Algemene projectomschrijving
Goede bereikbaarheid en een effectieve verbinding met het achterland zijn belangrijke factoren voor een wereldhaven als Rotterdam. Voor een betere doorstroming van het sterk toegenomen trein- en scheepvaartverkeer van en naar de Maasvlakte en Europort is een nieuw spoorwegtraject aangelegd, het ‘Theemswegtracé’. Het viaduct van ruim vier kilometer lang vervangt de Calandbrug voor het spoorgoederenvervoer. Hiermee krijgen goederentreinen ongehinderde doorgang van en naar het havengebied.
Het nieuwe Theemswegtracé is ongeveer 4,5 km lang en maakt deel uit van de Havenspoorlijn, het eerste deel van de Betuweroute. Het spoor loopt nu vanaf de Merseyweg over een verhoogd spoorviaduct langs de Theemsweg en via de Neckarweg tot aan de Moezelweg. Het betonnen viaduct sluit ter hoogte van de A15 weer aan op de bestaande spoorbaan.
Maandag 8 november 2021 reed de eerste goederentrein over het gloednieuwe 4,5 kilometer lange traject van het Theemswegtracé. Inmiddels is het gehele project opgeleverd en ligt het beheer ervan in handen van ProRail.
Bouwcombinatie
In het traject zijn twee stalen boogbruggen aangelegd van respectievelijk 270 meter en 170 meter lang, gebouwd door staalbouwcombinatie Hollandia Infra B.V. en Iemants N.V. De brug over de Thomassentunnel zal de komende honderd jaar te boek staan als de Zwartewaalsebrug en is volledig gerealiseerd door Hollandia Infra. Iemants heeft de brug over de Rozenburgsesluis voor zijn rekening genomen, de Rozenburgsebrug.
De aanleg van het nieuwe Theemswegtracé is in opdracht van Havenbedrijf Rotterdam uitgevoerd door bouwcombinatie SaVe, een consortium van NV Besix SA, Dura Vermeer Infra landelijke projecten en Mobilis B.V. SaVe staat voor “Samen Verbinden”.
Beschrijving staalconstructie en/of gebruik van staal
Het Theemswegtracé bestaat uit een 4,5 km lang verhoogd spoorwegviaduct in beton. De spoorweg passeert onder meer twee stalen boogbruggen, de Zwartewaalsebrug en de Rozenburgsebrug. Beide bruggen komen qua typologie grotendeels overeen, maar verschillen toch aanzienlijk in lengte en breedte.
Zwartewaalsebrug
De brug over de Thomassentunnel is een dubbelsporige stalen verstijfde staafboogbrug met een hoofdoverspanning van 156 meter. Inclusief de twee aanbruggen is de spoorbrug in totaal 269 meter lang, 13,6 meter breed en 28 meter hoog. Om de bocht in het spoor op te vangen varieert de stalen brug in breedte van 12 meter tot 13,3 meter op de zuidoostelijke aanbrug. Het totale staalgewicht van de brug bedraagt 4.100 ton. Toch is in het ontwerp een zodanig slanke brug ontstaan, die goed past in het omringende landschap.
De Zwartewaalsebrug is ontworpen voor de hoge draagcapaciteit van 12.750 ton. De overspanning is gebouwd als extreem sterke en stijve staalconstructie om het gezamenlijke gewicht van het betondek (3.550 ton), de ballast (4.250 ton), de spoorstaven en de treinlast van maximaal 850 ton te kunnen dragen en de trillingen te minimaliseren. De brug heeft een relatief zware hoofdligger en een slanke boog. De hoge hoofdligger, aan de binnenzijde voorzien van geluidwerende bekleding, is gekozen om geluidsoverlast te beperken.
Verder is de brug uitgevoerd met een betonnen rijdek dat schuifvast is verbonden met de stalen dwarsdragers, waarop het spoor in ballast is geplaatst.
De brug over de Thomassentunnel is in delen vervaardigd aan de werf van Hollandia Infra. Naast de twee losse aanbruggen is het booggedeelte is drie combinatie-segmenten van brugdek en boog gebouwd. De vijf brugdelen zijn in aparte watertransporten per ponton vervoerd naar de bouwplaats. Hier zijn de brugdelen op een speciaal daarvoor aangewezen samenbouwlocatie aan de Neckarweg geassembleerd tot één complete stalen boogbrug. Mammoet heeft de complete brug op zijn uiteindelijke plek boven de tunnel gereden waar deze aansluitend is afgemonteerd.
Rozenburgsebrug
De stalen boogbrug over de Rozenburgsesluis heeft een overspanning van 172 meter en is goed voor 4.500 ton staal. De brugdelen werden geproduceerd in stukken tot circa 500 ton en 40 meter lengte. Deze stukken werden op locatie in elkaar gebouwd, afgelast en geconserveerd.
Bijzondere aspecten bouwkundig concept / ontwerp
Zwartewaalsebrug
Om een stalen brug met de omvang van de Zwartewaalsebrug te kunnen realiseren was het uitgangspunt bij het staalontwerp: spanningsloos samenbouwen. Zoals goed en duidelijk verwoord in het artikel “Spanningsloos bouwen” opgenomen in de uitgave van Bouwen met Staal van december 2020.
Het verschil tussen de theoretische spanningsverdeling in de ontwerpberekening door het eigengewicht van de brug én de gerealiseerde spanningsverdeling na de fabricage en montage, mocht maximaal 5% van de vloeigrens bedragen. Daartoe was een stappenplan benodigd om ervoor te zorgen dat er zo min mogelijk restspanningen in de brug zouden worden opgesloten.
Idealiter worden de brug en boog over hun volledige lengte ondersteund, waardoor er geen vormveranderingen als gevolg van zwaartekracht kunnen plaatsvinden en wordt er geen restspanning in de constructie opgesloten. Dit is echter praktisch onmogelijk, omdat door de gekozen ondersteuningsposities de secties (elastisch) zullen vervormen en er bij de stuiknaad tussen twee secties een uitlijningsfout ontstaat. Dit is gecorrigeerd door een van de sectie-uiteinden omhoog te duwen, waardoor de stuiknaad recht komt te liggen.
Nadat de vijf secties op de voorbouwlocatie zijn geplaatst, werden deze één voor één gemanipuleerd, dat wil zeggen: in juiste positie gebracht ten opzichte van elkaar en aan elkaar gelast. Dezelfde methodiek werd ook toegepast voor de drie boogdelen bovenop de brug, waarbij de opgave lag in de laatste stuiknaad om de boog tot een geheel te krijgen. Hiertoe zijn twee hulpconstructies ontworpen met elk een gewicht van 60 ton.
Na het sluiten van de boog werden de hangers gemonteerd. Dit werd gedaan vanaf de booggeboorten naar het midden van de boog, om zo de hangers op lengte in te kunnen brengen. Nadat alle hangers geïnstalleerd waren, konden alle hulpconstructies uit de brug verwijderd worden en kwam de brug voor het eerst op zijn acht oplegpunten te staan.
Gedurende het bouwproces zijn de secties 3D ingemeten, elke sectie was net iets langer gebouwd dan nodig zodat deze na de meting exact op de theoretische maat gemaakt kon worden. Ook op de voorbouwlocatie werd de brug veelvuldig 3D ingemeten, om zo de mogelijke afwijkingen tijdens het spanningsloos bouwen tot een minimum te beperken. Uiteindelijk bleek dat de brug en opleggingen ruim binnen de tolerantie stonden.
Rozenburgsebrug
De Rozenburgsebrug ligt schuin over de Rozenburgsesluis, in een bochtzone van het spoortraject. Hierdoor was een extra brede en lange brug nodig om dit knooppunt op te lossen.
Bijzondere constructieve slimmigheden / detailleringen
Al in een vroeg stadium is besloten om het bouwen van de twee forse boogbruggen te verdelen over de fabrikanten Hollandia Infra en Iemants om simultaan te kunnen produceren en daarmee tijd te winnen. Er is daarbij goed gekeken welke brug het beste past bij de productiefaciliteiten van de afzonderlijke staalbouwers. Beide bedrijven hebben in open communicatie de kennis onderling gedeeld en als compagnons samengewerkt voor een lager risicoprofiel.
Zwartewaalsebrug
De Zwartewaalsebrug is zo veel mogelijk geprefabriceerd in de werkplaats van Hollandia. Hierdoor is de hoeveelheid werk op de samenbouwlocatie langs de A15 nabij de Calandbrug aanzienlijk verminderd, wat weer leidde tot aanzienlijk minder omgevingshinder op de toch al complexe bouwplaats.
Om het veiligheidsrisico tot een minimum te beperken is gebruik gemaakt van de modernste technieken. Allereerst is een specifieke BIM-omgeving ontwikkeld. Deze 3D-omgeving gaf de werkvoorbereiding een goede weergave van de tijdelijke constructies en kritieke opstelruimte van materieel en voorbouwlocatie. Daarnaast is gebruik gemaakt van Virtual Reality (VR). Dit geavanceerde 3D-computermodel stelt engineers en werkvoorbereiders in staat om de nog niet gebouwde brug toch “als gebouwd” te ervaren en zo lastige vraagstukken vooraf op te lossen.
Rozenburgsebrug
Tijdens de productie is er sterk ingezet op lasdetails en manipulatie van de stukken om zoveel mogelijk werk in ergonomische omstandigheden te kunnen doen en zoveel mogelijk processen te automatiseren. Voor de installatie van de hangerwindingen is een specifieke 'wikkelmachine' ontwikkeld zodat de hangerwindingen met een uniforme spoed en spanning om de hangers gewikkeld werden.
Bijzondere aspecten uitvoering
De bouw van de twee stalen spoorboogbruggen in het Theemswegtracé is wat betreft ontwerp, engineering, transport en montage maximaal geoptimaliseerd. Enerzijds door een intensieve samenwerking binnen het aannemersconsortium SaVe. Anderzijds lieten de partners elkaar juist vrij, zodat de eigen specialistische en innovatieve oplossingen tot bloei kwamen. Binnen een complex project met uiteenlopende stakeholders is kennisdeling en samenwerking van groot belang. Binnen een complex project als het Theemswegtracé met de belangen van uiteenlopende stakeholders is het van groot belang om met elkaar samen te werken en kennis te delen.
Integrale veiligheid voor derden en risicovolle omgevingsobjecten in de naaste omgeving zoals bedrijven met een hoog (petrochemisch) veiligheidsregime kregen een hoge prioriteit in de aanpak van het project. Een goede logistiek en veilige condities op de bouwplaats bleken ook enkele van de belangrijk uitdagingen binnen dit project.
De samenbouwlocatie bleek een grote uitdaging. Het smalle stuk ligt ingeklemd tussen de Neckarhaven en de Thomassentunnel. Het is niet alleen omringd door drukke snelwegen en bedrijven met een hoog (petrochemisch) veiligheidsregime, maar heeft ook te maken met een kluwen van ondergrondse kabels en leidingen.
De Zwartewaalsebrug moest over de Thomassentunnel worden geplaatst. Door deze tunnel rijdt veel verkeer, en mocht dus onder geen beding teveel vervormen. In de voorbereidingsfase is dan ook uitgebreid onderzocht of de ondergrond en de tunnel de belasting kunnen dragen van zowel de ruim 4.100 ton wegende spoorbrug als ook het zware materieel waarmee de brug geplaatst werd. Vooraf was rekening gehouden met een maximale vervorming van 8 mm, uiteindelijk bleek slechts 1 mm vervorming van de tunnel te zijn opgetreden.
De Rozenburgsebrug werd vanaf één kant gemonteerd door de beperkte ruimte. Dit had zwaar kraanwerk als gevolg. De brug van 4.500 ton werd via een ponton in de Rozenburgsesluis naar de brugpijler aan de overkant van de sluis gereden en geïnstalleerd.
Bijzondere functionele aspecten van het bouwwerk
De Zwartewaalsebrug en de Rozenburgsebrug zijn ontworpen en gebouwd met een hoge hoofdligger. Hierdoor wordt geluidsoverlast sterk verminderd. De hoofdligger is tevens voorzien van geluidwerende bekleding. Op deze wijze blijft het geluid van de passerende trein beter “binnen de hoofdligger”.
