Slurry zo slap als yoghurt

Een enorme boorkop maalde vorige week dinsdag het laatste beetje grond weg. De eerste tunnelbuis van de Tweede Heinenoordtunnel heeft de zuidoever van de Oude Maas bereikt. Daarmee is de eerste van een grote serie geboorde verkeerstunnels in Nederlandse bodem een feit. Wat is er tot nu toe geleerd van dit praktijkproject?

,,We hebben pas een kleine kilometer tunnelbuis liggen”, vertelt ingenieur F.J. Wermer, projectleider bij de Bouwdienst Rijkswaterstaat. ,,Pas als we ook de andere buis hebben geboord en alle meetresultaten zijn verzameld en geanalyseerd, kunnen we zeggen wat er geleerd is. Dat wil niet zeggen dat er voor die tijd niets te melden is. Bij het boren van de eerste buis zijn we op problemen gestuit die we niet voorzien hadden.”

,,Door de manier van boren krijgt de grond die je afvoert een andere samenstelling”, vervolgt hij. ,,Het is vermengd met bentoniet – een mengsel van water en klei dat gebruikt wordt om het grondwater uit de kop van de tunnel te houden. Er was een verwachting van de samenstelling van het mengsel, de slurry, die we uit de tunnel moesten afvoeren. Maar die bleek niet te kloppen.”

Een scheidingsinstallatie bij de tunnelingang kan het bentoniet, dat te hergebruiken is, er zoveel mogelijk uit halen. Het residu van de slurry bleek echter slapper dan verwacht. Wermer: ,,Dat zou niet erg zijn als je het in de rivier kan storten, maar dat mag niet. Het slurry-residu is namelijk vervuild met resten bentoniet. De kleideeltjes daarin zijn zo klein dat ze poriën in de bodem kunnen verstoppen, met alle ecolgische gevolgen vandien. Bentoniet heeft ook een slechte naam vanwege de toepassing bij de oliewinning. Overigens zeggen wij: ‘de grond is verrijkt met bentoniet’.”

De met bentoniet verrijkte grond is qua vloeibaarheid vergelijkbaar met yoghurt. Nabij de bouwplaats is daarom een depot gemaakt voor de weggeboorde, slappe grond. ,,Gelukkig hebben we hier in de polder ruimte voor dat spul. Hoe dat straks met de geboorde tunnel onder het groene hart moet, is nog een raadsel. Daar houden ze acht keer zoveel grond over. Het Centrum Ondergronds Bouwen doet nu onderzoek naar het hele proces van scheiding en afvoer.”
Fietsband

De bouw van de tweede Heinenoordtunnel is door Rijkswaterstaat aangemerkt als ‘praktijkproject’, bedoeld om in Nederland kennis en ervaring te krijgen met het boren in slappe grond. ,,Dit project kost ongeveer veertig miljoen meer dan wanneer het met traditionele technieken gebouwd zou zijn”, aldus ir. J.L. van der Put, ontwerpingenieur bij Rijkswaterstaat. ,,Nergens in de wereld worden tunnels geboord in vergelijkbare bodem. We moesten dus eigenlijk met niets beginnen. Er bestonden alleen Duitse rekenmethodes. Er zijn wel twintig verschillende modellen om zo’n tunnel teberekenen. Eerst hebben we dus een werkbare rekenmethode gekozen. Eigenlijk was dat het eerste leermoment.”

Het volgende ‘leermoment’ deed zich eind mei van dit jaar voor en kreeg wat meer publieke aandacht. ,,Het rubber afdichtingsprofiel werkte niet. Dat profiel zorgt ervoor dat er geen grondwater langs de rand van de boormachine de tunnel in loopt”, vertelt Van der Pol. ,,Met dit soort noodgevallen hadden we gelukkig rekening gehouden. Een soort fietsband tussen de rand van de boormachine en de al geplaatste tunnelwand kon worden opgepompt om het grondwater uit de tunnel te houden. Probleem is dat ‘ie dan wel stil staat. Verder boren is onmogelijk. We hebben toen besloten een nieuw soort dichting in te bouwen.”

De nieuwe dichting bestond uit staalborstels met vetkamers ertussen. Het grout (een soort beton dat de ruimte tussen de tunnelelementen en de omringende grond opvult) kon daardoor echter niet meer langs de dichtingen aan de rand van de boormachine ingebracht worden. De geprefabriceerde betonnen tunnelwand-elementen, die allemaal al klaar lagen, moesten stuk voor stuk met de diamantboor worden bewerkt. Door een gat in het element werd voortaan de grout geïnjecteerd. Van der Put: ,,Pas nu, nu de tunnelboormachine uit de grond komt, kunnen we de gefaalde rubber afdichtingsprofielen inspecteren. Ook daar kunnen we lering uit trekken.”
Brinta

In augustus legde men de boormachine opnieuw voor langere tijd stil. Bij het boren moet er steeds bentoniet in de graafkamer worden toegevoegd. Zo blijft er voldoende druk om te boren. Wermer: ,,Tot onze verrassing moesten we op een gegeven moment bentoniet blíjven toevoegen, tot we door de volledige voorraad van 550 kuub heen waren. Omdat er geen ogen in de kop van de boor zitten kun je alleen maar gissen wat er gaande is. We moesten dus een duiker in de graafkamer sturen.”

Het bentoniet bleek de rivier in te lekken. Met behulp van sonar en duikinspectie concludeerde men dat er een groot trechtervormig gat van zo’n zes meter doorsnede vanuit de boorkop naar de rivierbodem was geslagen. Schippers op de Oude Maas hebben de rivier zien kolken.

,,Er waren verschillende scenario’s om het gat te dichten. De grond plaatselijk bevriezen of een bouwput in de rivier maken zou teveel tijd hebben gekost. Door het yoghurt-achtige bentoniet te verdikken tot een soort brinta, hebben we van binnenuit het gat kunnen dichten. Waardoor het gat precies is ontstaan, weten we nu nog niet. Misschien heeft er iets in de grond gezeten, een stuk hout van voor de ijstijd bijvoorbeeld. We gaan onderzoeken of er methoden zijn die een betere verwachting van de grondsamenstelling kunnen geven. Het probleem blijft dat de boormachine een blinde mol is.”

Uiteindelijk heeft het boren zelf, de stagnatie door de incidenten van mei en augustus buiten beschouwing gelaten, nauwelijks vertraging opgelopen. Gemiddeld boorde de tunnelboormachine zich met zo’n 9,5 meter per etmaal (er werd 24 uur per dag geboord) een weg door de klei en het zand onder de Oude Maas. Wermer: ,,We zijn pas op de helft, dus wat we op de terugweg tegenkomen valt nog tezien. Bij het maken van de tweede tunnel gaan we, samen met de TU Delft, een proef doen met tunnelsegmenten van staalvezelbeton. Dat is beton waarin geen wapeningsnetten liggen, maar waarbij de wapening bestaat uit hele kleine staaldeeltjes die door het beton zijn gemengd. Dit soort beton is nog niet eerder in constructieve elementen toegepast.”

Een enorme boorkop maalde vorige week dinsdag het laatste beetje grond weg. De eerste tunnelbuis van de Tweede Heinenoordtunnel heeft de zuidoever van de Oude Maas bereikt. Daarmee is de eerste van een grote serie geboorde verkeerstunnels in Nederlandse bodem een feit. Wat is er tot nu toe geleerd van dit praktijkproject?

,,We hebben pas een kleine kilometer tunnelbuis liggen”, vertelt ingenieur F.J. Wermer, projectleider bij de Bouwdienst Rijkswaterstaat. ,,Pas als we ook de andere buis hebben geboord en alle meetresultaten zijn verzameld en geanalyseerd, kunnen we zeggen wat er geleerd is. Dat wil niet zeggen dat er voor die tijd niets te melden is. Bij het boren van de eerste buis zijn we op problemen gestuit die we niet voorzien hadden.”

,,Door de manier van boren krijgt de grond die je afvoert een andere samenstelling”, vervolgt hij. ,,Het is vermengd met bentoniet – een mengsel van water en klei dat gebruikt wordt om het grondwater uit de kop van de tunnel te houden. Er was een verwachting van de samenstelling van het mengsel, de slurry, die we uit de tunnel moesten afvoeren. Maar die bleek niet te kloppen.”

Een scheidingsinstallatie bij de tunnelingang kan het bentoniet, dat te hergebruiken is, er zoveel mogelijk uit halen. Het residu van de slurry bleek echter slapper dan verwacht. Wermer: ,,Dat zou niet erg zijn als je het in de rivier kan storten, maar dat mag niet. Het slurry-residu is namelijk vervuild met resten bentoniet. De kleideeltjes daarin zijn zo klein dat ze poriën in de bodem kunnen verstoppen, met alle ecolgische gevolgen vandien. Bentoniet heeft ook een slechte naam vanwege de toepassing bij de oliewinning. Overigens zeggen wij: ‘de grond is verrijkt met bentoniet’.”

De met bentoniet verrijkte grond is qua vloeibaarheid vergelijkbaar met yoghurt. Nabij de bouwplaats is daarom een depot gemaakt voor de weggeboorde, slappe grond. ,,Gelukkig hebben we hier in de polder ruimte voor dat spul. Hoe dat straks met de geboorde tunnel onder het groene hart moet, is nog een raadsel. Daar houden ze acht keer zoveel grond over. Het Centrum Ondergronds Bouwen doet nu onderzoek naar het hele proces van scheiding en afvoer.”
Fietsband

De bouw van de tweede Heinenoordtunnel is door Rijkswaterstaat aangemerkt als ‘praktijkproject’, bedoeld om in Nederland kennis en ervaring te krijgen met het boren in slappe grond. ,,Dit project kost ongeveer veertig miljoen meer dan wanneer het met traditionele technieken gebouwd zou zijn”, aldus ir. J.L. van der Put, ontwerpingenieur bij Rijkswaterstaat. ,,Nergens in de wereld worden tunnels geboord in vergelijkbare bodem. We moesten dus eigenlijk met niets beginnen. Er bestonden alleen Duitse rekenmethodes. Er zijn wel twintig verschillende modellen om zo’n tunnel teberekenen. Eerst hebben we dus een werkbare rekenmethode gekozen. Eigenlijk was dat het eerste leermoment.”

Het volgende ‘leermoment’ deed zich eind mei van dit jaar voor en kreeg wat meer publieke aandacht. ,,Het rubber afdichtingsprofiel werkte niet. Dat profiel zorgt ervoor dat er geen grondwater langs de rand van de boormachine de tunnel in loopt”, vertelt Van der Pol. ,,Met dit soort noodgevallen hadden we gelukkig rekening gehouden. Een soort fietsband tussen de rand van de boormachine en de al geplaatste tunnelwand kon worden opgepompt om het grondwater uit de tunnel te houden. Probleem is dat ‘ie dan wel stil staat. Verder boren is onmogelijk. We hebben toen besloten een nieuw soort dichting in te bouwen.”

De nieuwe dichting bestond uit staalborstels met vetkamers ertussen. Het grout (een soort beton dat de ruimte tussen de tunnelelementen en de omringende grond opvult) kon daardoor echter niet meer langs de dichtingen aan de rand van de boormachine ingebracht worden. De geprefabriceerde betonnen tunnelwand-elementen, die allemaal al klaar lagen, moesten stuk voor stuk met de diamantboor worden bewerkt. Door een gat in het element werd voortaan de grout geïnjecteerd. Van der Put: ,,Pas nu, nu de tunnelboormachine uit de grond komt, kunnen we de gefaalde rubber afdichtingsprofielen inspecteren. Ook daar kunnen we lering uit trekken.”
Brinta

In augustus legde men de boormachine opnieuw voor langere tijd stil. Bij het boren moet er steeds bentoniet in de graafkamer worden toegevoegd. Zo blijft er voldoende druk om te boren. Wermer: ,,Tot onze verrassing moesten we op een gegeven moment bentoniet blíjven toevoegen, tot we door de volledige voorraad van 550 kuub heen waren. Omdat er geen ogen in de kop van de boor zitten kun je alleen maar gissen wat er gaande is. We moesten dus een duiker in de graafkamer sturen.”

Het bentoniet bleek de rivier in te lekken. Met behulp van sonar en duikinspectie concludeerde men dat er een groot trechtervormig gat van zo’n zes meter doorsnede vanuit de boorkop naar de rivierbodem was geslagen. Schippers op de Oude Maas hebben de rivier zien kolken.

,,Er waren verschillende scenario’s om het gat te dichten. De grond plaatselijk bevriezen of een bouwput in de rivier maken zou teveel tijd hebben gekost. Door het yoghurt-achtige bentoniet te verdikken tot een soort brinta, hebben we van binnenuit het gat kunnen dichten. Waardoor het gat precies is ontstaan, weten we nu nog niet. Misschien heeft er iets in de grond gezeten, een stuk hout van voor de ijstijd bijvoorbeeld. We gaan onderzoeken of er methoden zijn die een betere verwachting van de grondsamenstelling kunnen geven. Het probleem blijft dat de boormachine een blinde mol is.”

Uiteindelijk heeft het boren zelf, de stagnatie door de incidenten van mei en augustus buiten beschouwing gelaten, nauwelijks vertraging opgelopen. Gemiddeld boorde de tunnelboormachine zich met zo’n 9,5 meter per etmaal (er werd 24 uur per dag geboord) een weg door de klei en het zand onder de Oude Maas. Wermer: ,,We zijn pas op de helft, dus wat we op de terugweg tegenkomen valt nog tezien. Bij het maken van de tweede tunnel gaan we, samen met de TU Delft, een proef doen met tunnelsegmenten van staalvezelbeton. Dat is beton waarin geen wapeningsnetten liggen, maar waarbij de wapening bestaat uit hele kleine staaldeeltjes die door het beton zijn gemengd. Dit soort beton is nog niet eerder in constructieve elementen toegepast.”