. Maar we wilden geen bepaalde methode voorschrijven. Echter, om vergunningen aan te vragen heb je een conceptontwerp nodig. Dus we hebben een haalbaar concept genomen: twee gescheiden tunnelbuizen. Daar hebben we zelf het hele basisontwerp van uitgewerkt om voldoende alle risico’s die aan zo’n ontwerp zitten te kennen en om kostenramingen te doen.’

‘We hebben geen kant en klaar bestek aanbesteed, maar er een echte Design & Constructaanbesteding van gemaakt, waarin veel vrijheid zit voor de aannemer. En we hebben ook uitgelegd dat het basisontwerp van ons er puur is om de aannemer te helpen: hier zie je een aanpak. Zo hebben wij het gedaan. We dagen jullie uit om met andere ontwerpen te komen en met optimalisaties, bijvoorbeeld langer doorboren. Dat betekent immers minder hinder, minder heiwerk, minder grondtransport, minder werkwegen, kortere procedures en minder bezwaren van omwonenden.’

‘We zeiden: ons inziens moet een enkele buis met een hele grote diameter ook wel mogelijk zijn in plaats van twee buizen, maar dan moet je wel aantonen dat je in staat bent zoiets te maken. Onze inschatting was dat een grotere diameter nodig zou zijn dan nu wordt gebouwd. De aannemer die met dit ontwerp is gekomen, heeft echt alles geoptimaliseerd. Hij is tot het uiterste gegaan binnen het programma van eisen en is tot een relatief kleine tunnel gekomen voor een trein die er met zo’n hoge snelheid doorheen moet kunnen.’

 

HEIEN

Bij de aanbesteding kon de aannemer fictieve bonussen krijgen als hij zou aantonen te kunnen zorgen voor minder omgevingshinder. Zijn aanneemsom werd dan op papier verlaagd, zodat hij dan schijnbaar lager inschreef dan de overige mededingers. Het ging om de meest aantrekkelijke aanbieding in termen van geld én milieu. Dat uitkeren van ‘bonussen’ is ook gedaan voor de aspecten ‘risico’ en ‘veiligheid’. Burger: ‘Daardoor bleek dat we beter wat langer konden doorboren. Eerst zou de boormachine (die van noord naar zuid boort, red.) vóór de dijk bij Westeinde naar boven komen. Nu gaat hij onder de dijk door tot voorbij de bebouwing en pas daarna beginnen we met cut & cover-werk waarbij je ook moet heien – waarvan de omgeving hinder ondervindt. Aan de noordkant zijn we eerder gaan boren op geringe diepte. Daar hebben we eerst de klei en het veen uit het traject weggegraven en vervangen door zandcement vanwege de vereiste stabiliteit. Dat is al met al goedkoper dan cut & cover-werk, want daarvoor zou een hele diepe bouwput nodig zijn geweest en de kosten en risico’s lopen enorm op met de diepte van de put. Langer doorboren is dus gunstig uit oogpunt van kostenoptimalisatie en risicobeperking.’

 

PROJECTBUREAUS

Het projectbureau HSL-Zuid van Rijkswaterstaat bevindt zich in Zoetermeer. De grote leveranciers van ingenieurs aan dit projectbureau zijn het Amersfoortse ingenieursbureau DHV en het bureau Holland Railconsult. Honderden ingenieurs zijn jarenlang zo gedetacheerd bij de projectorganisatie. Op een zeker moment waren dat er bijna duizend. Nu de bouw volop aan de gang is, zijn het er nog enkele honderden.

Ing. Wim Knopperts, afkomstig van Railinfrabeheer, is directeur project- en inframanagement en geeft leiding aan zes projectmanagers van evenzovele projectbureaus. Want voor de beheersbaarheid moest het project ‘in stukken worden geknipt’. Er is een projectbureau Noordelijk Holland dat het gedeelte bestiert van Hoofddorp tot Hazerswoude-Dorp. Vanaf daar neemt ‘Zuid Holland-Midden’ het over tot aan de noordrand van Rotterdam. In de Maasstad rijdt de Thalys als een gewone trein op 1500 V over bestaand spoor. Vanaf de zuidkant van Rotterdam tot en met de brug over het Hollandsch Diep is het bureau ‘Zuid-Holland-Zuid’ verantwoordelijk voor de bouw. Vervolgens ‘doet’ het projectbureau ‘HSL-A16’ het resterende stuk tot aan de grens samen met de verbreding van de A16 naar 2×3 rijstroken. Het vijfde projectbureau zorgt voor de aansluiting op bestaand spoor bij Hoofddorp en Breda waar de trein, evenals in Rotterdam, door zogenoemde ‘spanningssluizen’ wordt geleid van 25 kV wisselstroom naar 1500 V gelijkstroom en vice versa. De hele elektrische aandrijving is daarom dubbel uitgevoerd. Dan is er nog een apart projectbureau voor het contractmanagement met Infraspeed, de zogenoemde infraprovider, en tenslotte is er een projectbureau ‘Vervoers- en Veiligheidssystemen’ dat het contract regelt met High Speed Alliance dat de treinen gaat laten rijden.

 

ZETTINGSVRIJ

Bijzonder is de toepassing van systems engineering, een methodologie voor het technisch-organisatorisch beheersbaar houden van grote complexe projecten die van origine bij NASA vandaan komt en eerder opgeld deed in de vliegtuigbouw en ruimtevaart.

Bijzonder is ook het Europese No Recess-onderzoek. No Recess (‘geen zetting’) is een acroniem voor New Options for Rapid and Easy Constructions of Embankment on Soft Soil. Het gaat om het zettingsvrij aanleggen middels andere technieken dan de vertrouwde heipaal tot op het pleistocene zand. Uiteindelijk zijn de resultaten maar op kleine schaal toegepast vanwege de tijd die het kostte om ze te valideren voor grootscheepse toepassing onder het spoor zelf. Alleen ten zuiden van het riviertje de Mark zou het spoor niet zettingsvrij kunnen worden aangelegd op een conventioneel ballastbed omdat de bodem daar stabieler is dan in West-Nederland. Dat is weliswaar goedkoper, maar de ervaring elders in Europa heeft geleerd dat de onderhoudskosten aanmerkelijk hoger zijn omdat de rails regelmatig moet worden ‘rechtgelegd’. En dat betekent ook minder beschikbaarheid. Infraspeed studeert nog op de definitieve bouwmethode.

KOPSTATION

De Belgen willen dat de Nederlanders op tijd klaar zijn omdat anders hun HSL doodloopt op de Nederlandse grens. Bouter: ‘In de overeenkomst tussen België en Nederland is afgesproken: 1 juni 2005. Wij zitten inmiddels op 1 oktober 2006 voor het stuk Rotterdam-Belgische grens, dus bij elkaar vijftien maanden later. En het stuk Amsterdam-Rotterdam zou altijd al een half jaar later klaar zijn, dus niet 1 juni 2005 maar 31 december 2005 en dat staat nu op april 2007.’

‘Bij ons is die vertraging onder meer ontstaan toen de politiek ineens besloot dat de verdiepte ligging bij Bergschenhoek nog dieper moet omdat anders de hellingbanen naar het viaduct dat er overheen moet komen te steil zouden worden voor gehandicapten. Voor die diepere ligging zijn we 22 miljoen Euro extra kwijt. Omdat we op dat moment het contract met Infraspeed nog moesten sluiten dachten we er goed aan te doen om daarin alvast een voorziening te treffen voor een eventuele vertraging zodat we niet direct met allerlei claims van infraspeed zouden worden geconfronteerd indien ook werkelijk vertraging zou ontstaan.’

Al met al is tegen de HSL-Zuid minder maatschappelijke weerstand geweest dan tegen de Betuwelijn waar Bouter voorheen projectdirecteur van was. De Betuwelijn zou volgens veel bezwaarmakers doodlopen op de Duitse grens. Maar de Duitse deelstaat Noordrijn Westphalen heeft nu besloten om vanaf Emmerich de Betuwelijn door te trekken.

Er komt geen HSL-Oost waardoor Amsterdam-CS straks een eindpunt is. Maar het bestaande traject Amsterdam-Utrecht-Arnhem is een vrijwel rechte lijn – in tegenstelling tot het bestaande spoortraject door west-Nederland. Knopperts ‘Dat kan dus in principe geschikt worden gemaakt voor snellere reistijd, deels door hogere snelheden dan normaal in Nederland, deels door capaciteitsvergroting.’

Kortom, ook na de oplevering van de HSL-Zuid is het spoorwegnet nog lang niet af.

 

 

 

 

 

(QUOTES)

 

De aanleg kost volgens de laatste opgave 5,4 miljard euro

 

 

De constructie mag na aanleg over 100 m niet meer dan 0,5 cm zakken

 

 

De rails liggen elk in een goot van uitgehard epoxy

 

 

Treinen kunnen gegarandeerd 99 % van de tijd veilig en comfortabel 300 km/h rijden

 

 

(FOTO”S)

(HOOFDPLAAT – foto 107 bouwwerkzaamheden)

 

Bouw van de noordelijke toerit naar boortunnel met de startschacht.

 

 

(mt-06.jpg)

 

Doorsnede van de boortunnel.

 

 

(cam.3.jpg)

 

Vluchtdeur in de tunnel onder de Oude Maas.

 

 

(vanafwater.jpg)

 

De HSL kruist het riviertje de Mark ten noorden van Breda.

 

 

(vls-11.jpg)

 

De tunnel met het trappenhuis in de verticale schacht.

 

 

infraproject

van Nederland

 

TEKST DRS. MARCEL CROK

TEKENINGEN DR.IR. ERIC VERDULT

FOTO’S Paul Attard/Bouygues Construction

 

 

DE LANGSTE IN SLAPPE GROND GEBOORDE TUNNEL TER WERELD

 

Dwars door de smurrie

 

De grootste tunnelboormachine ter wereld boort zich een weg onder het Groene Hart. De eerste grote hobbel van de langste in slappe grond geboorde tunnel ter wereld, de passage van een van de drie vluchtschachten, is met enige vertraging door het Frans/Nederlandse consortium Bouygues/Koop genomen. Nog even en na het baggeren, het heien en het afzinken van tunnels gaat ook onze kennis van boortunnels de grens over. Hollands glorie ondergronds.

 

Het eerste dat opvalt bij het afdalen naar de 20 m diepe startschacht voor de Groene Harttunnel is het ontbreken van een spoorlijntje. Bij andere Nederlandse boortunnels, zoals de Tweede Heinenoordtunnel, de Botlektunnel of de Westerscheldetunnel, werden tunnelsegmenten en grout met een treintje naar de tunnelboormachine (TBM) gebracht. Het consortium Bouygues/Koop maakt echter gebruik van een train sur pneus, een trein-op-banden. Deze truck, gemaakt door Metalliance, is aan beide zijden te besturen, want keren in de tunnel kan het gevaarte niet. ‘Het achterste deel van de truck volgt exact dezelfde lijn als het voorste deel, zodat de wagen gemakkelijk van baan kan veranderen zonder iets te beschadigen’, legt Louis Ballesteros van Bouygues uit.

Die precisie is nodig, want direct nadat de TBM 2 m heeft gegraven en er een nieuwe ring van tunnelsegmenten is aangebracht, gaat het afbouwen van de tunnel verder. Eerst wordt er een betonnen kokervormige technische galerij neergezet, waarin later leidingen komen te liggen. Deze wordt aan beide zijden aangevuld met een laag stabiliserend zand. Het gewicht van koker en zand is nodig om opdrijven van de tunnel tegen te gaan. Daar bovenop komt de gewapende betonvloer waarover vanaf 2007 de hogesnelheidstrein met 300 km/h zal razen. In het midden van de tunnel storten de uitvoerders de scheidingswand die de tunnelbuis moet verdelen in twee compartimenten. Normaal vindt de afbouw van de tunnel pas plaats als het boren helemaal is afgerond. Ballesteros: ‘Om tijd te winnen beginnen wij direct aan de afbouw. Dat stelt hoge eisen aan de logistiek.’

 

AURORA

‘Bonjour, bonjour’, klinkt het telkens als we mannen in de tunnel tegenkomen. Frans is de voertaal voor de voornamelijk Franse en Portugese tunnelbouwers, die in een paar jaar tijd de ruim 7 km tussen Leiderdorp en Hazerswoude ondergronds mogen afleggen. Een busje brengt ons 2 km de tunnel in naar wat je het episch centrum zou kunnen noemen. De laatste 120 meter naar het voorste deel van de tunnelboormachine Aurora mogen we lopend afleggen, want zo lang is de grootste TBM ter wereld. De oordopjes die we hebben meegekregen zijn overbodig, want de TBM staat stil. Dagelijks tussen acht en twaalf uur vindt er namelijk onderhoud plaats. De resterende twintig uur werken er twee ploegen. Steeds een uur graven en een uur segmenten aanbrengen, zodat er theoretisch gesproken zo’n 18 tot 20 m per dag kan worden afgelegd.

 

SCHEIDINGSWAND

Ze zullen wel even met hun wenkbrauwen gefronst hebben bij Bouygues, een van de grootste bouwbedrijven ter wereld, toen ze hoorden dat die gekke Nederlanders er bijna een miljard gulden voor over hadden om een stuk weiland in tact te houden. Maar opdracht is opdracht en toen directeur Koop van het Groningse bouwbedrijf Koop Tjuchem aanklopte bij de Fransen, lag er al snel een projectvoorstel op tafel. Bouygues werkte aan de Franse zijde aan de Kanaaltunnel en heeft de afgelopen jaren meer tunnels gebouwd in slappe grond, in Frankrijk, Sydney en Hongkong. De Franse projectdirecteur Joseph Harnois legt in het naast de bouwplaats gelegen kantoor van Bouygues/Koop uit waarom zijn consortium eind 1999 werd uitgekozen. ‘Wij hebben voor de metro in Sydney ook één tunnelbuis geboord met een scheidingswand ertussen. Het voordeel is dat je in totaal minder grond hoeft te boren, dat je minder ruimte kwijt bent bij de start- en ontvangstschacht en dat je gemakkelijker en dus frequenter vluchtgangen kunt aanbrengen. Bij de Westerscheldetunnel bijvoorbeeld waren kostbare vriestechnieken nodig om de grond tussen de twee tunnelbuizen te bevriezen voordat je een dwarsverbinding kunt boren.’

Bouygues bleef daardoor met zijn offerte (940 miljoen gulden) binnen de gestelde miljard gulden. Inmiddels is dit contract overigens alweer opengebroken. De tunnel wordt duurder, omdat een aantal betrokken gemeenten strengere veiligheidseisen heeft gesteld dan het ministerie van Verkeer en Waterstaat aanvankelijk deed.

 

AFZINKEN

De meeste tunnels in ons land kruisen waterwegen en daarvoor is het afzinken van geprefabriceerde tunnelelementen zeer geschikt. Nederland is met een dertigtal afgezonken tunnels wereldkampioen in deze categorie. Maar Nederland wordt voller en dat versterkt de roep om niet alleen bij waterwegen ondergronds te gaan. Het Centrum voor Ondergronds Bouwen, waarin overheid, universiteiten en bedrijfsleven vertegenwoordigd zijn, groeit en groeit. Er verschijnen steeds meer ondergrondse parkeergarages en winkelcentra en een logische stap is om ook infrastructuur vaker ondergronds aan te leggen, zodat het maaiveld vrij blijft voor andere doeleinden.

Geboord wordt er internationaal al meer dan 150 jaar. De Engelsman Isambard Brunel ontwierp in 1818 al een boorschild waarmee hij later – samen met zijn zoon Marc die bijna verdronk bij een doorbraak – een tunnel boorde onder de Thames door, die nog altijd in gebruik is. Inmiddels zijn er wereldwijd duizenden tunnels geboord.

Begin jaren negentig nog wilde de Nederlandse overheid niets weten van tunnels boren in de slappe Nederlandse bodem. Minister May-Weggen veegde plannen voor een ondergrondse Betuwelijn van tafel. Het kon technisch niet vanwege de slappe bodem, aldus het ministerie, en het zou bovendien te duur zijn. Een studiereis van Grondmechanica Delft naar Japan in 1992 weerlegde de argumenten van May-Weggen. Japan heeft ook een slappe bodem, maar kent inmiddels een indrukwekkende ondergrondse infrastructuur. In 1997 startte het boortunneltijdperk in Nederland met het boren van de Tweede Heinenoordtunnel (voor fietsers en tractoren) ten zuiden van Rotterdam. Daarna werd het tempo opgevoerd. In de Betuweroute zijn drie boortunnels opgenomen, de Botlekspoortunnel, de Sophia-spoortunnel en de spoortunnel onder het Pannerdensch Kanaal. Het boren van de 6,6 km lange Westerscheldetunnel is dit jaar afgerond en Bouygues/Koop heeft inmiddels ruim 2 van de 7 km van de Groene Harttunnel geboord.

 

GRONDWATER

Waarom is boren in de slappe Nederlandse bodem zo moeilijk? Het antwoord is met één woord samen te vatten: water. De grondwaterspiegel ligt in grote delen van Nederland slechts 1 à 2 m onder het maaiveld. Elke kuil van enige diepte begint meteen vol te lopen met grondwater. De traditionele aanpak in Nederland voor ondergrondse constructies op land is: graaf een put die minstens zo diep is als het laagste punt van de constructie en ga daarin bouwen. Probleem is alleen dat zo’n drijvende bak een enorme opwaartse kracht ondervindt van het grondwater. Door continu het water uit de omgeving van de bouwput weg te pompen krijg je de boel droog. Vrijwel overal in Nederland is beïnvloeding van de grondwaterstand tegenwoordig echter verboden. Ingenieurs bouwen daarom dure bouwputten met vloeren van onderwaterbeton waardoor er geen beïnvloeding van de waterstand optreedt.

Bij de aanleg van de metro in Rotterdam en Amsterdam lagen straten langdurig open en moesten vele huizen verdwijnen. Het gebruik van open bouwputten (sleuven) voor tunnels onder stedelijke gebieden is anno 2002 daarom niet meer te accepteren. Onlangs is de knoop doorgehakt om de Noord-zuidlijn onder Amsterdam te boren en bij de Groene Harttunnel is ook gekozen voor boren om het landschap zoveel mogelijk te ontzien.

 

Bentoniet

De eerste 12 m grond onder het Groene Hart bestaat uit een zeer slappe laag klei en veen. Daaronder volgt een zandpakket van ongeveer 20 m dikte. Beneden 30/35 m NAP begint een dichte kleilaag, de laag van Kedichem. De Groene Harttunnel komt vrijwel volledig in de zandlaag te liggen. Voor het boren in niet-cohesieve grondsoorten (zand valt uit elkaar als je gaat graven) gebruiken ingenieurs de zogenaamde slurryschildmethode. Om te voorkomen dat het ontgraven gat direct weer volstroomt met grond en water, wordt de grond voor het graafwiel van de tunnelboormachine met een speciale brij, bentoniet, onder druk gehouden. Bentoniet is een mengsel van klei en water in een verhouding van 1:20. In beweging gedraagt de slurry zich als een vloeistof, waardoor transport gemakkelijk is, in rust geeft het mengsel steun aan de af te graven zandlaag. Aannemers beschouwen de samenstelling van hun bentonietmengsel als het geheim van de smid. Bouygues wil niet meer loslaten dan dat hun bentoniet wordt gekocht in Egypte. Tijdens het boorproces is maar liefst 2500 m3 bentoniet per uur nodig. Een scheidingsinstallatie bij de tunnelingang probeert zoveel mogelijk kleideeltjes terug te winnen uit het afgegraven mengsel van zand en bentoniet.

Alle boortunnels in Nederland met uitzondering van de Botlekspoortunnel zijn geboord met een slurryschild. De Botlektunnel bevindt zich in een gebied met lagen van zand, klei en veen. Vanwege de uiteenlopende bodemgesteldheid was het Earth Pressure Balance-schild (gronddrukbalansschild) geschikter om mee te boren. Ook hier is een tunnelboormachine gebruikt maar dan zonder bentoniet. Met de grond zelf en het gebruik van bijvoorbeeld schuim wordt voldoende steundruk verkregen om instorting te voorkomen.

 

Wereldrecord

De Groene Harttunnel is de vijfde Nederlandse tunnel die met een slurryschild wordt geboord. Uniek is wel de diameter van de door het Franse NFM Technologies gebouwde tunnelboormachine: 14,9 m. Een grotere is er in de wereld niet te vinden, alhoewel de machine voor de vierde Elbetunnel in Hamburg met een buitendiameter van 14,2 dicht in de buurt kwam. Projectdirecteur Harnois loopt ook niet zo te koop met dit wereldrecord. Hij vindt het veel belangrijker dat Bouygues als een van de weinige bouwgiganten in de wereld nog een eigen engineering afdeling heeft. Bouygues kan daarom zowel tunnelboormachines als tunnels ontwerpen en bouwen. Daarmee is het bedrijf letterlijk geknipt voor de design & construct-opdracht die de Projectorganisatie HSL-Zuid had uitgeschreven. Civiel-technisch ingenieur Robert Jan Aartsen houdt namens HSL-Zuid als uitvoeringsbegeleider het boorproces in de gaten. Wat vindt hij nou bijzonder aan de Groene Harttunnel? ‘Uniek in dit project zijn de diameter van de tunnelbuis, de logistiek en de passage van de TBM door de drie tunnelschachten. De logistiek is een opgave omdat er continu grote hoeveelheden materiaal naar de TBM gebracht moeten worden, terwijl daarachter de tunnel direct wordt afgebouwd. Elke ring in de tunnel bestaat uit tien 2 m brede tunnelsegmenten, negen grote segmenten en een kleinere sluitsteen. In totaal zijn ongeveer 36 000 segmenten nodig. De grote segmenten wegen 14,5 ton. Ze worden gemaakt in het Belgische Amay in een fabriek van Bouygues en komen via Maas en Oude Rijn tot op enkele kilometers van de startschacht. Vandaar gaat het per vrachtwagen verder, twee segmenten per ritje. In de tunnel passen zes segmenten op een trein-op-banden. Bij de TBM worden de segmenten in de juiste volgorde opgepakt en op een transportband gezet waarna de erector de segmenten een voor een met een vacuümsysteem oppakt en op de gewenste positie in de ring plaatst. Daarnaast moet er per tunnelring 20 kuub grout naar de TBM worden getransporteerd. Met grout wordt de ruimte gevuld tussen de stalen ring van de TBM en de buitenkant van de tunnelring. Ondertussen moet de afbouw van de tunnel gewoon doorgaan. Vlak achter de TBM moeten de kokervormige galerijen neergezet worden en aan beide zijden worden aangevuld met een laag gestabiliseerd zand. Dichtbij de startschacht duurt het transport niet lang, maar straks als de tunnel bijna klaar is zijn de transportwagens een half uur bezig om bij de TBM te komen. De grote logistieke uitdaging staat Bouygues nog te wachten.’

 

Franse school

Het gebruik van prefab tunnelsegmenten is standaard bij TBM’s. Toch kijken de Nederlandse ingenieurs met belangstelling toe hoe de Franse segmenten van hogesterktebeton (B 62,5) het houden. De andere Nederlandse tunnels zijn gebouwd met Duitse partners. De Duitsers hebben een andere filosofie bij zowel het bouwen als het installeren van de segmenten. Die aanpak is historisch gegroeid, ontdekte ir. Kees Blom tijdens zijn promotieonderzoek aan de TU Delft. Blom werkt voor Holland Railconsult (HR), maar op kosten van HR, TNO en Rijkswaterstaat mocht hij wat meer fundamenteel in het ontwerp van tunnels duiken. Blom: ‘De Duitsers gebruiken zogenaamde nok-holteverbindingen. Het ene segment heeft een uitsteeksel, het volgende segment een holte waarin het uitsteeksel past. Het voordeel van zo’n verbinding is tevens zijn nadeel. De nok-holteverbinding voorkomt extreme verschuivingen van segmenten en zo mogelijk lekkages. Als de nokken gaan aanliggen, treedt er echter wel schade op aan de segmenten, wat tot extra onderhoudskosten leidt. De Franse school gebruikt vlakke profielen. De segmenten lopen daardoor minder schade op, maar het risico van grote vervormingen is groter. Dat kan beschadiging van de rubberprofielen, die het water bij de voegen moeten tegenhouden, tot gevolg hebben. ‘Na twee kilometer boren is hier overigens nog geen sprake van’, aldus Ballesteros. ‘Bij vorige tunnels hebben we gemerkt dat de nok-holteverbinding geen functie heeft. Dan kun je hem beter weglaten. Van belang is dat de segmenten met een nauwkeurigheid van 0,3 mm gemaakt worden, niet beschadigen tijdens transport en zeer nauwkeurig worden geplaatst.’

 

Vijzels

De tien segmenten van een ring in de Groene Harttunnel worden met behulp van negentien vijzelparen tegen de voorlaatste ring gedrukt. Door zich vervolgens af te zetten tegen de segmenten brengen de vijzels het boorschild weer in beweging voor het afgraven van de volgende 2 m. Volgens de Duitse traditie staat er een vijzelpaar op de voeg tussen twee segmenten, dan een precies in het midden van een segment, vervolgens een op de voeg, enzovoorts. De Fransen plaatsen geen vijzels op de voegen, maar een paar op een kwart en een op driekwart van de steen. Hier neigt Blom, onpartijdig in deze, licht naar de Franse school. Blom: ‘Een campingtafel op vier even lange poten staat bij het kamperen altijd scheef. Met drie staat-ie echter altijd recht. Iets dergelijks gebeurt bij het vastzetten van de segmenten. Met twee vijzelparen op een steen zijn de krachten uniform verdeeld. Met drie is dat niet het geval. Een ander nadeel van de Duitse methode is dat als twee segmenten niet helemaal op gelijke hoogte liggen, de vijzel op de voeg het ene segment meer zal belasten dan het andere. Er kan dan een holte ontstaan bij de voeg.’

 

Export

Amper tien jaar houdt Nederland zich nu bezig met het boren van tunnels in slappe bodem en de vraag is welke positie ons land internationaal inneemt. Blom heeft daar wel enige notie van. De aanvragen voor zijn binnenkort te verschijnen proefschrift stromen uit de hele wereld binnen. Blom: ‘Onze tunnels worden door buitenlandse bedrijven geboord. Je wilt als overheid met die partijen inhoudelijke discussies kunnen voeren, dus is de afgelopen jaren veel onderzoek gedaan. Ook vrij fundamenteel onderzoek. Wat blijkt dan? Die bedrijven boren al zo lang met succes tunnels dat veel fundamentele vragen helemaal niet meer gesteld worden. Er is bijvoorbeeld een soort wet die zegt dat de diameter van de tunnel gedeeld door 21 de dikte van de segmenten oplevert. In formule: D/21 = dikte segment. Bedrijven hanteren die formule voor de gebruiksfase van de tunnel. Een van de verrassende resultaten uit mijn onderzoek is dat die wetmatigheid inderdaad klopt, maar niet geldt voor de gebruiksfase van de tunnel maar voor de bouwfase.’

Volgens Blom blijkt in veel gevallen de bouwfase van de tunnel maatgevend te zijn voor de dimensionering van de tunnel. ‘Japanners geven inmiddels ook toe dat ze problemen hebben in de bouwfase. Een ongewenste situatie want de bouwfase duurt slechts dagen, terwijl de tunnel daarna honderd jaar mee moet. Krachten die in de bouwfase een rol spelen, zijn onder andere de vijzels, de geïnstalleerde ringen en de groutlaag. Grout is een viscoplastisch materiaal, een soort pasta, dat de afgegraven zandlaag buiten de tunnelwand moet vervangen. Grout wordt vanuit het boorschild op vier of zes plaatsen onder druk naar buiten gebracht. Hoe de vloeibare pasta zich daar precies gedraagt, is moeilijk te voorspellen. Uit mijn onderzoek blijkt dat de groutlaag een aanzienlijke opwaartse kracht kan veroorzaken die maatgevend is tijdens de bouwfase. Een logische stap is nu om nieuwe groutsoorten te ontwikkelen of andere injectiemethoden, waardoor de belasting op de tunnelring afneemt. Uiteindelijk moet de gebruiksfase van de tunnel maatgevend worden voor de dimensionering van de tunnel. Een afnemende dikte van de segmenten levert veel geld op, want het betonwerk beslaat 30 % van alle kosten.’

 

(FOTO’S)

 

(OPENINGSPLAAT)

 

De tunnelboormachine in opbouw in de startschacht, najaar 2001.

 

(TUNNEL MET GALLERIJ)

 

Vlak achter de TBM wordt een kokervormige galerij neergezet, die aan beide zijden wordt aangevuld met een laag gestabiliseerd zand. De koker en het zand voorkomen dat de tunnel gaat opdrijven.

 

(VIJZELS)

 

Elk segment wordt met twee vijzelparen tegen de voorgaande tunnelring aangedrukt.

 

(TRAIN SUR PNEUS)

 

Een trein-op-banden brengt de segmenten van de startschacht naar de TBM.

 

(TUNNEL MET BUIZEN)

 

Via dikke buizen wordt per uur 2500 kuub bentonietslurry naar de TBM gebracht. Via de tweede buis gaat het mengsel van zand en bentoniet weer terug naar het bouwterrein van Bouygues/Koop, alwaar het bentoniet wordt teruggewonnen.

 

(ACHTHOVEN)

 

De 40 m diepe tunnelschacht Achthoven. Deze schacht werd tot halverwege gevuld met lagesterktebeton. De TBM heeft zich vervolgens een weg geboord door dit beton.

 

(BRIEVENBUS)

 

De ingenieurs van Bouygues/Koop hadden een spleet aangebracht in de betonnen prop (zie tekening D) in de tunnelschacht. Dit maakte het mogelijk om onder atmosferische omstandigheden onderhoud te plegen aan de boorkop.

 

 

 

(KADER EEN + TEKENING SCHACHT E. VERDULT)

 

ELEGANTE KOPPELING VAN TUNNEL EN SCHACHT

 

Het meest kritieke onderdeel tijdens het boren van de Groene Harttunnel, geeft ook patron Harnois toe, is het passeren van de drie onderhouds-, vlucht- en luchtschachten. Deze naar hun locatie vernoemde tunnelschachten Achthoven, (rijksweg) N11 en Bent staan op respectievelijk 2, 4 en 6 km van de startschacht. Achthoven is net door de TBM gepasseerd, maar dat ging niet zonder slag of stoot. De TBM stond drie maanden geparkeerd, voordat de tunnelschacht letterlijk voldoende gewicht had om de passage van de boormachine te kunnen doorstaan zonder als een champagnekurk gelanceerd te worden. De TBM boorde sneller dan verwacht. De ruwbouw van de schacht verliep trager vanwege een gewijzigd ontwerp.

De koppeling van tunnel en tunnelschachten is elegant en niet eerder gebruikt. Eerst graaft het consortium, na het aanbrengen van diepwanden, een groot rond gat met een diameter van 30 m en een diepte van 40 m. Dat gat wordt onder water weer half volgestort met eerst een betonvloer (B30) en daar bovenop een laag lagesterktebeton (B5). Door die laag beton mag de TBM zich dan een weg boren. ‘Probleem is alleen dat die betonnen schacht niet verankerd is aan de omringende grond met bijvoorbeeld palen en dus drijft in het pakket van veen, zand en klei’, zegt ing. Stef Slingerland van de Projectorganisatie HSL-Zuid. ‘Het is moeilijk om die grote dobber op zijn plek te houden terwijl de TBM grote krachten op de betonnen prop uitoefent.’

Daarnaast had Bouygues een soort brievenbus in het lagesterktebeton aangebracht. Die gleuf maakt het mogelijk om tijdens de passage van de TBM onder atmosferische omstandigheden onderhoud aan de boorkop te plegen. Een aantrekkelijk vooruitzicht want normaal moeten duikers de boortanden inspecteren onder moeilijke omstandigheden. Slingerland: ‘De schacht was eerst tot vlak onder de rand gevuld met water om voldoende gewicht te zetten tegenover de opwaartse kracht uit de omringende grond. Voor de inspectie moet de schacht echter droog gepompt worden en tegelijkertijd neemt het gewicht van de betonnen prop af door het graven van de TBM. Op het meest kritische punt was er slechts een verschil van 2 % tussen de opwaartse en neerwaartse krachten. Een ander risico was dat er door het verschil in stijfheden tijdens de passage van de TBM vervormingen en lekkages zouden kunnen ontstaan.’

Het oorspronkelijke plan van het consortium was te riskant, vond zowel de aannemer als de Projectorganisatie. ‘We hebben toen besloten om eerst de constructieve wanden en de muren van de trappenhuizen en ventilatieschachten verder af te bouwen voordat de TBM bij de schacht zou arriveren.’

 

 

(KADER 2 + foto segmenten + nog een klein tekeningetje van Eric)

 

TBM BLIJFT MET LASER IN POSITIE

 

Hoe vindt een tunnelboormachine zijn juiste route onder de grond? Buiten de tunnel is met GPS nauwkeurig de coördinaten van de startschacht te bepalen. Binnen de tunnel wordt met behulp van een laseropstelling die om de paar 100 m aan het plafond van de tunnel bevestigd is de exacte positie van de tunnel bepaald. Deze ontvangers registreren ook in welke mate de tunnel beweegt.

De TBM beweegt zich voort door zich met behulp van in totaal 38 vijzels af te zetten tegen de randen van de reeds gemaakte tunnelwand. Door de druk van de vijzels op de al geplaatste tunnelring te variëren – bijvoorbeeld links iets meer dan rechts – kan de boorkop ook in horizontale of verticale richting worden gestuurd. Bij het plaatsen van een tunnelwandsegment worden alleen die vijzels ingetrokken die zich ter plaatse van dat segment bevinden. De overige vijzels houden de druk op de voorgaande ring.

Om bochten te kunnen maken is een tunnelring overigens niet recht. De breedste kant van de ring is 2,02 m breed, de smalste kant 1,98 m. Door bijvoorbeeld de breedste kant helemaal boven in de tunnel te houden gaat de tunnel recht naar beneden. Alle tien segmenten zijn dus enigszins taps. Het is echter niet zo dat gestuurd kan worden met de segmenten. De tunnel volgt altijd de boorkop. De oriëntatie van een tunnelring ligt vast met de positie van het eerste segment. De overige negen segmenten worden om en om aan weerszijden van dit eerste segment geplaatst.

 

(foto segmenten)

 

De tunnelwandsegmenten in een loods; tien segmenten vormen een tunnelring.

 

 

 

(DERDE KADER met TABEL OVERZICHT BOORTUNNELS, ZIE EXCEL-BESTAND)

 

Boortunnels in Nederland

 

In Nederland is pas in 1997 een begin gemaakt met het boren van tunnels. De meeste tunnels zijn geboord met de slurryschildmethode, waarbij bentoniet als steunvloeistof dient om de grond voor het boorschild stabiel te houden. Deze boormethode is net als de gronddrukbalansmethode (Earth Pressure Balance) discontinu. Na 1,5 m of meer boren wordt de boormachine stilgezet, waarna een voor een de geprefabriceerde betonnen tunnelsegmenten worden aangebracht tot er een ring is gevormd. Daarna begint het boren weer.

Deze zomer heeft het ministerie van Verkeer en Waterstaat een akkoord bereikt met de gemeente Den Haag over de aanleg van de Hubertustunnel. Deze tunnel zal waarschijnlijk volgens een nieuw Nederlands boortunnelconcept gebouwd worden: de Industriële Tunnelbouw Methode, ofwel ITM. Daarbij vindt het complete bouwproces, inclusief het storten van beton, ondergronds plaats. De verwachting is dat dit de bouwtijd aanzienlijk kan bekorten. Of dit klopt zal uit praktijkproeven moeten blijken.

 

 

Internetbronnen

 

www.hslzuid.nl

www.highspeed.nl

Officiële sites van de Projectorganisatie HSL-Zuid. Op de eerste staan veel nieuwsberichten en voortgangsrapportages. De tweede is meer gericht op middelbare scholieren die een werkstuk moeten schrijven.

 

www.bouygues-construction.com

Site van de bouwtak van Bouygues.

 

www.concrete.citg.tudelft.nl/

Site van de vakgroep beton binnen de faculteit Civiele Techniek. Hebben in hun laboratorium drie ringen van de Botlektunnel staan die met vijzels van buitenaf onder druk kunnen worden gezet. Deze opstelling heeft ook internationaal de aandacht getrokken.

 

www.cob.nl

De verzamelplaats in Nederland op het gebied van ondergronds bouwen. Er staan uitgebreide beschrijvingen van de werking van tunnelboormachines op.

 

www.tunnelbuilder.com

Geeft een overzicht van lopende tunnelprojecten in de wereld.

 

www.herrenknecht.com

Site van een van de belangrijkste bouwers van tunnelboormachines.

 

 

(QUOTES)

 

 

‘Wij hebben voor de metro in Sydney ook één tunnelbuis met scheidingswand geboord’

 

Het gebruik van open bouwputten in stedelijke gebieden is niet meer te accepteren

 

Aannemers beschouwen de samenstelling van hun bentonietmengsel als het geheim van de smid

 

Uniek is de diameter van tunnelboormachine: 14,9 m

 

De Franse school gebruikt vlakke profielen

 

Er is een soort wet die zegt dat de diameter van de tunnel gedeeld door 21 de dikte van de segmenten oplevert

 

 

 

interviews

Ir. C. den Hartog, plaatsvervangend president-directeur KLM ‘Techniek niet meer dominant in luchtvaart’, 1994, nr 16, 11 oktober

DenHartogKLM_1994

 

 

DenHartogKLM_1994_16_11okt_DI

(Rubriek)

INTERVIEW

 

(Streamer)

MANAGEMENT SUCCESFACTOR IN LUCHTVAART + TECHNICI BLIJVEN NODIG, MAAR MINDER DAN VROEGER + KWALITEITSBEWAKING BIJ KLM

 

(Bovenkop)

Ir. C. den Hartog, plaatsvervangend president-directeur KLM

 

(Kop)

‘Techniek niet meer dominant in luchtvaart’

 

(Intro)

‘Het is niet nodig dat een luchtvaartmaatschappij alles wat met techniek heeft te maken zelf doet’, aldus ir. C. den Hartog, plaatsvervangend president-directeur van de KLM. ‘Maar zij moet zich er wel van kunnen vergewissen dat de kwaliteit van ingekochte diensten in technisch opzicht is gewaarborgd.’

– Erwin van den Brink –

 

(Credit auteur)

De auteur is redacteur van De Ingenieur.

 

 

Terwijl de KLM in het boekjaar 1992-1993 nog een recordverlies leed van 562 miljoen gulden, sloot zij het afgelopen boekjaar af met een winst van 103 miljoen gulden. Het bedrijfsresultaat verbeterde van een verlies van 252 miljoen gulden naar een winst van 86 miljoen gulden. Ten opzichte van de Europese concurrenten groeide het vervoer van de KLM meer dan twee keer zo hard: met 16 %. De arbeidsproduktiviteit nam de afgelopen drie jaar toe met 36 %, de kosten daalden met 16 % en de vliegtuigen werden 18 % beter benut.

Was dat nu te danken aan mensen of machines? De KLM, die dit jaar 75 jaar bestaat en de oudste onder oorspronkelijke naam vliegende luchtvaartmaatschappij ter Wereld is, heeft een van de jongste vloten ter Wereld. Maar een moderne uitrusting garandeert geen winstgevendheid. Dat bewijst een bedrijf zoals Air France dat miljarden francs verlies maakt. Hoewel luchtvaart van oudsher sterk werd geassocieerd met techniek, is management nu een belangrijker succesfactor, zegt ir. C. den Hartog, plaatsvervangend president-directeur van de KLM – van huis uit ‘Delfts’ vliegtuigbouwkundige en in de raad van bestuur verantwoordelijk voor onder meer personeel en organisatie en de technische dienst.

Den Hartog: ‘Zonder twijfel is de luchtvaart in de eerste tientallen jaren van haar bestaan sterk gedomineerd geweest door techniek, omdat techniek bepaalde wat mogelijk was. Nu is dat niet meer zo. Maar dat betekent niet dat we techniek tegenwoordig zonder meer als een gegeven beschouwen. Luchtvaart is niet gevaarlijk, maar net als scheepvaart weinig vergevingsgezind ten opzichte van technische nalatigheden.’

‘Het is niet echt nodig dat een luchtvaartmaatschappij alles wat met techniek heeft te maken zelf doet. Maar ik vind wél dat zij zich er van moet kunnen vergewissen dat de kwaliteit van ingekochte diensten in technisch opzicht is gewaarborgd. Je moet de kennis hebben om de goede vragen te stellen en om te weten waar je op moet letten.’

Den Hartog: ‘De grote maatschappijen zoals de KLM hebben in elk geval hoog in de organisatie mensen met een zware technisch-operationele achtergrond. Als een luchtvaartbedrijf een eenkoppige directie heeft, hoeft dat naar mijn smaak geen technicus te zijn. Hij moet alleen wel weten waar hij naar moet luisteren.’

 

Vliegtuigontwerp

Boeing is er bij het ontwerpen van de nieuwe 777 toe over gegaan technici van luchtvaartmaatschappijen op te nemen in het ontwerpteam. Dat kan doordat ingewikkelde ontwerpprocessen dank zij vergaande toepassing van computers steeds beter beheersbaar worden. Betekent dat een nieuwe impuls voor techniek binnen luchtvaartmaatschappijen?

Den Hartog: ‘Helemaal nieuw is dat niet. In het verleden hebben wij bijvoorbeeld bij McDonnell-Douglas wel degelijk invloed uitgeoefend op de sleutelparameters (afmeting, vliegbereik) maar zeker ook bij de feitelijke inrichting van nieuwe vliegtuigen. Kijk, er is natuurlijk een aantal elementen waarvan luchtvaartmaatschappijen veel meer weten dan de fabrikant – met alle respect. Of bij Boeing de invloed thans zo ontzettend veel groter is, betwijfel ik.’

Is het denkbaar dat luchtvaartmaartschappijen dank zij de toepassing van ontwerpcomputers weer zoals vroeger vliegtuigen volgens hun specifieke behoefte op maat kunnen laten bouwen?

Den Hartog: ‘De mogelijkheden om je tegenover de concurrentie te positioneren met hardware, vliegtuigmaterieel, zijn tegenwoordig nog maar heel erg beperkt aanwezig. Een fabrikant moet vanwege de enorme investering die een vliegtuigprogramma vergt, altijd uitgaan van serieomvang die veel groter is dan de behoefte van één enkele luchtvaartmaatschappij. Tweede reden is dat vliegtuigontwerpers tot uniformiteit zijn gedwongen om redenen van gestandaardiseerde afhandeling op de luchthavens en van restwaarde. Een sterk afwijkend ontwerp zou moeilijk te verkopen zijn op het moment dat de gebruiker het door een nieuw vliegtuig zou willen vervangen. Dat is denk ik dus geen begaanbare weg.’

‘We kunnen ons met het materieel alleen onderscheiden in de cabine-inrichting. Exclusieve vliegtuiginterieuren kosten relatief weinig en tasten de gebruiksmogelijkheden voor een volgende eigenaar niet aan, want je kunt er altijd een ander interieur in zetten. Een goed interieur is belangrijk bij het vasthouden van klanten.’

 

Minder ingenieurs

Klanten winnen gebeurt met behulp van marketinginstrumenten zoals prijsstelling, het optimaliseren van dienstverlening via computerreserveringssystemen en dergelijke.

‘Ja, maar ook als je over automatisering spreekt, geldt dat veertig jaar geleden de ontwikkeling daarvan net als van het vliegtuig veel meer technology driven was dan tegenwoordig. Nu is het vooral belangrijk hoe je met de software omgaat.’

‘Behalve over computersoftware gaat het ook om human software, dat wil zeggen alle menselijke vaardigheden op het gebied van de materiële en immateriële dienstverlening die nodig zijn om te allen tijde en in het hele wereldwijde netwerk consistent diensten te verlenen aan passagiers op een betrouwbare en punctuele manier.’

Zullen derhalve in de luchtvaart steeds minder ingenieurs en meer managers hun boterham verdienen?

‘Ik denk dat de luchtvaart wat dat betreft het einde van een ontwikkeling bereikt. Er zijn minder ingenieurs dan veertig jaar geleden – ik bedoel ingenieurs in de engere zin die puur met techniek bezig zijn.’

Systeemanalisten, informatici….

‘Dat beschouw ik als een heel andere categorie – op dat gebied is er nog een forse ontwikkeling. We zullen een flink aantal technici en technische bedrijfskundigen nodig blijven hebben juist om het basisprodukt verantwoord te kunnen blijven bieden. Maar ze zijn veel minder drijvend, bepalend voor de ontwikkeling dan vroeger.’

 

Kwaliteit

Bepalend voor het succes is het management. Op het gebied van operationeel management werpt het in 1990 in gang gezette project Concurrerend Kosten Niveau (CKN) nu zijn vruchten af, terwijl de KLM zich in de jaren zeventig vooral richtte op de verbetering van de kwaliteit met het project KLM Is Continue Kwaliteit (KICK). Sinds kort wordt gewerkt aan Total Quality Management volgens de methode van de European Foundation for Quality Management (EFQM).

Wisselen kosten- en kwaliteitbeheersing elkaar af met de neergaande en opgaande conjunctuur?

Den Hartog: ‘Nee, wij hebben bij CKN meteen gezegd: het kan niet zo zijn dat wij uiterst bot in de organisatie moeten gaan snijden. Wij moeten ons kostenniveau drastisch terugdringen, maar tegelijkertijd ook de kwaliteit verhogen. Want wij hebben geen grote thuismarkt zoals Lufthansa en Air France met een grote thuismarkt. Dus wij moeten vechten voor elke klant.’

Is de definitie van kwaliteit anders geworden? Vroeger moesten pasagiers met alle égards worden bejegend, tegenwoordig zijn vooral punctualiteit van de dienstregeling, gunstige verbindingen en dergelijke doorslaggevend.

‘Toen we met de KICK-actie begonnen, waren wij volledig gericht op de externe klant: onze passagiers en vrachtexpediteuren. Voldoen aan de verwachtingen van de klant is natuurlijk best een ordelijke definitie van kwaliteit. Maar iedere KLM’er kan individueel de klant zo goed mogelijk helpen, voor een aantal dingen is hij afhankelijk van andere KLM’ers. Daarom hebben we de definitie verbreed, zodat ook de kwaliteit van de onderlinge dienstverlening binnen de KLM er toe ging behoren. Kwaliteit is het voldoen aan de wensen van al je klanten, ook de interne klanten. Dan heb je namelijk ook de interne procesvoering erbij betrokken.’

Bovendien zijn de kosten moeilijk te beheersen als ieder voor zich kwaliteit gaat nastreven.

‘Daar liepen we inderdaad wel een beetje tegen aan, hoewel de duizenden ideeën die we toen kregen voor 90 % waren in te voeren zonder dat er kosten mee waren gemoeid. Voor de overige 10 % geldt dat je kwaliteit niet koste wat kost kunt leveren. Je moet tegen elkaar afzetten wat het kost om een bepaald kwaliteitsniveau te handhaven en wat het kost in termen van inkomstenderving als je afziet van die kwaliteit.’

‘Sinds twee jaar vinden we dat kwaliteitsbeheer nog méér behelst dan alleen die externe en interne klantenverwachting. Bij de EFQM-methodiek is het begrip kwaliteit veel breder dan de totale kwaliteit van de bedrijfsvoering. Het gaat niet alleen om customer satisfaction – de kwaliteit in engere zin – maar ook de maatschappelijke verantwoordelijkheid – impact on society – en ook de business results. Zo ben je in staat om met kwaliteitsmanagement de continuïteit van het bedrijf zeker te stellen. We hebben dat geleidelijk in de organisatie ingevoerd, niet aan de hand van een of andere goeroe maar echt bottom up.’

 

Samenwerking

‘Je moet als directie niet gaan blindvaren op de adviezen van een consultant. Je moet zelf de controle over het proces houden. Ja, je ziet nog al eens dat bedrijven achter dit soort ideeën aanrennen en dan de feitelijke verantwoordelijkheid voor de prioriteitstelling in het management neerleggen bij een managementgoeroe, bij iemand die dat niet kan dragen.’

De indruk bestaat dat de aandacht voor het operationele management, voor de interne bedrijfsvoering, verslapte in perioden dat de KLM in het nieuws was met kwesties van strategisch management, zoals de zeer succesvolle participatie in de Amerikaanse maatschappij Northwest en de afgeketste besprekingen met British Airways en later met Swissair, SAS en Austrian Airlines onder de codenaam ‘Alcazar’.

‘De constatering dat CKN heeft geleden onder Alcazar is kul. De KLM is juist tijdens de besprekingen doorgegaan met het nemen van maatregelen gericht op kostenverlaging en produktiviteitsverhoging. Juist in de periode dat Alcazar speelde zijn de grote projecten op het gebied van CKN in gang gezet. Wél is CKN pas vorig jaar zijn vruchten gaan afwerpen. Als die projecten zijn ingevoerd duurt het even voordat je resultaat begint te merken.’

‘We vinden nadrukkelijk dat je operationeel en strategisch management niet los van elkaar kunt zien. Je kunt niet in de top van de onderneming een aantal strategen hebben en dan daaronder een aantal managers die het moeten doen en die dan alleen maar met elkaar praten via een stafvergadering.’

‘De grootste kans op succes is een fundamentele rol in een global airline system. We hebben met Northwest een uitstekende samenwerking op de Noordatlantische routes, in de VS en in het Pacificgebied. De 30 % zeggenschap waarmee we in Alcazar zouden zijn gaan deelnemen, zou nu door de resultaatverbetering van de KLM ten opzichte van Swissair, SAS en Austrian wat minder voor de hand liggen.’

 

 

(QUOTE BIJ FOTO)

‘Luchtvaart is niet gevaarlijk, maar net als scheepvaart weinig vergevingsgezind ten opzichte van technische nalatigheden’

(Foto’s: ing. Willem Middelkoop, Amsterdam)

 

(FOTOBIJSCHRIFT)

Ir. C. den Hartog: ‘Technici blijven nodig om het basisprodukt verantwoord te kunnen blijven bieden, maar ze zijn veel minder bepalend voor de ontwikkeling dan vroeger.’