Dit handboek gaat in op algemene aspecten betreffende ontwerp en uitvoering van rail- en wegtunnels (inclusief langzaam verkeer tunnels).

Doel van dit boek is ontwerpers en bouwers van nieuwe tunnels te ondersteunen, door inzicht te bieden in alle aspecten die komen kijken bij ontwerp en realisatie en tevens bestaande potentiële oplossingen in de vorm van ‘best practices’ te tonen. Het is daarmee bedoeld als een naslagwerk voor professionals en niet zozeer als leerboek.

Groeiboek renoveren

Het groeiboek Renoveren bevat alle best practices omtrent tunnelrenovaties: https://www.cob.nl/wat-doet-het-cob/groeiboek/renoveren/.
Een boek vol informatie en inspiratie om tunnelrenovaties veilig, duurzaam, effectief en met zo min mogelijk hinder te laten plaatsvinden.

Het onderwerp renovatie wordt niet behandeld in dit handboek, maar in het ‘Groeiboek Renoveren’.

De inhoud is gebaseerd op het handboek Specifieke Aspecten TunnelOntwerp: (SATO) 2006 [86], aangevuld met specifieke kennis van railtunnels. Daarnaast zijn ervaringen uit de periode 2006 tot heden verwerkt. Op basis van kennis van deskundigen is zoveel mogelijk de ‘State of the art’ van de tunnelbouw vastgelegd, waarbij herhaling van tekst uit andere beschikbare documenten is vermeden, tenzij het om niet openbaar verkrijgbare documenten gaat. Waar nodig en relevant wordt wel naar andere documenten verwezen.

Het handboek behandelt primair de civiele constructie van de tunnels inclusief het wegontwerp in tunnels. Expliciet wordt er in dit handboek niet gerefereerd aan verkeers- en tunneltechnische installaties; de relevante ontwerpeisen van deze installaties zijn in separate richtlijnen vanuit de eigenaren van de verschillende modaliteiten (Rijkswaterstaat, ProRail, Gemeentelijke vervoerbedrijven) vastgelegd. Verder zijn alle ontwerpuitgangspunten die expliciet betrekking hebben op het afzinkproces (OTAO) van afzinktunnels (het ‘oude’ SATO hoofdstuk 8) niet uitputtend opgenomen in dit handboek.

Boortunnels komen in de huidige uitgave van dit handboek nog niet voor. Het document beperkt zich vooralsnog tot cut-and-covertunnels en in beperkte mate afzinktunnels.

Het handboek is gemaakt door en voor de participanten van het COB en zal tevens door een permanente COB-commissie worden beheerd. Gebruikers worden nadrukkelijk uitgenodigd input te leveren aan deze commissie door het insturen van reacties Het is de uitdrukkelijke wens van de samenstellers dat dit handboek een levend document zal zijn, dat op elk moment een zo goed mogelijke afspiegeling van de ‘State of the art’ laat zien.

Dit handboek bevat ’best practices’ die beschrijven hoe de tunnel er ‘onder de motorkap’ uit moet zien om effectief en veilig te kunnen worden gebruikt. Maar dat is niet genoeg!

In deze paragraaf vragen we u om, met het oog op de toekomst, een tunnel te zien als meer dan een technische constructie met een beperkte functie.

Een integrale visie maakt meer haalbaar en betaalbaar

Met het oog op de betaalbaarheid zal in de toekomst steeds vaker het toevoegen van extra functies van doorslaggevend belang zijn in de haalbaarheid van ondergrondse constructies zoals tunnels. Alleen zo zal waarde creatie op langere termijn kunnen plaatsvinden, denk aan duurzame energievoorziening, koppeling met recreatie, gebiedsontwikkeling e.d. De discussie over de haalbaarheid strekt zich inmiddels ook verder uit dan alleen de nieuwbouwfase. Onder andere door gebruik te maken van levensduurbenaderingen, (zoals LCC) en contractvormen (zoals DBFM) wordt (een deel van) de levenscyclus van een tunnel in de afweging meegenomen. Aandachtspunt daarbij is dat deze benadering voldoende rekening moet houden met toekomstige onzekerheden en hierop kan inspelen. Opdrachtgevers zullen actief vragen om voorzieningen die aanpasbaar zijn bij wijzigende omstandigheden, nieuwe inzichten of nieuwe technieken. Kortom, het is in het belang van het realiseren van de huidige primaire functie (mobiliteit, transport, opvang/opslag), dat nut en noodzaak van een tunnel vanuit een integrale visie worden aangevlogen. De renovaties van de ca. 60 tunnels die we komende decennia voorzien, kan hiertoe kansen geven.

Dat neemt niet weg dat dit handboek in de huidige samenstelling primair bedoeld is voor de aanleg van nieuwe tunnels. Voor de renovatie van bestaande tunnels kan uiteraard uit dit document worden geput, er zullen echter vaak concessies moeten worden gedaan jegens de richtlijnen (en de wettelijke bepalingen) van deze tijd. Gezien de geschetste toenemende aandacht voor renovaties is het echter niet ondenkbaar dat daar in de toekomst een deel van dit handboek aan gewijd gaat worden.

Een integrale visie heeft oog voor uitdagingen van de toekomst

Naast de problemen die we met de aanleg van een tunnel willen oplossen (bereikbaarheid, mobiliteit, meervoudig ruimtegebruik, kwaliteit op maaiveldniveau), ontstaan er ook potentiële nieuwe uitdagingen. De aanleg van nieuwe tunnels en de renovatie en/of aanpassing van bestaande tunnels hebben invloed op het landschap, de ondergrond, de waterhuishouding, de luchtkwaliteit en veroorzaken hinder en tijdelijke beperking van de bereikbaarheid. Ook die uitdaging vraagt om een integrale visie, omdat belangrijke maatschappelijke opgaven in hun geheel moeten worden beschouwd. Denk daarbij aan zaken zoals het ondergronds ruimtegebruik in de stad, de verbinding van ondergrond/bovengrond, minder hinder en sneller bouwen. Hetzelfde geldt voor de technische uitdagingen die nog voor ons liggen, zoals ondieper bouwen en gebruik van de bodem als bouwplaats (smart soils, versterkte bodem, werken in dik water).

Een integrale visie = een duurzame visie

Een integrale visie op tunnels is gebaseerd op de uitgangspunten voor duurzame ontwikkeling, omdat daarin alle aspecten aan de orde komen waar het in bovengenoemde maatschappelijke vragen en uitdagingen om gaat. De reikwijdte van het begrip duurzaamheid is voor dit handboek bepaald op basis van de negen duurzaamheidsaspecten zoals benoemd in het Inspiratiedocument Duurzaamheid [87] (gratis te downloaden via cob.nl). Dit document is in 2014 samengesteld door het experteam dat duurzaamheidscriteria voor aanleg en beheer van de Rotterdamsebaan heeft ontwikkeld. Deze criteria zijn:

1. functiecombinaties en flexibiliteit;
2. landmark;
3. maatschappelijke participatie en kennisborging;
4. social fairness;
5. geluid;
6. luchtkwaliteit;
7. natuurlijke inpassing;
8. grondstoffengebruik;
9. energie.

Een integrale visie vraagt om durvers, denkers en doeners

Voor het ontwikkelen van een integrale visie op tunnels binnen uw organisatie kunt u niet vroeg genoeg beginnen en niet breed genoeg kijken. Organiseer eens een sessie met de kinderen van uw medewerkers, haal een kunstenaar, historicus, stedenbouwkundige of gamer bij uw team. Investeer in durvers (mensen die innovatief naar oplossingen zoeken), denkers (mensen die problemen zien maar ze ook willen oplossen) en doeners (mensen die in de praktijk weten wat werkt en wat niet). Zoek nieuwe samenwerkingsvormen, nieuwe oplossingen en durf over uw eigen horizon heen te kijken en de discussie aan te gaan als u denkt dat het beter of anders kan. Wij wensen u veel succes, inspiratie en een integrale visie toe!

In de Richtlijn Ontwerp Kunstwerken [27] is een definitie van het begrip tunnel opgenomen die betrekking heeft op wegtunnels. Als deze definitie wordt uitgebreid tot railtunnels ontstaat de volgende omschrijving:

‘Een tunnel is een civiel-technische constructie die onderdeel is van een weg of railverbinding bij kruising met een andere weg, spoorweg, waterweg of een terreinverdieping, waarbij grond en/of (grond)water moet worden gekeerd en/of een overdekt gedeelte van meer dan 80 m ontstaat voor de onderdoorgaande weg of railverbinding.’

Opgemerkt wordt dat de lengte van 80 m in de ROK arbitrair is gekozen. Vermoedelijk komt deze grens voort uit het criterium voor het al dan niet moeten maken van een afweging op basis van: [LIT]  ‘Beslismodel brandbare stoffen door tunnels of via omleidingen’ van TNO uit 1986.  Bij een maximale gesloten lengte van 80 m draagt het risico door het transport van gevaarlijke stoffen namelijk slechts marginaal bij aan het groepsrisico voor overige weggebruikers.

Aan een tunnel waarvan het langst omsloten gedeelte langer is dan 250 m worden aanvullende eisen gesteld (bron: Wet Aanvullende Regels Veiligheid Wegtunnels [88]). Voor Rijkswegtunnels zijn deze regels nader gespecificeerd en aangevuld in de Landelijke Standaard RWS Tunnelsysteem [90]. Voor spoortunnels wordt verwezen naar de OVS00030 en OVS00202 richtlijnen.

Met het begrip ‘tunnelconstructie’ wordt in dit handboek het geheel van tunnel en toeritten bedoeld.

Het handboek is van toepassing op de volgende typen, naar vorm ingedeelde constructies:

• gesloten constructies, langer dan 250 m;
• gesloten constructies, korter dan 250 m;
• gedeeltelijk gesloten constructies;
• open bakconstructies, zijwaarts gesloten (aan de bovenzijde open)  constructies voor tunneltoeritten en verdiepte wegen.

Op basis van indeling naar bouwwijze komen in Nederland de volgende typen tunnels voor:

• landtunnels
• cut and cover tunnels
• afzinktunnels
• boortunnels

De eerstgenoemde 3 categorieën worden in dit handboek afgedekt; boortunnels (vooralsnog) niet.

Voor de bouw van een cut and cover tunnels en toeritten bestaan verschillende uitvoeringsvarianten. De volgende worden in dit handboek behandeld (zie voor een beschrijving met toelichting Uitvoeringsprincipes):

• bouwkuip met bemaling;
• bouwkuip met onderwaterbeton;
• bouwkuip met een natuurlijke of kunstmatig aangebrachte waterremmende laag;
• polderconstructie met behulp van folie in een bouwkuip of met taluds;
• polderconstructie met cement-bentonietwanden met taluds;

In het handboek zijn ook de bij het ontwerp van een constructie behorende beschouwing van de uitvoeringsaspecten en tijdelijke constructies meegenomen. Voor zover die essentieel zijn voor de veilige maakbaarheid van de constructie dienen deze een integraal onderdeel van het ontwerp te zijn. De gangbare uitzondering hierop is de bekistingsconstructie, die in het algemeen geen direct onderdeel uitmaakt van het civiele ontwerpproces. De reden hiervoor is dat het ontwerp van een bekisting meestal zonder directe afhankelijkheid van de gekozen constructievariant ontworpen en gemaakt kan worden, waardoor het ontwerp van de bekisting doorgaans geen knelpunt vormt.

In dit artikel worden veel voorkomende begrippen binnen de tunnelbouw verklaard, evenals typen wegconstructies. De weergave van de definities sluit zo dicht mogelijk aan op de officiële weergave volgens de Van Dale. De bijbehorende tekeningen geven schematisch aan hoe de constructie eruit kan zien.

De tunnels die in dit handboek worden behandeld kunnen naar type gebruik worden ingedeeld in railtunnels en wegtunnels.

• Met railtunnels worden zowel lightrail- en tramtunnels als spoortunnels voor treinverkeer bedoeld (zie voor een nadere specificatie van deze definities ook Veiligheidsregelgeving railtunnels).

• Met wegtunnels worden zowel tunnels in autosnelwegen als in niet-autosnelwegen aangeduid. In sommige bronnen wordt ook de definitie ‘verkeerstunnel’ gebruikt, daarmee wordt in het algemeen hetzelfde bedoeld als ‘wegtunnel’.

(Gedeeltelijk) omsloten wegconstructies zijn naar geometrie in groepen onder te verdelen. Elke groep heeft zijn eigen specifieke veiligheidsaspecten met de daarbij behorende inrichting. De groepen wegconstructies zijn:

• lange gesloten constructies – tunnels;

• korte gesloten constructies;

• gedeeltelijk gesloten constructies;

• zijwaarts afgesloten constructies.

Tunnels zijn lange gesloten kunstwerken ten behoeve van lijninfrastructuur. De doorsnede kan zowel rechthoekig (cut & cover tunnel, afgezonken tunnel) als rond (boortunnel) zijn, zoals aangegeven in figuur 7.4. Afhankelijk van wat zich boven de tunnel bevindt kunnen deze worden ingedeeld in de volgende typen:

• een tunnel onder een watergang (figuur 7.1);
• een tunnel onder de zeebodem;
• een tunnel onder maaiveld (figuur 7.2);
• een tunnel boven maaiveld (figuur 7.3).

Tunnels ten behoeve van andere modaliteiten dan weg- en spoorverkeer, zoals bijvoorbeeld fiets- en leidingentunnels, worden in dit handboek niet expliciet behandeld. Uiteraard neemt dat niet weg, dat diverse hier beschreven uitvoeringsprincipes en detailleringen wel degelijk toepasbaar kunnen zijn voor dat soort tunnels.

Dit zijn korte gesloten kunstwerken ten behoeve van een weg of spoorweg. figuur 8.1 t/m figuur 8.2 tonen achtereenvolgens:

• Een aquaduct, dat wil zeggen een kort, gesloten kunstwerk, dat water voert over een dal, een verkeersweg of een spoorweg.
• Een onderdoorgang, dat wil zeggen een kort, gesloten kunstwerk waarmee een weg of spoorweg onder een weg, spoorweg of maaiveld wordt geleid.

Voor de veiligheidsvoorzieningen in korte gesloten constructies in (Rijks-)wegen zijn door Rijkswaterstaat ‘Richtlijnen Veiligheidsvoorzieningen verdiepte wegen, korte overkappingen en gedeeltelijk gesloten Constructies’ (RVC) opgesteld. Zie ook de website van RWS. Voor spoortunnels wordt verwezen naar de OVS 00030 -3.

Dit zijn deels gesloten rechthoekige kunstwerken ten behoeve van een weg of spoorweg. figuur 9.1 en figuur 9.2 tonen achtereenvolgens:

• Een overkapte bakconstructie, dat wil zeggen een weg (beneden maaiveld) tussen wanden en voorzien van een grotendeels gesloten dakconstructie.
• Een luifelconstructie, dat wil zeggen een constructie die een weg op maaiveld grotendeels afschermt van de omgeving om geluidsoverlast naar de omgeving te beperken. De constructie heeft een grotendeels gesloten karakter.

Voor de veiligheidsvoorzieningen in korte gesloten constructies in (Rijks-)wegen is in 2019 door Rijkswaterstaat ‘Richtlijnen Veiligheidsvoorzieningen verdiepte wegen, korte overkappingen en gedeeltelijk gesloten Constructies’ (RVC) uitgebracht onder de naam ‘KadeR Veiligheidsvoorzieningen verdiepte wegen, korte overkappingen en gedeeltelijk gesloten Constructies’ zie ook de website van RWS.

Deze constructies, die ook wel ‘zijwaarts afgesloten constructies’ worden genoemd, zijn open rechthoekige kunstwerken ten behoeve van een weg of spoorweg. figuur 10.1 t/m figuur 10.3 tonen achtereenvolgens:

• Een verdiepte weg, dat wil zeggen een open wegconstructie gelegen beneden maaiveld.

• Een weg voorzien van geluidsschermen, doorgaans op maaiveld, om geluidsoverlast naar de omgeving te beperken. Deze constructie valt buiten de scope van dit handboek.

Algemeen

In relatie tot afgezonken tunnels

Een tunnel maakt deel uit van lijnvormige infrastructuur zoals een weg of een railverbinding. Het geometrische profiel van deze lijnvormige infrastructuur bepaalt daarmee in belangrijke mate de vorm en afmetingen van de tunnel. Onderstaande artikelen beschrijven het geometrische profiel waarbij onderscheid is gemaakt naar:

• wegen;

• spoorwegen;

• tram- en metrolijnen.

Bij het ontwerp van een weg spelen vele aspecten een rol. Steeds meer wordt gevraagd om een integraal ontwerp van de weg met de omgeving. Vanzelfsprekend spelen hierbij zowel economische, verkeerskundige, planologische als milieutechnische aspecten een rol. Al deze aspecten maken deel uit van het overkoepelende proces van het tot stand komen van wegen. Het planningsproces bij het tot stand komen van (hoofd)wegen is ontleend aan het Meerjarenprogramma Infrastructuur Ruimte & Transport (MIRT) [91].

In het MIRT zijn de verkenning-, planstudie- en realisatiefasen onderscheiden, waarbinnen zich zowel bestuurlijke als technische processen afspelen.

Belangrijk om te beseffen is dat tijdens het totstandkomingsproces van (hoofd)wegen in het bestuurlijke proces verschillende keuzes worden gemaakt die leidend (en bindend) zijn voor het technische proces. Binnen het technische proces vindt onder meer het wegontwerpproces plaats.

In de volgende artikelen wordt nader ingegaan op de ontwerprichtlijnen van autosnelwegen en niet-autosnelwegen.

Richtlijnen voor het ontwerp van autosnelwegen worden hier niet uitgebreid omschreven omdat deze zijn gegeven in de ROA (Richtlijn Ontwerp Autosnelwegen) [54]. Deze richtlijn is de opvolger van de NOA uit 2007 [53].

In de ROA2014 is een apart hoofdstuk opgenomen met specifieke aspecten ten aanzien van verkeerstunnels. In uitzondering hierop zijn er bijvoorbeeld bij A2Maastricht (Koning Willem Alexander tunnel) enkele bijzonderheden met betrekking tot het wegontwerp in tunnels aan het licht gekomen. Deze zijn:

1. Verkantingsovergangen
2. Hoe om te gaan met zichtbreedte i.r.t. PvR
3. Afstand tot de tunnelwand

Ad 1).   Doordat er bij de tunnel A2 Maastricht verkantingsovergangen in de tunnel aanwezig zijn, is over een bepaalde lengte de minimale dwarshelling niet aanwezig. Dit heeft invloed op het afstromen van eventueel gevaarlijke vloeistoffen op het wegdek in het geval van een calamiteit met een tankauto. Er moet derhalve in dergelijke gevallen een berekening van de plasgrootte bij de maximale gatgrootte worden gemaakt, om vooraf te kunnen voorzien in maatregelen voor het afvoeren van gevaarlijke stoffen. Voorts moet in de testfase een uitstroomproef worden uitgevoerd om te controleren of de plasgrootte daadwerkelijk binnen de grenzen van het toelaatbare valt en om de berekening te verifiëren.

Ad 2).   Vanwege de relatief krappe bochtstralen in de Koning Willem Alexander tunnel is er zichtverbreding toegepast in de A2-tunnelbuizen. Om er nu voor te zorgen dat deze aanvullende rijstrookbreedte niet wordt bereden, is er sergeantmarkering aangebracht, gecombineerd met een akoestische kantstreep (blokjes markering), waardoor voertuigen ontmoedigd worden om deze strook te berijden. Belangrijke reden om deze strook niet te berijden, is dat boven deze strook booster-ventilatoren hangen, die zich enkele centimeters in het PvR van 4,7 m hoogte bevinden. Een overweging zou kunnen zijn om opnieuw een ‘getrapt’ PvR in te voeren, zoals dit in de jaren ’70 en ’80 ook werd toegepast in tunnels.

Ad 3).   In de A2-tunnel (onderste buizen, 100 km/h) is vanwege de krappe boogstralen in het tracé een bochtverbreding nodig die oploopt tot 2,65 m (bovenop de objectafstand). Deze verbreding is omwille van economische gronden en vanwege het ruimtebeslag) slechts ter plaatse van de bochten toegepast. Dit is in tegenspraak met de ROA2014, omdat deze een continue afstand van de tunnelwand t.o.v. de rijstrook voorschrijft. Omdat dit in het geval van de Koning Willem Alexandertunnel tot een onacceptabel duur ontwerp zou hebben geleid is dit toch geaccepteerd.

Naast de beschrijving van het geometrische ontwerp in de genoemde ROA dient ook nog gebruik gemaakt te worden van ‘Wegontwerp in tunnels – Convergentie- en divergentiepunten in en nabij tunnels’ [59].

Veiligheidseisen voor tunnels in autosnelwegen zijn gegeven in Basisspecificatie TTI RWS Tunnelsystemen [80]. Opgemerkt wordt dat per oktober 2012 de VRC voor tunnels langer dan 250 meter is komen te vervallen.

Voor gesloten constructies, korter dan 250 meter, heeft Rijkswaterstaat in 2019 een separate Richtlijn Veiligheidsvoorzieningen voor verdiepte liggingen en korte overkappingen uitgebracht onder de naam ‘KadeR Veiligheidsvoorzieningen verdiepte wegen, korte overkappingen en gedeeltelijk gesloten Constructies’ zie ook de website van RWS.

Voor het ontwerp van niet-autosnelwegen wordt verwezen naar het uit 4 delen bestaande CROW Handboek wegontwerp [55]:

CROW-publicatie 328 Handboek wegontwerp 2013 – Basiscriteria
CROW-publicatie 329 Handboek wegontwerp 2013 –  Erftoegangswegen
CROW-publicatie 330 Handboek wegontwerp 2013 – Gebiedsontsluitingswegen
CROW-publicatie 331 Handboek wegontwerp 2013 –  Regionale stroomwegen

Voor wegen binnen de bebouwde kom is er de ASVV 2012 ‘Aanbevelingen voor ‘verkeersvoorzieningen binnen de bebouwde kom’ [56]. Tevens kan gebruik gemaakt worden van de basisuitgangspunten uit ‘Wegontwerp in tunnels – Convergentie- en divergentiepunten in en nabij tunnels’ [59].

Met betrekking tot de hoogte van de tunnelbuis is in de onderliggende artikelen aanvullende informatie opgenomen t.o.v. de CROW publicaties.

Ten aanzien van het ruimtelijk alignement komen onderstaand achtereenvolgens aan de orde:

• de wegcategorie;
• de aansluitende wegen;
• het wegverkeerssysteem;
• het horizontaal en verticaal alignement;
• de horizontale bogen en rechtstanden;
• de zichtafstanden;
• de continuïteit en de uniformiteit;
• de ruimtelijke helling;
• de verkeersveiligheid;
• de consistentie en het wegbeeld.

Wegcategorie

De wegcategorie bepaalt in principe de ontwerp­snelheid, zie tabel 18.1. De ontwerpsnelheid hangt niet alleen af van de wegcategorie maar ook van de omgevingsfactoren en het alignement van de voorafgaande wegvakken.

Opgemerkt wordt dat bij een lagere wegcategorie bij inpassing meer rekening moet worden gehouden met de omgevings­kenmerken van de weg.

Aansluitende wegen

Indien in- en uitvoegingen van aanslui­tende wegen op voldoende afstand van elkaar en van de tunnel zijn gelegen, zullen deze de capaciteit en afwikke­lingsintensiteit van de tunnel niet nadelig beïnvloeden. Juist in stedelijke gebieden kunnen de aansluitende wegen van belang zijn voor het ruimtelijk alignement.

Wegverkeerssysteem

Tussen de mens, de weg en het voertuig bestaat een relatie:

• De mens heeft als kenmerken de kunde, de er­va­ring en de in­stel­ling. De rijtaak van de mens bestaat uit het proces van waarnemen, beoorde­len, beslissen en rea­geren.
• De weg wordt gekenmerkt als informatiebron en de feitelijke rijbaan.
• Het voertuig is door de vorm en de afmetingen bepalend voor de ooghoogte in verband met zichtafstanden.

Horizontaal en verticaal alignement

Het horizontaal en ver­ticaal alignement die­nen, ter voorkoming van knelpun­ten bij la­tere stappen, reeds vanaf het begin in on­derlinge samenhang te worden ont­worpen. Regels voor de combinatie van het horizontale en verticale alignement zijn samengevat in tabel 18.2.

Horizontale/vertica­le bogen en rechtstan­den

Iedere combinatie van bogen en recht­standen heeft voor- en nade­len en tevens specifieke toepassingsgebieden. De volgende grondvormen worden onderscheiden:

• de ruimtelijke rechtstand;
• de vlakke horizontale boog;
• de verticaal gekrom­de rechtstand in het horizontaal aligne­ment;
• de samengestelde boog.

Zichtafstanden

Het wegontwerp dient te resulteren in dusdanige zichtafstanden dat veilig gereageerd kan worden op gebeurtenissen en situaties achter, opzij en voor het voertuig. De aard van de handeling (inhalen, remmen) bepaalt welk soort zicht­afstand in het ontwerp moet worden gehanteerd. Hierbij bestaat onderscheid in de volgende typen zicht:

• het rijzicht;
• het stopzicht;
• het inhaalzicht;
• het oprijzicht.

Het wegverloop bij tunnels is in ver­band met zichtlengte van groot be­lang.

Continuïteit en uniformiteit

In het geheel van weg en wegomge­ving moet gestreefd worden naar een continue en vol­doend afwisselende informatiestroom. Aangezien in het wegontwerp behoort te worden uitgegaan van continuïteit, dienen veranderingen tijdig te worden ingeleid. Binnen één wegcategorie dienen over de gehele lengte van een weggedeel­te dezelfde kenmerken aanwezig te zijn.

De herkenbaarheid voor de weggebruiker moet worden vergemak­kelijkt door binnen de voorkomende kenmerken zo min mo­gelijk variatie aan te brengen. Hierbij zo min mogelijk afwij­ken van het normale patroon binnen één wegcate­gorie (denk aan bebake­ning en marke­ring).

Ruimtelijke helling

De ruimtelijke helling moet gelimiteerd worden om afglijden van het voertuig te verhinderen. Onder normale omstandigheden is het gewenst dat de ruimtelijke helling niet groter is dan 7 %.

De ruimtelijke helling wordt berekend met be­hulp van de volgende formule:

waarin:

p_r = het ruimtelijk hellingspercentage onder hoek
p_l = het langshellingpercentage
p_d = het dwarshellingpercentage

Verkeersvei­ligheid

De volgende aspecten van het wegontwerp bepalen de verkeersveiligheid:

• geometrie van de weg;
• kwaliteit wegdek;
• markering, bebake­ning en beweg­wijze­ring;
• verkeersregels, -maatregelen, -rege­ling en -sig­na­lering;
• voorzieningen (zoals be­planting, verzor­gingsplaatsen, hectometerring en alar­me­ringssysteem).

Onder de kwaliteit van het weg­dek wordt ver­staan de stroefheid, vlakheid en wateraf­voerbaarheid. Verkeersmaatregelen moeten als zinvol wor­den ervaren. Te veel incidentele maatregelen leiden tot te veel bor­den, devaluatie van de desbetref­fende borden en devaluatie van de alge­meen geldende gedrags­regels. Om de lichtovergang positief te beïnvloeden, wordt bij de ingang van de tunnel vaak een daglichtrooster toege­past. Bij lange tunnels moet gezorgd worden voor een behoud van het attentieniveau.

Consistentie en het wegbeeld

Binnen één wegcategorie zorgen voor consistentie door dezelfde eisen te stellen ten aanzien van veilig­heid, vlotheid en comfort.

Het wegbeeld kan worden opgevat als de inter­pretatie van het feite­lijk verloop van de weg door de weggebruiker die naar deze interpre­tatie handelt en niet direct naar het feite­lijke alignement. Daarbij is een goede accentuering van de tunnelingang gewenst. De herkenbaarheid van een tunnelingang wordt sterk verhoogd door deze in een (royale) boog te situeren.

De aan het wegbeeld gestelde kwali­teitsei­sen zijn:

• herkenbaarheid, passend bij het ver­wach­tingspa­troon van de weggebruiker;
• duidelijkheid;
• tijdige informatie en daarbij behorende zichtaf­stan­den;
• fraaiheid.

Het wegbeeld wordt in het algemeen gebruikt als toetsingscri­te­rium nadat het ontwerp tot stand is gekomen op basis van bouwtech­ni­sche, archi­tecto­nische en ove­rige ver­keerskundige as­pec­ten.

Ten aanzien van het horizontaal alignement komen achtereenvolgens aan de orde:

• de horizontale boogstraal;
• de bochtverbreding;
• de verkanting;
• de clothoïde;
• de horizontale rechtstand;
• de zichtafstand.

Horizontale boogstraal

De grootte van de toelaatbare horizontale boogstraal wordt be­paald door:

• visuele aspecten, namelijk het detecteren van de boog, inschatten van de boog en zichtafstanden in de boog;
• berijdbaarheid.

Bij het bepalen van de horizontale boogstraal speelt de ontwerpsnel­heid v_o een belangrij­ke rol. De berijdbaarheid stelt eisen aan de boogstraal, waarvoor onderstaande formule geldt:

waarin:
R_h = horizontale boogstraal [m]
v_o = ontwerpsnel­heid [m/s]
f_z = wrij­vingscoëfficiënt [-]
i = verkanting [%]
g = versnelling van de zwaartekracht (g = 9,81 m/s²)

Tunnels in enkelbaanswegen dienen bij voorkeur van een recht alignement te zijn voorzien, dus geen boogstraal te hebben.

Bochtverbreding

Indien de horizontale boog­straal kleiner is dan 300 m dient bochtverbreding te worden toegepast.

Positieve verkanting

In verband met compensatie van de middel­puntvliedende kracht is een positieve verkanting gewenst. De minimale positieve verkanting is 2 % (in verband met afvoer van hemelwater). De maximale positieve verkanting is 5 %. In uitzonderingsgevallen kan de ver­kan­ting vergroot worden tot 7 % (om de boog beter zichtbaar te maken).

De positieve verkanting van 5% be­paalt in relatie met v_o de ondergrens van de horizontale boogstraal, zie tabel 19.1.

Negatieve verkanting

De grootte van de negatieve verkan­ting is onafhankelijk van de grootte van de horizontale boogstraal en moet 2,5% zijn. Deze waarde bepaalt in relatie met v_o de onder­grens van de horizonta­le boogstraal, zie tabel 19.2. De waarden in de tabel zijn vooral gebaseerd op rijcomfort.

Gelijkgerichte verkantingsovergang/wentelende verkantingsovergang

Bij het vaststellen van de verkantings­overgang zijn de volgende aspec­ten van belang:

• het comfort;
• de waterafvoer;
• het wegbeeld;
• lengte verkantings­overgang;
• plaats verkantings­overgang;
• keuze plaats wentelingsas.

De verkantingsverandering per lengte-eenheid (DS/a) is bepalend voor de stabiliteit van hoge voertuigen. Bij een gelijkgerichte verkantingsover­gang wordt de reeds aanwezige dwarshelling (verkanting) in dezelf­de zin ver­groot of verkleind. Bij een wentelende verkantingsover­gang vindt er een richtingsverande­ring van de verkanting plaats.

Bij wentelende verkantingsovergangen dient in verband met de afvoer van het hemelwater in elk geval een mini­mumhellingspercentage van 0,5 % in langsrichting te worden aangehouden, daar waar geen dwarshelling aanwe­zig is.

Er zijn twee typen verkantingsfiguren:

• rechtlijnig;
• cirkelvormig.

Plaats van de wentelingsas is bij tunnels van invloed op de benodigde hoogte van de tunnelbuis. Derhalve wordt bij tunnels de rijbaanas als wentelingsas toegepast.

Clothoïde

De functies van de clothoïde in het wegontwerp zijn:

• het mogelijk maken van een geleidelijke stuurverdraaiing;
• ruimte bieden voor de verkan­tingsveran­dering;
• ruimte bieden voor de benodigde bocht­verbreding;
• het vermijden van knikken in het wegbeeld.

De algemene formule voor de clothoïde is (zie ook figuur 19.1):

waarin:
R = straal
L = lengte van de overgangsboog
A = parameter van de clothoïde, die wordt bepaald door optische eisen, comforteis, esthetische eis, dynamische even­wichtseis en de lengte eis.

De lengte van de clothoïde moet zodanig zijn dat een eventuele verkan­tingsovergang binnen de clothoïde kan plaatsvinden. Ten behoeve van het berekenen van clotho­ïden zijn computerpro­gramma’s beschikbaar.

Afhankelijk van de ont­werpsnelheid v_o, dienen bij de volgende cirkelbogen overgangsbogen te wor­den toege­past met de volgende straal R:

• v_o = 100 km/h    R < 2500 m;
• v_o = 80 km/h      R < 1700 m;
• v_o = 60 km/h      R < 900 m;

Horizontale rechtstand

Lange rechtstanden moeten worden vermeden in ver­band met eentonigheid. Indien mogelijk moeten lange rechtstanden worden vervan­gen door zeer ruime bogen. Bij toepassing van zowel langere als kortere recht­standen kunnen, afhankelijk van aan­sluitende wegelementen, wegbeeldfou­ten optreden. Voor de lengte van de rechtstand geldt:

waarin:

v_o = snelheid (km/h)
L = lengte van de rechtstand (m)

Zichtafstand

Bij horizontale bogen zijn bepalend:

• objecten in bermen; ter plaatse van een tunnel is de tunnelwand het ‘object in de berm’;
• weg verdwijnt uit centraal ge­zichts­veld.

Ten aanzien van het verticaal alignement komen achtereenvolgens aan de orde:

• het hoogteverschil;
• de zichtafstand;
• de rechtstand;
• de bolle boog;
• de holle boog.

Hoogteverschil

Het hoogteverschil heeft de grootste invloed op het snelheidsverval van vrachtauto’s. Bij brede vaarroutes kan worden over­wogen een min of meer hori­zontaal gedeelte in het dieper gelegen deel van de tunnel aan te brengen, waar­door het hoog­teverschil afneemt.

Zichtafstand

Bij verticale bogen zijn de volgende aspecten bepalend voor de zichtafstand:

• objecten bij holle boog;
• weg verdwijnt achter bolle boog.
  

De zichtafstand wordt be­paald door de ooghoogte van de bestuurder en de positie van het waar te nemen object.

Rechtstand

Bij grote hoogtever­schillen wordt tus­sen een holle en een bolle boog een recht­stand aangebracht. Het toepassen van een rechtstand is mede afhankelijk van het hellingsper­centage.

Bolle boog

Bij bolle bogen zal de benodigde zichtafstand bepalend zijn. De minimale boogstraal volgt uit de volgende formule:

waarin:

R_{bol minimaal} = minimale boog­straal (m)
L_Z = maatgevende zich­tafstand (m)
h_o = ooghoogte be­stuurder (m)
h_h = hoogte waar te ne­men object (m)

Voor minimale boogstra­len van de bolle boog: zie tabel 20.1. Voor de ooghoogte is hier meestal 1,10 m (bestuurder personenauto) bepalend.

Holle boog

Bij holle bogen zal de duidelijkheid van het wegbeeld meestal bepa­lend zijn. In mindere mate speelt het rijcom­fort een rol. Voor de minimale boogstra­len van de holle boog, zie tabel 20.2. Voor de ooghoogte is hier juist 2,50 m (bestuurder vrachtauto) bepalend.

Onder duidelijkheid van het wegbeeld wordt ver­staan:

• vermijden van indruk van tegen­bogen of knikken;
• voldoende zicht op belijning en infor­matiedragers.

De afmeting van de holle boog in tunnels dient zodanig te zijn dat vol­doende zicht op eventueel aanwezige informatiedragers is gegarandeerd. In het algemeen zijn waarden uit tabel 20.2 maatgevend.

Ten aanzien van het langshellingspercentage komen achtereenvolgens aan de orde:

• de wegcategorie;
• de relatie tussen hoogte­verschil en som van de holle en bolle boog;
• de relatie holle boog en bodembreedte vaarweg;
• het vervoer van gevaarlijke stoffen;
• de wijze van aangeven van het hellingspercentage;
• de kosten;
• het snelheidsverval versus de verkeersveiligheid.

Wegcategorie

Het langshellingspercentage als functie van de wegcate­gorie bedraagt:

• wegcategorie III: 4 %
• wegcategorie IV: 5 %
• wegcategorie V: 5 %
• wegcategorie VI: 6 %

In heuvelachtig gebied kunnen hogere percentages voorkomen (maximaal 12 %).

Relatie tussen hoogte­verschil en som van de holle en bolle boog

Het hellingspercentage dat maximaal mogelijk is, kan worden berekend met behulp van onder­staande formule:

waarin:

p = het maxi­maal mo­ge­lijke hel­lings­per­cen­tage (%)
R_h + R_b = de som der boogstra­len van de hol­le en bolle ­boog (m)
D H = te overwin­nen hoog­te­ver­schil (m)

Relatie holle boog en bodembreedte vaarweg

Bij brede vaarroutes, waarbij aanpas­sing van het bodemprofiel bezwaarlijk is, zou eventueel als alternatief ont­werp een min of meer horizontaal gedeelte in het dieper gelegen deel van de tunnel kunnen worden overwo­gen.

Vervoer gevaarlijke stoffen

Bij vervoer gevaarlijke stoffen door tunnels wordt aanbevolen om aan te houden:

waarin:

l = het langshel­li­ngs­per­centage
d = het dwars­hellings­percentage
b = de breedte tus­sen de geleideprofielen (m)

Deze formule wordt pas relevant bij zeer grote breedte tussen de geleide­profielen.

Wijze van aangeven van het hellings­percentage

Voor de mini­mumsnel­heid in de op­gaande helling is niet het maximale hellingspercentage be­palend maar het gemiddelde hellingspercentage. Er geldt:

waarin:

p = hellingspercentage
h = hoogteverschil (m)
L = lengte van de helling (m)

Kosten

Een gunstig effect op de kosten is het ver­groten van het gebrui­kelijke hel­lingspercen­tage van 4,5 % tot het maximaal mo­gelijke per­centage op basis van ruimtelijke mogelijkhe­den en zicht­criteria. Bij hellingspercentages > 6 % neemt de ver­keersveiligheid af. Bij het vergroten van het gebruikelijke hellingspercentage van 4,5 % zal wel bij ontwerpsnelheden van 100 en 80 km/h een extra verlaging van de rijsnel­heid optreden van circa 3 tot 8 km/h.

Snelheidsverval – Verkeersveiligheid

Voor de toename van pae’s (per­sonen-au­to equivalen­ten) voor vracht­au­to’s zie tabel 21.1.

Op vlak terrein wordt voor een vracht­auto maximaal 2,5 pae gerekend. SIMVRA is een computerprogramma dat het snelheidsverval van vrachtau­to’s berekent. Het snelheidsverval heeft consequenties voor ca­paciteit wegvak en is bepalend voor al dan niet toepassen van kruip- respectievelijk inhaalstrook.

Het dwarshellingspercentage heeft invloed op de afwatering. Voor de afwatering bedraagt de mini­mum dwarshel­ling doorgaans 2,0 %. In het gesloten tunneldeel moet de dwarshelling conform de Landelijke Tunnelstandaard [90] (LTS) echter minimaal 2,5 % bedragen.

Ten aanzien van het aantal rijstroken komen achtereenvolgens aan de orde:

• de prognose van het verkeersaanbod;
• de capaciteit;
• de verkeersafwikkeling.

Prognose verkeersaanbod

De prognose van het verkeersaanbod volgt uit:

• verkeers- en vervoersstu­dies;
• prognosejaar;
• werkdagverkeer;
• recreatieverkeer;
• maatgevend spitsuur;
• samenstelling ver­keer.

Capaciteit

De capaciteit van de weg is het maximumaantal voer­tui­gen dat de weg kan ver­wer­ken (per uur, per et­maal). De capaciteit van ont­moe­tings-­ en uitwis­se­lingspunten staan in relatie tot de capaciteit van de weg zelf.

Normaal gesproken wordt voor de tunnel dezelfde benodigde capaciteit aan­gehou­den als voor de toeleidende weg. Op hellingen moet rekening worden gehouden met toena­me van pae’s voor vrachtauto’s, zie onder andere tabel 21.1. Voor de capaciteit worden de volgende waarden aangehouden:

• 1500 pae/h/richting;
• 2000 pae/h/rijbaan bij een enkel­baansdwarsprofiel;
• 1900 pae/h/rijstrook bij een dubbel­baansdwarsprofiel.

Verkeersafwikkeling

De kwaliteit van de verkeersafwikkeling komt tot uitdrukking in een aantal aspecten zoals snelheid (gemiddelde en spreiding), veiligheid en comfort/hinder. De verkeersafwikkeling wordt bepaald door weg- en verkeerskenmerken, zoals:

• de intensiteit;
• samenstelling van het verkeer;
• breedte van de weg;
• beperkende omstandigheden.

Afhankelijk van de soort aanpassing van be­staande tunnels zal soms een min­der goed afwik­kelings­niveau moeten worden geac­cepteerd.

Ten aanzien van de strookbreedte wordt onderscheid gemaakt in:

• de rijstrookbreedte;

• de inhaalstrookbreedte;

• de kruipstrookbreedte;

• de kantstrookbtreedte.

Rijstrookbreedte

De rijstrookbreedte, gemeten tussen de deelstrepen respectievelijk kant- en deelstreep, is afhankelijk van de ontwerpsnelheid en bedraagt:

• 100 km/h à 3,25 m;
• 80 km/h à 3,10 m;
• 60 km/h à 2,75 m.

De bepaling wijkt af van het gestelde bij (stads)autosnelwegen. Hier wordt de rijstrookbreedte gemeten hart op hart deelstrepen res­pec­tievelijk hart deel­streep en binnenkant kantstreep.

Wellicht zal in de toekomst ook bij niet-autosnelwegen op deze wijze de rijstrookbreedte worden vastgelegd.

Inhaalstrook­breedte

De inhaalstrookbreedte is gelijk aan de rij­strookbreedte. In­haalstroken zullen hoofdzakelijk door per­sonenauto’s wor­den be­re­den.

Kru­ipstrook­breedte

De kruipstrookbreedte is gelijk aan de rij­strookbreedte. Kruipstroken zul­len hoofdzakelijk door vrachtauto’s worden be­reden.

Kantstrookbreedte

De kantstrookbreedte is afhankelijk van de ontwerpsnelheid en bedraagt:

• 100 km/h à 0,45 m;
• 80 km/h à 0,45 m;
• 60 km/h à 0,20 m.

De kantstrookbreedte is inclusief kant­streepbreedte.

Ten aanzien van de inhaal- en kruipstrook komen achtereenvolgens aan de orde:

• het snelheidsverval;
• de kosten;
• de verkeersafwikkeling en de verkeersveiligheid.

Snelheidsverval

Het snelheidsverval is afhankelijk van:

• het hoogteverschil;
• het hellingspercentage;
• de lengte van de helling;
• de afmetingen van holle en bolle bogen;
• de eigenschappen van de vrachtauto.

Zie ook Langshellingspercentage en Dwarshellingpercentage. Uit het berekende snelheidsverval kunnen onder meer conclu­sies worden getrokken ten aanzien van de noodzaak van het toepassen van inhaal­stroken.

Kosten

Een kosten-baten-analyse moet worden opgesteld over de kosten van de inhaal­strook in relatie tot de in­vloed op de verkeersafwikke­ling en de verkeersveiligheid. Bij toepassing van een inhaalstrook of een  kruipstrook zal deze uit kostenover­wegingen altijd na het gesloten deel be­ginnen.

Verkeersafwikkeling/verkeersveiligheid

Het invoegen van perso­nen­auto’s aan het einde van de inhaalstrook heeft een ge­ringe invloed op de ver­keersafwikkeling en de ver­keersvei­ligheid. Het invoegen van het vrachtverkeer aan het einde van de kruipstrook heeft een negatieve invloed op de verkeersafwikkeling en de ver­keersveiligheid. Het verloop verdient extra aandacht. Voorkeur wordt gegeven aan een inhaal­strook.

De kantstrook is een doorgaande verhardings­strook met een beperkte breedte. Bij categorie III t/m V-wegen is de kantstrook door middel van een kantstreep van de rij­strook gescheiden. Bij categorie VI-wegen dient de kantstrook vooral om de kant van de verharding aan te geven.

Buiten tunnels wordt bij lichte constructies (porta­len, voetgan­gersbruggen en dergelijke) standaard een vrije door­rij­hoog­te van 5,00 m aange­hou­den. Het realiseren van een vrije door­rijhoogte van 5,00 m in tunnels brengt echter in geval van zware constructies zoals tunnels onevenre­dig hoge in­veste­ringskosten met zich mee, zodat meer in detail moet worden bekeken welke hoogte daadwerkelijk nodig is.

Ten aanzien van de hoogte van het profiel van vrije ruimte komen achtereenvolgens aan de orde:

• nieuwbouw of renovatie;
• hoogte ontwerpvoertuig;
• veiligheidsmarge;
• verticale beweging tijdens het rijden;
• spoorvorming;
• overlagen;
• wijze van bepalen vrije hoogte;
• hoogtedetectie;
• sprongen in het profiel.

Nieuwbouw of renova­tie

De hoogte van het profiel van vrije ruimte in tunnels ge­bouwd na 1967 en voor nieuw te ont­werpen tun­nels is 4,50 m. Dit is tevens de minimumeis volgens de LTS (Landelijke Tunnelstandaard) [90].

De hoogte van het profiel van vrije ruimte in oude­re tun­nels is 4,20 m. De hoogte is opgebouwd uit:

• hoogte ontwerpvoertuig;
• verticale bewegingen tijdens het rij­den;
• veiligheidsmarge.
  

Hoogte ontwerpvoertuig

Een ‘ontwerp’ vrachtauto heeft een hoogte van 4,00 m. Een ‘ontwerp’ personenauto heeft een hoogte van 2,06 m. Uiteraard speelt dat in dit geval geen rol.

Veiligheidsmar­ge­

Voor de veiligheidsmarge wordt 0,30 m aan­gehou­den. Deze marge is onafhanke­lijk van de ont­werp­snel­heid.

Verticale bewe­ging tijdens het rijden

Voor de verticale beweging tijden het rijden wordt 0,20 m aan­gehou­den.

Spoorvorming

In tunnels wordt in verband met de harde ondergrond in principe geen rekening ge­houden met spoorvor­ming.

Overlagen

In verband met toekomstig overla­gen kan de vrije doorrijhoogte met 0,10 m worden ver­meerderd, alhoewel overlagen in het geval van ZOAB niet mogelijk is. In het algemeen wordt dit bij tunnels echter niet in rekening gebracht, zodat altijd zal moeten wor­den gefreesd. De minimale dikte van een nieuwe asfaltlaag bedraagt circa 70 mm.

Wijze van bepa­ling van de vrije hoogte

De vrije hoogte moet zowel in de langs- als in de dwarsrich­ting lood­recht op de ver­har­ding wor­den gemeten, dus roteert mee met de verkanting. Vanuit het wegontwerp wordt in langsrich­ting de hoogte vaak ver­ticaal aan­gehouden.

Hoogtedetectie

Bij niet-bewaakte tunnels is geen hoogtede­tectie aan­wezig en wordt het risico van scha­de geaccep­teerd. Het criterium voor het al dan niet toepassen van een hoogtedetec­tie moet in overleg met de (toe­komsti­ge) beheerder worden opge­steld, doch een gebruikelijke grenshoogte hiervoor is 4,70m. Conform de LTS [90] geldt een minimum hoogte van 4,70 m, indien geen hoogtedetectie wordt toegepast.

Sprongen in het profiel

Per geval zal moeten worden bepaald in hoeverre rekening moet worden gehouden met onderdelen van de tunneluitrusting die van invloed zijn op het profiel van vrije ruimte (inclusief de daarin noodzakelijke sprongen). De plaats van de sprongen moet in samen­hang met de ontwerp­snelheid genuan­ceerd bekeken worden.

Ten aanzien van de zone voor tunnelinrichting komen achtereenvolgens aan de orde:

• informatiedragers;
• elektronische installaties.

Informatiedra­gers

Tussen de bo­ven­kant van het pro­fiel van vrije ruimte en de on­der­kant van het dak van de tun­nel kunnen zich informatiedragers bevinden. Daarvan bestaan verschillende typen, een en ander afhan­ke­lijk van de lengte van de onder­door­gang. Zichtlengte speelt een belangrijke rol. Het is te adviseren om aan de informatie­dragers in tunnels extra eisen te stellen ten aanzien van robuustheid en bevestiging. Een mogelijke oplossing is om kwets­bare delen in het plafond op te nemen.

Voor tunnels bestaan spe­ciale matrixborden. Toepassing van verkeersborden in tun­nels moet zoveel mogelijk worden vermeden.

Technische instal­laties

De plaats van de diverse onderdelen van de technische installatie moet in onderlinge samenhang worden ge­zien. Toepassing van rijstrooksignalering, ver­keersob­servatie en perma­nente beman­ning hebben ge­leid tot het uit­groeien van verkeersobservatie naar een verkeersbewaking.

Ten behoeve van de Tunneltechnische installaties is veelal tenminste 0,30 m nodig bovenop het profiel van vrije ruimte (PVR). De ventilatoren moeten in dat geval al worden geplaatst in aparte lokale verhogingen, aangezien de diameter daarvan meestal circa 0,80 m tot 1,30 m bedraagt. Verhogingen in het tunnel dak ten behoeve van ventilatoren moeten in langsrichting onder circa 10 graden vloeiend verlopen, i.v.m. geleiding van de luchtstroom en het voorkomen van turbulentie stromingen.

Voor het ontwerp van spoortunnels zijn door ProRail de Ontwerpvoorschriften – Spoortunnels, OVS00201 [24] en OVS00202 [25] opgesteld, voor respectievelijk tunnels met een lengte van meer dan 250 m en voor tunnels met een lengte tot en met 250 m.

Het spoorwegtracé bestaat uit de vol­gende geometrische elementen:

• rechtstanden: rechte, vlakke spoor­gedeelten;
• in horizontale zin: bogen en overgangsbogen;
• in verticale zin: hellingen en afrondingsbogen.
  

Gestreefd moet worden naar een tracering, die zo weinig mogelijk beper­kingen veroorzaakt.

De baanvaksnelheid is afhankelijk van:

• de aard van vervoer, bijvoorbeeld intercity­verkeer, goederenverkeer;
• geografische factoren, zoals stationsafstanden en frequentie van snelheidsbeperkingen;
• technische aspecten en de finan­ciële consequenties hiervan.

Voor de door NS gehanteerde klassenindeling van sporen zie tabel 31.1.

Daar waar de baanvaksnelheid sterk bepa­lend is voor het ontwerp en de detail­lering van een spoorweg, dient deze snelheid in een vroeg stadium te worden vastgesteld. De huidige richtlijnen hebben uitslui­tend be­trekking op spoorlijnen met een baan­vaksnelheid van maximaal 200 km/h. Voor de HSL (hogesnel­heidslijn) is een afzonderlijke richtlijn in voorberei­ding.

Tot de infrastructuur behoort alles wat met het terrein vast verbon­den is, zoals:

• baanlichaam, kunstwerken, bo­venbouw;
• installaties voor de tractie-energie;
• beveiligings- en communicatie­middelen;
• gebouwen, verlichting en verwar­ming;
• tunneltechnische installaties (TTI).

Bij de constructie van spoorwegen wordt onderscheid gemaakt tussen:

• bovenbouw;
• onderbouw;
• kunstwer­ken, zoals tunnels, ondergrondse stations, perrons en dergelijke (zie Kunstwerken – perrons en ondergrondse stations).

Bovenbouw

Tot de klassieke bovenbouw behoren de volgende componenten:

• het ballastbed;
• de spoorstaven;
• de dwarsliggers;
• de bevestiging;
• de wissels en de kruisingen;
• bijzondere constructies, zoals contrarails, stootjukken en dergelijke.

Bij de constructie van de boven­bouw worden de snelheids­trappen volgens tabel 31.2 gehanteerd.

Onderbouw

Voor de onderbouw moet een keuze worden gemaakt tussen een aardebaan en/of doorgaan­de viaduct- of plaatcon­structie. De keuze wordt gebaseerd op voor- en nadelen van beide constructies bij aanleg en spoorwegexploitatie. De keuzeaspecten zijn:

• benodigde terreinen;
• aanlegkosten;
• onderhoudskosten van de te kiezen onderbouw;
• onderhoudskosten en onder­houdsmogelijkheden van de bovenbouw;
• aantal vrije kruisingen met land- en waterwegen;
• esthetische aspecten;
• milieuaspecten.

Voor de aansluiting van de aardebaan op kunstwerken bestaan diverse voorschriften van ProRail. Er moet voor ieder geval afzonderlijk een oplossing gevonden worden, zodat een goede afwatering/ontwatering van het aansluitende baanli­chaam en stabiliteit van de talud­kegels verze­kerd zijn.

Bij ProRail bestaat een typetekening, waarop de toe te passen overgangs­platen en drainage zijn aangegeven. Deze typetekening geldt voor alle kunstwerken.

Dit artikel gaat uitsluitend in op reizigersperrons en het geluidshinder in ondergrondse stations. Voor overige kunstwerken wordt verwezen naar de andere artikelen in dit handboek.

Reizigersperrons

Voor het ontwerp is het Ontwerpvoorschrift – Reizigersperrons OVS00067 [23] van toepassing.

Ondergrondse stations en geluidshinder

In de tunnelcompartimenten zijn geen bijzondere voorzieningen nodig met betrekking tot de beperking van het geluidsniveau. De ruwbouw van ondergrondse stations moet in overleg met de archi­tect zodanig worden afgestemd, dat onder meer een afwerking met geluidsabsorberende materialen mogelijk is.

Voor het horizontaal en verticaal alignement is het Ontwerpvoorschrift – Alignement OVS00056-4.1 [22] van toepassing.

Voor het profiel van vrije ruimte geldt Ontwerpvoorschrift – Profiel van vrije ruimte OVS00026 [20].

Iedere stad met t­ram/me­tro-vervoer heeft eigen typen rijtuigen en stelt daarop eigen speci­fieke eisen. Bij het ontwerpen van een tunnel voor t­ram/me­tro-vervoer zul­len de betrokken instanties geraad­pleegd moeten worden voor de van toepassing zijnde voorschriften in de betreffende gemeente. Als voorbeeld kan worden genoemd het voorschrift van de gemeente Den Haag HTM INFRA – Ontwerp Spoor Stadsnet [58]. In dit artikel komen aan de orde:

• de rijsnelheid;
• de ondergrondse stations en halteafstanden;
• de perronafmetingen;
• de voedingssecties.

De gegeven waarden in deze en de hierna volgende artikelen zijn ter indicatie.

Rijsnelheid

De maximumsnelheid van de metro is 80 km/h. De wet laat evenwel een maximumsnelheid van 90 km/h toe. Mogelijk wordt dit in de toekomst 100 km/h.

Bij de tram wordt meestal gesproken over een gemiddelde in plaats van een maximumsnelheid. De aangehouden gemiddelde snelheid is 20-25 km/h. De maximum­snel­heid voor een tram is veelal lager dan bij de metro, bijvoorbeeld 70 km/h.

Ondergrondse stations en halteafstanden

De gemiddelde stationsafstand voor de metro bedraagt 800 tot 1500 m. Het aanleggen van stations boven de verbindende tunnelstukken geeft in de exploitatie voordelen met betrek­king tot het energieverbruik. Bovendien zijn dan de verbindingen met het maaiveld beperkt, hetgeen voor de reizigers plezierig is.

Bij de metro liggen de halten op een gemiddelde onderlinge afstand van 800 à 1000 m. In het kernge­bied is de halteaf­stand beperkt tot circa 500 m, daarbui­ten komen veelal halteafstanden van 1000 tot 1200 m voor.

Bij de tram is de halteafstand gemid­deld 400 à 500 m. In de periferie zijn grotere afstanden van toepassing.

Perronafmetingen metro

De perronafmetingen van de metro bedragen:

• vrije lengte 120 m;
• R_min 800 m;
• hoogte 1,00 m ± 0.01 m boven BS;
• breedte zijperron minimaal 3,50 m;
• breedte middenperron:met centrale in­gangbreedte centraal toegangs­blok plus minimaal 3,00 m aan bei­de zij­den van de toe­gangspartij; bij gebogen perrons­ 3,75 m met koptoe­gang minimaal 7,00 m.

Perronafmetingen tram

De perronafmetingen van de tram bedragen:

• minimumlengte 30 m;
• R_min 1000 m bij bolle bogen;
• R_min 1500 m bij holle bogen;
• hoogte 0,78 m ± 0,01 boven BS;
• breedte zijperrons 3,00 m;
• breedte eilandperrons 6,00 m;
• doorloopbreedte abri’s minimaal 1,50 m.

Opmerking:

De perronlengte wordt bepaald door de maximale treinlengte. De breedte is afhankelijk van de reizi­gersbelasting van het station en de situering (zij- en/of middenlig­ging) en het al of niet voorhanden zijn van treinen met ver­schillende bestem­mingen (wachtende reizigers).

De genoemde perronbreedte moet obstakelvrij zijn. Met name bij ondergrondse stations moet de breedte ruim beme­ten zijn; een netto maat van 4,00 m heeft bij zij­perrons de voorkeur. Bij voorkeur rechte perrons aanleggen.

Voedingssecties metrolijn

Een traject is verdeeld in voedingssec­ties. Elke sectie wordt aan beide uitein­den door een gelijkrichterstation ge­voed. De maximumlengte van een sectie is circa 1800 m. De voeding geschiedt via een stroom­rail of via een bovenleiding.

In de onderliggende artikelen wordt ten aanzien van het alignement onderscheid gemaakt in:

• het horizontaal alignement (zie Horizontaal alignement);

• het verticaal alignement (zie Verticaal alignement).

Horizontale Boogstraal

Voor horizontale bogen dient een zo groot mogelijke straal te worden gekozen. Krappe boogstralen vragen een vergroting van de tunneldiameter, die over de gehele tunnellengte moet worden toegepast. De boogstraal wordt samen met de ver­kanting in een iteratief proces bepaald, afhankelijk van de snelheid.

Metro

Voor de minimum boogstralen bij de metro, zie tabel 38.1. Vanwege een verschil­lend toelaatbaar verkantings­tekort zijn de boogstralen bij directe bevestiging anders dan bij toepassing van een ballastbed. Voor de mini­male boogstraal bij de metro wordt bij hoofdsporen doorgaans 240 m aangehouden.

Ten aanzien van de afzonderlijke elementen geldt in het algemeen:

• R_h = 75 m in exploitatiespoor
• R_h = 25 m in calamiteiten-/omloopspoor
• R_h = 250 m in stations/halten

Boogstralen kleiner dan 180 m veroor­zaken abnor­maal grote slijtage aan de spoorstaaf en radkrans en moeten dientengevolge zoveel mogelijk worden ver­meden.

Tram

Horizontale boogstralen bij de tram liggen tussen de 20 en 200 m. Voor de maximale snelheden van de tram in een bocht bij de gegeven ver­kanting, boogstraal en maximale zijde­lingse versnelling, zie tabel 38.2..

*: niet mogelijk in verband met verkantingsnormen voor lengte en overgangshelling

Bij boortunnels geldt in verband met boortechniek als minimale boogstraal R = 20 d waarbij d de diameter van de tunneldoor­sne­de is.

Verkanting

De verkanting is het hoogteverschil tussen de buiten- en bin­nenspoorstaaf, ter compensatie van zijdelingse krachten die tijdens het berijden van de boog ontstaan. Geen verkanting toepassen in de openbare weg, wisselbo­gen en krui­singen.

Voor de berekening van de verkanting wordt soms onderstaande formule gebruikt:

waarin:

D_th = theoretische verkanting (mm)
v = snelheid (km/h)
R = boogstraal (m)

De formule is afgeleid met als uit­gangspunt dat de zijdelingse versnel­ling gelijk is aan 0 m/s². De maximale verkanting voor zowel de metro als de tram bedraagt 150 mm.

Verkantingstekort (-aftrek)

Alle bogen worden met een bepaal­de verkantings­tekort I, ook aangeduid als verkantingsaftrek, aangelegd.

Bij de metro wordt de theore­tische verkanting nor­maal verminderd met ten minste 30 mm. Als bovengrens voor de aftrek geldt:

• aftrek maximaal 60 mm bij spoor in ballastbed;
• aftrek maximaal 90 mm bij directe bevestiging.

Bij een bepaald verkantingstekort ontstaat een ongecompenseerde zijdelingse versnelling a van:

waarin:

a = zijdelingse versnelling (m/s²)
I = verkantingstekort (mm)

Bij de metro wordt in verband met comfort aange­houden:

• maximum a = 0,65 m/s²;
  
• bij uitzondering a = 0,68 m/s²;
• bij voorkeur a = 0,33 m/s².
  

Voor de tram in Den Haag geldt:

• maximum a = 1,00 m/s²I = 150 mm;
• bij voorkeur a < 0,65 m/s²I = 100 mm;
• ideaal a = 0,20 m/s²I = 30 mm.

Een negatieve zijdelingse versnelling is niet toegestaan.

Verkantingsoverschot

Is de werkelijke verkanting van het spoor groter dan de theoretische ver­kanting, dan is er sprake van verkan­tingsoverschot. Hiervoor gelden geen specifieke eisen.

Overgangsboog

De overgangsboog heeft zowel voor de tram als voor de metro de vorm van een clothoïde, uitgezet op hart spoor. De volgende formu­le geldt:

waarin:

A = parameter
R = aansluitende boogstraal (m)
L = lengte, gemeten langs de kromme (m)

Overgangshelling

In een overgangsboog wordt de ver­kanting opgebouwd vanaf het begin tot het einde van de overgangshel­ling. Dit verloop is lineair. Voor de overgangshelling wordt een bepaalde verkantingstoename aange­houden:

Metro:

• normaal 1 : 10×v;
• bij v  = 60 km/h:  1 : 600;
•  uitzonderlijke situaties: 1 : 6×v

Tram:

• 1 : 300 à 1 : 400

waarin v = snelheid in de bocht [km/h]

Horizontale rechtstand

In verband met de rijtuiglengte dient tussen de overgangsbogen een recht­stand aanwezig te zijn van ten minste 30 m bij de me­tro en 20 m bij de tram. De lengte van de rechtstand be­draagt bij voorkeur v / 2 m (met v in km/h). Is dit niet mogelijk, dan worden speci­fieke eisen met betrekking tot het verloop van de ver­kanting tussen twee bogen gesteld.

De minimale boogstralen bij de metro zijn gegeven in tabel 39.1. De minimum lengte van de verticale boog bedraagt 25 m. In verband met de veeraanslag van de rijtuigen en het reizigerscomfort wordt een maxi­male verticale versnelling aangehou­den van:

• 0,5 m/s² (5 % van g) bij een holle boog;

• 0,3 m/s² (3 % van g) bij een bolle boog.

waarin g = gravitatieversnelling.

Bij de tram is de minimale verticale boog­straal afhankelijk van het type tram. De minimale waarde varieert tussen 300 en 1500 m.

Verticale overgangsbogen worden bij de metro en de tram niet toegepast.

Twee tegengesteld draaiende bogen mogen niet op elkaar aansluiten. Hiertussen moet een rechtstand aan­wezig zijn. De lengte hiervan is afhankelijk van de snelheid. Hoe hoger de snelheid, hoe langer de rechtstand.

De maximale hellingen bij de metro en tram zijn gegeven in tabel 40.1 en tabel 40.2. In tijdelijke situaties bedraagt de maximale helling bij de tram 5 % en bij halten 1 %. In bogen worden flauwere hellingen toegepast.

Omlaag gaande trajecten direct voor en omhoog gaande trajecten direct na een station moeten zo veel mogelijk worden vermeden. Het omgekeerde geval is zeer gunstig.

Ten aanzien van het dwarsprofiel wordt onderscheid gemaakt in:

• de breedte (zie Breedte);

• de hoogte (zie Hoogte).

Aantal sporen en spoorafstanden (tussenspoor)

Meestal worden 2 sporen naast elkaar geplaatst en bij een eindstation 3 sporen. Met betrekking tot spoorafstanden zijn er geen standaardregels (onder andere door ver­schillen­de breedtes van het materieel). In Rotterdam worden de volgende spoorafstanden in rechtstand aange­houden:

• Metro:
• 4,00 m standaard;
• 3,48 bij wissels (1 : 9 koud tegen elkaar);
• 3,84 m bij wissels (1 : 12).

• Tram:
• 2,70 m zonder mas­ten;
• 3,30 m met masten.

In Den Haag worden de volgende minimale spoorafstanden in rechtstand aange­houden (Trams):

• 3,10 m bij open baan constructies in ballast;
• 3,00 m bij wegdek constructies en/of vaste constructies op kunstwerken.

Profiel van vrije ruimte

Hiervoor bestaan geen standaardregels. In het PVR kunnen de volgen­de elemen­ten zijn opgenomen:

• wagenprofiel – de afmetingen van het rijtuig zon­der spelingen en toleranties;

• kinematisch profiel – wagenprofiel vermeerderd met schommel-, rol- en slingerbewegingen;

• omgrenzingsprofiel – kinematisch profiel vermeerderd met de afwij­kingen / toleranties van de tracégeleiders.

Het PVR wordt gevormd door het omgren­zingsprofiel te vermeerderen met een speling aan beide zijden en aan de bovenkant. Binnen dit profiel mogen zich geen obstakels bevinden.

Het PVR vermeerderd met ruimten voor geleidingen, looppad, veiligheidsnis­sen en apparatuur vormt het bouw­profiel.

Breedte materieel

Er bestaat geen standaard breedte voor het materieel.

Voorbeelden tram:

• Den Haag: 2,35 m, wordt 2,65 m;

• Rotterdam: 2,20 m;

• Amsterdam: 2,20 m en 2,35 m.

Voorbeelden metro:

• Rotterdam: 2,72 m;

• Amsterdam: 2,90 m

Spoorwijdte

De spoorwijdte is de afstand tussen binnenzijden van de spoorstaaf­koppen, gemeten op 14 of 9 mm (verschilt per gemeente) bene­den BS. De spoorwijdte spoor bedraagt 1434 à 1438 mm.

Tussenwanden

Voor tussenwanden gelden geen specifieke eisen.

Loop-, vlucht- en inspectiepad

De minimale breedte voor deze paden bedraagt 700 mm.

Hoogte directe bevestiging

Voor de benodigde hoogte voor direc­te bevestiging wordt 300 à 350 mm aan­gehouden.

Hoogte ballastbed

Voor de benodigde hoogte van het ballastbed wordt een dikte van 0,55 m aangehouden. Bij de tram wordt soms gewerkt met een minimale dikte van het ballastbed van 0,30 m. Naast de ballastdikte moet nog reke­ning worden gehouden met de dikte van de dwarsligger en de hoogte van de rail zelf.

Hoogte materieel

De hoogte van het materieel verschilt per gemeente. Een eventuele bovenleiding vergt meer ruimte in de tunnel.

Hoogte boven looppad

Minimale hoogte boven het looppad bedraagt 2,00 m. Voor het ontwerp wordt vaak uitge­gaan van 2,10 m. Het loopvlak bevindt zich op 0,20 m boven BS. Bij de tram is dit meestal 0,10 m.

Brandbeveiliging

Het uitgangspunt is het gebruik van onbrandbare materialen. De kabelgo­ten van beton worden bij voorkeur zo laag mogelijk onder de voetpaden gelegd.

In de personeelsruimtes worden enige brandblussers geplaatst. Er worden geen bluswateraansluitingen aange­bracht in het station en in de tunnel zelf.

Nooduitgangen

De tunnel moet zijn voorzien van vol­doende nooduitgangen op maximaal 300 m loopafstand, noodverlichting, beweg­wij­zering en looppaden.

Elk perron moet twee onafhankelijke uitgangen hebben, op voldoende afstand van elkaar. Er moet ten­minste één vluchtweg zijn die onaf­hankelijk is van andere syste­men, bijvoorbeeld een vluchtpad in de tunnel.

Ventilatie

Bij minder diep gelegen metrotunnels bevinden zich voor en achter de stati­ons ventilatieschachten met een direc­te verbinding met de buitenlucht. Bij diepgelegen tunnels zijn de kosten voor het realiseren van ventilatie­schachten dermate hoog, dat eerder aan geforceerde ventilatie moet wor­den gedacht.

Sociale veiligheid

In verband met sociale veiligheid moe­ten alle loopverbindingen zo kort mo­gelijk gehouden worden en hoeken/nissen waar mogelijk worden vermeden. Te­vens moet het station zo dicht mo­ge­lijk tegen het maaiveld aangelegd worden.

Ten aanzien van het, in de artikelen hiervoor beschreven, profiel van vrije ruimte dient in het ontwerp van tunnels voldoende aandacht aan toleranties te worden besteed. Zo moet rekening worden gehouden met  maatafwijkingen door plaatsings- en meetonnauwkeurigheden. Met name in het geval van afgezonken tunnels is de plaatsingstolerantie van belang, vooral nabij de sluitvoeg. Ook kunnen er zettingsverschillen zijn, in geval van een afgezonken tunnel worden deze veelal veroorzaakt door verschillen in  het onderstroomzand.

Naast deze aspecten moet ook rekening worden gehouden met:

• kisttoeslag;
• toeslagen op de betondekking voor de duurzaamheid;
• doorbuiging van (bouwput)wanden;
• doorbuiging van (tussen)vloeren en dekken;
• niet-inspecteerbaarheid;
• plaatsingstoleranties van tunneltechnische installaties;
• benodigde vrije ruimte bij ingangsventilatoren (buitenzijde);
• wandafwerking;
• Afwerking constructievloer en asfaltlaag.

Specifieke uitvoeringstoleranties per uitvoeringswijze zijn nader vermeld in de artikelen over uitvoering.

In hoofdstuk 10 van ROK [27] is opgenomen dat in verband met de vereiste breedte van het profiel van vrije ruimte, voor grondkerende wanden plaatsings- en hellingtoleranties in rekening dienen te worden gebracht. Hiermee moet tevens de vervorming na belasting  worden opgevangen. Ook in OVS00026 [20] worden de in rekening te brengen toleranties duidelijk beschreven, zie ook Profiel van vrije ruimte spoorwegen van dit handboek.

Bij de bouw van de toeritten van de Tweede Beneluxtunnel was destijds geen rekening gehouden met de doorbuiging van de bouwputwanden. Als gevolg daarvan was er geen ruimte meer beschikbaar binnen de combiwanden voor de geplande betonnen wanden. Gelukkig was er nog de terugvaloptie: het beton in de inkassingen van de combiwand te storten (en te wapenen).

De verschillende uitvoeringsprincipes die in dit handboek aan de orde komen zijn als volgt in te delen:

• Afgezonken Tunnels, gebouwd in (zie Afgezonken tunnel):
  
  • een separaat bouwdok;
  • de toerit;
  • een scheepsdok;
  • een fabriek.

• Betonconstructie, gebouwd in:
  • Een bouwput met bemaling (zie Betonconstructie in bouwput met open bemaling).
  • Een bouwkuip met (tijdelijke) damwanden en onderwaterbeton (zie Betonconstructie in bouwkuip met damwanden en onderwaterbeton).

• Kuipconstructie, bestaande uit:
  • Permanente stalen damwanden en een vloer van onderwaterbeton met eventueel een vloer van constructiebeton (zie Bouwkuip met permanente damwanden en permanent onderwaterbeton).
  • Betonnen diepwanden en een vloer van constructiebeton, eventueel gestort op een vloer van onderwaterbeton (zie Bouwkuip met diepwand en onderwaterbeton).

• Polderconstructie: Dit is een constructie met een in de grond aangebrachte kuip- of bakvormige waterdichte laag, waardoor het mogelijk is om binnen de bak of kuip het grondwaterpeil en het maaiveld permanent te verlagen. Eventueel worden natuurlijke in de bodem aanwezige waterdichte lagen, bijvoorbeeld potklei, als afsluitende laag gebruikt en in de constructie opgenomen. Varianten van polderconstructies zijn:
  • Een folieconstructie, in den droge aangebracht (zie Kunstmatige polder met in den droge aangebrachte folie).
  • Een folieconstructie, in den natte aangebracht (zie Kunstmatige polder met in de natte aangebrachte folie); een bijzondere vorm van deze polderconstructie is de U-polder, waarbij de folie binnen een (tijdelijke) bouwkuip in de natte wordt afgehangen (zie Kunstmatige polder in de vorm van een U-polder).
  • Een constructie, bestaande uit een natuurlijk aanwezige of kunstmatig aangebrachte waterremmende bodemlaag en in de grond aangebrachte cement-bentoniet wanden of stalen damwanden als grondwaterkering (zie Kunstmatige polder met cement-bentonietwand of stalen damwanden).
  • Een constructie, bestaande uit een natuurlijk aanwezige of kunstmatig aangebrachte waterremmende bodemlaag en in de grond aangebrachte damwanden als grond- én grondwaterkering.

figuur 46.1 t/m figuur 46.5 geven een schematisch overzicht van de uitvoeringsvarianten.

Voor de te kiezen wijze van uitvoeren zijn de grondgesteldheid en geohydrologische omstandigheden ter plaatse, in relatie tot de diepteligging van de tunnel van groot belang. Bij het ontwerp van een tunnel is het zeer belangrijk om deze variaties in kaart te brengen en ook gebruik te maken van de omstandigheden ter plaatse. Zo kan het gebruik van een natuurlijke waterdichte laag, of het bemalen een onderwaterbetonvloer besparen en kan het variëren in hoogteligging de kosten van de funderingsconstructie significant reduceren. Uiteraard zijn op de keuze voor wijze van uitvoeren ook diverse andere zaken in relatie tot de omgeving van groot belang, zoals de beschikbare ruimte, gevoeligheid voor trillingen of grondwaterstandsverlagingen etc..

CSM = Cutter Soil Mix
MIP = Mixed In Place

Tunnels kunnen op palen of op staal gefundeerd zijn. Bij een op palen gefundeerde tunnel is meestal sprake van op trek belaste palen, die opdrijven van de tunnel verhinderen. Een recent voorbeeld van een op staal gefundeerde gewichtsconstructie is de verkeerstunnel (met toeritten) met twee rijniveaus in de A2 te Maastricht, gebouwd in den droge (bemaling) en uitgevoerd als constructie zonder onderwaterbeton en (trek)palen.

Kuip- en polderconstructies die gebruik maken van verticale wanden worden in sommige gevallen uitgevoerd als wanden-dakconstructie, waarbij een betonplaat op de wanden wordt opgelegd vóór de start van het ontgraven. Hiermee kan ruimte op maaiveldniveau, boven de bouwput, in gebruik worden genomen voor de bouw is afgerond.

De beschrijving in dit artikel beperkt zich tot algemene constructieve normen en richtlijnen en richtlijnen op het gebied van de veiligheid van de gebruiker. Er is voor gekozen overige normen en richtlijnen, zoals bijvoorbeeld op het gebied van brandwerendheid, te behandelen in de context van het betreffende onderwerp.

Naast de algemene normen en richtlijnen die zijn vastgelegd in Bouwbesluit en Eurocodes (zie Bouwbesluit en Eurocodes) bestaat er een tweetal specifieke richtlijnen, namelijk:

• Voor tunnels van Rijkswaterstaat, de ROK (zie Richtlijn Ontwerp Kunstwerken Rijkswaterstaat)
• De op spoortunnels gerichte OVS van Prorail (zie Ontwerpvoorschriften Prorail (OVS)). 

Voor lightrail tunnels zijn in Nederland geen specifieke algemene richtlijnen bekend.

Met het in werking treden van het Bouwbesluit 2012 zijn de Eurocodes ofwel NEN-EN-1990-1997’s aangewezen. Om een goede aansluiting op het in Nederland gebruikelijke veiligheidsniveau te waarborgen, zijn nationale bijlagen opgesteld. Bepaalde onderdelen die in de NEN-EN als informatief (adviserend) zijn aangemerkt kunnen in de nationale bijlage normatief (bindend) zijn verklaard.

Het bouwbesluit heeft betrekking op alle bouwwerken of gedeeltes van bouwwerken.

Tijdens de uitvoering moet het bouwwerk dus ook aan het Bouwbesluit voldoen. Tijdelijke constructies, bijvoorbeeld steigers of damwanden, vallen ook onder het Bouwbesluit. Dit betekent dat deze ook volgens de Eurocodes moeten worden ontworpen. Vanwege de tijdelijke aard van de constructie kunnen de eisen wel minder zwaar zijn dan voor definitieve constructies, een en ander afhankelijk van de gevolgen van eventueel falen van de constructie.

In de Eurocode-grondslagen van het constructief ontwerp [102] zijn de beginselen van eisen van veiligheid, bruikbaarheid en duurzaamheid van constructies vastgelegd. Deze Eurocode omschrijft de grondslagen voor het ontwerp, berekening en toetsing.

In de Eurocode 1 worden de belastingen op constructies behandeld. Deel 6 van Eurocode 1 [103] is van toepassing tijdens de bouwfase van bouwwerken. Daarnaast geeft het regels voor de bepaling van optredende belastingen op tijdelijke ondersteuningsconstructies, zoals steigers.

De norm NEN-EN 1991-1-6 is niet aangewezen door het Bouwbesluit. De norm is een middel om aan te tonen dat de veiligheid van de constructie voldoet aan het Bouwbesluit.

In de Richtlijn Ontwerp Kunstwerken [27] zijn aanvullingen op de conceptversie van deel 6 van Eurocode 1 gegeven.

Overigens zijn de normen voor buitengewone belastingen, bijvoorbeeld brand en explosies in tunnels of NEN-EN 1998 (Aardbevingen), nog niet via het Bouwbesluit aangewezen.

Met behulp van de Eurocode NEN-EN-1990 en de nationale bijlage kan in Nederland het niveau van constructieve veiligheid worden bereikt zoals vereist in het Bouwbesluit.

Specifiek voor de uitvoering is dat de ontwerplevensduur van de tijdelijke constructies kort is. In de nationale bijlage bij het constructief ontwerp [NEN-EN 1990+A1+A1/C2; 2011] is het volgende vermeld:

(1) Constructies of delen van constructies die kunnen worden ontmanteld met de bedoeling om te worden hergebruikt horen niet als tijdelijk te zijn aangemerkt. Deze dienen dus minimaal in ontwerplevensduurklasse 2 te worden ingedeeld.

Voor de tunnel is de ontwerplevensduur 100 jaar. De bij de uitvoering gebruikte hulpconstructies, zoals steigers of damwanden, hebben een tijdelijke functie. Indien deze constructies worden hergebruikt, mogen deze niet als tijdelijk zijn aangemerkt en vallen deze dus niet in ontwerplevensduurklasse 1. Deze moeten dan minimaal een klasse hoger geplaatst worden. Dit betekent dat deze constructies moeten worden ontworpen op een levensduur van 10 tot 25 jaar.

Damwandconstructies worden meestal ontworpen volgens het handboek damwandconstructies CUR 166 [7]. Deze gaat uit van een referentieperiode van 50 jaar. Tijdens de uitvoeringsfase, die meestal niet veel langer dan een jaar duurt, is de kans op een extreme belastingsituatie natuurlijk kleiner dan in de gebruiksfase die meestal tenminste 50 jaar duurt. Desondanks beveelt CUR 166 [7] aan om, bij het ontwerp, de belastingsituaties tijdens de uitvoering even zwaar te laten wegen als belastingsituaties die zich tijdens de gebruiksduur voordoen.

Indien de damwanden onderdeel vormen van de definitieve tunnelconstructie is de ontwerplevensduur van de damwanden 100 jaar. Dit is meer dan de levensduur van 50 jaar, die in CUR 166 [7] is aangehouden. Voor een ontwerplevensduur van 100 jaar moeten de partiële materiaalfactoren daarom verhoogd worden CUR166 [7] , deel 2, paragraaf 2.4.7.

De nationale bijlage bij het constructief ontwerp [NEN-EN 1990+A1+A1/C2; 2011] kent de volgende bijlagen:
Bijlage A1 Toepassing op gebouwen
Bijlage A2 Toepassing op bruggen
Bijlage B Regeling van de constructieve betrouwbaarheid van bouwwerken
Bijlage C Grondslagen van de methode van partiële factoren en de betrouwbaarheidsberekening
Bijlage D Door proeven ondersteund ontwerp

Voor bruggen is vermeld dat voor (hulp)constructies tijdens de bouwfase tenminste een ontwerplevensduur gelijk aan de bouwtijd is aangehouden met een minimum van 15 jaar. Voor tunnels kan dit ook worden toegepast. Een uitzondering op de ontwerplevensduur van 15 jaar kan gemaakt worden voor (hulp)constructies in gevolgklasse 1 indien aannemelijk kan worden gemaakt dat de bouwtijd aanmerkelijk korter is, waarbij 1 jaar als ondergrens geldt. Naast de levensduur wordt in de Eurocode gewerkt met een referentieperiode voor de bepaling van de karakteristieke waarde van belastingen. De referentieperiode moet minimaal gelijk zijn aan de ontwerplevensduur.

De referentieperiode kan dus langer zijn dan de ontwerplevensduur. Zo beveelt CUR 166 [7] een minimale referentieperiode van 50 jaar aan, ook voor damwandconstructies die alleen tijdens de uitvoering nodig zijn.

Een ander voorbeeld waarbij de referentieperiode langer kan zijn dan de levensduur kan optreden als de veiligheid van mensen in het geding is. De referentieperiode mag dan niet korter zijn genomen dan 15 jaar, ook niet als de constructie maar tijdelijk is (bijvoorbeeld 2 jaar).

Als een brug over verkeerswegen of spoorwegen wordt gebouwd dient, voor de (hulp)constructies tijdens de bouwfase, een gevolgklasse te worden aangehouden die tenminste gelijk is aan de gevolgklasse van de brug voor de gebruiksfase. Als de brug niet over een gevoelig object, zoals bijvoorbeeld een verkeers- of spoorweg of een leidingstrook gebouwd wordt, mag gevolgklasse 1 zijn toegepast.

Bij tunnels zal de gevolgklasse tijdens de bouwfase ook afhankelijk zijn van de risico’s bij de uitvoering. Hierbij kan gedacht worden aan:

• gevaar voor verlies aan mensenlevens op het bouwwerk (bijvoorbeeld ingestorte bouwkuip),
• gevaar voor verlies aan mensenlevens in de directe omgeving van het bouwwerk (bijvoorbeeld ingestorte bouwkuip, waarna de nog in gebruik zijnde weg verdwijnt in de ingestorte bouwkuip (incl. aanwezige voertuigen))
• materiële bouwschade op het bouwwerk (incl. vertraging)
• materiële bouwschade aan de omgeving (bijvoorbeeld verzakking van naastliggende panden).

In bijlage B van de nationale bijlage zijn de gevolgklassen (CC1, CC2 en CC3) gedefinieerd.

Voor tunnels is geen aparte bijlage beschikbaar. In de lijn met de bijlage A2 en B kunnen, voor (hulp)constructies tijdens de uitvoering van de tunnel, de volgende gevolgklassen worden aangehouden:

Een tunnelproject zoals bedoeld in deze publicatie zal al snel in CC3 vallen.

Indien verwacht mag worden dat de gevolgen van bezwijken van de constructies tijdens de uitvoeringsfase van een geringere orde zijn dan in de gebruiksfase mogen ze zijn ingedeeld in een lagere gevolgklasse. Omgekeerd geldt dat, als verwacht mag worden dat de gevolgen groter zijn, de (hulp)constructies moeten zijn ingedeeld in een hogere klasse.

De Richtlijn Ontwerp Kunstwerken [27] geldt voor alle, in opdracht van Rijkswaterstaat, nieuw te ontwerpen en bouwen kunstwerken. De richtlijn bevat eisen betreffende de constructieve veiligheid en duurzaamheid.

Voor specifieke ontwerpaspecten in verband met tunnelveiligheid wordt verwezen naar de Veiligheidsrichtlijnen deel C [89]. De VRC is een uitwerking van de veiligheidsfilosofie zoals gehanteerd door het Steunpunt Tunnelveiligheid van RWS. Primair dient aan de tunnelwet te worden voldaan.

Aanvulling: per oktober 2012 is de VRC voor tunnels langer dan 250 meter komen te vervallen. De relevante eisen uit de VRC zijn overgeheveld naar de Basisspecificatie TTI van de RWS-tunnelstandaard versie 1.2 [80].

Het is toegelaten om gebruik te maken van alternatieve ontwerp- en berekeningsregels, verschillend van de regels zoals in deze ROK [27] gegeven zijn, onder de voorwaarde dat is aangetoond dat de alternatieve regels overeenstemmen met de van belang zijnde beginselen en tenminste gelijkwaardig zijn wat betreft de constructieve veiligheid, bruikbaarheid en duurzaamheid, die zou mogen worden verwacht bij gebruikmaking van de ROK [27].

Toelichting: Het hier geformuleerde gelijkwaardigheidsbeginsel is analoog aan hetgeen voor de Eurocodes is vermeld in NEN-EN 1990, 1.4 (5). Het is hier expliciet aangehaald, omdat bepalingen in de ROK voor tunnels grotendeels niet als zodanig zijn opgenomen in de Eurocodes.

De ROK [27] schrijft voor tunnels ten minste de volgende ontwerplevensduren voor:

• 100 jaar voor alle onderdelen van de hoofddraagconstructie;
• 100 jaar voor alle niet vervangbare essentiële onderdelen;
• 50 jaar voor vervangbare onderdelen van beton;
• 25 jaar voor vervangbare onderdelen anders dan van beton.

Conform de ROK [27] worden met ”essentiële onderdelen” die onderdelen bedoeld waardoor bij falen de constructieve veiligheid, gebruiksveiligheid of beschikbaarheid van de tunnel in gevaar kan komen. Een voorbeeld is een OMEGA-profiel bij afgezonken tunnels.

De eis voor vervangbare onderdelen van beton is hoger gesteld dan onderdelen anders dan van beton, omdat, ten opzichte van bijvoorbeeld staal, de eis van 50 jaar tegen relatief geringe kosten gerealiseerd kan worden. Hitte werende en akoestische bekleding, inclusief bevestiging, wordt geacht een ontwerplevensduur van minimaal 25 jaar te bezitten.

Betreffende bevestigingsmiddelen wordt in de ROK [27] gewezen op artikel 4.1 van de norm over ontwerp en berekening van betonconstructies [NEN-EN 1992-1-1;2011]. Hier staat dat direct of indirect aan de lucht blootgestelde bevestigingsmiddelen moeten bestaan uit een corrosiebestendig materiaal, tenzij ze kunnen worden geïnspecteerd en vervangbaar zijn. In dat geval mogen ook corrosiegevoelige materialen worden gebruikt, mits voorzien van een beschermende bekleding.

Indien de ROK niet van toepassing is, zijn de genoemde eisen voor vervangbare onderdelen ook niet van toepassing. De keuze van de ontwerplevensduur voor deze onderdelen zal in die gevallen bepaald worden door andere argumenten. Voor een in gebruik zijnde tunnel is de duur van de niet-beschikbaarheid het belangrijkst.

Voor de γ- en ξ-waarden voor tunnels moeten de waarden voor gebouwen worden aangehouden, zoals opgenomen in de nationale bijlage van het constructief ontwerp [NEN-EN 1990+A1+A1/C2:2011/NB:2011, A.1.3.1]. Hierna zijn de waarden voor gevolgklassen 2 en 3 overgenomen met aanvullende voetnoot voor de belasting door (grond)water. Voor de belastingsfactoren voor verkeersbelasting wordt verwezen naar [NEN-EN 1990+A1+A1/C2:2011/NB:2011, A.2.3.1 ].

De belasting door (grond)water moet in principe als blijvende belasting worden beschouwd. Voor vergelijking 6.10b (figuur 56.1) geldt echter dat het variabele deel van de (grond)waterdruk, d.w.z. het verschil tussen de hoogste en de laagste waterstand, moet worden beschouwd als:

1. veranderlijke belasting in het geval dat de variatie in (grond)waterstanden relatief goed bekend is, bijvoorbeeld uit historische peildata, en goed beheerst kan worden. Dat kan bijvoorbeeld het geval zijn bij kanalen en polders. De laagste (grond)waterstand moet worden beschouwd als een blijvende belasting.
2. blijvende belasting in overige gevallen, bijvoorbeeld in het geval dat grote variaties kunnen optreden en waarbij de (grond)waterstanden moeilijk beheerst kunnen worden. In dat geval moet worden uitgegaan van een extreme (grond)waterstand welke een overschrijdingskans heeft van 1/25000 of 1/75000 op jaarbasis voor respectievelijk de gevolgklassen 2 en 3. Dit komt overeen met overschrijdingskansen van 1/250 resp. 1/750 over de ontwerplevensduur van 100 jaar. De belasting door het (grond)water wordt in dit geval dus volledig als blijvende belasting beschouwd. Indien de waterstand fysiek wordt beperkt, bijvoorbeeld doordat het water de tunnel instroomt of over een dijk loopt, hoeft niet met de berekende hoogste waterstand te worden gerekend, maar kan worden uitgegaan van de fysiek maximale waterstand. In het geval van de genoemde voorbeelden is dit dan de hoogte van het punt waar het water de tunnel instroomt of de hoogte van de dijk.

Omdat in de situatie onder punt 2 door middel van een statistische analyse extreme (grond)waterstanden vastgesteld worden met een zeer kleine overschrijdingskans, kan een lagere belastingsfactor volstaan t.o.v. de situatie onder punt 1, waarbij de (grond)waterstanden bijvoorbeeld alleen worden ontleend aan een beperkte reeks historische peildata.

Voor het bepalen van de overschrijdingskansen is gebruik gemaakt van de grondslag voor het constructief ontwerp [NEN-EN 1990; 2007; bijlage C, C.7(3)].

Bij de bepaling van de hoogste (grond)waterstand dient rekening gehouden te worden met mogelijke trendwijzigingen gedurende de ontwerplevensduur van de constructie (bijvoorbeeld waterwinning, peilwijziging, wijziging peilbeheer van rivier/beek, wijziging waterstanden als gevolg van klimaatveranderingen). Hieraan dient, indien noodzakelijk, een hydrologisch en/of geohydrologisch model ten grondslag te liggen.

Toelichting:

Welke trendwijzigingen in rekening dienen te worden gebracht, is afhankelijk van de lokale omstandigheden en dient in overleg met de opdrachtgever en bijvoorbeeld waterschappen te worden vastgesteld. Opgemerkt wordt dat trendwijzigingen voor de bouwfase over het algemeen niet van belang zijn.

Tunnels in en onder hoofdwegen en onder hoofdvaarwegen moeten worden ingedeeld in gevolgklasse 3.

Toelichting:

Gevolgklasse 3 is een verzwaring t.o.v. de in het verleden volgens NEN 6700 toegepaste veiligheidsklasse 3. Globaal komt het er op neer dat de belastingfactoren ca. 10% groter moeten worden genomen. Bij het toepassen van bestaande voorschriften, richtlijnen, CUR aanbevelingen, CUR rapporten e.d. dient hiermee rekening te worden gehouden.

Voor het ontwerp van een spoortunnel van ProRail zijn in aanvulling op de NEN-EN normen de volgende normen van toepassing:

• Het ontwerpvoorschrift van ProRail voor kunstwerken over en naast het spoor [OVS00030] [100]
• Ontwerpvoorschrift spoortunnels > 250 m [OVS00201] [24]

Opgemerkt wordt dat het Ontwerpvoorschrift spoortunnels <= 250 m [OVS00202] [25] niet meer van toepassing is.

Naast het Bouwbesluit 2012 en de Regeling Bouwbesluit 2012 [75], die is gewijzigd ter implementatie van de bouwtechnische voorschriften die voortvloeien uit de Europese richtlijn 2004/54/EG, zijn per 1 juli 2013 de veiligheidseisen voor tunnels vastgelegd in de nieuwe tunnelwet.

In de onderstaande tabel is het overzicht omtrent de huidige veiligheidsregelgeving samengevat. In de navolgende artikelen wordt nader op de specifieke regelgeving ingegaan.

Voor de veiligheid in wegtunnels is de algemene wet- en regelgeving voor de weg van belang. Deze bestaat uit de Wegenwet (1930) [100] en diverse besluiten en regelgeving.

De Warvw en Rarvw

Vanaf mei 2006 is in Nederland een wet- en regelgeving van kracht geworden voor tunnels langer dan 250m, met name de Wet aanvullende regels veiligheid wegtunnels (Warvw) [88] en de Regeling aanvullende regels veiligheid wegtunnels (Rarvw) [101]. Omdat deze regelgeving niet eenduidig definieerde aan welke veiligheidseisen een tunnel moet voldoen, zijn de Warvw [88] en Rarvw [101] herzien. De herziene Warvw [88] en Rarvw [101] zijn per 1 juli 2013 van kracht geworden. De belangrijkste wijzigingen zijn dat er een eenduidige wettelijke veiligheidsnorm is gedefinieerd, waar alle tunnels, bestaand en nieuw, aan zullen moeten voldoen en dat er een gestandaardiseerde uitrusting is voorgeschreven voor nieuw te bouwen rijkswegtunnels. De gestandaardiseerde uitrusting bestaat uit een limitatieve lijst van aan te brengen voorzieningen, inclusief de prestatie-eisen waar deze voorzieningen aan moeten voldoen. Als een nieuw te bouwen rijkswegtunnel met de gestandaardiseerde uitrusting aan de veiligheidsnorm voldoet, is deze aantoonbaar veilig genoeg en kunnen er in het kader van de omgevingsvergunning en de openstellingsvergunning door het bevoegde gezag geen aanvullende technische voorzieningen meer worden vereist.

Voor bestaande wegtunnels (rijks- en niet rijks-) en nieuw te bouwen niet-rijkswegtunnels is de gestandaardiseerde uitrusting niet wettelijk verplicht. Deze tunnels moeten wel aan de veiligheidsnorm voldoen, alsmede aan de bouwregelgeving (Bouwbesluit en Regeling Bouwbesluit). De integrale veiligheidsfilosofie van het Steunpunt Tunnelveiligheid van Rijkswaterstaat is in hoofdlijn verwerkt in de Warvw [88] en Rarvw [101]. Bovendien is de voorgeschreven gestandaardiseerde uitrusting rechtstreeks ontleend aan de belangrijkste eisen uit de Basisspecificatie Tunneltechnische Installaties (BSTTI) [80] van de Landelijke Tunnelstandaard (LTS) [90].

De Landelijke Tunnelstandaard (LTS) [90]

In de Landelijke Tunnelstandaard (LTS) [90] is de standaarduitrusting voor rijkstunnels vastgelegd. Hiermee behoeven geen keuzes per project meer gemaakt te worden over voorzieningen als ventilatoren, camera’s en verlichting. Met de wet wordt het bestaande veiligheidsniveau van Nederlandse tunnels gehandhaafd.

Veiligheidsrichtlijnen deel C (VRC) [89]

Voor het bepalen van de te nemen (technische) basisveiligheidsmaatregelen in tunnels, die onder het beheer van Rijkswaterstaat vallen, zijn in het verleden de Veiligheidsrichtlijnen deel C (VRC) [89] vastgesteld.

Voor Rijkstunnels langer dan 250 meter, die onder het regime van de Wet aanvullende regels veiligheid wegtunnels (Warvw) vallen, zijn de toenmalige eisen en richtlijnen van de VRC opgenomen in de LTS. Voor deze tunnels is de VRC daarom vervallen.

De richtlijnen in de VRC voor andere objecten, zoals verdiepte liggingen, gedeeltelijk gesloten constructies en korte onderdoorgangen worden opgenomen in een aparte leidraad, waarna de VRC volledig vervalt (de verschijningsdatum van deze leidraad is nog niet bekend).

Dit artikel geeft een overzicht van de wet- en regelgeving voor de veiligheid in railtunnels. De term rail wordt hier gebruikt voor alles wat zich voortbeweegt over ijzeren staven. Daarbinnen wordt onderscheid gemaakt in twee groepen:

• Termen “spoor” en “trein”: het nationale spoornetwerk, dat gebruikt wordt voor heavy rail, met incidenteel medegebruik voor light rail.
• Termen “tram” en “metro”: gesloten railsystemen; metro, tram en sommige light rail systemen.

Spoortunnels

In de tunnels op het reguliere reizigersspoor wordt het veilig en soepel verloop van het spoorverkeer en dagelijks beheer verzorgd door de betreffende tunnelbeheerder (bijvoorbeeld ProRail of Infraspeed). Algemene veiligheidsprincipes die vooral ingaan op preventie (het voorkomen van een incident) zijn onderdeel van het dagelijkse beheer van een spoortunnel. Daarnaast wordt een spoortunnel zodanig ontworpen dat de gevolgen van een incident zo klein mogelijk zijn.

Belangrijke aspecten zijn bijvoorbeeld het scheiden van reizigers- en goederenverkeer, het aanbrengen van hittewerende constructies en brandbestrijdingsinstallaties. Een spoortunnel is erop ingericht dat de reiziger bij een incident zoveel mogelijk zichzelf in veiligheid kan brengen. Dit is met name van belang omdat het over het algemeen moeilijker is voor de hulpverlening om een plek in een tunnel te bereiken dan daarbuiten. Onder andere goede verlichting en duidelijke markering van vluchtdeuren en wegen moeten de zelfredzaamheid van de reizigers vergroten.

ProRail heeft samen met diverse partijen zoals hulpverleningsorganisaties afspraken gemaakt over de veiligheid in spoortunnels. In gemeenten waar een spoortunnel ligt is voor elke tunnel een draaiboek beschikbaar waarin staat op welke wijze de diverse partijen moeten handelen bij een incident. De gemaakte afspraken worden regelmatig geoefend met alle partijen, waaronder de regionale en lokale brandweerkorpsen.

Voor de veiligheid in spoortunnels is de algemene wet- en regelgeving voor het spoor van belang. Deze bestaat uit de Spoorwegwet (2003) en diverse besluiten en regelgeving.

Lightrail

Voor metro- en tramtunnels zijn specifieke richtlijnen van toepassing, die bovendien per openbaar vervoerbedrijf verschillen. Ook het wettelijke kader wijkt af van spoortunnels.

Overzicht

In tabel 61.1 zijn een aantal, specifiek voor de veiligheid in railtunnels van belang zijnde, wettelijke en niet-wettelijke regelingen aangegeven. Voor een compleet overzicht, inclusief wegtunnels, wordt verwezen naar tabel 59.1.

Bovengenoemde documenten worden hier niet verder toegelicht. Meer hierover kan worden teruggevonden in “Wet- en regelgeving voor veiligheid in railtunnels”, DHV, d.d. 31 oktober 2011.

De term RAMS (Reliability, Availability, Maintainability and Safety) staat voor de samenhang tussen de aspecten: betrouwbaarheid, beschikbaarheid, onderhoudbaarheid en veiligheid. Aan de hand van deze vier aspecten is voor elk product of systeem de gewenste kwaliteit van de primaire prestatie te beschrijven, te bepalen en te monitoren. Rijkswaterstaat voorziet dat RAMS aspecten de komende jaren in steeds belangrijkere mate zullen worden meegewogen bij de beoordeling van inschrijvingen. Zie ook de door RWS opgestelde leidraad RAMS [49] en de Prorail hand-out RAMS [130].

De term RAMS is opgebouwd uit de volgende onderdelen:

Reliability (Betrouwbaarheid)

De waarschijnlijkheid dat een item een vereiste functie kan uitvoeren onder gegeven omstandigheden gedurende een bepaald tijdsinterval.

Availability (Beschikbaarheid)

Het vermogen van een product in een toestand te zijn om de vereiste functie onder bepaalde omstandigheden op een bepaald moment of gedurende een bepaald tijdsinterval uit te voeren, ervan uitgaande dat de vereiste externe hulpbronnen zijn verschaft.

Maintainability (Onderhoudbaarheid)

De waarschijnlijkheid dat een bepaalde activiteit voor actief onderhoud voor een item onder gegeven gebruiksomstandigheden kan worden uitgevoerd binnen een vastgestelde tijd wanneer het onderhoud wordt uitgevoerd volgens vastgestelde voorwaarden en aan de hand van vastgestelde procedures en hulpbronnen.

Safety (Veiligheid)

Vrij van onaanvaardbare risico’s of letsels.

Het uiteindelijke doel is dat gekozen oplossingen in het ontwerp voor elk van de 4 genoemde termen van RAMS dusdanig worden beschreven dat deze ook objectief en rechtstreeks met elkaar vergelijkbaar worden. Hiermee kan bij de afweging tussen verschillende oplossingen rekening worden gehouden met aspecten als benodigde inspectie- en onderhoudsintervallen en de impact die deze hebben voor zowel kosten, gebruik van de constructie etc..

In dit handboek is een eerste aanzet gemaakt met het in termen van RAMS beschrijven van de verschillende ‘best practices’. Kwalitatieve overwegingen vanuit het RAMS kader zijn opgenomen, zodat ontwerpers binnen projecten alternatieven kunnen vergelijken en tot verstandige keuzes komen. Dit is gedaan in de vorm van een standaardtabel bij elke gepresenteerde ‘best practice’. De tabel moet voor ontwerpers die het handboek gebruiken de aandachtspunten oproepen die kunnen helpen in het ontwerp de volgende vragen te beantwoorden:

• Hoe wordt vanuit het ontwerp t.a.v. het specifieke onderdeel de gevraagde levensduur geborgd?
• Behoort het onderdeel tot de hoofddraagconstructie met een ontwerplevensduur van 100 jaar of betreft dit een “vervangbaar onderdeel” met een kortere ontwerplevensduur?
• Hoe wordt de beoogde betrouwbaarheid geborgd?
• Welke uitvoeringswijze en/of onderhoudsschema (incl. inspectie- en meetmethoden) zijn nodig om de benodigde betrouwbaarheid gedurende de levensduur te garanderen?
• Wat is de benodigde onderhoudsfrequentie en hoe geschiedt deze: Is bijvoorbeeld vervanging of reparatie wel mogelijk?
• Wat zijn de consequenties van inspecties, onderhoud en eventuele vervanging voor het gebruik? Leidt dit bij voorbeeld tot tijdelijke buiten gebruikstelling (denk aan b.v. wegafsluitingen)?

De rijksoverheid heeft op grond van het klimaatakkoord van Parijs, ondertekend in 2015, in 2019 een eigen klimaatakkoord gepresenteerd, gericht op een forse terugdringing van de uitstoot van broeikasgassen. Doel is om de uitstoot in Nederland in 2030 te hebben teruggedrongen met 49% t.o.v. 1990. In Europa pleit het kabinet voor een reductie van 55% in 2030 t.o.v. 1990. Aangezien CO2 veruit het grootste aandeel heeft in de totale uitstoot van broeikasgassen, is het zaak om die uitstoot drastisch te verminderen. Sleutel daartoe is het terugdringen van het gebruik van fossiele brandstoffen – kolen, olie en gas – met andere woorden: het verduurzamen van de energievoorziening.

Maatregelencatalogus voor energiereductie in tunnels

Maatregelencatalogus voor energiereductie in tunnels biedt aanknopingspunten om te komen tot een energieneutrale tunnel: https://www.cob.nl/wat-doet-het-cob/groeiboek/maatregelencatalogus-voor-energiereductie-in-tunnels

Dit artikel geeft een beschrijving van aandachtspunten die belangrijk zijn voor het constructief ontwerp van een gesloten en/of open tunnelconstructie.

Ontwerpberekeningen moeten voldoen aan de bepalingen in de Eurocodes. De belangrijkste zijn:

• NEN-EN 1990 Eurocode – Grondslagen voor het constructief ontwerp [102]
• NEN-EN 1991 Eurocode 1: Belastingen op constructies [103]
• NEN-EN 1992 Eurocode 2: Ontwerp en berekeningen van betonconstructies [31]
• NEN-EN 1993 Eurocode 3: Ontwerp en berekeningen van staalconstructies [32]
• NEN-EN 1997 Eurocode 7: Geotechnisch ontwerp [103]

Daarnaast zijn van toepassing:

• voor verkeerstunnels Richtlijn Ontwerp Kunstwerken (ROK) [27] van Rijkswaterstaat. In verschillende paragrafen van ROK komen tunnels aan de orde. Daarnaast wordt in §13.14 van ROK [27] ingegaan op specifieke ontwerprichtlijnen voor tunnels. Hierin komen aan de orde: rubberen voegafdichtingen, hittewerende bekleding, akoestische bekleding, tegelwerk, asfaltconstructies, vluchtdeuren, toegangsdeuren naar pompkelders, doorvoeringen, dilatatievoegen, overgangsconstructies, stepbarriers en het conserveren van staal.
• voor spoortunnels met een lengte van meer dan 250 m: Ontwerpvoorschrift – Kunstwerken voor spoorverkeer, OVS00201 [24] van ProRail.

De volgende typen bovenbelasting worden onderscheiden:

• Verkeersbelasting
• Uniforme bovenbelasting
• Toekomstige bovenbelasting op en naast de tunnel
• Specifieke bovenbelasting, zoals door een gebouw op de tunnel

Met betrekking tot het laatstgenoemde type bovenbelasting wordt opgemerkt dat grootschalige bebouwing op, of boven een verkeerstunnel, door Rijkswaterstaat (nog) niet wordt toegestaan. De reden daarvan is dat moeilijk aan te tonen valt dat wordt voldaan aan de eisen m.b.t. het externe (groeps-)risico. Door niet op de tunnel te bouwen is er geen gevaar voor extra doden als gevolg van een falende tunnel bij een explosie. Pas wanneer de tunnel explosiebestendig kan worden gebouwd, zou verdergaande bebouwing op de tunnel mogelijk kunnen zijn. Een uitzondering kan worden gemaakt voor functies die een zeer beperkt groepsrisico opleveren, zoals een park, parkeerplaats of beperkte laagbouw, waarbij moet worden gedacht aan een infocentrum of winkeltje.

Verkeersbelasting

Naast de verkeersbelasting in de tunnel kan verkeersbelasting ook bovenop tunnels aanwezig zijn. Verwezen wordt naar NEN-EN 1991-3 [103] .

Voor spoortunnels gelden daarnaast de eisen vermeld in OVS00201 [24]. De eisen 3.1.1.14 t/m 3.1.1.17 gaan in op de drukbestendigheid, de drukbelasting Dp en de stuwdruk q als gevolg van treinpassages. Verdere eisen hieromtrent zijn gegeven in 4.2 van OVS00201 [24].

Uniforme bovenbelasting naast constructies als damwanden

Ook als geen specifieke uniforme bovenbelasting aanwezig is, kan het in de vraagspecificatie zinvol zijn een uniforme (variabele) bovenbelasting te eisen van bijvoorbeeld 20 kN/m², waarmee maaiveldafwijkingen en/of “vergeten” items kunnen worden afgedekt (zie ook §10.1 van ROK [27]). Ook de belasting tijdens bouwactiviteiten kan onder de categorie uniforme bovenbelasting vallen.

Toekomstige bovenbelasting

Zowel op als naast de tunnel kan sprake zijn van een toekomstige bovenbelasting. In het kader van een toekomstige bovenbelasting direct op de tunnel (bijvoorbeeld een park met bomen en een mensenmenigte, een parkeerplaats of een onderhoudsvoertuig) is het verstandig dit in rekening te brengen door een gelijkmatig verdeelde veranderlijke bovenbelasting van bijvoorbeeld 30 kN/m². Deze geadviseerde minimum waarde geeft de nodige vrijheid voor de inrichting van het tunneldak en toekomstige wijzigingen daarin, zonder daarin extreem te zijn.

Behalve de grootte van de belasting zelf kan ook sprake zijn van specifieke, daarmee verband houdende eisen. Als naast of op de tunnel in de toekomst een bouwwerk wordt gerealiseerd kunnen in de vraagspecificatie eventuele eisen worden opgenomen over belastingen op de tunnel door ontgravingen, waterstandsverlagingen, bouwkuipaansluitingen, afstempelingen.

Specifieke bovenbelasting

Als op de tunnel een gebouw wordt gerealiseerd moet naast de directe belasting van dat gebouw ook rekening worden gehouden met belastingen tijdens de bouw.

Eis 3.3.1.2 van OVS00201 [24] vermeldt dat eventuele overbouwing van de tunnel geen invloed mag hebben op de tunnelconstructie. Hierbij dient ook rekening te worden gehouden met mogelijkheden van latere ontgravingen boven of naast de tunnel. Ook zettingsgedrag van grondlagen onder het funderingsniveau van bouwblokken kunnen invloed hebben op de tunnel.

Zoals eerder opgemerkt wordt grootschalige bebouwing op of boven een verkeerstunnel momenteel door Rijkswaterstaat niet toegestaan.

In verband met mogelijke toekomstige lokale bemalingen kan door de opdrachtgever geëist worden dat bij het ontwerp van de tunnel rekening moet zijn gehouden met eenzijdige waterdruk.

Vaak stellen gemeenten aanvullende eisen. Zo wordt in Den Haag het volgende voorgeschreven:

• in het ontwerp moet rekening zijn gehouden met een eenzijdige waterstandverlaging van 4,0 m.

• aangetoond moet zijn dat bij een verlaging van de grondwaterspiegel tot aan de onderzijde van de tunnel deze niet mag bezwijken. Daarbij mag dit belastinggeval gezien worden als een buitengewone ontwerpsituatie (calamiteitenbelasting).

Daarnaast wordt vaak een eis gesteld dat een tunnel slechts een beperkte wateropstuwing mag veroorzaken ten opzichte van de oorspronkelijke grondwaterstand. Dit kan problematisch worden als de constructie min of meer loodrecht op de grondwaterstromingsrichting georiënteerd is en daarbij de watervoerende lagen voor een belangrijk deel blokkeert. Om deze reden wordt de A2 tunnel in Maastricht voorzien van een grondwaternivelleersysteem in de vorm van sifons, dit om de opstuwing binnen de grenzen te houden.

Opgemerkt wordt dat kritisch dient te worden omgegaan met informatie betreffende grondwaterstanden die waterschappen zouden moeten beheren.

Als gevolg van variabele belastingen kan het nodig zijn rekening te houden met vermoeiing. De tunnelconstructie dient hierop te zijn ontworpen. Dit speelt onder andere een rol bij tussenvloeren en wanden met aangrenzende constructies. Bij verkeerstunnels is de problematiek van vermoeiing in het algemeen van tamelijk beperkt belang.

Voor betonconstructies is de NEN-EN 1992 [31] van kracht. Voor staalconstructies is ten aanzien van vermoeiing specifiek NEN-EN 1993-1-9 [32]  van kracht.

Spoortunnels

Voor spoortunnels wordt in OVS00201 [24] als eis 3.1.1.13 vermeld dat alle constructies, constructieonderdelen en installaties in de tunnel moeten worden ontworpen op de (vermoeiings)belastingen, bepaald volgens NEN-EN 14067 “Railtoepassingen – Aerodynamica” [41].

ROK [27] vermeldt in hoofdstuk 10 dat tussen uitkragende betonwanden de verschilvervorming over de voegen aan de bovenzijde in horizontale richting maximaal 5 mm mag zijn. Deze eis heeft een achtergrond vanuit de esthetica. Het betreft toelaatbare afwijkingen ten opzichte van de geplande stand van de damwand of betonnen wand. De eis is daarom ook geldig voor hellende wanden.

Zo nodig dienen deuvels of consoles te worden toegepast om aan de toelaatbare verschilvervorming over een voeg te kunnen voldoen. Voor voorzieningen in voegen van op staal gefundeerde tunnels zie Fundering op staal.

Tevens is het van belang een eis te formuleren ten aanzien van het maximale verschil in doorbuiging tussen de tunneldaken van de verschillende moten. Indien wegen direct op het tunneldak zijn voorzien levert dat veelal een duidelijke eis op.

Verticaal

ROK [27] vermeldt in hoofdstuk 10 bij de controle van het verticaal evenwicht tegen opdrijven (UPL) het volgende:

• Voor het volumiek gewicht van beton en grond als weerstandbiedende elementen moet de karakteristieke waarde van het gemiddelde worden gebruikt. Voor grond zijn dit bijvoorbeeld de waarden in tabel 2.b van NEN 9997-1 [30].
• Langs glijvlakken mag geen wrijvingsweerstand in rekening worden gebracht, met als achtergrond dat de benodigde verplaatsing voor het ontwikkelen van die wrijving ongewenst is.
• Als belastinggeval dient rekening te worden gehouden met het tijdelijk verwijderen van (een deel) van de afdekkende grondlaag op de tunnel. De dikte van de verwijderde grondlaag is afhankelijk van het specifieke project. ROK [27] noemt een (minimum) dikte van 0,5 m.

De evenwichtsberekening dient te geschieden conform hoofdstuk 10 van NEN 9997-1 [30]. Hierin wordt voor het veranderlijke deel van de belasting door (opwaartse) waterdruk een belastingfactor van 1,5 genoemd. In hoofdstuk 10.2 van ROK [27] zijn hierbij kanttekeningen gemaakt ten aanzien van de grondwaterstand die fysiek maximaal kan optreden.

Voor Spoortunnels is in OVS00030-6 [100] de volgende tekst opgenomen ten aanzien van het verticaal evenwicht:

Bij het bepalen van (grond)waterstanden moeten lange termijn waarnemingen van de (grond)waterstanden in de onmiddellijke omgeving beschouwd worden. Indien de gegevens naar het oordeel van de geotechnisch adviseur onvoldoende zijn, geldt een toeslag op de stijghoogte van de hoogst bekende (grond)waterstand van ten minste 0,50 m.

Toelichting:

Indien de variatie in (grond)waterstanden relatief goed bekend is en goed beheerst kan worden, moet de minimale stijghoogte als permanent worden beschouwd, en het verschil tussen de maximale en minimale stijghoogte als variabele belasting worden beschouwd (met bijbehorende belastingfactoren).

De verticale stabiliteit van onderdoorgangen/tunnels is door de lage belastingfactoren laag. Door de waterstandsverschillen als variabele belasting te beschouwen wordt het veiligheidsniveau ten aanzien van de verticale stabiliteit verhoogd. De veel gehanteerde factor van 1,10 voor de verticale stabiliteit (geotechnisch) is te gering om aan het vereiste veiligheidsniveau te voldoen. Dit is de reden om voor het variabele deel (de waterstandsverschillen) een factor 1,5 aan te houden.

Tot de permanente belastingen van tunnels behoren ook bijvoorbeeld ballastbeton, de zandaanvulling tussen de onderwaterbetonvloer en de constructievloer, het gewicht van de onderwaterbetonvloer en verankerd vulbeton in graafkamers van caissons, zie bijvoorbeeld hoofdstuk 5 van ROK [27]. Dit geldt uiteraard alleen als deze onderdelen constructief verbonden zijn met de tunnelconstructie. Een owb-vloer doet alleen maar mee in het verticale evenwicht als de palen zowel verankerd zitten in de onderwaterbetonvloer als de constructieve vloer van de tunnel.

Horizontaal

In verband met onderhoud aan voegen, wanden of andere tunneldelen moet het in principe mogelijk zijn een wand van de tunnel vrij te graven. De tunnel dient dan zijn horizontaal evenwicht te bewaren.

Opspaneffect door fluctuerende temperaturen en waterstanden

In hoofdstuk 10 van ROK [27] is aangegeven, dat het oplopen van de gronddruk als gevolg van fluctuerende temperaturen en eventueel fluctuerende waterstanden in rekening moet zijn gebracht.

In het verleden is bij ten minste twee tunnels de bovenzijde van de betonnen wanden in de toeritten significant verplaatst. Daarom zijn bij de Vlaketunnel de wanden ontlast en verankerd door middel van een verankerde juk-constructie en deels door het wegnemen van een significant deel van de grondbelasting (‘grachtvariant’). Dat kon helaas maar over een beperkte lengte en diepte gerealiseerd worden, daar anders de kanteldijk instabiel zou worden. De ‘grachtvariant’ is natuurlijk veel goedkoper dan een verankeringsconstructie. Bij het ontwerp is destijds geen rekening gehouden met het opspaneffect en met de verschoven momentenlijn.

Stempels waarborgen de constructieve integriteit. Stempels kunnen ten gevolge van uitzetting door opwarming worden overbelast waardoor ze kunnen bezwijken (uitknikken). Bij het ontwerp van de stempels moeten de gevolgen van temperatuurbelasting daarom worden beschouwd. Belangrijk aandachtspunt is de stabiliteit van de aansluiting stempel-gording-wand.

Om temperatuurspanningen te reduceren worden zon beschenen stempels ook wel wit geschilderd.

Permanente stempels en de aansluitingen op de wanden dienen tevens op een brandbelasting te worden gedimensioneerd.

Stempels dienen naast de genoemde typen temperatuurbelasting, ook berekend te worden op een toevallige puntlast. Bij een gestempelde bouwkuip moet ook gerekend worden met stempeluitval. In de gording mogen hierbij plastische scharnieren geschematiseerd worden. Bij stempeluitval behoeft de temperatuurbelasting niet in rekening te worden gebracht.

Voor permanente stempels behoeft stempeluitval niet altijd in rekening te worden gebracht mits sprake is van een robuust ontwerp. Zo is bij de verdiepte ligging/aquaduct A4 Leiderdorp (relatief diepe ligging en tijdens een deel van de bouwfase vlak naast de in gebruik blijvende A4) gebruik gemaakt van zware betonnen stempels, die zowel een functie in de bouwfase, als in de gebruiksfase hebben. Deze zware betonnen stempels hebben een hart-op-hart-afstand van 12 m (breedte circa 2,5 m). Er is toen geoordeeld dat de kans dat zo’n zware en daardoor robuuste stempel zou uitvallen voldoende klein is zodat daarmee geen rekening behoefde te worden gehouden. Een extra maatregel is dat het stempel via de kopbalk direct is vast gestort aan de combiwand, zie figuur 73.1.

De thermische belasting op constructies komt aan de orde in NEN-EN 1991-1-5/NB [103].

In aanvulling daarop geeft ROK [27] aanvullende bepalingen voor tunnels. Hierbij wordt onderscheid gemaakt tussen het open en het gesloten gedeelte van de tunnel. Het in rekening te brengen temperatuurverschil tussen de grondzijde en de binnenzijde van de wand in de zomer- en winterperiode is in ROK [27] vastgelegd. Ook bestaat onderscheid tussen jaarlijkse en dagelijkse temperatuurverschillen.

Aanvullende bepalingen over de te beschouwen klimatologische temperatuurinvloeden bij spoortunnels zijn gegeven in OVS 00030-6 [100].

Voor een uitgebreide beschrijving van het onderwerp brandwerendheid, inclusief de daartoe te treffen voorzieningen, wordt verwezen naar Brandwerendheid.

Achtergrond

Er zijn 2 belangrijke overwegingen om rekening te houden met belasting door brand:

• De veiligheidsoverweging dat, indien er brand uitbreekt, er voldoende tijd beschikbaar moet zijn om te kunnen vluchten vóórdat de tunnel zou bezwijken.
• De economische overweging, dat het mogelijk verstandiger is vooraf te investeren in brandwerende voorzieningen dan de tunnel als verloren te moeten beschouwen als deze bezwijkt na een brand.

Belasting door brand komt aan de orde in NEN-EN 1991-1-2 [103] en de bijbehorende Nationale Bijlage. Deze regelgeving is uitsluitend gebaseerd op de eerstgenoemde veiligheidsoverweging. Bezwijken na een brand wordt dus wel toegestaan, als het maar lang genoeg duurt tot dit gebeurt. De hiervoor in acht te nemen tijdsduur volgt uit het bouwbesluit (zie het Bouwbesluit 2012 [75], Artikel 2.10. lid 8 en 2.14 lid 6). De op basis van het bouwbesluit aan te houden tijdsduur varieert, afhankelijk van de situatie, van 30 tot 120 minuten. Opmerkelijk is dat, naast een onderscheid in bestaande en nieuwe tunnels, tevens onderscheid gemaakt wordt naar tunnels onder open water en niet onder open water. Afhankelijk van het type constructie kan worden bepaald of de toepassing van hittewerende bekleding wel of niet noodzakelijk is om de geëiste tijdsduur te halen.

In de historische context werd, voor de constructieve integriteit, bij de eerste verkeerstunnels geen rekening gehouden met de calamiteitsbelasting brand. Naar aanleiding van een brand in de Velsertunnel in 1978 zijn brandproeven uitgevoerd bij TNO. Dit leidde tot de geboorte van de RWS-brandkromme. Deze brandkromme symboliseert het leegbranden van een grote tankwagen (200 á 300 MW) in 2 uur. Na 2 uur brand dient de temperatuur achter de hittewerende bekleding kleiner of gelijk aan 380 ºC te zijn en ter plaatse van het wapeningsstaal 250 ºC. Deze temperatuureisen zijn er op gebaseerd dat de constructie na 2 uur RWS-brandkromme nog repareerbaar is; dit is dus een economische afweging.

Eisen

Voor het omsloten deel van een tunnel geldt de tunnelbrandkromme (de vroegere RWS-brandkromme) volgens art. 3.2.4 van NEN-EN 1991-1-2/NB [103]. Voor niet-gesloten delen (toeritten en verdiepte ligging) geldt de koolwaterstofkromme (hydrocarbon) volgens art. 3.2.3 van NEN-EN 1991-1-2 [103]. Toepassing van de laatstgenoemde koolwaterstofkromme is in die gevallen gerechtvaardigd omdat de temperatuur in niet gesloten delen minder hoog zal oplopen.

De tweede variabele is de in rekening te brengen tijdsduur. Tenzij anders voorgeschreven in de vraagspecificatie wordt hiervoor 120 minuten aangehouden.

Tunnels voor autowegen

In ROK [27] wordt verwezen naar de aanvullende toelichtingen voor tunnels voor autoverkeer:

• 5.2 over de brandkromme en de daarbij aan te houden tijdsduur (120 minuten, tenzij anders is voorgeschreven in de vraagspecificatie).
• 6.2 over de temperatuureisen voor tunnels en stalen damwanden en het verhinderen van afspatten van beton.

Volgens 5.2 van ROK [27] wordt de opgelegde vervorming als gevolg van de temperatuurbelasting tijdens de brand geacht geen invloed te hebben op de sterkte van de constructie tijdens de brand. Daarom hoeft de brandbelasting niet in rekening te worden gebracht bij het bepalen van de krachtswerking. Dit geldt niet voor constructiedelen die de constructieve integriteit waarborgen en waarvan de werking verloren kan gaan bij temperatuurbelasting, zoals stempels in toeritten (knik, pons etc.). In deze gevallen dienen de gevolgen van temperatuurbelasting wel te worden beschouwd.

Het te kiezen betonmengsel moet daarnaast ongevoelig zijn voor doorgaand afspatten onder invloed van brandbelasting. Het gaat er hierbij om dat na de eerste afspatting, geen voortgaand proces ontstaat waarbij het beton laagje na laagje verdwijnt. Dit dient te worden aangetoond, bijvoorbeeld aan de hand van testen.

Voor de overkapping Leidsche Rijn was de brandduur in de vraagspecificatie verkort tot 1 uur (behalve bij dienstgebouw en middenkanalen met kabels); dit omdat de gevolgen van het falen van deze overkapping, gebouwd op het maaiveld en 100% boven de grondwaterstand, aanzienlijk minder zullen zijn dan bij een tunnel gelegen onder een vaarweg.

Voor de verdiepte ligging in de A4 nabij Leiderdorp is het deel naast het aquaduct voorzien van een horizontaal geluidscherm (de luifel). Voor deze luifel is een bestendigheid tegen een Hydrocarbon brand van 1 uur geëist; voor de hoofdconstructie echter 2 uur. Dit verschil heeft ook weer als achtergrond het verschil in gevolgen van het falen voor deze 2 constructiedelen.

Een ander voorbeeld is een kerend wandje waar, bij falen, alleen wat grond op de vluchtstrook terecht komt en kan worden overwogen geen enkele brandwerendheidseis te stellen.

Spoortunnels

Voor spoortunnels wordt in OVS00201 [24] onder eis 3.1.1.12 vermeld dat de brandwerendheid met betrekking tot bezwijken ten minste 120 minuten moet bedragen op basis van de standaard temperatuur volgens de bovengenoemde RWS-brandkromme. De eisen 3.1.1.19 en 20 geven verdere details betreffende de brandwerendheid. Voor nieuwbouw wordt de brandwerendheid gezocht in het beton, maar er moet wel mogelijkheid zijn brandwerend beplating aan te brengen, zodat dat eventueel alsnog kan geschieden na een brand.

Buitengewone belastingen komen aan de orde in artikel 5.1(1)P van NEN-EN 1991-1- [103], waarin onder andere wordt verwezen naar bijlage D. Bijlage D.3, die informatief is, gaat specifiek in op explosies in auto- en spoortunnels.

Bij tunnelontwerpen voor RWS geldt daarnaast ROK [27]. In §5.7 van ROK [27] staat dat bij tunnels volgens de categorieën B, C, D of E, in relatie tot het interne risico, geen rekening behoeft te worden gehouden met explosies. Voor tunnels volgens categorie A dient alleen met de effecten van een explosie rekening te worden gehouden als de specifieke omstandigheden, in relatie tot het externe risico, daar aanleiding toe geven.

Voor de indeling in categorieën zie ADR 2013 Europees Verdrag betreffende het internationaal vervoer van gevaarlijke goederen over de weg [47]. In 5.7 van ROK [27] is bovenstaande toegelicht. De kans op een gasexplosie is bij alle tunnelcategorieën klein door allerlei maatregelen die voorgeschreven worden vanuit de Basisspecificatie TTI RWS Tunnelsystemen versie 1.2 (BSTTI) [80].

Bovendien wordt getwijfeld aan het realiteitsgehalte van de in (informatieve) bijlage D.3 van NEN-EN 1991-1-7 [103] gegeven extreem hoge waarde van de explosiedruk (detonatie), namelijk een piekdruk van 2000 kN/m² (20 bar). Geen enkele bestaande tunnel is hier ook maar in de verste verte tegen bestand tenzij het een zeer diep liggende tunnel of een bergtunnel is. Voor nieuwe tunnels werkt deze eis uiterst kostenverhogend en voor bijvoorbeeld een ondiep liggende landtunnel is het desastreus, terwijl de kans van optreden zeer beperkt is.

Voor spoorwegen wordt voor bepalingen ten aanzien van het vervoer van gevaarlijke stoffen verwezen naar RID 2013 Regulations Concerning the International Carriage of Dangerous Goods by Rail [48].

Bij spoortunnelontwerpen voor ProRail wordt wel rekening gehouden met explosiebelasting in tunnels. In OVS00201 [24] eis 3.1.1.10 wordt vooralsnog verwezen naar NEN-EN-1991-1-7 [103], maar gezien bovenstaande zal dat waarschijnlijk op korte termijn worden herzien door ProRail.

Achtergrond en motivatie

Bijlage B van NEN-EN 1991-1-7 Informatie voor risicobeoordeling [103] geeft een beschrijving van een risicoanalyse, met als mogelijke uitkomst risicoaanvaarding. Als dit de uitkomst van een risicoanalyse is, behoeft de tunnel niet meer in deterministische zin op 2000 kN/m² piekdruk te worden berekend. Deze ontsnapping wordt door RWS gehanteerd omdat tunnelbouw anders vrijwel onmogelijk is.

In het verleden werd door RWS, en tot voor kort ook door Prorail, een statische inwendige overdruk van 100 kN/m² gehanteerd. De meeste afgezonken tunnels zijn hier tegen bestand. Deze pragmatische eis kostte dus niets. Bij ondiepere landtunnels ligt dat anders, daar kost deze eis ook al behoorlijk veel extra wapening, zonder dat deze belasting van 100 kN/m² de tunnel bestand maakt tegen een mogelijk optredende grote gasexplosie of een BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion, dat wil zeggen een tankwagen die in het vuur ligt en na enige tijd met geweld openbarst). Daarom is bij RWS al jaren geleden de oude eis van 100 kN/m² vervallen. Dit heeft bijvoorbeeld bij de Combitunnel Nijverdal tot gevolg gehad dat het weggedeelte niet op een explosiedruk van 100 kN/m² is ontworpen en het spoordeel wel.

Ter vergelijking kan de piekdruk bij een detonatie van 2000 kN/m² uit NEN-EN-1991-1-7 [103] worden omgerekend naar een equivalente statische belasting. De hiervoor benodigde dynamische belastingfactor kan worden ontleend aan De Jong [50] en heeft voor de buitenwaarts gerichte belasting een waarde van 2. De statisch equivalente belasting van de piekwaarde wordt daarmee gelijk aan 4000 kN/m². Dit is 40 maal zo groot als de in het verleden gehanteerde eis van 100 kN/m²_. Daar valt in realistische zin niet op te ontwerpen/construeren (ook niet bij spoortunnels).

Bij de A2 tunnel te Maastricht worden, in het kader van de Integrale GebiedsOntwikkeling, aanvullende eisen gesteld aan de bebouwing in de directe nabijheid van de tunnel. Mocht er een zware explosie plaatsvinden in de vorm van een BLEVE, dan zullen maximaal 2 moten bezwijken waarbij het naastliggende vastgoed mogelijk schade oploopt. Het aanbrengen van ankers in de kerende wand, als de ondersteuning van de constructie wegvalt, kan dan een oplossing zijn met relatief beperkte kosten. De kans van optreden van een gasexplosie wordt ook bij dit project voldoende klein geacht om daar niet op te construeren.

In NEN-EN 1997-1-7 [103] is het type explosie BLEVE niet opgenomen. Uit redelijk recent onderzoek door TNO/TUD [50] is gebleken dat bij dit type explosie piekdrukken van circa 1000 kN/m² kunnen optreden. Mogelijk is de kans van optreden van een BLEVE groter dan die van een gasexplosie, omdat de BLEVE gerelateerd is (vervolggebeurtenis) aan het verschijnsel brand. Brand heeft in het algemeen een zodanige kans van voorkomen dat de tunnel hierop ontworpen moet worden.

Het verschil met een gasexplosie, waartoe NEN-EN 1997-1-7 [103] zich beperkt, is dat het effect van een BLEVE meer lokaal is (over een lengte van 30 á 40 m). Bij een gasexplosie kan onder ongunstige omstandigheden de tunnel over de gehele lengte bezwijken.

De in NEN-EN 1991-1-7 [103] genoemde piekdruk van 100 kN/m² bij een deflagratie (explosieve verbranding) is volgens de huidige inzichten echter te laag. Deze piekdruk kan het vijfvoudige bedragen.

Samenvattend wordt gesteld dat de informatieve bijlage D.3 uit NEN-EN 1997-1-7 [103] met het nodige engineering judgement beschouwd dient te worden.

Anderzijds kan ook gekozen worden voor bv. een watermist systeem om een BLEVE te voorkomen.

In hoofdstuk 11 van ROK [27] wordt verwezen naar NEN-EN 1998 [104]. In het algemeen zijn monoliete ondergrondse constructies, zoals tunnels, of onderdelen daarvan niet bijzonder aardbevingsgevoelig als:

• deze niet vrij kunnen bewegen ten opzichte van het omliggende grondmassief;
• liquefaction uitgesloten is. Verondersteld mag worden dat liquefaction in zand niet optreedt als de conusweerstand ten minste 6 MPa bedraagt. Naast de conusweerstand ook de korrelgrootte en korrelvorm een rol spelen.

Te allen tijde dient lokale kennis te worden vergaard.

In de ROK [27] is aangegeven voor welke delen van Nederland geen aardbevingsbelasting in beschouwing behoeft te worden genomen.

In dit artikel komen aan de orde:

• grondonderzoek

• fundering op staal

• fundering op palen

Het verdient aanbeveling om voor het uitvoeren van geotechnisch onderzoek een risicogestuurde aanpak te volgen. De onzekerheden in de ondergrond zijn doorgaans groot en de oorzaak van veel faalkosten.

In het kader van het programma Geo-Impuls is hiervoor een werkwijze ontwikkeld onder de naam Geotechnisch Risicomanagement (GeoRM), wat in feite een expliciete geotechnische verdieping is van het gangbare RISMAN-proces voor het risicomanagement in projecten. Met GeoRM worden de risico’s die gerelateerd zijn aan de ondergrond, op een transparante en expliciete manier onderdeel van projecten. Geotechnische risico’s kunnen zo tijdig en afdoende worden beheerst, wat resulteert in een efficiënt en succesvol project.

Door RWS is een Handreiking opgesteld, waarin de toepassing van GeoRM in iedere projectfase nader wordt toegelicht. Voor projecten van RWS is het gebruik van GeoRM verplicht.

Voor een nadere toelichting op Geo-impuls en GeoRM: zie www.geoimpuls.org

Groeiboek Grondonderzoek

Het groeiboek Grondonderzoek bevat alle best practices omtrent de aanpak van een risicogestuurd grondonderzoek: https://www.cob.nl/wat-doet-het-cob/groeiboek/aanpak-grondonderzoek/

• NEN 9997-1 Deel 1: Geotechnisch ontwerp van constructies – Algemene regels. [103]
• NEN-EN 1997-2 Deel 2: Grondonderzoek en beproeving. [103]
• CUR 247, Richtlijn risicogestuurd grondonderzoek. [105]
• CUR 227, Leren van geotechnisch falen. [106]
• CROW-publicatie 204 Betrouwbaarheid van zettingsprognoses. [106]
• CUR Rapport 2003-7 Bepaling geotechnische parameters. [107]
• CUR 2008-1 Van onzekerheid naar betrouwbaarheid. [107]
• NEN-EN-ISO 22476-1: Geotechnisch onderzoek en beproeving – Veldproeven – Deel 1: Elektrische sondering met en zonder waterspanningsmeting. [108]
• NEN 5118: Geotechniek – Bepaling van de een-dimensionale samendrukkingseigenschappen van de grond. [108]
• BS 1377-2:1990: Methods for soils for civil engineering purposes. [109]

Het is noodzakelijk om in het grondonderzoek tevens de geohydrologische condities in kaart te brengen, omdat deze een sterk bepalende invloed hebben op de mogelijke risico’s tijdens de bouw- en gebruiksfase van de tunnel.

Een goed inzicht in geologische condities kan in veel gevallen sterk bijdragen aan een juiste opzet en interpretatie van het grondonderzoek.

Zwel bouwputbodem

Als een significatie zwel van de grondlagen beneden de ontgraven bouwputbodem wordt verwacht, is het zinvol ongedraineerde triaxiaalontlastproeven (TA-CU proeven) op ongeroerde grondmonsters uit te voeren. Dit zijn ongedraineerde proeven waarbij de axiale en radiale totaalspanningen worden verlaagd. Hieruit wordt niet alleen informatie gekregen over het zwelgedrag maar ook over de veranderingen in de waterspanningen in de ondergrond bij het ontgraven van de bouwput. Met name als een groutstempel is toegepast, is deze informatie nuttig. Voor achtergrondinformatie over TA-CU proeven wordt verwezen naar de rapportage van het in opdracht van het COB door Geodelft uitgevoerde onderzoek bij de Sophia Spoortunnel [83].

Voor het bepalen van de zwelbelasting is publicatie 661.14 van SBRCURnet [104] vigerend.

Bij het ontwerp van een op staal gefundeerde tunnel komen de volgende aspecten aan de orde:

• zettingseisen mede in verband met de vervormingscapaciteit van de rubberprofielen tussen de segmenten en het effect op de eventueel toe te passen tand- of koppelingsconstructies om dwarskrachtoverdracht mogelijk te maken
• beddingstijfheden en variatie daarin, ten behoeve van de berekening van de tandconstructie van een gesegmenteerde tunnel

Voor verdere details wordt verwezen naar §10.1 van ROK [27].

In Dilatatievoegen en stortnaden komen de voegconstructie en de daarbij behorende ontwerpaspecten nader aan de orde.

Variatie beddingsstijfheden

In hoofdstuk 10 van ROK [27] wordt ingegaan op de in rekening te brengen variatie in de stijfheid van de ondergrond.

Trekken van damwanden nabij een fundering op staal

Als nabij de op staal gefundeerde tunnel een damwand wordt toegepast, mag deze alleen worden getrokken als in het ontwerp een voldoend grote afstand tussen de damwand en de tunnel aanwezig is. In §10.1 van ROK [27] wordt hiervoor een eis gesteld.

Tand- of deuvelconstructie

Bij een fundering op staal is de kans op optreden van verschilverplaatsingen relatief groot, waardoor een verdeuveling vaak noodzakelijk is.

Er zijn echter altijd uitzonderingen. Bij de A2 tunnel te Maastricht heeft de aannemer ervoor gekozen de voegen tussen de op staal gefundeerde stortmoten niet te verdeuvelen. De argumentatie hierbij is dat zeer weinig verschilzetting over de voegen wordt verwacht en zeker geen doorgaande zetting in de loop der tijd. De uit kalksteen bestaande ondergrond is namelijk zeer stijf. Daarnaast wordt in den droge gebouwd waardoor de uitvullaag tussen beton en kalksteen zeer goed verdicht kan worden, terwijl bovendien de korrelspanningen onder de vloer van de tunnel in de gebruiksfase relatief laag zijn vanwege de opwaartse waterdruk. Wel wordt tussen de vloerdelen van de tussenvloer (de vloer tussen bovenste en onderste verdieping van de gestapelde tunnel) een verdeuveling toegepast in de vorm van een roestvast stalen penconstructie die in langsrichting beweegbaar is. Deze verdeuveling dient niet om de tunneldelen onderling te koppelen, maar uitsluitend om elastische doorbuigingsverschillen die het gevolg zijn van de verkeersbelasting te voorkomen. Zonder deze pennen zou de voeg(vullings)constructie van de tussenvloer maar een zeer beperkte levensduur hebben. Ook het rijcomfort speelt hierbij een rol.

In het ontwerprapport van een fundering op palen moeten naast de vigerende normen de volgende uitgangspunten in het document zijn aangegeven of verwerkt:

• welke sonderingen zijn gebruikt en hoe de verschillen tussen deze sonderingen zijn verwerkt;
• bij geheide palen, de heibaarheid van de palen in relatie tot de vigerende sonderingen;
• het tijdstip waarop de palen worden aangebracht: voor of na ontgraving;
• bij toepassing van een owb-vloer, het onderwatergewicht als belasting op de palen meenemen;
• het niveau van waaraf de schachtwrijving is meegenomen in de berekening van de paaldraagkracht;
• de paalfactoren van druk- en trekpalen (a_p, a_s , a_t , b en s );
• de reductie van de conusweerstand ten gevolge van de ontgraving en de gebruikte berekeningsmethode;
• bij toepassing van f₁ > 1 voor het effect van installatie, moeten controlesonderingen worden uitgevoerd. Als achteraf blijkt dat f₁ te hoog is ingeschat, dient een controleberekening te worden uitgevoerd. Hieruit kan volgen dat extra palen moeten worden aangebracht.

In §10.1 van ROK [27] komen de volgende aspecten aan de orde die een rol spelen bij het ontwerp van een op palen gefundeerde tunnel:

• bepaling van momenten in palen ten gevolge van een horizontale verplaatsing;
• toepassing van een paal-plaatfundering;
• mate van inklemming van de paalkop bij de berekening van paalkrachten;
• bepalingen met betrekking tot funderingspalen, zoals steklengte, voorspanniveau, kubusdruksterkte van in de grond gevormde palen en sterktereductie bij lassen van wapeningstaal aan een stalen buispaal.

Verder vermeldt ROK [27] dat bij de toepassing van relatief slappe trekelementen (zoals bijvoorbeeld Gewi-ankers) onder ongewapende owb-vloeren de puntvormige opleggingen geschematiseerd moeten worden overeenkomstig de stijfheid van deze relatief slappe trekelementen. Het schematiseren als starre steunpunten van dit type trekelementen is onjuist en daarom niet toegestaan. De verticale veerstijfheid van palen, ankers en damwanden moet worden bepaald volgens de in CUR-aanbeveling 77 [4] gegeven rekenregels.

Trekken van damwanden nabij een fundering op palen

Het trekken van damwanden kan een nadelig effect hebben op een naburige paalfundering. Bij tunnels zal het meestal gaan om trekpalen. In §10.1 van ROK [27] worden eisen gesteld aan de afstand tussen de damwand en de trekpalen. ProRail staat het trekken van damwanden in de invloedszone in het geheel niet toe.

Verbinding funderingselement met de onderwaterbeton- en de constructievloer

Bij trekpalen en ankers moet gecontroleerd worden of de trek- en de eventuele drukkracht niet leidt tot ontoelaatbare spanningen in het funderingselement. Deze spanningscontrole betreft zowel de spanning op de overgang tussen de owb-vloer en de ondergrond, als op de overgang tussen owb-vloer en constructievloer. Vanwege de duurzaamheid is ook de scheurvorming op deze niveaus van groot belang, aangezien het funderingselement nooit meer bereikbaar is voor herstel. Voor de in verband met corrosie te stellen eisen  wordt verwezen naar NEN6766:2023 ‘Corrosie van stalen elementen in de grond’ .

Als in het trekelement een drukkracht kan optreden moet zo nodig de knikstabiliteit worden gecontroleerd, namelijk als een deel van de paalschacht omringd is door slappe grondlagen. Aandachtspunt hierbij is dat de beton- of groutomhulling bij in de grond gevormde ankers (meestal) niet tot de onderzijde van de owb-vloer wordt aangebracht.

Tand- of deuvelconstructie

Een tand- of deuvelconstructie, zoals toegepast bij een fundering op staal, is bij op palen gefundeerde tunnelmoten meestal niet noodzakelijk. Bij een relatief starre paalfundering (ten opzichte van een fundatie op staal) zijn geen tanden of deuvels noodzakelijk, omdat de verschilverplaatsingen over een voeg meestal klein zullen blijven.

Soms worden echter wel nokken toegepast. Als bijvoorbeeld een tunnelmoot ongelijke gronddrukken heeft, waardoor deze moot de neiging heeft om in het horizontale vlak te gaan draaien, worden nokken in de vloer toegepast die de horizontale krachten overdragen naar de naastgelegen moot of moten. Dit is bijvoorbeeld het geval bij stationsonderdoorgang Leidschenveen.

Horizontaal belaste palen

Niet-axiale belastingen op palen moeten bij voorkeur worden voorkomen door het toepassen van schoorpalen. Wanneer dit niet mogelijk is, moeten de buigende momenten in de palen door de horizontale belastingen worden bepaald met behulp van een computerprogramma gebaseerd op de theorie van de verend ondersteunde ligger (zie ROK [27], hoofdstuk 10, eis 7.7) .

Indien sprake is van een niet symmetrische situatie aan weerszijden van de tunnelbuis, neigt deze in dat geval te roteren om een verticale as. Er ontstaat dan een verschil in verticale belasting op de paalrijen over de doorsnede en er werkt een horizontale belastingcomponent op de fundering. Een dergelijke situatie kan het gevolg zijn van een niet symmetrische maaiveldbelasting aan weerskanten van de tunnel, bijvoorbeeld door een scheve wegkruising, een ongelijk maaiveld, verschillende grondwaterstanden of grondcondities. Zeker bij palen met een lage buigstijfheid zoals ankerpalen kan dit tot een maatgevend mechanisme leiden.  De berekening van de paalkrachten in dit soort gevallen mag geschieden met behulp van de stijve plaattheorie, waarbij uitgegaan wordt van een rechtlijnig verband tussen de paalstijfheid, de afstand tot het zwaartepunt en de paalkracht ten gevolge van het rotatiemoment, waarbij echter ook rekening dient te worden gehouden met het horizontaal evenwicht.

Ook in geval van niet horizontaal verlopende constructies, ontstaan horizontale reactiekrachten. Dit was een niet onderkend probleem bij de Wijkertunnel. Bij de overgang van de op palen gefundeerde open toerit bak naar de folieconstructie is om die reden ongewenste horizontale verplaatsing opgetreden.

Detaillering

Aandachtpunten bij de uitvoering zijn:

1. De wapening van de paal ten behoeve van transport en heien wordt door de paalleverancier bepaald. Wapening ten gevolge van overige belastingen (zoals horizontale belasting) moet apart aan de paalleverancier worden doorgegeven.
2. Minimale wapening van voorgespannen beton palen, zie artikel (9) in hoofdstuk 6.4 van ROK [27].
3. Bij koppensnellen de steklengte niet ombuigen maar doorzetten tot aan het bovennet en daarna pas ombuigen, zie artikel (9) in hoofdstuk 6.4 van ROK [27].
4. Blijvende voorspanning in de prefab palen, zie artikel (9) in hoofdstuk 6.4 van ROK [27].
5. Indien rekening gehouden moet worden met zwerfstromen, de paalwapening los houden van de vloerwapening;
6. Ter controle van de berekening bij elke sondering de volledige kalender opnemen van de dichtstbijzijnde paal.

Overmatige zetting en zettingsverschillen kunnen bij op staal gefundeerde constructies leiden tot problemen. Bij op palen gefundeerde constructies treedt ook zetting op maar deze is doorgaans dermate beperkt dat daarbij geen problemen zijn te verwachten.

Bijzondere aandacht ten aanzien van de zettingsproblematiek is nodig bij de aansluiting van op palen aan op staal gefundeerde constructies. Dit kan bijvoorbeeld het geval zijn bij de aansluiting van de tunnel op de toerit. Ook kan hier sprake zijn van een overgang van een op druk belaste fundering naar een op trek belaste fundering. Voor de toerit kunnen, vanwege het beperkte gewicht, trekpalen zijn toegepast terwijl de tunnel zelf een op druk belaste fundering heeft.

Voor de bouw van de tunnel wordt grond ontgraven. Als de tunnelbuis niet zwaarder is dan de ontgraven grond treedt (vrijwel) geen zetting op. Bovendien is meestal sprake van een opwaartse waterdruk tegen de tunnelbuis, waardoor het effectief gewicht afneemt.

De grootte van de zetting is afhankelijk van de grondopbouw (aanwezigheid en dikte van de samendrukbare lagen) en de belastingtoename op de ondergrond. Een deel van de zetting treedt gedurende de bouw op. Bij slecht waterdoorlatende grond kunnen echter ook na de bouw nog niet-verwaarloosbare zettingen optreden.

Ook door naburige bouwactiviteiten na voltooiing van de tunnel kan nog (extra) zetting ontstaan, bijvoorbeeld door bemaling van een bouwput en/of terreinophogingen.

In het algemeen kan worden gesteld dat schade en problemen door (verschil)zettingen vooral ontstaan bij afgezonken, op staal gefundeerde tunnels.

Als tussen twee aansluitende tunnelelementen verschil in zetting kan ontstaan, moet het constructief ontwerp zodanig zijn dat geen schade kan optreden. figuur 84.1 geeft het geval weer dat door zetting van tunnelsegment A schade ontstaat aan tunnelsegment B. De tandoplegging van het segment wordt extra belast waardoor deze kan afscheuren, zie figuur 84.2.

De eerste maatregel om dit te voorkomen is het voldoende wapenen van de tanden/kragen opdat bij eventuele scheurvorming de scheurwijdte beperkt blijft. Hierdoor wordt het risico op lekkage, waarbij zand uit de ondergrond meegevoerd wordt, kleiner.

Door de constructie op palen te zetten is geen verdeuveling meer noodzakelijk. De tanden kunnen dan ook niet meer afbreken (koude haakse voeg).

Door verschil in zetting tussen de verschillende tunnelsegmenten kan rotatie ontstaan, zie figuur 85.1. Het doel van de aanwezige voegen is de tunnelbuis flexibel te maken, waardoor het in de figuur getoonde vervormingsbeeld kan ontstaan. Zolang de aanwezige rubber-metalen voegstrook de rek kan meemaken en de tand/kraag niet scheurt is er geen lekkage als gevolg van de optredende vervormingen.

Om te beoordelen of te grote voegopeningen ontstaan, kan een langsberekening van de tunnel worden gemaakt, waarbij het niet-lineaire gedrag van de voegen wordt meegenomen, samen met de variabiliteit van de grondslag en de belastingssituatie.

In Dilatatievoegen en stortnaden van dit handboek wordt nader ingegaan op voegconstructies en de detaillering ervan. De praktijkervaring in Nederland is evenwel dat de ideale voegconstructie nog niet gevonden is. Lekkende dilatatievoegen komen regelmatig voor, zowel in de bouwfase als in de gebruiksfase. Derhalve is het zaak de deformatieverschillen tijdens de gebruiksfase zoveel mogelijk te beperken.

Als zeer duidelijk voorbeeld van openstaande voegen kan de noordelijke toerit van de eerste Coentunnel worden genoemd. Deze toerit is sinds de bouw in de jaren 60 van de vorige eeuw aan het uiteinde bijna 0,15 m in noordelijke richting verplaatst. Een eenduidige verklaring hiervoor ontbreekt. De meest gangbare hypothese is dat in de winter de voegen door krimp wat verder open komen te staan en in de zomer niet geheel weer terugkomen (hysteresis). Waarschijnlijk komt in de winter zand/grond in de voegen, waardoor in de loop der tijd de voegen steeds verder open zijn komen te staan. De verplaatsingen correleren met deze grotere voegbreedtes.

Bij de bouw zijn bij zeven moten van de toerit trekpalen toegepast. Onlangs is extra ballast aangebracht om de deformatie en de verdere schade te stoppen. De primaire reden om de ballast aan te brengen was de grote twijfel over de constructieve integriteit van de aanwezige trekpalen (bezwijken wapening in overgang trekpaal/vloer en daarmee het gevaar van opdrijven). Of daarmee ook de toename van de voegbreedtes gestopt is, is zeer de vraag.

Met betrekking tot de gronddekking op tunnels voorziet de ROK in twee afdekkingen:

1. afdekking van een tunnel gelegen onder open water als beschermlaag
2. afdekking van een landtunnel t.b.v. begroeiing en gebruik

Ad. 1.) Afdekking van een tunnel gelegen onder open water.

Tunnels gelegen onder open water dienen te zijn voorzien van een afdeklaag zodat een vallend anker of een vallende spudpaal afgeremd wordt voordat het anker of de spudpaal door het tunneldak ponst. De relevante ROK artikelen geven informatie over de te hanteren faalkansen, de aan te houden valsnelheid van het anker en scheeps tonnages. Wanneer de eigenschappen van het scheepvaartverkeer anders zijn dan in de ROK aangehouden is, dient het ontwerp van de afdeklaag daarop te worden aangepast. De dikte van de afdeklaag wordt slechts in uitzonderingsgevallen kleiner dan 1 m gekozen. Bij de dimensionering van de afdeklaag dient rekening te worden gehouden met de stroming in het water en met krachten uit scheepsbewegingen en stuwstraalstromen. Tevens dient de afdekking bestand te zijn tegen mogelijke toekomstige verzwaring van het scheepvaartverkeer (afstemming met vaarwegautoriteiten). De dikte van de afdeklaag bovenop de tunnel dient periodiek te worden gemonitord zodat het risico van een vallend anker voor de constructie voldoende gemitigeerd blijft. De afdeklaag mag niet worden meegenomen in de berekening van het verticaal evenwicht van de zinktunnel.

Ad. 2.) Afdekking van een landtunnel.

Bij landtunnels wordt een afdekking toegepast zodat het maaiveld kan worden ingericht nadat de tunnel gereed is. Bij het ontwerp dient met de belasting uit toekomstige voorzieningen op de tunnel rekening te worden gehouden (te denken valt aan OV voorzieningen, wegen, park etc.). Het plaatsen van leidingen in langsrichting op het tunneldak wordt afgeraden, zeker bij tunnels waar de afdeklaag onderdeel is van de benodigde belasting ter voorkoming van opdrijven van de tunnel. In geval van onderhoud en/of lekkage moet dan over grotere lengte de tunnel worden vrijgegraven waardoor het verticaal evenwicht mogelijk negatief wordt beïnvloed.

In dit artikel wordt ingegaan op de ontwerpaspecten van voegen en voegprofielen, inclusief specifieke regelgeving. ‘Best Practices’ voor de uitvoering van dilatatievoegen komt aan de orde in Dilatatievoegen best practice van dit handboek. Daarin is ook de motivering voor de beschreven oplossingen gegeven. Separaat worden een aantal specifieke aspecten van voegen in afgezonken tunnels behandeld.

Beton heeft een beperkte treksterkte. Als de trekspanning deze sterkte overschrijdt, leidt dat in een betonnen tunnel tot scheurvorming. Bij aanwezigheid van waterdruk aan de buitenzijde van de tunnel is een gevolg daarvan lekkage. Behalve dat lekkage ongemak voor de gebruikers veroorzaakt, kan de wapening op den duur ook worden aangetast en de constructie worden beschadigd. Water dat op het wegdek komt geeft gevaar voor het auto- en motorverkeer en in de winter kan door bevriezing schade aan de constructie ontstaan. Daarnaast kan lekkage door de vloer ook leiden tot opdrukken van asfalt, waardoor de beschikbaarheid van de tunnel in het gedrang komt. De volgende 2 mechanismen zijn verantwoordelijk voor de genoemde trekspanningen:

1. Temperatuurveranderingen veroorzaken het langer of korter worden van beton. Indien het langer of korter worden wordt belemmerd, ontstaan respectievelijk druk- en trekspanningen in het beton. Opgemerkt wordt dat de drukspanning door het beton in het algemeen gemakkelijk kan worden opgenomen, waarbij eventuele reeds aanwezige scheuren zelfs kunnen worden dichtgedrukt.

2. Indien sprake is van ongelijkmatige zettingen ontstaan druk- en trekspanningen spanningen in de constructies. In lange constructies kunnen grote trekspanningen en dus ook scheuren ontstaan.

Voor beide oorzaken geldt dat de grootte van de trekspanningen toeneemt met de lengte van de tunnelmoten. De grootte van de optredende trekspanningen kan dus worden beperkt door de lengte van de moten te limiteren. Betonmoten in de tunnelbouw hebben om die reden veelal een lengte van circa 25 m.

Om de grootte van de spanningen door de hierboven genoemde oorzaken te beperken, wordt een tunnel in moten verdeeld. Hierbij wordt de wapening telkens onderbroken op de overgang van 2 moten. Hierdoor ontstaan tussen de moten zogenaamde dilatatievoegen. Veelal worden deze voegen dusdanig uitgevoerd dat deze geen enkele kracht kunnen overbrengen. Een dergelijke constructieve onderbreking tussen de moten aan weerszijden maakt deformatieverschillen mogelijk zonder dat dat leidt tot spanningen in de constructie.

In afwijking van het bovenstaande worden dilatatievoegen soms van kraag- of tandconstructies voorzien, waarmee wél dwarskracht, maar geen moment of normaalkracht kan worden overgebracht. Doel hiervan is om deformatieverschillen tussen tunnelmoten te voorkomen. Daarnaast worden in sommige gevallen tunnelmoten koud tegen elkaar gestort, waardoor de doorsnede wel normaalspanningen (uitsluitend druk) kan overbrengen.

Dilatatievoegen dienen te worden voorzien van een voorziening, bijvoorbeeld een rubberen voegstrook, om ze waterdicht te maken. De noodzaak tot waterdichtheid geldt uiteraard onder, maar ook boven de grondwaterstand, omdat er tijdens perioden van regenval altijd sprake kan zijn van door de bovenlagen passerend grondwater.

Afstanden tussen de dilatatievoegen kunnen verschillen van project tot project. Belangrijke overwegingen die deze afstand bepalen zijn:

• De te verwachten krimp van het beton tijdens het uitharden.
• De te verwachten vervormingen van de constructie als gevolg van temperatuurwisselingen in de gebruiksfase; meestal vooral veroorzaakt door seizoensinvloeden.
• Deformatieverschillen van de fundering.
• Praktische overwegingen betreffende de omvang van elke stort (van beton).

In de praktijk leiden deze overwegingen veelal tot afstanden van circa 25 m.

Samengevat wordt met een dilatatievoeg het volgende beoogd om grote spanningen in het beton ten gevolge van temperatuurvariaties en ongelijkmatige zettingen te voorkomen. Aandachtspunten hierbij zijn:

1. Het mogelijk maken van enige verschilverplaatsing in lengterichting en enige verschilrotatie om de as van de tunnel, op de overgang tussen twee aanliggende moten.
2. Het garanderen van de waterdichtheid en gronddichtheid van de voeg aan de buitenzijde en het vuildicht en brandwerend maken aan de binnenzijde.
3. In sommige gevallen het garanderen van de luchtdichtheid, bijvoorbeeld bij de afscheiding tussen verkeersbuis en het vluchtkanaal.

Stubeco heeft in 2007 een rapport over ontwerp en de uitvoering van dilatatievoegen uitgebracht: [131].

Stortnaden zijn naden op de aansluiting tussen 2 separaat te storten delen, bijvoorbeeld de aansluiting van een wand op een reeds gestorte vloer. Onderscheid tussen een stortnaad en een dilatatievoeg is dat de wapening in het geval van een stortnaad doorloopt.

Aandachtspunt voor een stortnaad is dat hier een lekweg voor water kan ontstaan. De kans hierop kan sterk worden beperkt door met een aantal aspecten rekening te houden:

1. Opschoning

   Het toepassen van een goede voorbehandeling van het reeds aanwezige verharde beton alvorens de nieuwe stort plaatsvindt.

   Hierbij wordt vertrager aangebracht direct na het storten en afwerken van de eerste stort. Binnen 24 uur (de volgende dag) wordt vervolgens de cementhuid van het reeds aanwezige beton verwijderd met een hogedrukreiniger, waarna de volgende stort kan plaatsvinden.

2. Invloed krachtswerking

   De waterdichtheid van een stortnaad wordt sterk beïnvloed door de krachtswerking in de gebruiksfase. Zo is bijvoorbeeld een horizontaal verlopende voeg, ter plaatse van bijvoorbeeld de aansluiting wand aan dak van een tunnel, veelal aanmerkelijk gunstiger dan een verticale voeg, omdat de voeg in het eerste geval zal worden dichtgedrukt door de over te brengen normaalkracht.

3. Koeling beton

   Door krimp van het beton tijdens verharding kan, zelfs in geval van een perfecte aansluiting, scheurvorming ontstaan. Bij de bouw van de Vlaketunnel (1972-1975) werd voor het eerst geëxperimenteerd met het koelen van de buitenwanden. Daaruit bleek dat het mogelijk was om waterdicht beton te maken. Inmiddels is deze methode gebruikelijke techniek in Nederland.

   De koeling beperkt de temperatuurverschillen tijdens het verhardingsproces en verkleint daarmee de rekverschillen tussen reeds verhard (koude) beton en vers gestorte beton. Koeling kan plaatsvinden door koelbuizen op te nemen in de constructie of een koelkist toe te passen.

4. Zwelband

   Het toepassen van zwelbanden op bentonietbasis in tunnels voor het waterdicht maken van stortnaden van tunnels is in Nederland nog niet toegepast. Bij de A4 in verdiepte ligging bij Leiderdorp is wel zwelband toegepast, echter ook niet in stortnaden maar tussen de damwand en de constructievloer. Het gebruik van zwelbanden en zwelkit bij ondergrondse parkeergarages is inmiddels wel een geaccepteerde toepassing. Van groot belang is dat de keuze voor het juiste zwelband/zwelrubber met de juiste afmetingen wordt gemaakt. Ook moet er gekozen worden tussen verlijmen of mechanisch bevestigen. Als het zwelband enkele weken voor het storten moet worden gemonteerd, bijvoorbeeld door dat er veel tijd nodig is om de wapening te plaatsen, is het raadzaam een vertrager toe te passen om voortijdige zwelling te voorkomen. Opgemerkt wordt dat bij toepassing van zwelband de kwaliteit van het aansluitende beton rond de zwelband erg bepalend is voor de te realiseren waterdichtheid.

5. Kimblik

   Een kimblik is een stalen voegband die dient als lekweg verlenger. Een dergelijke band is voorzien van een uit speciaal materiaal gemaakte ruwe zijde, waarmee een zeer goede aansluiting met beton wordt verkregen. Deze wordt soms tevens voorzien van een zwelband voor de aansluiting aan de andere zijde. Dit is een in het verleden veel toegepaste techniek, die tegenwoordig in de Nederlandse praktijk vrijwel nooit meer wordt toegepast omdat aangetoond is dat een correct uitgevoerde stortnaad de beste oplossing is. Zie ook [132].

6. Injectieslang

   In sommige gevallen wordt op de overgang van 2 storten een injectieslang toegepast. Het idee is dat via deze slang op verschillende posities achteraf kunsthars kan worden geïnjecteerd om waterdichtheid te bereiken. Hoewel dit theoretisch een goede oplossing lijkt, wordt deze niet aanbevolen vanwege minder positieve ervaringen.

7. Verwijderen stremstaal/haringgraatstaal

   Op verticale overgangen tussen 2 storten wordt veelal strem- of haringgraatstaal toegepast. Teneinde een goede aansluiting tussen de 2 storten te verkrijgen, moet dit worden verwijderd voor het aanliggende deel wordt gestort.

De ervaring leert, dat het toepassen van hulpmiddelen t.b.v. het verbeteren van de waterdichtheid van de constructie ter plaatse van (stort-)voegen over het algemeen niet automatisch leidt tot goede resultaten. De reden hiervoor is dat de kwaliteit van de werkzaamheden op een lager plan kan komen, omdat men verwacht dat het hulpmiddel de waterdichtheid verzorgt. Echter de zorgvuldigheid van de uitvoering is altijd van groot belang, juist ook in het geval er hulpmiddelen worden toegepast.

In dilatatievoegen worden afdichtingsprofielen toegepast, teneinde de vereiste waterdichtheid, gronddichtheid en eventueel luchtdichtheid te bereiken. In onderliggende artikelen wordt in algemene zin op deze profielen ingegaan.

Veelal wordt een rubbermetalen voegstrook in de dilatatievoeg van tunnelmoten toegepast. De volgende documenten, aanwezig in de COB Databank, geven achtergronden hierover:

• Vlaketunnel – Liftproef rubber voegprofiel W9B [109].Deze rapportage gaat in op de rek die het rubber profiel kan ondergaan alvorens lekkage optreedt.
• Lekkage in tunnels – Dilatatievoegen in beton [110].
• Injectie van een rubbermetalen voegstrook [110]. Dit rapport beschrijft onder andere berekeningen van de voegconstructie.
• Injecteerbare dilatatie voegstrook W9U-I [111]. In deze publicatie komen de praktische uitvoeringsaspecten aan de orde.

Opgemerkt wordt dat er namens Prorail ook een liftproef met een W9Ui profiel uit de Willemsspoortunnel is uitgevoerd.

Waterdichtheid

In hoofdstuk 13.14 van ROK [27] wordt ten aanzien van de waterdichtheid ingegaan op rubberen voegafdichtingen voor tunnels. Hierin wordt doorverwezen naar NEN 7030 Waterkerende dilatatievoegstroken en al of niet waterkerende oplegstroken van rubber [111].

De zettingseisen voor op staal gefundeerde tunnels zijn primair bedoeld om het rijcomfort te garanderen. Waterdichtheid van het type rubbermetaalvoegstrook zijn afhankelijk van de heersende waterdruk en de grootte van alle te verwachten verplaatsingen in de voeg. Grond- en vuildichting worden veelal door andere profielen of voorzieningen verzorgd.

Gronddichtheid

Onvoldoende gronddichtheid kan leidden tot schade aan de constructie door het indringen van grond in dilatatievoegen en het daardoor belemmeren van de bewegingsruimte. Bij open toeritten is dit verschijnsel een probleem, aangezien het tot paalbreuk kan leiden. Het mechanisme is als volgt: ’s Winters staan voegen open en er treedt grond in de voeg. In de zomer wordt het uitzetten van de constructie en dus het verkleinen van de voeg, verhinderd doordat de voeg vol zit met grond. De constructie gaat als geheel verplaatsen. De volgende winter wordt de constructie weer korter, voeg gaat open, meer grond erin etc..

De gronddichtheid speelt ook een rol bij de (tijdelijke) bouwputbegrenzing. Bij onvoldoende gronddichtheid van een damwand, boorpalenwand of diepwand bestaat het risico voor ontoelaatbare beïnvloeding (waaronder deformatie) van belendende constructies.

Luchtdichtheid

Eisen ten aanzien van de luchtdichtheid hebben onder andere betrekking op de (vlucht)deuren en de doorvoeringen van het vluchtkanaal van de tunnel. Voor bepalingen over (vlucht)deuren wordt verwezen naar de Basisspecificatie TTI RWS Tunnelsystemen versie 1.2 (BSTTI) [80].

Overzicht normen

Producenten van dilatatievoegenbanden kunnen deze zelf controleren, testen op vorm en materiaaleigenschappen. In dit geval spreekt men over WN werk norm of fabrieksnorm voegenbanden. Daarnaast kan de producent er voor kiezen deze werk norm voegenbanden extern te laten controleren door bijvoorbeeld: TNO, MPA, INTRON, enz.

De producent kan er ook voor kiezen voegenbanden volgens een nationale en/of internationale voegenband-norm te laten vervaardigen. In deze voegenband-normen zijn vaak minimale en/of maximale waardes voor breuk-rek verhoudingen, treksterkte enz. opgenomen. Ook kunnen profiel geometrieën nader omschreven zijn. Voorbeelden van deze normen zijn:

1. ASTM D412-75 (American Standerd Test Method)
2. BS 2571 (British Standard)
3. NEN 7030 (Nederlandse Eenheids Norm)
4. DIN 7865 (Deutsche Industrie Norm)
5. DIN 18541 (Deutsche Industrie Norm)
6. DIN 18197 (Deutsche Industrie Norm)

De voor Nederland belangrijkste normen worden hieronder uitvoerig besproken.

NEN 7030: Nederlandse norm speciaal bedoeld voor Rubber voegprofielen. In deze norm worden de eisen en testen voor materiaal samenstelling en mechanische eigenschappen vastgesteld. De producent is niet verplicht tot een externe controle.

DIN 18541: Duitse norm speciaal bedoeld voor voegprofielen uit tricomeren. In deze norm worden de eisen en testen voor materiaal samenstelling, vorm en afmetingen en mechanische eigenschappen vastgesteld. De producent is verplicht tot een externe controle. Op het voegenband moeten type aanduiding, DIN-codering, chargenummer en markering van de externe controle-instantie duidelijk zichtbaar zijn!

DIN 7865: Duitse norm speciaal bedoeld voor rubber voegprofielen. In deze norm worden de eisen en testen voor materiaal samenstelling, vorm afmetingen en mechanische eigenschappen vastgesteld. De producent is verplicht tot een externe controle. Op het voegenband moeten type aanduiding, DIN-codering, chargenummer en markering van de externe controle-instantie duidelijk zichtbaar zijn.

DIN 18197: Is een Duitse toepassingsnorm waarbij de keuze van het toe te passen type voegenband in relatie met werking en waterdruk gebracht wordt. Zo kan de ontwerper op basis van zijn parameters een verantwoorde keuze voor het toe te passen dilatatievoegenband maken.

De meest voorkomende dilatatievoegenbanden in tunnels en onderdoorgangen zijn de W9U/W9U injectie (NEN norm) en de FMS-350/400/500, eventueel met injectie (DIN norm).

De meest kritische eisen zijn de treksterkte, rek bij breuk en de scheursterkte.

Als de hardheid (shore A) toeneemt neemt de scheursterkte af.

Naast de traditioneel voor afdichtingsprofielen veel toegepaste rubbersoorten zoals Styrene butadiene rubber (SBR), Chloroprene rubber (CR), Nitril rubber (NBR) en Natural rubber (NR), zijn ook profielen beschikbaar uit PVC, TPE-compound, Ethylene Propylene Diene Monomer (EPDM) en PVC/NBR.

Een belangrijke, nog onbeantwoorde, vraag is in hoeverre deze materialen geschikt zijn voor civiele constructies met een ontwerplevensduur van 100 jaar, rekening houdend met het feit dat het meestal gaat om essentiële details die niet inspecteerbaar zijn.

RWS is voornemens een oriënterend onderzoek te laten verrichten in hoeverre PVC/NBR gelijkwaardig is aan SBR. De resultaten hiervan waren op het moment van schrijven nog niet bekend.

Voor ACME profielen zijn door de leverancier diverse eigenschappen aangegeven:

Grading of properties: 5 excellent, 4 very good, 3 good, 2 satisfactory and 1 poor.

* To show the large variation between the varius types we have included silicone rubber as an exemple.

Bron:website van Trellenborg

Om een aaneengesloten voegenbandsysteem te verkrijgen, zal er bijna altijd in het voegenband gelast of gevulkaniseerd moeten worden. In SBR-rubber voegenbanden kunnen in de praktijk op de bouwplaats alleen maar stuiklassen gevulkaniseerd worden, hetgeen betekent dat men in geval van dat materiaal alleen rechte delen aan elkaar kan lassen. Vormstukken zullen in de fabriek als prefab systeem gemaakt moeten worden. Overigens is dat laatste ook in geval van toepassing van andere materialen zeer aanbevelenswaardig om vertraging tijdens de uitvoering op de bouwplaats te voorkomen.

Vormstukken

Voor de bestelling van de hierboven afgebeelde standaard vormstukken kan worden volstaan met de afbeeldingen uit de standaard catalogus, echter voor complexere vormstukken moeten zoveel mogelijk vooraf detailtekeningen worden gemaakt.

PVC en Tricomere voegenbanden hebben het voordeel dat deze zowel in de fabriek als op het werk gelast kunnen worden. Als dan zou blijken dat de maatvoering niet volledig overeenkomt met de realiteit in het werk, is het nog mogelijk op de bouwplaats correcties aan te brengen.

Goede maatvoering en planning blijven echter zeer belangrijk, eenmaal geleverd is het veelal niet eenvoudig om wijzigingen aan te brengen en als het vanwege de materiaalkeuze al mogelijk is, leidt dat al gauw tot vertragingen!

Vulkaniseren van rubber voegenbanden

Rubber voegenbanden worden onder druk en hitte met toevoeging van half gevulkaniseerd rubber met elkaar verbonden. Voor een goede drukverdeling is het gebruik van de juiste voegenbandmatrijzen (zie foto) essentieel.

Het maken van deze verbindingen kan alleen door geschoold personeel en of door de leverancier zelf uitgevoerd worden.

Bepaalde leveranciers hebben ook ‘koude’ vulkanisatie in de aanbieding. Echter onbekend is de levensduur van de daarmee bereikte verbinding.

Lassen van PVC en Tricomere voegenbanden

PVC en PVC/NBR mengcompounds zoals het Tricomere, worden met behulp van hitte met elkaar verbonden. Dit hoeft niet met matrijzen te gebeuren, een lasbijl en hete lucht föhn is voldoende om het materiaal vloeibaar te maken zodat het in elkaar kan overlopen.

Ook hier is het raadzaam deze verbindingen door geschoold personeel uit te laten voeren.

Vonkentest

Door middel van een vonkentestapparaat kan de PVC/Tricomere verbinding op dichtheid getest worden. Bij onvoldoende dichtheid slaat de vonk door het voegenband heen. Ook deze controle kan alleen door geschoold personeel uitgevoerd worden.

Om een waterdichte dilatatie met toepassing van dilatatievoegenbanden te kunnen verkrijgen is het van belang dat het voegenband goed ingestort is en op de juiste manier toegepast. Onderstaand volgen een aantal controlepunten voor ontwerper, werkvoorbereider, inkoper, projectleider en uitvoerder.

Ontwerper

• Is op basis van verwerking, waterdruk, chemische belasting en benodigde levensduur het juiste type gekozen?
• Is het verloop van de dilatatie bekend en kan het gekozen type alle hoeken en verdraaiingen volgen?
• Is er rekening gehouden met bouwdeeldiktes die corresponderen met de breedte van het voegenband en moet er ter plekke van de dilatatie ook nog rekening gehouden worden met deuvels, tandopleggingen, hoeklijnen, draingoten enz.?
• Zijn de locaties van de profielen goed gekozen, is er geen strijdigheid met de aanwezigheid van wapening en vormen de profielen geen belemmering voor het stortproces of het verdichten door trillen?

Werkvoorbereider

• Welk type voegenband is voorgeschreven en welke invloed hebben voegenbandsystemen en laswerkzaamheden op de planning van het bouwwerk? Kan er op maat, per moot geleverd worden?
• Hoeveel service geeft de leverancier van het voegenband? Worden er door de leverancier ook laswerkzaamheden uitgevoerd of worden hier derden voor ingeschakeld?

Inkoper en/of projectleider

• Welk type voegenband is er voorgeschreven en in hoeverre kunnen hierop alternatieven ingezet worden?
• Wat is de toegevoegde waarde van de leverancier inzake bouwbegeleiding, laswerkzaamheden?

Uitvoerder

Zie lijstje werkvoorbereider, alsmede:

• Is het geleverde voegenband het juiste voegenband?
• Worden lasverbindingen goed uitgevoerd?
• Wordt het voegenband op de juiste manier gemonteerd en ingestort?
• Is duidelijk wat er fout kan gaan en hoe dan te handelen?

Een zinktunnel wordt niet gebouwd op de locatie waar deze moet liggen. De af te zinken tunnel wordt gebouwd in een bouwdok, dat soms naast het tracé ligt (Heinenoordtunnel) maar soms ook verder weg. Tunnelelementen moeten in dat geval via water worden vervoerd naar de plaats van bestemming, in sommige gevallen zelfs over zee (Wijkertunnel, tweede Coentunnel). Ook kan de zinktunnel ter plaatse worden gebouwd door een deel van het tracé tijdelijk als een bouwdok in te richten (Zeeburgertunnel) of in de toerit. Voorbeelden van het laatste zijn de aquaducten Margriettunnel, Alphen a/d rijn en Walcheren. Afhankelijk van de lengte van het afgezonken deel van de tunnel wordt deze, op economische en bouwtechnische gronden, verdeeld in een aantal tunnelelementen die later één voor één worden afgezonken en waterdicht aan moeten sluiten. In een zinktunnel kunnen de volgende typen voegen voorkomen:

1.  Zinkvoeg; dit is de voeg tussen de verschillende af te zinken elementen.
2. Mootvoeg; deze voeg verbindt de verschillende moten in één element.
3. Sluitvoeg; dit is een speciaal type zinkvoeg die als laatste wordt aangebracht. Een belangrijk aspect van deze voeg is dat deze de opgebouwde normaalkracht in de tunnel moet kunnen overbrengen naar het aansluitende deel.
4. Eindvoeg; deze voeg verbindt een afzinkelement met de toerit constructie. Het vormt de overgang van de afzinktunnel naar de vaste toerit.

Om de waterdichtheid van de tunnel te garanderen, dienen alle voegen zorgvuldig gedetailleerd en uitgevoerd te worden.. Zink- , moot-, eind- en sluitvoegen van afgezonken tunnels moeten de volgende functies vervullen:

1. de tunnelelementen moeten op elkaar aan kunnen sluiten;
2. er dient een waterdichte constructie gemaakt te worden;
3. geringe bewegingen, loodrecht op het voegvlak en geringe rotaties om de beide assen loodrecht op de as van de tunnel als gevolg van temperatuurverschillen en (beperkte) verschilzetting moeten mogelijk zijn;
4. significante verschilverplaatsing loodrecht op de richting van de tunnelas en verschilrotatie om de tunnelas, moeten juist worden voorkomen.

Op deze manier vormen de moten van de tunnelelementen een waterdichte ”kettinglijn” waarbij de zink- en sluitvoegen samen met de mootvoegen de schakels vormen. Overigens is in de praktijk (b.v. bij de Kiltunnel en de 1^e Heinenoordtunnel) gebleken dat de verschilverplaatsingen zich soms door onbekende oorzaak vooral manifesteren bij één voeg, in plaats van verdeeld over meerdere voegen.

In de volgende artikelen wordt achtereenvolgens dieper ingegaan op de verschillende type voegen, de ontwerpaspecten en de functies die ze moeten vervullen. Nadere informatie over zinkvoegdetaillering kan tevens worden gevonden in het COB rapport Instandhouding zinkvoegen [133].

Naast deze voegtypes worden in het buitenland in aardbevingsgevoelige gebieden ook seismische voegen toegepast. In Nederland is dit tot heden nog niet gebeurd. Informatie over detaillering van dit type voegen kan gevonden worden in Baber en Lunnis [134], hoofdstuk 10.

Bij de eerste zinktunnel, de Maastunnel, werden de tunnelelementen op een meter afstand van elkaar afgezonken. Tussen de tunnelelementen werden wiggen geplaatst om te voorkomen dat bij het leegpompen van de zinkvoegen de tunnelelementen, door de waterdruk, naar elkaar toe worden gedrukt. Rondom de tunneldoorsnede werden stalen schotten geplaatst die waterdicht werden gelast tegen de stalen bekleding van de tunnel. Na het leegpompen van de zinkvoeg, werd de volledige betonnen tunneldoorsnede gestort. Om het dak van de voeg in den droge te kunnen storten stak het stalen dakschot als een caisson 2,0 m boven het dak uit. Het dakschot werd voorzien van een schacht die boven het waterniveau uitstak. Na het storten van het dak werd deze voorzien van een stalen bekleding die waterdicht werd gelast aan de tunnelbekleding. Het stalen dakschot en de schacht werden later verwijderd.

Voor de tweede afzinktunnel in Nederland, de eerste Metrolijn in Rotterdam die onder meer de rivier de Maas kruist, is de methode ontwikkeld met als basis het Gina-profiel, zie figuur 358.1 in artikel Detail 2 Waterafdichting (art. nr. 358). Dat profiel werd eind jaren vijftig door Gemeentewerken Rotterdam bedacht en is de afgelopen decennia verder door ontwikkeld. De afdichting wordt gegarandeerd door twee profielen. Naast het Gina profiel is er namelijk ook een Omega profiel aanwezig, zie Detail 2 Waterafdichting (art. nr. 358). Het Gina profiel sluit direct aan op de stalen omranding van het betonnen kopvlak van de tunnelelementen. De stalen bekleding is hierbij komen te vervallen, omdat het constructiebeton van de tunnel ook de functie van eerste waterdichting kan vervullen.

Het Gina profiel wordt in principe als een tijdelijke waterstop gezien tot de definitieve afdichting door middel van het Omega profiel gerealiseerd is. In de praktijk is gebleken is echter dat het Gina profiel robuust genoeg blijkt om langdurig zijn kerende functie te vervullen. Dat neemt niet weg dat aan het Omega profiel als dubbele zekerheid de eis wordt gesteld dat de levensduur gelijk moet zijn aan de ontwerp levensduur van de tunnel. Beperkend voor de levensduur blijkt in de praktijk veelal de corrosie van de metalen bevestigingsmiddelen. De ROK geeft aan dat deze uit ‘corrosiebestendig materiaal’ dienen te bestaan.

Het in de zinkvoeg te storten tunneldeel wordt aan de ene zijde constructief verbonden met een van de tunnelelementen en aan de andere zijde voorzien van een dilatatievoeg met tand- of deuvelconstructie om zettings- en rotatieverschillen tussen de tunnelelementen te voorkomen en dwarskracht over te brengen. Vanaf de Wijkertunnel is steeds een dubbele tand in de vloer gemaakt i.p.v. een stalen deuvel of constructieve tand in het dak. Hiervoor dient er wel voldoende hoogte in de vloer aanwezig te zijn.

Voor meer achtergrondinformatie over zinkvoegdetaillering wordt verwezen naar het COB rapport Instandhouding zinkvoegen [133].

Voor het afzinken van het laatste tunnelelement is extra ruimte nodig voor de manoeuvreerbaarheid (toleranties) om veilig te kunnen afzinken tussen twee elementen (of element en landhoofd). Hierdoor ontstaat, na het aansluiten van dat tunnelelement op het voorgaande, aan de andere zijde van het tunnelelement, een opening van ca. 0,5 tot 1,5 m die de sluitvoeg wordt genoemd. Deze sluitvoeg ligt tussen twee tunnelelementen of tussen een tunnelelement en het landhoofd (of overgangsgedeelte).

De sluitvoeg wordt bij voorkeur zoveel mogelijk buiten de vaargeul gepositioneerd. Enerzijds ter voorkoming van stremmingen voor de scheepvaart, anderzijds ter voorkoming van belemmering van de werkzaamheden aan de sluitvoeg door wervelingen van de stuwstraalstromen van schepen.

Een belangrijke eis aan de sluitvoeg is dat deze de hoge normaalkracht in de tunnelelementen kan overbrengen.

In de jaren 1970 t/m 1988 werd als afdichting in de sluitvoeg, in de resterende ruimte van deze voeg, een dubbel omega-profiel toegepast, terwijl de vloer en de wanden constructief met beton met elkaar werden verbonden. Ter plaatse van het dak werden toen de zogenaamde brandwerende No- Brandaplaten toegepast.

Bij het maken van de Botlektunnel en later de Tunnel onder de Noord is de sluitvoeg uitgevoerd als de “ouderwetse, maar in een nieuw jasje gestoken” constructieve voeg, zoals die eerder bij de Maastunnel werd toegepast voor alle zinkvoegen, Zinkvoeg (art. nr. 97). Hierbij worden t.p.v. de wanden betonnen wiggen geplaatst en rondom de aangepaste rechthoekige tunneldoorsnede afgedicht met stalen schotten, zie figuur 98.1. Daar de tunnel tegenwoordig geen stalen bekleding meer heeft kunnen de schotten niet waterdicht worden aangelast. De schotten worden met behulp van rubberen fenderprofielen waterdicht op de tunnelelementen aangesloten m.b.v. knevelverbindingen. Na het leegpompen van de sluitvoeg wordt de volledige betonnen tunneldoorsnede gestort. De tunneldoorsnede in de sluitvoeg wordt aan de ene zijde constructief verbonden met een van de tunnelelementen en aan de andere zijde voorzien van een dilatatievoeg met tand- of deuvelconstructie om zettingsverschillen tussen de tunnelelementen te voorkomen en dwarskracht over te brengen. Als waterdichting wordt de voeg aan beide zijden voorzien van een injecteerbare rubbermetalen voegstrook.

Op zich zouden de tunnelelementen aan beide zijden van de sluitvoeg ook voorzien kunnen worden van een stalen omranding, waar de sluitvoegschotten of stalen afdekplaten waterdicht op gelast kunnen worden. Dit is niet gebruikelijk vanwege het lastige en moeilijk op kwaliteit te controleren onder water uit te voeren waterdichte laswerk.

Internationaal worden andere bijzonder manieren gebruikt om de sluitvoeg te dichten;

1. Voorgespannen segment
2. Eind blok
3. V wig

Voor zover bekend zijn deze types in Nederland nog nooit toegepast. Een uitgebreide uitleg over het principe van de verschillende types is te vinden in Baber en Lunnis [134], hoofdstuk 10.

Een speciaal type zinkvoeg is de eindvoeg. Deze voeg bevindt zich tussen het afgezonken tunnelelement en de toerit, die veelal uit een cut and cover tunnel bestaat. Deze voeg is meestal uitgevoerd als een standaard zinkvoeg met een Gina en een Omega profiel. In sommige gevallen is deze voeg tevens de sluitvoeg (zie Sluitvoeg, art. nr. 98) en wordt deze ook als zodanig uitgevoerd.

Hoewel de voeg in principe dezelfde functie heeft als een standaard zink- of sluitvoeg, dient rekening te worden gehouden met het verschil in bouwwijze van de toerit en de tunnel. Een toerit zal in tegenstelling tot de tunnel veelal op palen gefundeerd zijn, terwijl de wanden vaak bestaan uit verankerde damwanden en/of diepwanden. Hierdoor vertoont de toerit een ander zettingsgedrag dan de tunnel. Ook zal de op de toerit over te brengen horizontale normaalkracht uit de tunnel leiden tot deformatie van de toerit. In het ontwerp van de voeg dient rekening gehouden te worden met deze aspecten.

Een belangrijk ontwerpaspect voor de aansluitende toerit is dat deze zich in de richting van de tunnel voldoende stijf gedraagt om de normaalkracht uit de tunnel blijvend te kunnen opnemen. De werking van de Gina profielen en de stabiliteit van de tunnel zijn ervan afhankelijk dat deze normaalkracht in voldoende mate aanwezig blijft gedurende de levensduur van de tunnel.