© 2003 Henk Leenaers

Veiligheid mag wat kosten vandaag de dag. Een derde van het budget van de 6,6 kilometerlange Westerscheldetunnel ging op aan de vluchtwegen, de zesentwintig dwarsverbindigen tussen de twee hoofdtunnelbuizen. "In het eerste ontwerp lag er een vluchtweg om de 500 meter, maar na de tunnelbranden in de Alpen eind jaren '90 verkleinde Rijkswaterstaat die afstand tot 250 meter", vertelt Richard Rijkers van Nederlands Instituut voor Toegepaste Geowetenschappen TNO. Hij bladert door de draftversie van het rapport over grondbevriezing, dat hij maakte voor het Centrum voor Ondergronds Bouwen. "Die kosten zijn zo hoog omdat je op een diepte van 60 meter geen goedkopere alternatieven hebt om in slappe klei te bouwen. Zeker als je werkt op een moeilijk bereikbare plek: onder de Westerschelde. Grondbevriezing is dan de enige manier om de klei zo stijf te maken dat je er een buis in kunt leggen."

Om ongelukken te voorkomen worden de twee transportstromen in een ondergrondse tunnel gescheiden: heen rijd je door de ene buis, terug door de ander. Leg je die twee buizen naast elkaar in een omhullende tunnelbuis, dan hoef je maar één keer te boren. De tunnel onder het Groen Hart is zo ontworpen. Onder de Westerschelde liggen twee tunnelbuizen, voor iedere verkeerstroom een aparte buis. "Veiliger, maar ook duurder en moeilijker," legt Rijkers uit. "Je moet een keer extra boren, dus meer kosten maken. En voor de dwarsverbinding moet je een andere oplossing bedenken. Want om een hoekje boren kunnen we nog niet." Door bevriezing van de grond is eerst een tijdelijke 'ijstunnel' gemaakt in de slappe, met water verzadigde grond. Een cilindervormig ijslichaam is aangelegd door vriesvloeistof (calciumchloride) met een temperatuur van -36 tot -38 graden Celsius door tweeëntwintig buizen tussen de twee hoofdtunnelbuizen te pompen. Die buizen heten 'lansen' en worden vanuit een zogenaamde 'vrieswand' horizontaal geplaatst, waarna de vriesvloeistof de grond rondom de lansen tot een ijslens bevriest. Na een paar weken groeien die lenzen aan elkaar, totdat de ijswand één tot anderhalve meter dik is. Sterk genoeg om zonder gevaar in de andere tunnelbuis de deur open te maken en met graven te beginnen. Nadat de grond is verwijderd, wordt tegen het ijs een laag spuitbeton aangebracht van twintig tot dertig centimeter dik. Een halve meter gewapend beton zorgt ten slotte voor voldoende sterkte voor als het ijs weer is gesmolten.

"Ter versteviging zijn de hoofdtunnelbuizen bij de dwarsverbinding van staal, niet van beton. Het grootste risico is dat de hoofdbuizen worden ingedrukt door de bevroren grond. Water zet bij bevriezing uit met 9%, bij waterverzadigde klei is dat minder, maar nog steeds 3%," zegt Rijkers, "genoeg om een flinke deuk in een stalen tunnelsegment te drukken." Opdrachtgever Rijkswaterstaat hanteerde een grens van 20 millimeter. Daarboven zou de bouw worden stopgezet. Bij de eerste dwarsverbinding werd het direct al spannend. Rijkers: "Het bevriezen duurt ongeveer veertig dagen. Met meetapparatuur volgende we de indrukking van de tunnelbuis van dag tot dag: 14 millimeter, 15 millimeter, 16 millimeter. Door laboratoriumexperimenten kenden we het uitzettingsgedrag van klei bij bevriezing, in verschillende richtingen. Maar als je die getallen zo ziet oplopen, wordt het toch spannend. Uiteindelijk hebben we een maximale indrukking van 20 millimeter gemeten, precies op de grens." Een deuk van vier of vijf centimeter kan tot grote constructieve schade leiden. Lekkage van water is het grootste probleem. Maar ook zonder schade aan de tunnelbuis kan grondwater naar binnen lekken. De stalen wanden van de hoofdtunnelbuizen zijn warmtebronnen. Smelt het ijs, dan lekken de naden tussen ijs en staal. Dat is makkelijk te voorkomen, bleek uit temperatuurmetingen. Rijkers van TNO: "Met een laagje isolatiemateriaal tegen de binnenwand van de buis, net als in de spouwmuur van een huis."