Ontwerpen en toetsen bestaande en nieuwe spoorbanen

Voor het ontwerp van nieuwe baanlichamen is de OVS00056-7.1 “Ontwerpvoorschrift Baanlichaam en Geotechniek” van toepassing en sluit aan op de NEN-9997-1 (Eurocode 7) voor geotechnische constructies. In dit ontwerpvoorschrift zijn de scope, eisen, bepalingsmethoden, belastingen en benodigde grondonderzoek (veld- en laboratoriumonderzoek) gespecificeerd. Dit voor de mechanismen stabiliteit in gebruiksfase, zettingen en zettingsverschillen, statisch en dynamisch draagvermogen (o.a. toetsing kritieke treinsnelheid), waterhuishouding (o.a. drooglegging spoorbaan) en materiaaleisen voor de spoorbaan. In het geotechnisch adviesrapport dienen al deze aspecten te beschouwd en getoetst aan de voorgeschreven eisen. Regelmatig komen combinaties van nieuwbouw en bestaande situatie voor, waardoor de complexiteit toeneemt. Kwast Consult heeft afgelopen jaar regelmatig in deze situaties advies uitgebracht, zoals:

• Spoorverdubbeling Groningen – Leeuwarden (opdrachtgever: ProRail/Sweco, bijdrage Kwast Consult: geotechnische analyses bestaande en nieuwe spoorbaan en kunstwerken inclusief omgevingsbeïnvloeding): realisatie spoorverdubbeling naast bestaande spoorbaan en kunstwerken in nabijheid bebouwing.
• Spoorverdubbeling Zevenaar – Didam (opdrachtgever: Strukton/Sweco, bijdrage Kwast Consult: geotechnische analyses bestaande en nieuwe spoorbaan en ontwerp definitieve damwand gasleiding): realisatie spoorverdubbeling naast bestaande spoorbaan met beperkte werkruimte.

Foto: toetsing bestaande spoorbaan emplacement Alkmaar met naastgelegen watergang

De bestaande infrastructuur is een belangenrijke asset voor ProRail. Voor de beoordeling van de constructieve veiligheid van bestaande spoorbanen is de RLN00414-1 “Beoordeling constructieve veiligheid bestaande Baanlichamen” beschikbaar. Hierin wordt de scope, wettelijk kader, toetsingskader sterkte en stabiliteit en beoordeling resultaten op afkeur- en verbouwniveau beschreven. Aangesloten wordt op de NEN 8707 voor bestaande geotechnische constructies. In de bestaande situatie zonder functiewijziging, dient de veiligheid van het baanlichaam te voldoen aan afkeurniveau. Voordat aanpassing van de boven- en onderbouw kan plaatsvinden, zal bij de beoordeling van de constructieve veiligheid het draagvermogen en stabiliteit van het baanlichaam voor de huidige situatie moeten voldoen aan verbouwniveau. Aanvullend is de toetsing van de dynamische aspecten (o.a. kritische treinsnelheid) wenselijk om dynamische problemen van de spoorbaan bij verhoging van de treinsnelheid te voorkomen. Kwast Consult is gespecialiseerd in risicobeoordeling en toetsing van bestaande baanlichamen, zoals:

• Perronverbreding station Maarn (opdrachtgever: ProRail/4 Infra, bijdrage Kwast Consult: geotechnische stabiliteitsanalyses bestaande spoorbaan met perronverbreding en toepassing erosiewapening voor microstabiliteit steil talud): realisatie perronverbreding van bestaande spoorbaan en perron, met steil talud spoorbaan.
• Risicoanalyse emplacement Alkmaar (opdrachtgever: ProRail/4 Infra, bijdrage Kwast Consult: geotechnische stabiliteits- en draagkrachtanalyses bestaande spoorbaan): realisatie aanpassingen looppad bestaande spoorbaan naast brede watergang (zie foto).

Overwegen en overgangsconstructies voor spoorwegen

Voor vervanging van bestaande overwegen naar een Harmelenconstructie is de richtlijn RLN-00104 “Overweg met zware overwegplaten type Harmelen” van toepassing (zie foto). De Harmelenplaten hebben een lengte van 6,0 of 9,0 m en worden onderling gekoppeld. Voor de overgangsconstructie naar de bestaande spoorbaan wordt over een lengte van 5,0 een combidoek onder de bovenbouwconstructie toegepast. Voor het ontwerp is geotechnisch toetsing van de constructieve veiligheid (draagkracht en stabiliteit) volgens de richtlijn RLN00414-1 minimaal noodzakelijk, maar is beschouwing van de zettingen en zettingsverschillen en dynamische aspecten volgens het Ontwerpvoorschrift OV00056-7.1 eveneens wenselijk. Kwast Consult is regelmatig betrokken bij het ontwerp voor vervanging van overwegen, zoals:

• Vervanging overwegen in Herxen en Warffum (opdrachtgever: ProRail/Sweco, bijdrage Kwast Consult: geotechnische draagkracht- en zettingsanalyses nieuwe overweg, inclusief overgangsconstructie naar bestaande spoorbaan): realisatie nieuwe overweg met overgangsconstructie in bestaande spoorbaan met strenge eisen zettingsverschil.

Foto: vervanging overweg met Harmelenconstructie (bron: RLN-00104).

Schade aan overgangsconstructies tussen star gefundeerde kunstwerken en een zakkende spoorbaan komt veel voor, met name door te grote vervormingen bij slappe ondergrond. Deze schade leidt tot hoge onderhoudskosten en veel hinder voor het spoorverkeer. In het Ontwerpvoorschrift OVS00056-7-1 is derhalve een strenge restzettingseis en restzettingsverschileis opgenomen. Voor spoorwegen wordt een standaard overgangsconstructie met geogrids toegepast (zie figuur). Om te voldoen aan de strenge zettingseisen zijn vaak aanvullende maatregelen in de onderbouw benodigd. Kwast Consult is de specialist voor geotechnische advisering en uitvoeringsbegeleiding van overgangsconstructies voor weg- en spoorprojecten, zoals:

• Onderdoorgang Goes (opdrachtgever: Gebr. de Koning, bijdrage Kwast Consult: geotechnische zettingsanalyses overgangsconstructie met traditionele en lichte ophoogmaterialen): realisatie overgangsconstructie nieuwe onderdoorgang in bestaande spoorbaan.
• Onderdoorgang station Waddinxveen (opdrachtgever: Gebr. de Koning/Sweco, bijdrage Kwast Consult: ontwerp paalmatras station, funderingsadvies onderdoorgang, geotechnische analyses overgangsconstructie kunstwerk – paalmatras en paalmatras – bestaande spoorbaan met Plaxis 2D): realisatie nieuw perron op paalmatras, onderdoorgang op palen en overgangsconstructies in bestaande spoorbaan op slappe ondergrond.

Figuur: standaard overgangsconstructie voor spoorwegen.

Onderdoorgangen en kunstwerken voor spoorwegen

Kwast Consult is regelmatig betrokken in integrale ontwerpteams voor het funderingsontwerp en realisatie van viaducten, onderdoorgangen en tunnels voor spoorwegen. Het funderingsontwerp en kerende constructies vindt plaats volgens OVS00030 “Ontwerpvoorschrift voor kunstwerken” deel 1 t/m 7. In combinatie met NEN-9997-1 (Eurocode 7) en aanvullende CUR-/CROW-richtlijnen moeten voor de uitgangspunten belangrijke ontwerpkeuzes gemaakt worden om te komen tot een optimaal projectresultaat.

Doordat de projecten vaak in stedelijk omgeving worden uitgevoerd, is beschouwing van de omgevingsbeïnvloeding (b.v. trillingsanalyses en Plaxisanalyses) onderdeel van de werkzaamheden. Kwast Consult heeft hierin veel ervaring opgebouwd, zoals:

• Spoortunnel Delft (opdrachtgever: Bouwcombinatie CCL/Sweco, bijdrage Kwast Consult: disciplineleider geotechniek, geotechnische ontwerp bouwkuipen en omgevingsbeïnvloeding bebouwing, op palen of op staal gefundeerd, en spoorviaduct met Plaxis 2D): realisatie spoortunnel in stedelijke omgeving met veel historische zettingsgevoelige bebouwing, naast het bestaande spoorviaduct (zie foto).
• Onderdoorgang Den Dolder (opdrachtgever: Gebr. de Koning/Sweco, bijdrage Kwast Consult: ontwerp fundering en keerwanden toeritten en spoortunnel): realisatie onderdoorgang met toeritten met keerwanden op staal gefundeerd.

Foto: ontwerp en bouw spoortunnel Delft.

Fundering bovenleiding voor spoorwegen

Standaard wordt de bovenleiding voorzien van een funderingsblok, op staal gefundeerd. Echter, indien geen draagkrachtige zandlagen aanwezig zijn, voldoen de standaard ontwerpgrafieken voor de funderingswijze niet meer en is maatwerk noodzakelijk. Het ontwerp van de bovenleiding vindt plaats volgens NEN 9997-1 (Eurocode 7) en OVS00024-8.1 “Ontwerpvoorschrift Bovenleiding en draagconstructies, Funderingen”. Met toetsing van de horizontale en verticale draagkracht (ongedraineerd en gedraineerd), kantelstabiliteit, zettingen/zettingsverschillen en eventueel de macrostabiliteit. Bij een weinig draagkrachtige ondergrond kan dit leiden tot paalfunderingen onder de bovenleidingpalen. Kwast Consult heeft afgelopen jaren regelmatig voor het funderingsontwerp van bovenleiding advies uitgebracht, zoals:

• Ombouw emplacement Zwolle (opdrachtgever: Strukton/Antea, bijdrage Kwast Consult: ontwerp fundering bovenleiding met toetsing draagkracht en stabiliteit van verschillende funderingsbloktypes en toetsing statistische en dynamische draagkracht bestaande spoorbaan): realisatie ombouw sporen en bovenleiding emplacement Zwolle.

Publicaties

• “Zwelbelastingen op funderingen (commissie C202)”, Geotechniekdag, december 2013
• “Geotechnical design of a railway tunnel and an underground station supporting the new city hall, Delft”, Proceedings 7^th International Symposium on Geotechnical Aspects of Underground Constructions in Soft Ground, TC28, Rome, May 2011
• “Risk management in the geotechnical design process of a railway tunnel in urban environment, Delft”, The Netherlands, Proceedings 11^th DFI European Conference, London, May 2010
• “Spoortunnel Delft, Predicties van omgevingsbeïnvloeding”, Civiele Techniek, november 2009
• “Onderzoek en praktijk overgangsconstructies voor spoorwegen”, Geotechniek, oktober 2005
• “Swell investigation by the Sophia railway tunnel, Betuwelijn, The Netherlands”, Vth ISSMGE, Istanbul, September 2001

Presentaties

• “Funderingswapening voor spoorwegen”, lezingenmiddag RWS-ProRail, februari 2020
• “Zwelbelasting op funderingen (vloeren en palen)”, docent PAO-cursus paalfunderingen voor civiele constructies, april 2016 en 2018 en november 2020 en 2022
• “New rules for swell load on foundations (floor and piles) in excavation (Recommendations C202)”, KIVI-lezingenavond TU-Delft, september 2014
• “Zwelbelasting op funderingen (vloeren en palen)”, Geotechniekdag, december 2013
• “Resultaten CROW-werkgroep Effectieve OvergangsConstructies (EOC)”, Symposium onderhoudsarme wegen op slappe ondergrond, InfraTech, Rotterdam, januari 2011
• “Voorlopige resultaten CROW-werkgroep Effectieve OvergangsConstructies (EOC)”, CROW Infradagen, Papendal, juni 2010
• “Ontwerp overgangsconstructies en wissels voor spoorwegen (onderbouw)”, Railforum bijeenkomst, Delft, mei 2008
• “Ontwerp overgangsconstructies voor wegen en spoorwegen”, Geoweg-Contactdag, Harderwijk, maart 2007
• “Onderzoek en praktijk overgangsconstructies voor spoorwegen”, Geotechniekdag, Breda, oktober 2005
• “Toepassing van geokunststoffen in de spoorbanen, ontwerprichtlijnen en productspecificaties”, NGO bijeenkomst, Utrecht, september 2005
• K&I Award, Holland Railconsult, “Innovatief baanconcept voor weg- en spoorinfrastructuur”, 2005

Commissies en nevenfuncties

• Lid en rapporteur commissie “Omgevingsbeïnvloeding inbrengen en trekken van damwanden, Praktijkrichtlijn (CROW-publicatie)”, 2015 – 2017
• Lid en eindrapporteur commissie “Zwelbelasting op funderingen (CROW-publicatie)”, 2012 – 2014
• Lid en eindrapporteur commissie “Kiezen voor effectieve overgangsconstructies (CROW-publicatie 306)”, 2007 – 2012

Publicaties of een referentielijst van uitgevoerde projecten door Kwast Consult voor het geotechnisch ontwerp van spoorinfrastructuur (nieuwe en bestaande spoorbanen, vervanging overwegen,  overgangsconstructies, onderdoorgangen en kunstwerken en fundering bovenleiding) kunnen op verzoek worden toegezonden.