De slappe grond in

Boven is het te vol, dus we gaan ondergronds - met een nieuwe techniek: we gaan tunnels boren. Zeven staan er tot het jaar 2000 op het programma. Totale lengte: zo'n veertig kilometer. Maandag begint het werk aan de eerste, de Tweede Heinenoordtunnel bij Rotterdam. Afgelopen donderdag was er een studiedag voor aannemers en ingenieurs. Hoe doe je dat, met een staafmixer door de blubber?

We komen ook net kijken. De oudste tunnel, de Maastunnel, dateert van 1942. Vergelijk dat eens met de vierduizend jaar oude doorgang onder de Eufraat bij Babylon of de modernere projecten van het antieke Egypte of Rome. Het enige dat we goed kunnen, is het afzinken van caissons die we onder water aaneensmeden.

Met de nieuwste techniek, het boren van grote tunnels, hebben we nog helemaal geen ervaring. De Britten kregen hun eerste lessen in deze techniek in de jaren twintig van de vorige eeuw toen ze onder de Theems doorstaken en de meeste landen hebben al een jaar of dertig ervaring.

Maar nu begint de inhaalslag. Als de plannenmakers hun zin krijgen, hebben we er over tien jaar honderd kilometer bij. Zo'n veertig kilometer daarvan bestaat uit boortunnels, zoals de Noord-Zuidlijn voor de Amsterdamse metro (start boren in 1998; lengte 3,8 kilometer), de oeververbinding van de Westerschelde (1999; 6,6) en de tunnel voor de hogesnelheidslijn door het Groene Hart (2000, 6,5).

Volgende week is de primeur: de Tweede Heinenoordtunnel. Onder de Oude Maas, even ten zuiden van Rotterdam, komen twee buizen van 950 meter lengte voor fietsers, voetgangers en landbouwverkeer. Totale kosten: 250 miljoen gulden.

Afgelopen donderdag was de opmaat voor het spektakel, een studiedag in de Rotterdamse Ahoy' waar ingenieurs en aannemers de fijne kneepjes van het ondergronds graven werden bijgebracht. Voor zover de sprekers de geheimen van de smid kenden natuurlijk, want de Heinenoordtunnel is een project waarvan de kennis voor een groot deel tijdens het graven zelf zal worden opgedaan.

De boortechniek is weliswaar redelijk bekend, maar de Hollandse bodem zorgt met zijn slappe klei en veen voor een onzekere factor. Hoe voorkom je dat de tunnel, een luchtbel-in-beton, omhoog zal 'drijven', en nog belangrijker, hoe voorkom je dat de bodem erboven tijdens of na het graven zal opbollen of inzakken? Onder de Oude Maas bij Rotterdam is dat nog niet zo'n probleem; voor de Amsterdamse heipalen die binnenkort door de geboorde metrolijn ondermijnd worden. ligt dat anders.

“De Heinenoordtunnel is een interactieve collegezaal”, vertelde W. Leendertse, directeur van het Centrum Ondergronds Bouwen (COB) uit Gouda dat de kennis op dit gebied verzamelt, de aanwezigen. “De enige manier om van dit project te leren is door zelf de handen uit de mouwen te steken.” Daar zijn de meeste aanwezigen niet te beroerd voor, zeker niet als ze horen dat er voor het graven van die honderd kilometer tunnel in de komende tien jaar zo'n veertig miljard gulden te verdelen is.

En er zit nog veel meer in het vat, rekent Leendertse voor. “Een zeer groot deel van de wereldbevolking leeft in deltagebieden, op diezelfde slappe bodem. Jakarta, Bangkok. Wat dacht u van China? Wij Nederlanders moeten in staat zijn om met ons technisch vernuft van het boren in slappe bodem een gewild exportartikel te maken. De investeringen zullen zich dubbel en dwars terugbetalen.”

Onderdeel van de studiedag is vanzelfsprekend een bezoek aan de bouwput bij Barendrecht. Van de tunnel is nog geen meter gegraven. De graafmachine heeft zich schrap gezet in de bodem. Terwijl de reuzenmol ligt te wachten tot het karwei kan beginnen, monteren arbeiders er een gigantische trein achter met instrumenten om de machine te bedienen en buizen om de grond uit de tunnel af te voeren.

De afmetingen van het gevaarte geven een indruk van het geweld dat hier maandag zal losbarsten. De boormachine, die twintig miljoen gulden heeft gekost, is in feite een grote cilinder van een meter of tien lang en ruim acht meter doorsnee. Aan de voorkant zit een aparte kamer met daarin een groot schoepenrad met beitels. Het oogt als een gigantische staafmixer: de machine zal de grond die voor de beitels komt, los gaan schrapen.

Om te voorkomen dat de tunnel achter zijn rug instort, zal de staafmixer om de anderhalve meter stoppen met graven. Hij trekt de 28 uitschuifbare 'poten' waarmee hij zich aan de achterkant afzet in. Daardoor ontstaat ruimte om een nieuw, ringvormig betonsegment aan de tunnelbuis achter de mixer toe te voegen. De machine zet zich weer schrap door zijn poten tegen de nieuwe rand van de tunnelbuis uit te schuiven, en het boren gaat verder. Tien meter per dag, is het planningsschema, zes dagen in de week; de zevende dag is gereserveerd voor reparatie en onderhoud.

Ingewikkelder zal het zijn om te vermijden dat het hele zaakje aan de voorkant - op de plaats waar het schoepenrad met de beitels grond schraapt - te snel afkalft en instort. De kamer met het schoepenrad is daarom gevuld met water. Het water staat onder druk en houdt zo de graafwand overeind.

Deze techniek snijdt aan twee kanten. Niet alleen is het graven zo onder controle te houden, de losgeslagen klei- en zandbrokken vermengen zich met het water. Het blubberige geheel wordt naar de oppervlakte gepompt waar centrifuges en zeven de boel scheiden. Om het oplossen van de grond te versoepelen is aan het water bentoniet toegevoegd, een fijnkorrelig mineraal. Het bentonietwater verdwijnt weer onder de grond, terwijl 'de schone grond wordt afgevoerd naar een depot', meldt een luxueuze voorlichtingsbrochure.

Terug naar de studiezaal in de Ahoy'. Want daar wil M. Quaak, een van de aannemers van het project, het wel even over hebben: die schone grond. “Iedereen heeft de mond vol van die mooie machines met hun geweldige vermogens, maar waar laat je de grond die je weggraaft? De milieuwetgeving zegt dat de grond verontreinigd is met bentoniet. Die kan ik dus nergens storten, hoe hard ik ook roep dat bentoniet een natuurlijk mineraal is.”

Leendertse nuanceert Quaaks klachten. De directeur van het COB heeft op een bierviltje uitgerekend dat voor de veertig kilometer boortunnel in totaal niet meer dan vijf miljoen kuub grond hoeft te worden afgegraven. “Dat baggert de Rotterdamse haven elk half jaar uit de Maas en dat is ook niet het schoonste zand.” Dat kan het probleem dus niet zijn. En heeft Quaak niet zelf gezegd dat de grond gebruikt wordt om glooiende natuurlandschappen bij de tunneluitgangen aan te leggen?

Nee, Leendertse heeft het liever over hét tunnelprobleem: de zettingen: de slappe bodem wordt door de kracht van het boren opgestuwd en klinkt weer in als de machine voorbij is. Daar heb je boven het maaiveld last van. Quaak denkt dat dit wel meevalt. “Zolang alles maar evenveel verzakt, is er geen probleem. Pas als de piano telkens naar één hoek van de kamer rolt, gaan de mensen klagen. En dan nog. In Limburg waren sommigen er niet vies van om de scheuren in hun oude behang te wijten aan het gegraaf in de mijnen.”

Dat is niet de taal van het COB. Zo verwerft Nederland zich nooit een leidende rol in het boren in slappe bodems. “Waarom boren we tunnels?”, houdt Leendertse de aanwezigen voor. “Om bovengronds zo min mogelijk overlast te veroorzaken. En dus moet je je bij de keuze van de boormachine ook laten leiden door de zettingen.” Kortom, Leendertse zou een andere boormachine hebben gekocht, eentje die de grond aan de voorkant van de staafmixer overeind houdt door hem via een ingenieus systeem te stutten vanuit de zijwanden. Theoretisch heeft zo'n machine veel minder last van zettingen. Maar ja, werpt Quaak tegen, toen zij een keuze moesten maken, was de techniek met het bentonietwater de beste.

Leendertse roept de aanwezigen op om de komende tien tunneljaren optimaal te benutten. “We zullen met zeven projecten tegelijk bezig zijn. Op een gegeven moment zullen we alle typen boormachines tegelijkertijd aan het werk hebben, in alle soorten grond die Nederland rijk is en onder elk type bovengrond door. Doe daar uw voordeel mee.”

Hij refereert aan het proefproject 'Amsterdam aan de Maas'. De Rotterdamse boormachine al onder een veldje met heipalen door graven. Dan moet proefondervindelijk blijken hoeveel risico's er aan het boren van een metrotunnel onder Amsterdam zullen zijn verbonden. Leendertse: “Een mogelijkheid is om de gebouwen op die route te verankeren. Dat zou 150 miljoen gulden gaan kosten. Als je door heel precies te boren de helft daarvan bespaart, heb je 75 miljoen in handen.”

Het COB zal daarom ook nauwkeurig bijhouden hoe het maaiveld zich gedraagt tijdens het boren en wat de relatie is tussen de kracht van het boren, de samenstelling van de grond en de grootte van de zettingen. Het liefst zou Leendertse zien dat de boormachinist de beschikking heeft over een grondsonar waarmee hij kan vaststellen wat hem te wachten staat zodat hij zijn machine daarop kan instellen.

In de bouwput van de Heinenoord heerst echter nog het heilig oog van de vakman. Vuistregel nummer één: om te voorkomen dat de tunnel in de kleiblubber omhoog komt, moet hij minstens zijn eigen doorsnee aan bodemlaag boven zich hebben. “Onder de rivier zit dat dus wel snor”, zegt J. Admiraal, projectmanager namens Rijkswaterstaat. “Het diepste punt van de tunnel zit op 28 meter beneden NAP.” En om te voorkomen dat de uitgangen omhooggeduwd worden, komt daar wat extra zand te liggen - meneer Quaak had dus eigenlijk helemaal geen stortprobleem.

De instelling van de boormachine is een stuk lastiger. “Het zijn schattingen op basis van ervaring”, antwoordt Admiraal als hem wordt gevraagd hoe groot de druk van het water met bentoniet moet zijn. Datzelfde geldt voor een ander probleem: de machine laat zo'n tien centimeter ruimte open tussen gegraven tunnel en segmentwand. Dat wordt opgevuld met grout, een betonmortel. Maar hoeveel grout moet erin, en met welke kracht moet het erin worden gespoten? We weten het niet, erkent Admiraal, “Eigenlijk is het niet meer dan een goede gok.”

De projectmanager overziet met een tevreden blik de bouwvoorbereiding. “Mooi toch”, zegt hij. “Op de HTS leerden we dat de Maastunnel de eerste tunnel van Nederland was. Nu zijn we hier bezig met de eerste geboorde tunnel.”

Een dag later licht Leendertse zijn toekomstvisie nog eens toe. Het klinkt en oogt allemaal indrukwekkend, en behalve de genoemde projecten wordt de komende jaren ook begonnen aan de Botlekspoortunnel (start boren 1998; 1,9 kilometer), het Sofiatracé in de Betuwelijn (1999; 4,2) en de ondergrondse verbinding tussen de veiling van Aalsmeer en Schiphol (1999; 15 à 20 kilometer). Maar dat verklaart nog niet het optimisme dat over tien jaar iedereen hier aanklopt met orders voor het boren van tunnels. “Ik heb niet bedoeld dat we het buitenland gaan verslaan”, relativeert hij. “De Heinenoord is een praktijkproject. Laten we eerst maar eens de nodige kennis en ervaring opdoen en leren hoe het moet. De volgende stap is te kijken waar het beter kan.”

De Japanners hebben veel ervaring, erkent hij, ook met boren in slappe bodem, maar ze zijn heel machinegericht. Ze ontwikkelen nieuwe methoden op basis van bestaande technieken. Hij noemt als voorbeeld dat ze nu bezig zijn om slappe bodems chemisch te behandelen waardoor die verstenen. “Dat kan, maar kost handenvol geld. Wij zijn traditioneel goed in het toepassen van fundamentele research. Kijk, je kunt wel een sonar op je machine zetten, maar wat heb je daar aan? De boormachinist ziet dat hij op een nieuwe grondlaag gaat stuiten, maar hij weet niet wat er boven het maaiveld gebeurt als hij in die nieuwe laag gaat wroeten. Hij kan dus niet anders dan zijn machine stopzetten. Daarom doen wij nu experimenten waarbij we de relaties tussen de kracht van het boren, de gegevens van de sonar en de zettingen meten. Dan weet de machinist straks precies hoe hij te werk moet gaan. Dat is onze kracht: als we zo kennis weten te koppelen aan praktijkervaring, zijn we een stapje verder dan de rest. Dan moet er toch wat mogelijk zijn.”