thema 1 Eén jaar buitendienststelling op station Amsterdam Centraal voor poortvrije passages Perrons en sporen op poten Om bij station Amsterdam Centraal een betere verbinding tot stand te brengen tussen het centrum en het IJ zijn twee extra, zogenoemde poortvrije passages aangelegd tussen de drie bestaande tunnels. Hiertoe moesten onder meer spoorbakken worden aangebracht onder de bestaande sporen, de perrons worden opgelegd op de spoorbakken en de fundering van de perronkappen worden vernieuwd. En dat alles binnen één jaar tijd. 14
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 IN- UITGANG ENTREE WEST IJ-ZIJDE 24 westentree 25 26 27 30 DIENSTTUNNEL 31 32 33 34 trap naar 6de perron roltrap naar 5de perron 36 37 38 39 41 42 HAL uitgang midden-tunnel roltrap naar 5de perron trap naar 6de perron automatische deuren NSA machinekamer spoor 12 spoor 11 Perron 4 spoor 10 spoor 9 spoor 8 Perron 3 spoor 7 spoor 6 spoor 5 Perron 2 spoor 4 spoor 3 spoor 2 5de perron 6de perron 52 DIENSTTUNNEL klimaatbeheersing Koelcel GANG Ketelhuis ir. Johan Bolhuis RO BAM Infraconsult ir. Han Zegers, ing. Marcel Somers PMSE RC Wagemaker 1 Bouw spoordek van spoorbak 4, Amsterdam Centraal foto s: Jane van Raaphorst 2 Doorsnede op perronniveau, Poortvrije Passages (blauw) ingeklemd tussen omringende constructies 3 Fragment langsdoorsnede CS: deel West- en Oostpassage (// aan spoor); WPAC = WestPassage Amsterdam Centraal en OPAC = OostPassage Amsterdam Centraal Amsterdam Centraal is een monumentaal station, symbool van de nieuwe tijd van eind 19e eeuw. Het is ooit gebouwd voor de Staatsspoorwegen op een kunstmatig aangelegd eiland in het IJ. Het gebouw is met zijn 125 jaar ouder dan de Nederlandse Spoorwegen. Gemeten in aantal reizigers is dit het tweede station van Nederland. Ligging De verbinding tussen de centrumzijde (Cuypersgebouw aan de zuidkant) en de IJ-zijde (IJ-gebouw aan de noordzijde) bestond altijd uit drie tunnels: de West-, Midden- en Oosttunnel. Met de invoering van de OV-chipkaart is het binnenkort nodig in te checken om gebruik te kunnen maken van deze tunnels. Hierdoor dreigt de achterzijde van het station met de veerponten en het nieuwe busstation onbereikbaar te worden. Daarom is besloten twee nieuwe passages te maken. Eén tussen de Westtunnel en de Middentunnel en één tussen de Middentunnel en de Oosttunnel, samen ook wel aangeduid als Poortvrije Passages (PvP) (fig. 2). Deze tunnels hebben elk één verbinding met de Middentunnel. In deze passages worden commerciële ruimten gerealiseerd. De bouwlocatie is bijzonder complex: er is een zeer grote verscheidenheid aan andere constructies in alle richtingen (voor, achter, links, rechts, boven en onder). Deze constructies zijn vaak vele malen hersteld en/of uitgebreid en vaak monumentaal (perronkappen). De locatie ligt te midden van in gebruik zijnde sporen, en is slechts bereikbaar via een doorgang door het IJ-gebouw aan de noordzijde of s nachts met een werktrein. Het grote aantal reizigers en de zeer strikte eisen van ProRail met betrekking tot de planning waren een grote uitdaging. Daar kwam nog bij dat er een één jaar durende buitendienststelling (grote BTD) beschikbaar was, opgesplitst per spoorbak. Op basis van een geometrisch voorontwerp van ProRail is het ontwerp na gunning verder uitgewerkt. Omvang De passages liggen onder de sporen 2 t.m. 13 en de perrons 2 t.m. 4. Onder de bestaande sporen zijn acht (2 4) spoorbakken gerealiseerd (fig. 2)). Een spoorbak bestaat uit een fundatievloer, kolommen en een spoordek (fig. 3). De perrons 2, 3 en 4 moesten op P76+ (nieuw standaardniveau voor alle treinen) worden gebracht en opgelegd op de tussenliggende spoorbakken. Voor de perronkapkolommen was een nieuwe fundatie nodig: zes stuks in perron 4 en elf stuks in. westtunnel westpassage middentunnel IJgebouw oostpassage oosttunnel P76 28 29 35 40 43 44 45 46 47 48 49 50 51 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 spoor 15 spoor 14 spoor 13 spoor 12 spoor 11 spoor 10 spoor 9 spoor 8 fase 1 fase 2 perron 5 perron 4 fase 1 fase 2 spoor 7 spoor 6 spoor 5 spoor 4 spoor 3 spoor 2 fase 3 fase 4 perron 2 perron 1 fase 3 fase 4 Cuypers-gebouw 2 horizontale doorsnede op perronniveau 3 6250 6250 6250 6250 6250 6250 6250 6250 6250 6250 6250 6250 6250 6250 6250 6250 6250 6250 6250 6250 6250 westtunnel westpassage (WPAC) middentunnel oostpassage (OPAC) oosttunnel 15
+6.730-0.700 INP280 2HE260M of HE320B HE320B (h.o.h. 305) 2HE360B (h.o.h. 305) +6.730 +3.180 +0.180 winkel PKT dienst gang HE320B (h.o.h. 305) 2HE320B+HE240A INP240 +3.180 +6.650 +6.758 +6.636 tijdelijk hulpwerk kabels en leidingen doorbraak tpv stramien 29 t\m 31 maken +5.226 ca.+1.520 in funderingsbalken stalen stijl en regelwerk B.S.=+5.879 B.S.=+5.817 +6.626 trottoir +10.900 +6.726 +0.950 thema 4 Installatie hulppalen 5 Faseringen; fase 1C en 2C (overnemen perronkapkolommen op nieuwe fundering) ijlden na mogelijk door mee te en op een eerdere BTD s (van de Langzaamverkeerstunnel). De palen zijn aangebracht met een schroefstelling op gekoppelde goederenwagons. In deze eerdere fase zijn ook de doorbraken in het IJ-gebouw gemaakt tot aan de grondkerende wand op as D (fig. 5). Verder waren zes doorbraken in het IJ-gebouw nodig, twee in de Middentunnel en twee opvangliggers in perron 1 van het Cuypersgebouw. Bovendien moest de Middentunnel worden versterkt. Fasering De planning van de werkzaamheden is gestart op 15 december 2011. Met ingang van de dienstregeling 2013 op 9 december 2012, waren alle sporen en perrons weer beschikbaar voor treinen en reizigers. Voor de realisatie zijn vier buitendienststellingen (drie sporen per buitendienststelling) van dertien weken ter beschikking gesteld. De dertien weken zijn onderverdeeld in een perronfase van twee weken en een spoorbakfase van elf weken. Omdat in de laatste fase geen perronfase zit, leverde dit zeven deel-btd s op met elk een eigen deadline. Na elke BTD reed op maandagmorgen 04.00 uur een eerste trein en was er een bloemetje voor de eerste reiziger. Al acht maanden vóór de eerste BTD zijn buisschroefinjectiepalen in perron 2, 3 en 4 aangebracht (foto 4). Deze palen ondersteunden de nieuwe perrons in de bouwfase. Dit was 4 Zeven BTD s en elf bouwfasen Het project is uitgevoerd in elf bouwfasen. In dit artikel worden de drie van deze elf fasen behandeld: fase 1A (bouw perron 4), fase 1B (bouw spoorbakken 4), en fase 1C en 2C (bouw ondersteuning perronkapkolommen). De overige fasen zijn gelijksoortig aan de beschreven fasen en worden hier verder niet besproken. Fase 1A: bouw perron 4 In fase 1A is perron 4 opgebroken en zijn thermisch verzinkte stalen frames aangebracht op de eerder aangebrachte hulppalen. Aan deze frames zijn prefab randbalken afgehangen en er is een staalplaatbetonvloer gestort ter plaatse van de passages en de Middentunnel. Ook is het complete zandperron (230 m) ten oosten van de Oosttunnel vernieuwd, met perronkeerwanden en bestrating. De bouwmaterialen werden s nachts gebracht door een werktrein. Aan beide zijden van het perron waren twee sporen beschikbaar, op het spoor naast het perron reden krols (kraan op rails) en op het daarnaast gelegen spoor stond de werktrein met de nieuwe onderdelen (foto 6). De afvoer van oude bouwmaterialen geschiedde ook via de werktrein. Fase 1B: bouw spoorbakken 4 In fase 1B zijn de spoorbakken onder spoor 11, 12 en 13 gebouwd voor de Westpassage en de Oostpassage. Na het opbreken van de sporen en het ballastbed zijn de doorbraken gemaakt in de wand van het IJ-gebouw op as D. Via deze door- V U U T S R Q P P O O N M M L K J J H G F F E D C B A NAP MV ca +3,150 stadzijde fase 4A opvang liggers perron1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 fase 4B spoorbak 1 spoor 4 fase 3A perron 2 fase 3C vloer fase 2A fase 3B fase 2C spoorbak 2 kolomfundatie en vloer fase 2B spoorbak 3 fase 1A perron 4 fase 1C kolom fundatie en vloer fase 1B spoorbak 4 perron 5 perron 6 SPOORBAK 5 IJzijde fase "0" hulppalen perrons - doorbraken IJ-gebouw N.A.P. Cuypers-gebouw fase 4 fase 3 fase 2 fase 1 IJgebouw busstation 5 16
6 Bouw perron 4 op een eiland tussen de sporen met twee werktreinen 7 Fase 1B, grondafvoer door het IJ-gebouw 8 Ontgraven fase 2B, te zien zijn de hulppalen en de berlinerwand 6 7 Afdracht rem- en aanzetbelastingen Van west naar oost rijdt een trein achtereenvolgens over aardebaan, langzaamverkeerstunnel, aardebaan, Westtunnel, Westbraken is met kleine loaders grond afgevoerd door het IJ-gebouw naar de bouwweg onder het in aanbouw zijnde busstation (foto 7). De grond onder perron 4 is met een talud afgegraven. Na circa 3 m afgraving is een met klapankers verankerde, tijdelijke berlinerwand geïnstalleerd en zijn de spoorbakken verder uitgegraven (fig. 8, foto 9). Constructief ontwerp spoorbakken De spoorbakken bestaan uit een funderingsplaat, drie rijen kolommen en een dek. Fundering De fundering van de spoorbakken is uitgevoerd als een plaatfundering op staal. Dit bleek mogelijk omdat de spoordijk de ondergrond al 130 jaar (spoor 2 t.m. 7) respectievelijk 90 jaar (spoor 8 t.m. 13) heeft voorbelast met een belasting die hoger is dan de belasting van de nieuwe spoorbakken. Er is grondonderzoek gedaan en dat is vertaald naar verticale beddingsconstanten. De ondergrond aan de IJ-zijde is anders van opbouw dan de ondergrond nabij het Cuypersgebouw. Per spoorbak is in de berekening de bedding gevarieerd in vloervelden met de kwalificatie slap ( ) en stijf ( 2). De variatie is uitgevoerd in zowel langs- als dwarsrichting. Hierdoor ontstond per spoorbak een aanzienlijk aantal rekenmodellen. Vanwege de verschillen in de geometrie en de randvoorwaarden zijn alle spoorbakken apart berekend. Cuypersgebouw 10 894 8920 9925 11 216 10 220 8920 8620 fase 2A IJ-gebouw fase "0" hulppalen perrons - doorbraken IJ-gebouw fase 1A perron 4 fase 2B spoorbak 3 fase 1B spoorbak 4 klap anker berliner wand fase 1C kolomfundatie en vloer 8 Amsterdam centrum het "IJ" 17
thema 9 Wapening fundatievloer spoorbak 4, links de berlinerwand en de hulppalen van perron 4 10 3D-model en schematisering van een tunnelbak 11 Schematisering kolom in het rekenmodel 12 Wintersituatie temperatuurbelasting 13 Treinbelastingen t.b.v. toets vermoeiing 14 Palenplan poeren (let op het gebruik van kleur in 1888) 10a Frem 4,71 m 10b 6,25 m passage, Middentunnel, Oostpassage, Oosttunnel en aardebaan. Een trein die remt of optrekt, geeft horizontale belastingen af aan het spoor en de onderliggende constructies. Uitgangspunt van het ontwerp is dat elke constructie de langskrachten afvoert van de sporen die rusten op de betreffende constructie. Een herverdeling, waarvan normaal gesproken wordt uitgegaan bij een langskrachtenberekening, wordt hier dus niet verondersteld. Tafelconstructie Het constructief ontwerp van de spoorbakken is uitgewerkt als een ongeschoord raamwerk (fig. 10), een tafel met veel poten. De kolommen zijn momentvast verbonden met de fundatievloer en het spoordek. Het dek bestaat uit prefabbetonnen U-bakken die een dwarsbalk (versterkte strook) vormen ter plaatse van de kolomrijen. Op deze U-bakken zijn breedplaten geplaatst in langsrichting van het spoor (foto 1). Vervolgens is de wapening in het werk gevlochten en is het dek in het werk gestort. 9 De horizontale stijfheidseisen spelen een dominante rol in het ontwerp van de spoorbakken. Alle kolommen werken mee bij de afdracht van de rem- en aanzetkrachten. Vanwege de lange basis zijn de verticale grondspanningen ten gevolge van remen aanzetbelastingen op de ondergrond gering. Door zorgvuldig onderzoek is daar waar mogelijk de constructie ongescheurd berekend. Delen van de kolom in de funderingsplaat en het dek zijn oneindig stijf gemodelleerd (fig. 11). Gebleken is dat geen tweede-orde-berekening nodig is. Temperatuurbelasting De temperatuurbelasting op de constructie is niet vastgelegd in normen en richtlijnen. In overleg met ProRail is een belastingsgeval gedefinieerd (fig. 12). De temperatuurbelasting leidt tot aanzienlijke momenten in de BGT. Vermoeiing Voor de dekconstructies is uitgegaan van de vermoeiingsbelasting volgens NEN 6706 art. 9.8 ( standaard spoorwegverkeerssamenstelling ) (fig. 13). Doordat de overspanningen zeer kort WINTER referentie temperatuur dek: 8,25 C -10 C oneindig stijf ref. temp. dek: 8,25 C 20 C gescheurd ongescheurd ref. temp. kolom: 8,25 C 20 C oneindig stijf ref. temp. kolom: 8,25 C 20 C 11 12 referentie temperatuur vloer: 10 C 10 C 18
type 1 9*() 1.4 2.2 2.2 2.6 11.5 2.6 1.8 1.8 2.6 11.5 2.6 1.8 1.8 1.8 2.6 11.5 2.6 1.8 2.2 6.9 2.2 1.4 18.5 20.3 20.3 20.3 9*20.3 type 2 1.4 3.3 6.7 3.3 1.4 2.5 16.5 2.5 2.5 2.5 2.5 16.5 2.5 2.5 2.5 26.5 16.1 26.5 8*26.5 8*() één wisseling type 3 4*200kN 4*150kN 11*(4*150kN) 4*150kN 4*200kN 4.7 type 4 3.0 8.46 3.0 2.0 2.5 16.5 2.5 21.16 26.4 11*26.4 2.45 2.45 4*170kN 3*170kN 2*170kN 2.45 2.5 6*(2*170kN) 16.5 26.4 2.5 2.45 2.0 3.0 2*170kN 8.46 21.16 3.0 4.7 3*170kN 4*170kN 3.5 type 5 3.0 11.0 3.0 5 5 3.0 15.7 1.5 1.5 15.7 18.7 22.15 21.85 6*18.7 1.5 1.5 15.7 18.7 11*() 1.5 1.5 15.7 3.0 5 5 3.0 21.85 11.0 22.15 3.0 3.5 2.0 2.1 4.4 2.1 2.0 2.1 2.1 2.0 1.8 5.7 1.8 2.0 1.8 1.8 2.0 1.8 5.7 1.8 2.0 1.8 1.8 2.0 1.8 5.7 1.8 2.0 1.8 1.8 2.0 1.8 1.8 1.8 5.7 1.8 2.0 16.8 11* 13 type 6 2*70kN 2*70kN L A A B 2.0 1.4 2.1 4.4 2.1 2.0 2.1 2.1 1.9 16.8 type 7 1.4 6.5 1.9 10.3 1.9 6.5 1.9 10.3 1.8 1.8 12.8 1.8 1.8 20.0 1.9 2*70kN A C C A B B B A A C C A B C A A A C C B 6.5 1.9 10.3 1.8 8.0 1.8 14.8 2.2 2.2 2.2 6.9 2.2 1.4 1.8 11.0 1.8 1.8 11.0 1.8 1.8 11.0 1.8 1.8 11.0 1.8 18.5 6* type 8 2.2 6.9 2.2 1.4 2.2 2.2 2.1 18.5 16*() 5.5 2.1 2.1 5.5 2.1 2.1 5.5 2.1 2.1 5.5 2.1 9.7 9.7 9.7 9.7 16*9.7 6*() - totaal NEN6706 = uitgangspunt - invloed wisseling tussen assen onderling verwaarloosbaar zijn (6,25 m), geeft één treintype meerdere lastwisselingen. Voor treintype 1 betekent dit bijvoorbeeld dat onderscheid wordt gemaakt in een locomotief, een aantal wagons en de achterassen van de laatste wagon. Elk treintype is op deze wijze opgedeeld in een aantal losse laststelsels. Uitgangspunt is dat de, in NEN 6706 tabel F.1 gegeven, totale omvang gelijk is aan 249,5 10 6 kn per jaar, per spoor. De kleine spanningsrimpels, die worden veroorzaakt door de spanningswisseling tussen twee assen onderling, zijn apart in beeld gebracht. Dit betreffen slechts geringe spanningswisselingen en zijn verwaarloosbaar klein. Fundering voor perronkapkolommen De perronkappen zijn driescharnierspanten die waren opgelegd op poeren. Deze kappen zijn monumentaal (de naam van de constructeur ir. L.J. Eijmer, ingenieur bij de Staatsspoorwegen, is vermaard). Dit bracht strenge eisen met zich mee aan de werkmethode en de (tijdelijke) nieuwe ondersteuningsconstructie. Zo eiste Monumentenzorg dat de staalconstructie ongeschonden de verbouwing doorstond en was het vervangen van klinknagels door bouten niet toegestaan. Fase 1C en 2C zijn uitgevoerd nadat de omliggende spoorbakken gereed waren, de perrons waren opgelegd op de naastliggende spoorbakken en de hulppalen van de perrons waren afgebrand. De perronkapkolommen van perron 4 staan al 90 jaar op een ongewapende betonnen poer op een paalfundering. De kolommen van staan al 130 jaar op gemetselde poeren op een houten paalfundering (fig. 14). De aanleg van de paalfundering onder is indertijd (1885-1888) niet zonder problemen verlopen. De eerste serie palen had onvoldoende draagvermogen en daarom is een tweede serie palen gemaakt. Opgemerkt wordt dat in die tijd nog geen sonderingen bestonden. Ondanks deze rumoerige ontstaansgeschiedenis functioneerden de kolomfunderingen naar behoren (foto 17). Daarom is besloten de bestaande paalfundering te handhaven. De berekening is gebaseerd op basis van een vergelijking van de nieuwe belasting (181 kn/paal) met de nulsituatie (213 kn/paal). De nulsituatie is hoger omdat in die fase nog veel grond rust op de grote poeren (l b h = 7 5 5 m 3 ). 14 De poeren onder en 4 zijn vervangen door betonnen kolommen. De vervormingen van de voetplaten van de 19
thema hockeystickachtige platen 15 Multi-inzetbare tijdelijke opvangconstructie perronkapkolommen met hockeystickachtige platen onder het bovenzadel van de perronkapkolom 16 Tijdelijke ondersteuning perronkapkolom in 17 Bestaande poeren na 130 jaar weer in het daglicht, met de tijdelijke ondersteuning van 5229 5988 1250 2460 1519 1976 3412 600 2x houten klos (badding) ca. 157 x 59 horizontaal plaatsen 150x150x15, lg=300 bevestigen met boorankers spoor 7 kolom in oost-westrichting blokkeren in noordzuidrichtingen verticaal laten glijden 2x houten klos (badding) ca. 157 x 59 horizontaal plaatsen 150x150x15, (2x lg = 300 of 1x lg = 1600) bevestigen met boorankers spoor 8 1x HE140A 308 339 (hart bestaand) 450 450 2000 724 1404 1x HE140A 3960 15 1250 9367 600 17 16 bestaande kapsteunpunten mogen niet meer zijn dan verticaal +5 mm en -15 mm en horizontaal 10 mm. De grootste belasting is circa 1050 kn/kolom (BGT). Circa 45% hiervan is afkomstig van sneeuwbelasting. In de bouwfase is gerekend met een gereduceerde sneeuwbelasting. Het vervangen van de bestaande poeren leverde een lastige tijdelijke fase op. De nieuwe poeren konden pas worden gebouwd nadat de oude poeren waren gesloopt. Gekozen is een aantal stalen frames te maken en in te zetten bij perron 4 en na modificatie te hergebruiken bij (fig. 15). De stalen frames omkaderden de bestaande poeren maar mochten geen horizontale belasting van puin en/of machines ontvangen. Ze zijn daarom duidelijk met rood-witte bouwplanken gemarkeerd (foto 16). Tot slot De projectlocatie is bijzonder complex en logistiek gezien haast een nachtmerrie. Toch moest de planning van 52 weken BTD worden waargemaakt. Ondanks tegenslagen zoals strenge winterperiodes, grondsanering en onverwachte obstakels, is steeds de deadline gehaald. Na de laatste deadline was er dan ook een algemeen gevoel van we hebben het gehaald! Bouwen is mensenwerk. Bij de evaluatie werd geconcludeerd dat het succes vooral te danken was aan een goede samenwerking en respect voor elkaar. Projectgegevens opdrachtgever ProRail namens NS hoofdaannemer BAM Civiel Noordwest railwerkzaamheden BAM Rail integrale ontwerpleiding BAM Infraconsult constructeur Wagemaker 20