Boortunnels van de Betuweroute

Er zijn twee boormethoden bij de bouw van de Betuweroute tunnels toegepast; boren met een EPB-schild en met een slurryschild (ook wel hydro- of vloeistofschild) genoemd. Het graafschild op de boormachine wordt in het ene geval uitgerust met een vloeistofschild (slurry/hydroschild), in het andere geval met een gronddrukbalansschild (EPB-schild).

Drie boortunnels zijn gebouwd op de Betuweroute. Deze drie plaatsen onderscheiden zich in de manier waarop de boortechnieken zijn toegepast. De Botlekspoortunnel had de primeur. Dit was de eerste geboorde spoortunnel in Nederland en werd geboord met een gronddrukbalansschild. De Sophiaspoortunnel en de Tunnel onder het Pannerdensch Kanaal zijn beide geboord met een vloeistofschild. Bij de bouw van de Sophiaspoortunnel is het continue boren beproefd.

Boortunnel van HSL-Zuid

De Boortunnel Groene Hart

Graafschilden

Bij het boren van tunnels speelt het graafschild vóór op de boor een hoofdrol. Een tunnelboormachine kan worden uitgerust met een vloeistofschild (slurry- of hydroschild) of een gronddrukbalansschild (EPB-schild). Het EPB-schild past het beste bij een variërende bodemgesteldheid en laat zich prima toepassen op kleinere werkterreinen. Het vloeistofschild is juist bij uitstek geschikt voor de slappe Nederlandse bodem en geschikt voor langere afstanden maar vereist wel een scheidingsinstallatie aan de oppervlakte.

Bij beide methoden spelen de werkzaamheden zich af binnen een stalen ring (het zogeheten schild), waar een wiel (het snijrad) met een doorsnede van bijna tien meter met een draaiende beweging de grond uitgraaft. Daardoor ontstaat een holle ruimte in de grond pal vóór de boormachine.

Het vloeistofschild werkt met een overdruksituatie die instorten voorkomt. Met de slurry, een mengsel van water en bentoniet (een natuurlijke kleisoort) wordt de uitgegraven holte gevuld. Dit zorgt ervoor dat er geen grondwater binnendringt. Daarnaast mengt de slurry zich met de uitgegraven grond tot een brij die gemakkelijk valt af te voeren. Dankzij een scheidingsinstallatie kan het bentoniet weer voor een deel worden teruggewonnen en opnieuw worden gebruikt. Bij de Betuweroute is gewerkt met een gesloten grondbalans: dat wil zeggen dat alle grond binnen het project is (her)gebruikt. Zo werd bij het Pannendensch Kanaal de grond uit de tunnel gebruikt om onder andere de zandwinput Kandia te vullen en landschappelijk in te richten. Bij de Sophiaspoortunnel is de teruggewonnen grond gebruikt voor het ophogen van een nabij gelegen polder waar een bedrijventerrein in ontwikkeling was.

Bij een gronddrukbalansschild wordt het graaffront in evenwicht gehouden door de ontgraven grond. Binnen een stalen ring, het zogeheten graafwiel (snijrad) met een diameter van 9,75 meter wordt grond ontgraven. De ontgraven grond wordt in de graafkamer gemengd met een conditioneringmiddel waardoor een grondbrij ontstaat. Een schroeftransporteur voert de ontgraven grond af naar een transportband, die de grond vervolgens transporteert naar de zogenoemde slurryfying box. Hier wordt de grond vermengd met water en via de baggerpompen en een leidingsysteem uit de tunnel geleid.

Boormachines

Alle boormachines ingezet voor de bouw van de Betuweroute zijn geleverd door de firma Herrenknecht uit Duitsland. Door de korte tijd waarin de boortunnels moesten worden gebouwd én het verschil qua ondergrond was het in geen geval mogelijk de boormachines op meerdere plekken te gebruiken. Daarbij komt dat een boormachine die grote trajecten van twee keer ruim drie kilometer en zelfs twee keer vier kilometer heeft afgelegd min of meer afgeschreven is. De boormachines hebben veelal een lengte variërend van 70 tot 100 meter. Een boormachine is feitelijk een rijdende fabriek die zich met een gemiddelde snelheid van 12 tot 25 meter per dag een weg door de grond graaft. Achter de boorkop hangen de volgwagens die een functie vervullen bij de bediening, stroomaanvoer, het transporteren van afgegraven grond en het leggen van kabels en leidingen. Elke keer als de boor circa tien meter verder is, worden de aan- en afvoerleidingen en de rails voor het werkspoor verlengd.

Vijzels

Aan de achterkant van de tunnelboormachine zitten vijzels. Met deze vijzels zet de boor zich af tegen de laatst gebouwde tunnelring. Om de 1,5 meter trekt de boor zijn vijzels in om ruimte te maken voor de tunnelelementen die met elkaar een complete ring vormen. Hierbij plaatst een hydraulische montagearm (de erector) de betonnen elementen tegen de stalen mantel.Tijdens dit bouwen ligt het graafwerk stil.

Continu boren

Tot voor kort was het zo dat de boor om de 1,5 meter moest stoppen om een tunnelring te bouwen. Bij de bouw van de Sophiaspoortunnel is een innovatieve techniek toegepast waarmee de boor continu vooruit kon. Dit kwam doordat de vijzels elkaar konden afwisselen. Op de plek waar de vijzels zich terugtrokken, werd een tunnelsegment geplaatst. Ondertussen namen de overige vijzels de drukkracht over. Zo kon het boren en het bouwen gelijktijdig plaatsvinden. Op deze manier kon wel 40 meter per dag worden gebouwd. De continue boortechniek is vooral geschikt voor het aanleggen van lange tunnels.

Het boren gaat 24 uur per dag door. In de weekeinden staat indien nodig de boor stil om eventuele onderhoudswerkzaamheden aan de machine uit te voeren.

Boormeester

Hoewel de besturing van de boormachine gebruik maakt van vele, innovatieve computertechnologiën, is de menselijke inbreng van onschatbare waarde. Verantwoordelijk voor het boorproces is de boormeester. Deze bevindt zich in de besturingsruimte, direct achter het boorfront. In de besturingsruimte komt voortdurend alle informatie binnen die van belang is voor de besturing van de machine. Op een aantal beeldschermen kan de boormeester tot in detail het boorproces volgen. Drie tot vier ploegen van ieder circa twaalf mensen werken afwisselend in de boormachine.

Bron: website Betuweroute http://www.betuweroute.nl

Eerste versie artikel geschreven door: Hein B.A. de Jong