Afgezonken tunnel

Een afgezonken tunnel is een tunnelconstructiemethode. De afgezonken tunnel wordt meestal toegepast bij het kruisen van een waterweg.

De tunnelconstructie bestaat uit geprefabriceerde losse afzinkelementen, gemaakt op een bouwdok en gesleept (over het water) naar de bouwplaats. Hier worden de elementen stuk voor stuk afgezonken.

In de Kennedytunnel onder de Schelde te Antwerpen

De afzinkmethode

Bij de afzinkmethode worden in een droogdok afzonderlijke tunnelsegmenten gebouwd, die aan de beide kopeinden van een tijdelijke afsluiting worden voorzien. Wanneer de tunnelelementen klaar zijn, wordt het droogdok onder water gezet. De tunnelelementen gaan dan drijven. Vervolgens worden ze één voor één naar de plaats waar de tunnel komt gesleept waar ze worden neergelaten in een speciaal hiervoor gebaggerde sleuf, en worden de elementen aan elkaar gekoppeld. De bevaarbaarheid van de te kruisen rivier is bepalend voor deze bouwwijze. Zowel de vaardiepte als de vaarbreedte moeten groter zijn dan de hoogte en de breedte van elk tunnelelement.

Bouw in het droogdok van de elementen voor de Warnowtunnel, Rostock

Fundering

Vervolgens wordt de tunnel vastgezet in de sleuf. Aanvankelijk gebeurde dit door grind rond de tunnel te storten, en dit is de reden dat de eerste afgezonken tunnels een rond dwarsprofiel hebben. Tegenwoordig wordt er zand onder en naast de tunnel gespoten, dit heet de onderspoelmethode, waardoor een rechthoekig dwarsprofiel mogelijk is. Hierna worden de afdichtingen aan de kopeinden verwijderd en wordt de tunnel afgewerkt. De onderspoelmethode is uitgevonden door de destijds Deense firma Christiani & Nielsen.

Bij de in de jaren zestig gebouwde tunnel onder de Maas voor de Rotterdamse metro is niet de onderspoelmethode gebruikt, maar werden heipalen geheid. Nadat de tunneldelen boven de heipalen gemanoeuvreerd waren, werd de ruimte tussen de heipaal en het tunneldeel opgevuld door een nylonzak tussen de heipaal vol te persen met cementgrout. Dit was nodig omdat het niet mogelijk is heipalen allemaal even ver uit de ondergrond te laten steken.

Lekken tegengaan

Zinkelement 2e Coentunnel in aanbouw in bouwdok te Barendrecht

Het tegengaan van lekken is bij tunnelbouw heel belangrijk. Gewapend beton is van zichzelf waterdicht. Echter bij de bouw van tunneldelen wordt meestal eerst de vloer gestort, die vervolgens uithardt. Daarna worden de wanden en het dak gestort. Tijdens het verharden van het beton neemt de temperatuur van het nog vloeibare beton toe. Wanneer het beton de hoogste temperatuur bereikt heeft, is het uitgehard. Daarna daalt de temperatuur weer, waardoor het beton krimpt. Doordat het nieuw gestorte beton hard is, mist het de flexibiliteit om de krimp die ontstaat door afkoeling op te vangen. Hierdoor ontstaat een scheur over het hele grensvlak met het eerder gestorte beton van de vloer. Hierdoor is de aansluiting tussen de vloer en de wanden van het tunneldeel niet waterdicht, en daar moet dus iets aan gedaan worden. Bij de Maastunnel is daarom rond de hele betonconstructie een bekleding van aaneengelaste staalplaten aangebracht. Bij latere tunnels bleef deze bekleding met staalplaat beperkt tot de vloer, en werden de wanden en het dak bekleed met enige lagen gebitumeerd glasvilt, dat lijkt op asfaltpapier dat voor dakbedekkingen wordt gebruikt. Dit heeft als groot nadeel dat deze laag erg kwetsbaar is tijdens het drijvende transport naar de plaats van bestemming. Daarom werd deze laag van een bescherming voorzien, in de vorm van een tien à vijftien centimeter dikke plaat van gewapend beton.

Geen scheuren

Omdat de bovenbeschreven bescherming tamelijk kostbaar is, werd gezocht naar een methode waarbij de bituumlaag kon worden weggelaten. Bij de noord-zuid lijn van de Rotterdamse metro werd het dwarsprofiel zodanig vormgegeven, dat de bekisting zó geconstrueerd kon worden, dat het mogelijk werd het dwarsprofiel in één keer te storten. Daardoor waren er geen temperatuurverschillen tussen de wanden, dak en vloer tijdens het uitharden van het beton.

Bij utilitaire tunnels worden de zinkelementen opgebouwd uit 'moten', die op hun kopse kant 'staand' gestort worden, en daarna een kwartslag gedraaid, en met epoxyhars aan elkaar gelijmd. Een voorspanning in de langsrichting zorgt voor de vereiste sterkte in de langsrichting. Deze methode is voor het eerst toegepast bij de grondduiker bij Jutphaas, waardoor het water van de Vaartsche Rijn onder het Amsterdam-Rijnkanaal wordt geleid.

Tegenwoordig wordt een derde methode algemeen toegepast. Hierbij wordt ernaar gestreefd te voorkomen dat tijdens het uitharden van het beton de temperatuur oploopt als gevolg van de chemische reacties die plaatsvinden. Ten eerste wordt zo min mogelijk cement gebruikt, omdat dit het deel is van de mortel dat de chemische reacties veroorzaakt, en daarmee ook de temperatuurstijging. Bij beton voor tunnelbouw wordt 275 kilogram cement per kubieke meter gebruikt, terwijl bij andere constructies 325 kilogram gebruikelijk is. Een belangrijkere maatregel is echter het koelen van het uithardende beton door in de wand stalen buizen van 2½ centimeter op te nemen, waardoor koud water wordt gepompt tijdens het uitharden, dat nadat het de warmte heeft opgenomen van het beton, naar een koelaggregaat gevoerd wordt, en vervolgens met de juiste begintemperatuur weer door het uithardende beton gepompt wordt. De eerste tunnel waarbij deze methode werd toegepast waren de caissons voor de metro in Amsterdam (hoewel deze tunnel niet volgens de afzinkmethode gebouwd is). Deze methode leidt tot duidelijke financiële besparingen, en wordt daarom tegenwoordig algemeen toegepast.

Bekende afgezonken tunnels

• De oudste afgezonken tunnel is de Detroit Windsor Tunnel tussen Detroit, Michigan in de VS, en Windsor, Ontario in Canada.
• De eerste onderspoelde tunnel is de Maastunnel in Rotterdam. Hierdoor werd een rechthoekig dwarsprofiel mogelijk.
• De breedste afgezonken tunnel is de Drechttunnel onder de Oude Maas tussen Dordrecht en Zwijndrecht.
• De grootste afgezonken tunnel is de Beneluxtunnel, goed voor ca 52.000 m³ waterverplaatsing.
• De langste overspanning is de Øresund Link, een combinatie van een afzinktunnel Drogdentunnel (4km) en brug Sontbrug (16km) tussen Denemarken en Zweden.
• De diepst aangelegde afgezonken tunnel is de Busan-Geoje-Fixed-Link in Korea, met een afgezonken diepte van 50 m.

Nederlandse afgezonken tunnels en aquaducten

Autotunnels

• De Maastunnel, Rotterdam 1942
• De Coentunnel, Amsterdam 1966
• De Eerste Beneluxtunnel, Rotterdam 1967
• De IJtunnel, Amsterdam 1968
• De Eerste Heinenoordtunnel, Barendrecht 1969
• De Vlaketunnel, Zuid-Beveland (Kapelle-Reimerswaal), 1975
• De Drechttunnel, Dordrecht 1977
• De Kiltunnel, Dordrecht 1977
• De Prinses Margriettunnel, Uitwellingerga 1977 (ook wel Prinses Margrietaquaduct genoemd)
• De Botlektunnel, Rotterdam 1980
• De Zeeburgertunnel. Amsterdam 1990
• De Noordtunnel, IJsselmonde 1992
• De Wijkertunnel, Velsen 1996
• De Piet Heintunnel, Amsterdam 1997
• De Tweede Beneluxtunnel, Rotterdam 2002
• De Calandtunnel, Rotterdam 2004
• De Roertunnel (ca. 600 van de 2445 meter), Roermond 2004
• De Tweede Coentunnel, Amsterdam in aanbouw

Spoortunnels

• De Hemtunnel, Amsterdam 1985
• De Willemspoortunnel, Rotterdam 1996
• Een gedeelte van de tweede Schipholspoortunnel, Luchthaven Schiphol/Station Schiphol 2001
• tunnel Oude Maas, Dordrecht 2006
• tunnel Dordtsche Kil, Dordrecht 2006 (ook deels open bouwkuip)

Metrotunnels

• De Erasmuslijn, Rotterdam 1966
• Tunnel onder het stadhuis, Rotterdam
• De Calandlijn, Rotterdam 1986

Utilitaire tunnels

• De Watertransporttunnel onder het Amsterdam-Rijnkanaal
• De Servicetunnel Hollandsch Diep
• De Servicetunnel Oude Maas

Aquaducten

• Het Aquaduct Mid-Fryslân, Grou 1992
• Het Galamadammen Aquaduct, Galamadammen, Koudum 2007
• Het Dampoortaquaduct, Middelburg 2010

Anno 2006 worden in de Sixhaven in Amsterdam de tunnelelementen gebouwd voor de Noord-Zuidlijn onder het IJ en het Centraal Station.

Belgische afgezonken tunnels

Autotunnels

• De Kennedytunnel, Antwerpen 1969
• De Liefkenshoektunnel, Antwerpen 1991
• De Oosterweeltunnel, Antwerpen (gepland)

Trivia

• Voor het afzinken van de metrobuis van de eerste Metro van Rotterdam is voor een deel van de tunnels een kanaal gegraven, waarin een tunnel afgezonken is. Na het afzinken van de tunnelelementen is dit kanaal weer gedempt. Bij het realiseren van deze afgezonken tunnel werd gebruikgemaakt van een aantal nieuwe vindingen, waarvan de waterdichte afsluiting door middel van een GINA-profiel wereldwijd nog altijd wordt toegepast. Tot die tijd was men aangewezen op zogenaamd caissonarbeid om de afgezonken tunneldelen waterdicht aan elkaar te koppelen. Deze methode is kostbaar, vereist speciaal personeel, is tijdrovend en is op druk bevaren rivieren kwetsbaar. Door toepassing van het naar de filmster Gina Lollobrigida vernoemde GINA-profiel kunnen de tunnelsegmenten flexibel worden verbonden met gebruik van de hydrostatische druk.
• In het Engels heet dit tunneltype immersed tube.