Natte bruggen; Drijvende onderwatertunnels zijn voordelig

Eén van de voordelen van drijvende onderwatertunnels is dat je ze niet ziet. Ze zijn veilig en de techniek voor de aanleg is aanwezig.

VOLGEND JAAR moet het Noorse parlement beslissen of het zal toestemmen in de bouw van een Submerged Floating Tunnel (SFT) in de H⊘gsfjord vlak bij Stavanger. Hiermee zou het toekomstbeeld dat de gebroeders Das in het boek 'Wegen naar de Toekomst' schetsten, snel werkelijkheid kunnen worden. Zij constateerden in 1992 dat de mondiale vervoerstructuur over land steeds grotere gaten gaat vertonen, doordat verbindingen over grote watergebieden technisch en economisch niet haalbaar zijn. Zij voorspelden dat drijvende onderwatertunnels deze verbindingen in de toekomst mogelijk maken.

Een Submerged Floating Tunnel bestaat uit een tunnelbuis die op 20 à 30 meter onder het wateroppervlak 'drijft'. De buis is niet ingebed in de grond, zoals een conventionele tunnel, maar wordt omringd door water. Om te voorkomen dat een tunnelbuis werkelijk gaat drijven of juist zinkt, moet deze stevig worden verankerd. Hiervoor zijn drie oplossingen bedacht. Een van de mogelijkheden is om de tunnelbuis met een betonnen of stalen frame aan pontons te hangen die op het oppervlak drijven. Het gewicht van de tunnelbuis is bij deze oplossing iets groter dan het drijfvermogen van de tunnel. Het nadeel van deze methode is dat de pontons worden blootgesteld aan golfslag en eventuele ijsgang. De tunnelbuis zelf ondergaat door zijn ligging op 20 à 30 meter diepte en door de grote massatraagheid nauwelijks de invloed van de golven, maar de pontons wel. Daardoor zijn er steeds wisselende belastingen in de frames tussen de tunnelbuis en de pontons, wat constructief gezien ongunstig is.

Tuien

Ir. J. Saveur, hoofdontwerper bij Van Hattem en Blankevoort, geeft daarom de voorkeur aan een methode waarbij de buis met tuien aan de bodem wordt verankerd. Bij deze methode is het gewicht van de buis dusdanig dat nog een relatief geringe opwaartse kracht overblijft. Deze opwaartse kracht wordt door tuien opgevangen, die op de bodem kunnen worden vastgemaakt aan grote ankers of zware gewichten. De offshore-industrie gebruikt deze manier van verankeren al jaren met succes om grote boorplatforms in diep water op hun plaats te houden. Omdat de tunnelbuis enige tientallen meters onder het wateroppervlak ligt, heeft deze constructie geen last van golfslag.

De derde, tevens de eenvoudigste methode is om de tunnelbuis te fixeren op betonnen pijlers die op de bodem zijn geplaatst. Hierdoor ontstaat een kruising tussen een tunnel en een brug, een zogenoemde onderwaterbrug. Deze methode is vanwege die pijlers minder geschikt voor zeer diep water.

De kracht die door de tuien moet worden opgevangen wordt bepaald door het verschil van twee grote krachten: de opwaartse kracht van het water en het gewicht van de buis. Dit heeft tot gevolg dat relatief kleine variaties in deze krachten grote variaties in de spankracht in de tuien kunnen veroorzaken. Een variatie van enkele procenten in het gewicht van de buis zou een variatie van tientallen procenten in de spankracht tot gevolg kunnen hebben. Daarom moeten de ingenieurs tijdens het bouwen de massa van de buis heel precies controleren. Ook wordt bij elke locatie nauwkeurig onderzocht hoe groot de variatie in het zoutgehalte van het water is, doordat de dichtheid en dus de opwaartse kracht hierdoor worden beïnvloed. In zout water kan de opwaartse kracht zo'n 2,5 procent groter zijn dan in zoet water. In tegenstelling tot wat je zou verwachten, heeft zwaar verkeer in de buis weinig invloed. Het gewicht van de lege buis is zo groot dat zelfs een file vrachtwagens het gewicht met minder dan één procent verhoogt.

Om te voorkomen dat de tunnelbuis als gevolg van de stroming gaat bewegen, kan in plaats van een rechte buis een buisconstructie met een grote bocht worden toegepast. Net als bij een stuwdam is zo'n boogvormige constructie veel stijver waardoor deze minder zal bewegen dan een rechte buis. De stromingsweerstand van de buis neemt toe met de aangroeiing van zeeflora en -fauna. Op een diepte van 20 à 30 meter is deze aangroeiing echter minimaal.

Een SFT heeft een aantal voordelen ten opzichte van bruggen en geboorde of afgezonken tunnels. Bij bruggen nemen de kosten per meter sterk toe naarmate de overspanning van de brug langer wordt. Hierdoor zijn bruggen met grote overspanningen economisch niet haalbaar. Bovendien moeten nog veel technische problemen worden opgelost om bruggen met overspanningen van meer dan 2.000 meter mogelijk te maken. Minder lange overspanningen door het plaatsen van pijlers is in diep water niet goed mogelijk, of slechts tegen zeer hoge kosten te realiseren. Geschat wordt dat bij een lengte van 800 meter een SFT al goedkoper is dan een brug. Voor de technische haalbaarheid van een SFT speelt de lengte geen rol.

Een afgezonken of geboorde tunnel heeft bij diepe waterwegen het nadeel dat, als gevolg van de geringe toelaatbare helling van de toe- en afritten, de lengte zeer groot wordt. Het is daarom niet verwonderlijk dat juist de Noren, wier land vele diepe fjorden telt, veel onderzoek doen naar de haalbaarheid van een SFT.

TOERISTISCH

Naast economische zijn er 'ecologische' redenen om te kiezen voor een drijvende onderwatertunnel. Anders dan bij een brug is een tunnel aan het zicht onttrokken, een groot voordeel in toeristisch belangrijke gebieden waar men het landschap wil sparen.

Ir. Ch.J.A. Hakkaart, tunnelexpert bij Hollandsche Beton- en Waterbouw BV, is van mening dat een geringe verstoring van de omgeving in de toekomst zelfs het belangrijkste argument zal zijn om een SFT te kiezen. Om deze reden is een drijvende onderwatertunnel voorgesteld om de Alptransit-spoorlijn door het Zwitserse Meer van Lugano te voeren. Aangezien het water hier ongeveer 75 meter diep is, is hier een fundering op pijlers mogelijk.

Uiteraard neemt in het onderzoek naar SFT's de vraag naar de veiligheid een belangrijke plaats in. Volgens de deskundigen is een SFT net zo veilig als een normale tunnel. In beide gevallen zorgen brandwerende voorzieningen en goede ventilatie ervoor dat bij eventuele brand de passanten veilig weg kunnen komen en de betonnen buisconstructie niet ernstig wordt beschadigd. Hakkaart en Saveur, beiden lid van International Tunneling Association (een organisatie waarbij 45 landen die zich met tunneltechniek bezighouden zijn aangesloten) benadrukken dat tijdens de brand in de Kanaaltunnel, op 19 november 1996, de 40 cm dikke tunnelwand wel beschadigd is geraakt, maar zeker niet is bezweken. In dit opzicht is een SFT zelfs nog veiliger, omdat de tunnelwand vanwege het noodzakelijke gewicht bijna een meter dik zal worden.

Tijdens het ontwerp en de bouw van tunnels wordt natuurlijk ook veel aandacht besteed aan de waterdichtheid. Bij de bouw van de tunnelelementen worden maatregelen genomen om te voorkomen dat er scheuren in het beton ontstaan. Indien er toch scheuren zouden voorkomen, worden deze geïnjecteerd met epoxyhars, waardoor lekkage door de betonnen wanden vrijwel is uitgesloten.

Afgezonken tunnels zoals wij die in Nederland kennen, worden opgebouwd uit verschillende betonnen segmenten waarbij de voegen tussen de verschillende secties door waterdichte profielen worden afgesloten. Indien er lekkage in een tunnel optreedt is het vrijwel altijd op deze voegen. Met dit soort tunnels is echter zoveel ervaring opgedaan dat lekkage nog nooit een probleem is geweest. Een SFT zou met dergelijke voegen te beweeglijk worden en zal daarom voegloos worden uitgevoerd. Lekkage is hierdoor praktisch uitgesloten. In alle soorten tunnels komt via de inritten altijd wel water binnen, bijvoorbeeld door voertuigen die tijdens een bui in de tunnel arriveren. Dit water wordt verzameld in reservoirs en vervolgens door pompen naar buiten afgevoerd.

Tevens is onderzocht wat de gevolgen zijn als een zinkend schip op de tunnelbuis terecht zou komen. De kans op zo'n calamiteit en de gevolgen ervan zijn begrijpelijkerwijs sterk afhankelijk van de intensiteit van de scheepvaart en de grootte van de schepen. Aangezien de scheepvaart in de H⊘gsfjord weinig intensief is en er bovendien geen grote schepen varen, vormt een zinkend schip hier beslist geen bedreiging. Berekeningen hebben aangetoond dat de tunnelbuis zelfs de belasting van een groot zinkend schip kan weerstaan.

Vooral in strategisch belangrijke wateren moet rekening worden gehouden met een aanvaring door een onderzeeër. Ook deze mogelijkheid wordt serieus bekeken. De gevolgen van zo'n aanvaring zijn afhankelijk van veel factoren, zoals de snelheid van de onderzeeër en de plaats van de aanvaring, en zijn daardoor moeilijk te voorspellen. Om een aanvaring te voorkomen zullen maatregelen worden genomen. Zo wordt gedacht aan het plaatsen van sonarreflectoren waardoor de tunnel en de tuien zichtbaar worden op de navigatie-apparatuur van de onderzeeër.

STRAAT VAN MESSINA

Nieuw is het idee van de SFT niet. Al in 1887 kreeg de Brit Sir Edwin James Reed een patent voor een 'drijvende' tunnelbuis onder het Kanaal. Afgezien van de stand van de techniek vormde het idee van een verbinding met het continent voor de Britten toen een onoverkomelijk probleem. Sinds de jaren zeventig wordt gedacht over een SFT in de Straat van Messina om de Zuid-Italiaanse regio Calabrië met Sicilië te verbinden. De problemen en de risico's zijn hier groter dan bij de H⊘gsfjord. Niet alleen is de Straat van Messina breder (de afstand tussen beide oevers is meer dan 3.000 meter), de stroomsnelheid en de golfslag zijn ook veel sterker. Bovendien is de scheepvaart er veel intensiever en varen er grotere schepen. Om deze redenen lijkt de voorkeur van de Italianen nu uit te gaan naar een hangbrug.

Veel recenter is de belangstelling van Japan. Japanse ingenieurs onderzoeken momenteel de haalbaarheid van drie SFT's, waaronder een 30 kilometer lange verbinding onder de Funka Bay. De kans dat men, na jaren van plannen maken, werkelijk een SFT gaat bouwen, lijkt groter dan ooit. Uit technisch en veiligheidsoogpunt is er geen enkele belemmering, aldus Saveur en Hakkaart. Deze conclusie wordt wat betreft de H⊘gsfjord gedeeld door de commissie die namens de EU de haalbaarheid van een drijvende onderwatertunnel heeft bekeken. De verwachting is dat de bouw van de SFT tussen het jaar 2000 en 2002 zal beginnen. De ervaring die met het Noorse project wordt opgedaan, zal van grote invloed zijn op de plannen voor andere locaties.

    • Arie Korbijn