Tunnelwerk vanuit de lucht. © Peter Wijnands

Bouwmethode tunnel

Eind 2011 startte Avenue2 met de aanleg van de tunnelbouwkuip. Er werd begonnen met graven bij de uiteinden van het tunneltracé: eerst aan de zuidkant bij knooppunt Europaplein en al snel daarna ook aan de noordkant bij kruispunt Geusselt. Later werkten vanuit deze locaties twee zogenaamde 'tunnelbouwtreinen' naar elkaar toe. Eentje van zuid naar noord en de andere van noord naar zuid. In december 2014 werd de betonnen ruwbouw van de tweelaagse tunnel afgerond.

Twee tunnelbouwtreinen komen samen bij Lourdesker - Reen van Beek.jpg
Bij de Lourdeskerk kwamen de twee tunnelbouwtreinen samen. © Reen van Beek

Twee tunnelbouwtreinen

De ‘tunnelbouwtrein’ was geen echte trein, maar een vaste werkmethode en bouwvolgorde die Avenue2 heeft toegepast over het hele tunneltracé van circa 2,3 kilometer. Het tracé was onderverdeeld in 108 delen, zogenaamde moten. Elke moot was zo’n 24 meter lang. De dubbellaagse tunnel werd moot voor moot gebouwd, volgens negen vaste stappen. Als een trein trok de tunnelbouw zo door Maastricht-Oost.

Er werd begonnen bij knooppunt Europaplein en kruispunt Geusselt. Vanaf Europaplein trok de eerste tunnelbouwtrein richting noorden. In de zomer 2013 kwam daar nog een tweede tunnelbouwtrein bij, die vanaf het bouwterrein Geusselt-Zuid (ter hoogte van de Burgemeester Bauduinstraat) richting zuiden werkte. Door de inzet van deze tweede bouwstroom werd vanaf medio februari 2014 elke week 48 meter betonnen tunnel gerealiseerd, oftewel twee hele moten. Op 12 december 2014 kwamen de twee tunnelbouwtreinen halverwege het tracé samen, tegenover de Lourdeskerk aan de Voltastraat. Daar vond de allerlaatste betonstort voor de ruwbouw van de Koning Willem-Alexandertunnel plaats.

Bouwproces in negen stappen

1-3.jpg
  • Verlegde A2/N2 bij Geusselt. © Peter Wijnands Verlegde A2/N2 bij Geusselt. © Peter Wijnands
  • Verleggen van de N2 bij de Koningsresidentie (ANWB-flat). © Reen van Beek Verleggen van de N2 bij de Koningsresidentie (ANWB-flat). © Reen van Beek
  • Verleggen van de N2 bij de President Rooseveltlaan na sloop flats. © Reen van Beek Verleggen van de N2 bij de President Rooseveltlaan na sloop flats. © Reen van Beek
  • Verlegde N2 ter hoogte van de Nassaulaan (omgeving Europaplein) – medio 2012 © Reen van Beek Verlegde N2 ter hoogte van de Nassaulaan (omgeving Europaplein) – medio 2012 © Reen van Beek
  • Verkeerssituatie tussen Geusselt en Kruisdonk – januari 2014 © Reen van Beek Verkeerssituatie tussen Geusselt en Kruisdonk – januari 2014 © Reen van Beek

1. Verleggen A2/N2

Om de tunnel aan te kunnen leggen, moest Avenue2 ruimte maken en bestaande wegen aanpassen. Zo werden de A2 en de N2 (de A2 tussen kruispunt Geusselt en knooppunt Europaplein) gefaseerd verlegd naar het westen: richting Maas, vlak naast het tunneltracé. Niet op alle plekken was er genoeg ruimte. Halverwege het tracé – tussen de Koningsresidentie (in Maastricht beter bekend als ANWB-flat) en de Gemeenteflat – past de tijdelijke N2 niet naast de bouwkuip. Daarom werd hier een zogenaamde wanden-dakconstructie gemaakt: een bouwkuip in omgedraaide U-vorm, zoals een tafel. Op deze manier kon de tijdelijke autoweg over de bouwkuip heen worden gelegd en kon verkeer doorrijden terwijl ondergronds de betonnen tunnel werd gebouwd.  

REB_0579-1.jpg
Graven van sleuven voor de bouwkuipwanden door firma Züblin. © Reen van Beek

2. Sleuven voor damwanden graven

Om de tunnel droog en veilig te kunnen bouwen, was er een bouwkuip nodig: een tijdelijke, waterdichte constructie waarbinnen het graafwerk kon plaatsvinden. Daarom plaatste Avenue2 lange, stalen planken – zogenaamde damwanden – één voor één naast elkaar in de grond. Zo ontstonden bouwkuipwanden. Het plaatsen van de damwanden gebeurde op drie verschillende manieren. De meest gebruikte techniek was het afhangen van stalen damwandplanken in een met een cement-bentoniet (een speciale vloeistof) gevulde sleuf. Hiervoor werden eerst smalle sleuven gegraven.

Intrillen damwanden - Reen van Beek (5).jpg
Intrillen van damwanden bij Geusselt. © Reen van Beek

3. Plaatsen damwanden

Voor het maken van de bouwkuip gebruikte Avenue2 drie verschillende technieken:

  • het intrillen van damwanden;
  • cement-bentonietwanden;
  • betonnen damwanden.

De techniek op een bepaalde locatie was afhankelijk van onder andere de beschikbare ruimte en de afstand tot de omliggende bebouwing.  In totaal is er zo’n 100.000 m2 aan damwand de grond ingegaan voor de tunnelbouwkuip. De damwanden varieerden in lengte van 8 tot 25 meter. 

Intrillen damwandplanken

Deze methode werd toegepast voor de tunnelmonden bij Europaplein en Geusselt. De damwandplanken werden met een speciale damwandkraan rechtstreeks in de grond getrild. Tijdens het intrillen gaan gronddeeltjes zoals zand en grind bewegen, waardoor het eenvoudiger is om de damwandplank in de grond te duwen.  Avenue2 en gemeente Maastricht hielden de hoeveelheid trillingen in de gaten via trillingsmeters, die in de omgeving van de bouwkuip werden geplaatst.

 

Cement-bentonietwanden

Deze methode levert minder overlast op voor de omgeving en werd daarom op het grootste deel van het tracé binnen de bebouwde kom tussen Europaplein en Geusselt toegepast. Met een speciale graafmachine – een sleufgrijper – werden diepe, smalle sleuven gemaakt. De sleuven werden tijdens het graven gevuld met cement-bentoniet, een mengsel van water en klei. Zo kon de sleuf niet inzakken. Zodra het mengsel voldoende was uitgehard, werden stalen damwandplanken in de sleuf afgehangen.

 

Na afronding van de tunnelbouw is cement-bentoniet in de grond achtergebleven. Omdat cement-bentoniet een natuurlijk materiaal is (97% klei en 3% cement), kan dat geen kwaad. Zolang het cement-bentoniet in de grond zit, heeft het een blauwe kleur. Dat verandert als het aan de lucht komt en opdroogt: dan verandert het cement-bentoniet in grijze, losse grond. 

  • Maken van geleidewanden voor de cement-bentonietwanden. © Reen van Beek Maken van geleidewanden voor de cement-bentonietwanden. © Reen van Beek
  • Sleuven graven voor de cement-bentonietwanden. © Reen van Beek Sleuven graven voor de cement-bentonietwanden. © Reen van Beek
  • Sleuven graven voor de cement-bentonietwanden. © Reen van Beek Sleuven graven voor de cement-bentonietwanden. © Reen van Beek
  • Hijsen van de damwandplanken. © Reen van Beek Hijsen van de damwandplanken. © Reen van Beek
  • Afhangen van de damwandplank in de cement-bentonietsleuf. © Reen van Beek Afhangen van de damwandplank in de cement-bentonietsleuf. © Reen van Beek

Betonnen diepwanden

Ook tussen de Koningsresidentie (ANWB-flat) en de Gemeenteflat werden sleuven gegraven en gevuld met cement-bentoniet. Na plaatsing van een wapeningskorf werd de sleuf volgestort met beton. Door een verschil in gewicht drukte het beton het cement-bentoniet naar boven, zodat het weggepompt kon worden. Het beton in de sleuf hardde uit tot een betonnen wand, een zogenaamde diepwand. In tegenstelling tot de stalen damwanden blijven deze diepwanden – die de bouwkuip vormden – achter in de grond. 

4-6.jpg
Boren bronnen grondwaterbemaling - Reen van Beek (3).jpg
Boren van bronnen voor grondwaterbemaling. © Reen van Beek

4. Bemaling en graafwerk

Zodra de bouwkuip gevormd was, kon het ontgraven tot circa 17 meter diepte beginnen. Op twee plekken werd nog dieper gegraven voor de aanleg van de waterkelders. Tijdens de graafwerkzaamheden hielden de damwanden het grondwater voor een groot deel tegen. Maar binnendringen van grond- en regenwater was onvermijdelijk. Om de tunnel droog te kunnen bouwen, werd het grondwater uit de bouwkuip gepompt via een bemalingssysteem. Dit water werd via een stelsel van leidingen naar andere plekken buiten de bouwkuip – zogenaamde retourvelden – gepompt. Via de retourvelden sijpelde het water weer geleidelijk in de grond zodat de natuurlijke grondwaterstromen niet werden verstoord. Bij hoge waterstanden of het niet functioneren van het bemalingssysteem kon het overtollige water worden afgevoerd naar de Maas via een calamiteitenleiding.

Hergebruik van grond

Uit de bouwkuip werd bijna anderhalf miljoen kuub aan verschillende grondsoorten gehaald: zand, klei, grind, mergel en vuursteenbanken. Samen een rij vrachtwagens van Maastricht tot aan de Côte d’Azur. Al die grondsoorten werden apart opgeslagen in depots rond en buiten het A2-uitvoeringsgebied. Vervuilde grond werd afgevoerd. De meeste schone grond werd hergebruikt. Bijvoorbeeld onder wegen, voor het opvullen van de ruimte tussen tunnel- en bouwkuipwanden en de inrichting van de Groene Loper. Een deel van het grind en mergel werd overgenomen. Toutvenant – een mengsel van grof zand en grind – werd gezeefd, veredeld en via de betoncentrale van firma Mebin hergebruikt voor de betonnen ruwbouw van de tunnel.

  • Eerste graafwerkzaamheden tunnelbouwkuip. © Reen van Beek Eerste graafwerkzaamheden tunnelbouwkuip. © Reen van Beek
  • Transport en plaatsing van de stempels. © Reen van Beek Transport en plaatsing van de stempels. © Reen van Beek
  • Het plaatsen van de stempels in de bouwkuip. © Reen van Beek Het plaatsen van de stempels in de bouwkuip. © Reen van Beek
  • Het boren van de ankers. © Reen van Beek Het boren van de ankers. © Reen van Beek
  • Ontgraven van de bouwkuip bij Europaplein. © Ontgraven van de bouwkuip bij Europaplein. ©
  • Drie lagen stempels. © Reen van Beek Drie lagen stempels. © Reen van Beek
  • Graafwerkzaamheden onder de stempellaag. © Reen van Beek Graafwerkzaamheden onder de stempellaag. © Reen van Beek
  • Graafwerkzaamheden onder de stempels. © Bjorn Vink Graafwerkzaamheden onder de stempels. © Bjorn Vink
  • Tijdelijk gronddepot bij Geusselt. © Reen van Beek Tijdelijk gronddepot bij Geusselt. © Reen van Beek
  • Afvoer van grond naar de ENCI-groeve. © Reen van Beek Afvoer van grond naar de ENCI-groeve. © Reen van Beek

5. Graven en stempelen

Naarmate de bouwkuip dieper werd, moesten de wanden verstevigd worden met zogenaamde 'stempels’ en ‘ankers’. Dat was nodig omdat de grond buiten de bouwkuip op de damwanden drukte. Zonder extra ondersteuning zouden ze naar binnen klappen. Stempels en ankers hebben dezelfde functie, het verschil zit in de soort kracht. Stempels duwen tegen de damwanden terwijl ankers er aan trekken.

 

Avenue2 gebruikte voornamelijk stempels: dikke, stalen buizen van 30 meter lang en gemiddeld zo’n 20 ton zwaar. Ze werden dwars tussen de damwanden geplaatst. Op het diepste punt waren zelfs vier stempellagen nodig. Er zijn ongeveer 1.200 stempels gebruikt om de totale tunnelbouwkuip mee te verstevigen.

 

Op sommige locaties was werken met stempels niet mogelijk. Bij Geusselt was de bouwkuip bijvoorbeeld te breed. Bij kruispunt Scharnerweg was er juist te weinig ruimte onder de tijdelijke verkeersbrug. Op deze plekken werd daarom gewerkt met ankers: stalen kabels die door de damwand geboord werden. Vervolgens zette Avenue2 ze in de grond buiten de bouwkuipwand vast met een betonblok (groutlichaam).

 

Storten echte tunnelvloer - Reen van Beek (2).jpg
Storten van de tunnelvloer. © Reen van Beek

6. Storten tunnelvloer

Eenmaal op diepte met graven, kon het betonwerk beginnen. Eerst werd een dunne betonnen werkvloer aangelegd, waarop de tunnelbouwers hun werk konden uitvoeren. Daarbovenop kwam de echte tunnelvloer.

 

7-9.jpg
  • Aanbrengen van wandkisten en vlechtwerk in eerste tunnellaag. © Reen van Beek Aanbrengen van wandkisten en vlechtwerk in eerste tunnellaag. © Reen van Beek
  • Vlechtwerk voor de hoogste tunnelwand bij Geusselt-Noord. © Reen van Beek Vlechtwerk voor de hoogste tunnelwand bij Geusselt-Noord. © Reen van Beek
  • Vlechtwerk en wandbekisting. © Reen van Beek Vlechtwerk en wandbekisting. © Reen van Beek
  • Doorkijk in de tunnelbouwkuip. © Bert Janssen Doorkijk in de tunnelbouwkuip. © Bert Janssen
  • Tunnelbouwkuip in de vroege ochtenruren. © Peter Wijnands Tunnelbouwkuip in de vroege ochtenruren. © Peter Wijnands
  • Vlechtwerk voor het dak van de N2-buizen. © Reen van Beek Vlechtwerk voor het dak van de N2-buizen. © Reen van Beek
  • Betonstort voor het dak van de N2-buizen. © Reen van Beek Betonstort voor het dak van de N2-buizen. © Reen van Beek
  • Dwarsdoorsnede: 2x2 tunnelbuizen zichtbaar. © Peter Wijnands Dwarsdoorsnede: 2x2 tunnelbuizen zichtbaar. © Peter Wijnands

7. Eerste tunnellaag

Na de tunnelvloer volgden de wanden en het dak van het onderste tunnelniveau (A2). Dit dak was tevens de vloer van het bovenste tunnelniveau (N2). Om het beton voor de wanden en het dak te kunnen storten, werd eerst een bekisting opgebouwd. Deze mal (of vorm) houdt het beton op z’n plek tijdens het storten en uitharden. Na het vlechten van de wapening, kon de betonstort beginnen.

Werken met beton

Voordat een betonstort voor een vloer-, wand- of dakdeel kon plaatsvinden, werd eerst wapening aangebracht. Dit vlechtwerk van stalen staven verstevigt het beton en voorkomt dat het gaat scheuren. In de wapening werden koelleidingen geplaatst. Na de betonstort werd hier water doorheen gepompt. Dat was nodig omdat beton tijdens het uitharden warmte produceert en gekoeld moet worden, zodat het gelijkmatig uithardt. Daarna werd de bekisting opgebouwd: de mal waarin het beton wordt gestort. Elke betonstort moest onafgebroken doorgaan, zodat tijdens het uitharden geen naden ontstonden. Enkele uren na de betonstort van een vloer- of dakdeel, werd de toplaag opgeschuurd. Dit ‘vlinderen’ verbetert de structuur van beton en zorgt ervoor dat water beter wegstroomt. Na circa vier weken was het beton uitgehard en waren vloer, wand of dak op volle sterkte.

8. Tweede tunnellaag

De wanden en het dak van de bovenste tunnelbuizen werden op dezelfde manier gebouwd als de wanden en het dak van de onderste tunnelbuizen (zie stap 7). 

uittrillen Reen van Beek.jpg
De laatste stap was het uittrillen van de damwandplanken. © Reen van Beek

9. Afdekken met grond en damwandplanken uittrillen

Telkens als een aantal aaneengesloten betonnen tunneldelen gereed was, werd de ruimte tussen dam- en tunnelwanden opgevuld met grond. Daarvoor hergebruikte Avenue2 de grond die eerder werd afgegraven (zie stap 4). Om de aangevulde grond stevig en compact te maken, werd deze verdicht met een trilwals. Bovenop het tunneldak kwam een anderhalve meter dikke laag 'menggranulaat'. Tot slot werden de damwanden uitgetrild.

Betonnen ruwbouw in cijfers

Voor de ruwbouw van de Koning Willem-Alexandertunnel was zo’n 300.000 m3 beton nodig. Dat zijn ongeveer 25.000 vrachten. Verder is ongeveer 30.000 ton wapening in het beton verwerkt. Oftewel: vier Eiffeltorens aan staal. 

Storten echte tunnelvloer - Reen van Beek (1).jpg
Betonstort voor de tunnelvloer. © Reen van Beek